Съвременни подходи за използване на диагностика за ефективна работа на помпата и компресора

А.В. Барков, Д.Л. Жуковски

Асоциация VAST, Санкт Петербург.

Първите стъпки в практическото използване на диагностичните постижения във връзка с въртящо се оборудване, без да се нарушава неговата работа, с изключение на анализа на продуктите на износване в смазката, започнаха с решаването на проблемите с откриването на работни дефекти в ротационни машини чрез вибрации преди около 30 години, с появата на първите цифрови измервателни уреди и персонални компютри. По това време диагностиците от Западна Европа, Северна Америка и СССР са на същия етап на развитие. Всички заедно минахме през етапа на преобразуване на диагностичното развитие, Западът беше лидер в създаването на цифрово измервателно и анализиращо оборудване, ние бяхме начело в създаването на алгоритми и диагностичен софтуер, който замени експертите. Съвместните разработки се разпространиха в много страни, помагайки за решаване на оперативни проблеми, насочени към намаляване на разходите и подобряване на процесите на поддръжка и ремонт в следната последователност:

Намаляване на броя на непланираните спирания на оборудването и обема на работата по поддръжката
Удължаване на жизнения цикъл на оборудване, което е изчерпало определения му ресурс
Отказ от планирана поддръжка на оборудването при липса на дефекти
Преминаване към ремонт според фактическото състояние на оборудването.

Намаляването на непланираните спирания беше осигурено чрез наблюдение на развитието на признаци на типични дефекти, които достигнаха опасни стойности, и по време на всяко непланирано спиране на оборудването персоналът по поддръжката отстрани най-опасните дефекти.

При удължаване на ресурса необходимототекущи ремонти, по-специално въз основа на резултатите от вибрационната диагностика на износващите се части, които са в контакт помежду си или с поток от течност (газ), и въз основа на резултатите от селективното безразрушително изпитване на показателите за стареене на материалите в най-натоварените места и стареенето на електрическата изолация, необходимата подмяна на конструктивни елементи и електрически вериги.

Развитието на ранната диагностика на въртящо се оборудване чрез неговата вибрация, както и чрез тока на задвижващите двигатели и чрез оптичното и топлинното излъчване на повърхности, достъпни за измерване и анализ, направи възможно решаването на задачите на третата група във времето - отказ от поддръжка без необходимост.

Съответно, интегриран подход към ранната диагностика на износващите се части, контрол на процесите на стареене на материалите и електрическата изолация с проследяване на скоростта на развитие на признаци на дефекти по време на работа до опасно състояние, в някои случаи направи възможно преминаването към ремонт на въртящо се оборудване въз основа на състоянието.

Съвместната работа в началото на 90-те години по разработването на вибрационна диагностика от специалисти от много страни направи възможно до края на века да се създаде хардуер и софтуер за задачите, които са от значение за всеки производител на машини и оборудване. Но тези задачи за различните производители постепенно започнаха да се разминават, което значително повлия на развитието на диагностиката в много страни.

Развитието на диагностичните инструменти в страните с напреднало производство в началото на 21 век започна постепенно да променя посоката. Промяната му се определя както от организационни промени в диагностичната служба на предприятията, така и от особеностите на развитието на машиностроенето, както и на цифровите средства за измерване и анализ на различни процеси.

Сред характеристиките на развитието на машиностроенетоподчертаване:

Многократен ръст на дела на необслужваното модулно оборудване, работещо до отказ или подмяна според фактическото състояние
Изкуствено намаляване на ресурса на оборудването поради бързо остаряване
Усложняването на произведеното оборудване, което води до значително увеличаване на дела на отказите поради грешки в поддръжката и управлението
Отказ от производство на оборудване в големи партиди и съответно отказ от тестове за пълен живот, което води до увеличаване на грешките в дизайна, характерни за конкретни производствени фирми,

Но най-силните промени са настъпили в развитието на стационарните диагностични системи. Тези промени бяха повлияни не толкова от развитието на машиностроенето, колкото от тенденциите в развитието на цифровите методи и средства за анализ на различни процеси, както и системите за управление на машини и оборудване. Основната посока в развитието на диагностиката на въртящо се оборудване беше интегрирането на средства за управление, мониторинг и диагностика в единна система за управление на критично оборудване според действителното състояние. Такава комбинация изисква многократно ускоряване на диагностичните процеси с повишаване на тяхната надеждност и това е следствие от ускореното развитие на многоканални паралелни измервателни инструменти и онлайн анализ както на първични, така и на вторични процеси в контролни и диагностични обекти, работещи по предназначение.

По време на икономическата криза от 2008 г. в България търсенето на произвеждана диагностика намаля и предприятията от Асоциация БАСТ стигнаха до извода, че е необходимо да се усвоят нови тенденции в диагностиката на ротационна техника, за да се разшири сферата им на приложение и да се навлезе отново на международния пазар на диагностични технологии. Решението беше основанопо анализ на проблемите, възникващи при експлоатацията на интегрираните системи за защита, управление и диагностика, доставени в България като част от критично ротационно оборудване от водещи инженерни корпорации, сред които трябва да откроим:

Доставените интегрирани системи за контрол и диагностика често намаляват ефективността след кратко време на работа поради невъзможността да изпълнят всички изисквания за технологии за поддръжка и ремонт на оборудването в полето
Списъкът на типичните дефекти, необходими за диагностика, които изискват своевременно откриване, непрекъснато се променя и може да бъде различен за различните производители на същия тип оборудване поради честата промяна на модификациите с елиминирането на някои грешки в дизайна и въвеждането на други.
Българските производители на ротационно оборудване с усъвършенствани системи за управление не са готови да създадат унифицирани системи за управление и диагностика, ограничавайки се до стандартни решения за аварийна защита и/или мониторинг на отделни параметри на своите продукти
В България и много развиващи се страни продължава производството и експлоатацията на оборудване, което няма усъвършенствани системи за управление и защита, но изисква оперативна диагностична поддръжка.

Бяха определени приоритетни направления за развитие на техническите средства и диагностичния софтуер, произведени от Асоциация VAST, за реализиране на ново направление - оперативна диагностика на напреднали дефекти във въртящо се оборудване. Общата тенденция е развитието на многоканални инструменти за измерване и онлайн анализ на вибрации и ток, въз основа на които са създадени както преносими, така и стационарни инструменти за наблюдение и наблюдение на текущото състояние на оборудването, както и неговата диагностика и оценка на остатъчния живот.

В процеса на разработване на многоканални диагностични инструменти, които позволяват използването на нов слой диагностична информация, съдържаща се във вибрации и ток по време на преходни режими на работа на оборудването, специалистите предложиха нова посока - използването на "мобилни" преносими системи за наблюдение и диагностика. Техен аналог може да се счита за средство за "ежедневно наблюдение" в медицинската диагностика, по време на което се контролира функционирането на тялото във всички типични ситуации. Интервалът от време, през който режимите на работа на много видове оборудване се променят в обичайните граници, е много по-дълъг, неговият минимум е близо 10-15 дни. Именно за такъв период на непрекъснати и каскадни измервания, които позволяват да се идентифицират и изследват дори незначителни промени в състоянието на диагностичните обекти, е необходимо да се съсредоточим върху "средносрочната" диагностика на въртящо се оборудване. Такава диагностика може да се извърши или по график, след поддръжка или ремонт на оборудването, по време на който вероятността от въвеждане на нови дефекти е максимална, или чрез „събитие“, например след внезапно претоварване на оборудването поради грешки в управлението, или ако е невъзможно оборудването да се приведе в ремонт възможно най-скоро след откриването на опасни дефекти.

Общ изглед на разработените "мобилни" системи за мониторинг и диагностика, които извършват онлайн измервания, анализ и диагностика на вибрации и ток, е показан на фиг.1. При създаването му беше необходимо да се търси решение на принципно нови проблеми, позволявайки на системата да се самообучава в най-кратки срокове - започвайки от няколко минути. За това бяха използвани нови технологии за разделяне на вибрационни и текущи сигнали на периодични, случайни и импулсни компоненти, техния онлайн анализ и преход към диагностика на устройството като цяло. Тези технологии позволихаза решаване на друг важен проблем - диагностика на машини и механизми с регулируемо задвижване на базата на асинхронен електродвигател със статичен преобразувател на напрежение. Такива машини, които все още нямат средства за ефективна диагностика, все повече се използват като част от вентилационни, помпени и компресорни агрегати.

Фиг. 1. Мобилни системи за мониторинг на състоянието за 4-16 канала за непрекъснато измерване и онлайн анализ на вибрации и ток с възможност за свързване на модули за онлайн диагностика на типични агрегати

Фиг.2. Резултати от онлайн анализ на вибрационни и токови сигнали в многоканална система за мониторинг и възможност за пространствено (по точки на измерване) комбиниране на резултатите за опростяване на възприемането от оператора

Мобилната система може да се преобразува в стационарна, като за целта се поставя допълнително в предпазни кутии, а измервателните кабели се полагат в защитени трасета. Освен това в системата е въведен компютър с обща база данни, което дава възможност за комбиниране на няколко мобилни устройства в една стационарна система за наблюдение и диагностика. Възможният му вид е показан на фиг.3.

Фиг.3. Мобилна система за мониторинг, превърната в стационарна и диагностична система, която комбинира няколко несвързани системи с една Ethernet мрежа

Стационарната система за мониторинг и диагностика също има свои собствени характеристики. Първо, тя следи състоянието на блоковете от стартиране до пълно изключване с време за актуализиране на информация от 1/8 секунда, което ви позволява да получите диагноза (тип и размер на дефекта), когато състоянието се промени рязко след кратък интервал от ½ секунда след скока на състоянието. Второ, той автоматично се адаптира къмнеопасни промени в състоянието поради леко нарушение на препоръчителната технология за поддръжка на агрегатите. Трето, позволява да се оценят последствията от нарушения на режимите на работа на блока, който е претърпял значителни претоварвания поради грешки в управлението, които влияят на неговото състояние. И накрая, такава система за наблюдение на състоянието позволява да се намали броят на измервателните канали при наблюдение на състоянието и диагностика на вентилационни, помпени, компресорни и много други агрегати с лагерни възли без поддръжка. В тези агрегати обикновено не е необходимо непрекъснато да се следи качеството на смазването на лагерите чрез техните ултразвукови вибрации и опасното му влошаване, изискващо подмяна на лагер без нужда от поддръжка, заедно с други дефекти на лагера, могат да бъдат открити косвено чрез вибрации на машината или ток на задвижващия двигател, променящ се с неравномерно износване на триещите се повърхности в лагерите.

В допълнение към подготовката за серийно производство на мобилни и стационарни системи за мониторинг и оперативна диагностика, продължава разработването на традиционна преносима диагностична система, базирана на преносими вибрационни анализатори от серията SD и диагностичната програма DREAM. Пуснат е нов тип анализатор SD-22 (фиг. 4), подготвят се за производство двуканален анализатор SD-23 и четириканален анализатор SD-41.

Ориз. 4. Преносима система за вибрационна диагностика на базата на колектор на данни (анализатор на вибрации) SD-21 с външна диагностична програма DREAM и колектор на данни (анализатор на вибрации) SD-22.

Важна характеристика на разработването на многоканални вибрационни анализатори е определянето на границата между техните възможности, като се вземе предвид естественото усложняване на процесите на разгръщане на реални единици и възможностите на многоканалните мобилни системи за мониторинг, способни да провеждат вонлайн и офлайн режими за дългосрочни измервания на вибрации, ток и, ако е необходимо, други процеси. Едно от заключенията на експертите на асоциацията VAST е, че в многоканалните вибрационни анализатори с броя на измервателните канали от броя на ротационните опори е по-целесъобразно поне да се въведат онлайн режими за наблюдение и диагностика, по-специално по време на пускането на обекта, който се изследва.

По-подробна информация по въпросите, разгледани в доклада, е дадена в материалите, публикувани на уебсайта на главното предприятие на асоциацията VAST - www.vibrotek.ru и на уебсайта на Северозападния учебен център - www.vibro-expert.ru.

Изводи:

1. Сдружение ВАСТ преминава към производство на три вида системи за мониторинг и диагностика на вибрационни, токови и други процеси, преработени за съвременните условия - преносими, мобилни и стационарни.

2. Всички видове системи са адаптирани към съвременните тенденции в проектирането, производството и експлоатацията на основното и спомагателно оборудване с ротационни възли.

3. Извършена е подготвителна работа за въвеждането на такива системи в процесите на подобряване на качеството на обслужване на серийно вентилационно, помпено и компресорно оборудване, включително и с честотно регулируемо електрозадвижване.