Метод резонансного анализа

Вибрационная диагностика
энергетического оборудования
Россия 614000, г. Пермь ул. Пермская, 70
Тел./факс (342) 2128907, 2128103, 2351331
E-mail: ros@perm.ru
http://www.ros-diagnostics.ru
http://www.рос-диагностика.рф
Контроль вибрации - один из основных методов неразрушающего контроля.
Любое вращающееся оборудование производит колебания или вибрацию,
которая имеет свои уникальные для каждой машины характеристики, содержащие
совершенно определенные для каждого типа оборудования диагностические
признаки.
Для оценки технического состояния оборудования по вибропараметрам
разработана достаточно эффективная нормативная база, представленная в виде
отечественных и международных стандартов и рекомендаций.
2
НПП «РОС» на протяжении более чем 20 лет выпускает:
• полноценный спектр виброизмерительной аппаратуры от датчиков вибрации и
простейших виброметров до современных многоканальных виброанализаторов и
систем непрерывного контроля вибрации и других технологических параметров;
• экспертное диагностическое программное обеспечение;
• методики и регламенты диагностики промышленного оборудования и объектов.
Основное назначение продукции НПП «РОС»:
Своевременное предотвращение аварийных отказов оборудования;
Сокращение затрат на ремонт оборудования на 30 – 60 % и более;
Энергосбережение на 10 % и более;
Переход предприятий на систему ремонтов и технического обслуживания
оборудования по фактическому техническому состоянию.
Потребителями продукции компании «РОС» являются предприятия энергетики,
нефтяной, газовой, химической, металлообрабатывающей, оборонной,
транспортной, металлургической, горнодобывающей и др. отраслей
промышленности.
3
Контроль оборудования в системах ТОиР
ТОиР
III. Стационарные
системы мониторинга,
диагностики и защиты
оборудования
II. Программнотехнические комплексы
многопараметрической
диагностики и
прогнозирования
I. Простейшие средства
оперативного контроля и
диагностики
III уровень
Непрерывный мониторинг,
диагностика и защита наиболее ценного, уникального,
важного в технологической цепи оборудования
II уровень
Углубленный анализ
методами спектральной вибродиагностики и
параметрической диагностики по показаниям и рекомендациям
систем I уровня
I уровень
Массовое оперативное обследование
всего парка оборудования простыми бюджетными средствами контроля традиционных
нормируемых параметров
4
турбоагрегаты, насосы, компрессоры, вентиляторы,
дымососы и прочее вращающееся оборудование
В рамках реализации систем ТОиР мы выпускаем весь необходимый спектр
диагностических приборов для обеспечения диагностики, наладки и защиты
оборудования на всех трех уровней системы.
5
«Аврора»
Анализ измерений общего уровня вибрации позволяет автоматически:
• диагностировать дефекты - небаланс, расцентровка, изгиб вала, износ и дефекты подшипников,
механические ослабления, осевые смещения валов, дефекты фундамента и т.д.;
• оценить остаточный ресурс по каждому отдельному узлу;
• прогнозировать сроки ремонта и сроки следующих контрольных испытаний;
• оценить качество ремонтных работ.
Достоинства программы «Аврора»
• Простота и оперативность проведения оценки технического состояния;
• Наличие всех необходимых функций для реализации системы ТОиР (возможность охвата большого
парка оборудования, расчет остаточного ресурса и прогнозных сроков ремонта, определение
необходимых комплектующих и состава ремонтных работ, оценка качества ремонта).
• Применение программы «Аврора» в системах ТОиР согласовано с органами технадзора.
Система эксплуатируется с 1990 года более, чем на 500 предприятиях различных отраслей:
энергетика; химия; добыча и транспорт нефти и газа; нефте- и газопереработка; горнодобывающие
предприятия; транспорт, в т.ч. метрополитены и др.
Эффект от эксплуатации составляет 30 - 60% экономии ремонтного фонда.
6
«IDS Камертон-Д»
Программное обеспечение предназначено для наиболее сложной и углубленной диагностики
оборудования. Спектральное представление сигнала (а также анализ кепстров, вейвлет-анализ, анализ
спектров огибающей, расчет эксцесса и др. математические преобразования сигналов) позволяют
проводить более детальную диагностику дефектов оборудования, в том числе в режимах «разгонавыбега». При этом может быть достигнут достаточно высокий показатель достоверности диагнозов – до
90-95%.
Модули ПО:
•автоматизированная экспертная диагностическая система определения неисправностей вращающегося
оборудования (насосы, компрессоры, турбины, электродвигатели, вентиляторы и т.д.),
•база данных по различным типам оборудования;
•блок развернутого математического и графического преобразования сигналов;
•встроенная программа диагностики подшипников качения;
•программа многоплоскостной балансировки и «успокоения» роторов;
•программы диагностики специального назначения;
•блок построения трендов измеряемых параметров;
•блок прогнозирования сроков ремонта;
•программа оценки качества ремонта;
•блок контроля параметров разгона-выбега.
7
«РОС-Мониторинг» - стационарная система мониторинга, диагностики, защиты оборудования
•Реализация в режиме «on-line» оценки технического состояния оборудования на основе непрерывного
контроля параметров вибрации, температуры, тока, напряжения, наличия протока масла в магистрали
смазки подшипников и др. технологических параметров.
•Своевременное оповещение оперативного и руководящего персонала о возникающих тревожных и
аварийных ситуациях в работе оборудования.
•Диагностика неисправностей оборудования на ранней стадии их возникновения.
•Построение трендов вибрации для оценки динамики развития неисправностей.
•Построение прогнозных моделей износа оборудования и расчет оптимальных сроков ремонта.
•Расчет параметров динамической балансировки агрегата и расчет параметров «успокоения» агрегата.
•Контроль качества выполненных ремонтов.
•Контроль за действиями оперативного персонала путем ведения «журнала событий».
•Передача информации о состоянии контролируемого объекта пользователям локальной компьютерной
сети, по интернету и сотовой связи.
Система успешно функционирует на предприятиях нефтехимии, металлургии, энергетики,
трубопроводного транспорта нефти, горнодобывающих предприятиях и др. (на ряде предприятий уже
более 15 лет). На ряде предприятий работает наше экспертное ПО, интегрированное с измерительными
комплексами производства других фирм, в т.ч. и зарубежных.
8
Вибродиагностика состояния прессовки активных
элементов трансформаторов
Из теории работы трансформаторов известно, что в режиме холостого хода
общая вибрация трансформатора практически полностью определяется
вибрациями магнитопровода. Токи в обмотках малы, а силы взаимодействия
витков друг с другом, пропорциональные квадрату тока, практически
отсутствуют.
В режиме нагрузки вибрации магнитопровода остаются неизменными, т. к.
основной магнитный поток трансформатора не изменяется. К этим вибрациям
добавляются вибрации от обмоток, по которым протекает ток значительной
величины.
Измерения вибрации производятся с помощью прибора «Корсар+» на
поверхности бака трансформатора без отключения от питающей сети. Полный
цикл измерения (для стандартного трехфазного двух обмоточного
трансформатора) включает в себя два цикла измерения вибрации в
двенадцати точках на поверхности бака.
Один цикл измерений - в режиме холостого
хода, а второй - при работе трансформатора
под нагрузкой, желательно не менее 50%.
9
Вибродиагностика состояния прессовки активных
элементов трансформаторов
10
Назначение
Определение дефектов (трещин, раковин, полостей и иных несплошностей),
а также наличия признаков усталости материалов в оборудовании и конструкциях:
•Роторы и статоры электрических машин;
•Рабочие колеса турбин, насосов, компрессоров, вентиляторов;
•Опорно-стержневые изоляторы;
•Рамы и фундаменты больших машин;
•Нагруженные конструкции различного назначения;
•Трубопроводы;
•Запорная арматура и сосуды под давлением;
•Сварные, фланцевые и иные соединения металлоконструкций и трубопроводов;
•Строительные конструкции и др. объекты.
Метод согласован с органами технадзора.
11
Основы метода
Импульсное возбуждение приводит к возникновению в исследуемом объекте резонансных колебаний
с особенностями распространения их в пространстве и во времени. В однородной по плотности среде
временные, скоростные и частотные параметры эхо-сигнала идентичны параметрам сигнала возбуждения,
а при наличии дефектов (трещин, раковин, иных несплошностей), а также при старении материала,
условия прохождения колебаний на различных участках объекта могут в значительной степени
отличаться друг от друга. На этом и основан метод анализа резонансных колебаний, позволяющий
выявлять однородные и неоднородные участки в исследуемом объекте.
Ударное возбуждение является наиболее распространенным методом при модальном анализе.
Возбуждение производится специальным молоточком для модального анализа или при помощи
импульсного источника колебаний.
Измерение реакции объекта на возбуждение производится
с помощью многоканальной виброизмерительной аппаратуры,
выполняющей быстрое преобразование Фурье.
При анализе каждого сигнала за основу приняты основные
положения традиционного модального анализа, методов
математической статистики и распознавания образов:
- определяется скорость затухания резонансных колебаний,
- ударная (несущая) частота,
-наличие отклонений ударной частоты от нормального для
конкретного материала объекта допустимого диапазона значений,
- производится распознавание образа гармоники несущей частоты
и анализ формы всех спектральных составляющих,
- сравнение спектральных параметров сигнала возбуждения и сигналов-откликов.
12
Спектр, характеризующий хорошее
состояние объекта: несущие
частоты ударного спектра и
спектра-отклика совпадают.
Спектр с признаками усталостности
материала: исследуемый участок
ротора генератора имеет признаки
ослаблений в структуре материала
13
Спектры, отражающие тревожное
состояние объекта - в спектрах
появились гармоники, указывающие на
наличие признаков разрежения в
структуре материала (или признаки
старения)
Спектр, отражающий
неудовлетворительное состояние объекта
- ударный спектр имеет признаки
наличия трещины, а в спектре-отклике
несущая частота находится в
низкочастотной зоне.
14
Пример спектров вибрации, отражающих идентичность
спектрального образа дефектов в объектах, изготовленных
из различных по твердости и составу материалов
15
Ротор условно разбивается на сечения, на каждом
из которых устанавливаются 3 датчика.
Возбуждение производится вблизи каждого
датчика
Пример повреждения (излома) нового ротора
электродвигателя ВАО-800-1000-12 УХЛ4 из-за
неудовлетворительного качества металла, имеющего
поверхностные и скрытые трещины, раковины,
пористость на всем протяжении тела ротора, а также изза неудовлетворительного качества сварки в местах
приварки ребер клети ротора.
16
17
Для оценки состояния статоров применяется метод оценки состояния по
вибрационным параметрам, основанный на анализе распределения по длине
объекта его резонансных частот и свойств поглощения энергии свободных
колебаний. Изменения этих параметров в процессе эксплуатации или после
выполнения восстановительных мероприятий отражают изменения технических
свойств объекта, в частности, жесткости (резонансная частота) и плотности
(поглощение колебаний). Большие значения резонансных частот соответствуют
большей жесткости объекта или его отдельных сечений, а большие величины
параметров поглощения колебаний соответствуют меньшей плотности объекта или
отдельных его частей.
Пример повреждения изолятора
Причиной повреждения явилось неудовлетворительное качество масла,
которое привело к образованию на поверхности фарфора
токопроводящего следа, о чем свидетельствуют характерные для
значительного уровня частичных разрядов картины на сколах фарфора.
19
Место приложения ударного импульса
Место установки датчика
Место установки датчика
Контроль состояния дефлекторов,
рабочих колес,
крепления лопаточного аппарата
турбин авиадвигателей
Место установки датчика
Место приложения ударного импульса
Место установки датчика
Место приложения ударного импульса
Контроль состояния сварных швов
армированных свайных и
монолитных конструкций зданий
и других строительных
конструкций
Сварное
соединение №3
Сварное
соединение №4
Сварное
соединение №1
Сварное
соединение №2
20
Объекты вибродиагностики
21