Средства диагностики технического состояния оборудования
Средства диагностики технического состояния оборудования служат для фиксирования и измерения величины диагностических признаков (параметров). Для этого применяют приборы, приспособления и стенды сообразно характеру диагностических признаков и методам диагностики.
Значительное место среди них занимают электроизмерительные приборы (вольтметры, амперметры, осциллографы и др.). Они широко применяются как для непосредственного измерения электрических величин (например, при диагностике систем зажигания и электрооборудования автомобиля), так и для измерения неэлектрических процессов (колебаний, нагрева, давления), преобразованных при помощи соответствующих датчиков в электрические величины.
При диагностике механизмов наиболее часто используют: датчики сопротивления, концевые, индукционные, оптические и фотоэлектрические датчики, при помощи которых можно измерять зазоры, люфты, относительные перемещения, скорость и частоту вращения проверяемых деталей; термосопротивления, термопары и биметаллические пластины для измерения теплового состояния деталей; пьезоэлектрические и тензометрические датчики для замера колебательных процессов давления, биений, деформаций и др.
Одно из положительных качеств электроизмерительных приборов - удобство получения информации, а также в перспективе возможность ее анализа при помощи ЭВМ.
В зависимости от полноты и степени механизации технологических процессов диагностику можно проводить выборочно, только для контроля технического состояния отдельных сборочных единиц, или комплексно для проверки сложных агрегатов, таких как двигатель, и, наконец, комплексно для диагностики машины в целом.
В первом случае используются для отдельных измерений такие диагностические приборы как стетоскопы, манометры, тахометры, вольтметры, амперметры, секундомеры, термометры и другие переносные приборы. Во втором случае приборы комбинируют в виде передвижных стендов, в третьем случае - ими комплектуют пульты управления стационарных стендов.
Передвижным комплексным средством диагностики является ходовая диагностическая станция. Она может обеспечивать диагностику технического состояния автомобилей в местах их временного размещения. Компоновка ходовой диагностической станции возможна на базе прицепа достаточно большой грузоподъемности.
Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота использования при минимальной затрате времени.
Помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения в систему диагностических средств включают комплексы электронной аппаратуры. Эти комплексы могут состоять из датчиков - органов восприятия диагностических признаков, блоков измерительных приборов, блоков обработки информации в соответствии с заданными алгоритмами и, наконец, блоков хранения и выдачи информации в виде запоминающих устройств для преобразования информации в удобный для использования вид.
Методы и средства диагностического контроля насосных агрегатов
Диагностический контроль насосных агрегатов осуществляется по параметрическим и виброакустическим критериям, а также по техническому состоянию отдельных сборочных единиц и деталей, оцениваемому при выводе насосов из эксплуатации.
Для проведения диагностических контролей используется виброаппаратура с возможностью измерения спектральных составляющих вибрации, шумомеры с возможностью измерения октавных составляющих, приборы, позволяющие определять техническое состояние подшипников качения или аналогичные им, но с большими функциональными возможностями отечественного или зарубежного производства.
Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать решение следующих задач:
своевременного обнаружения возникающих дефектов составных частей оборудования и предотвращения его аварийных отказов;
определения объема ремонтных работ и рационального их планирования;
корректировки значений межремонтных интервалов и прогнозирования остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию;
проверки работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определения оптимальных режимов работы оборудования.
Насосные агрегаты должны быть оснащены контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА) с возможностью контроля текущих параметров вибрации, автоматической предупредительной сигнализацией и автоматическим отключением при предельно допустимом значении вибрации.
До установки контрольно-сигнальных средств контроль и измерение вибрации осуществляются портативными (переносными) средствами виброметрии. Датчики виброаппаратуры устанавливаются на каждой подшипниковой опоре.
В качестве измеряемого и нормируемого параметра вибрации устанавливается среднее квадратическое значение (СКЗ) виброскорости в рабочей полосе частот 10-1000 Гц.
Измерение значений виброскорости осуществляется в вертикальном направлении на каждой подшипниковой опоре. При этом регистрируется соответствующий режим работы насоса - подача и давление на входе.
В табл. 7.3 приведены допустимые уровни вибрации при эксплуатации центробежных насосов.
Таблица 7.3 Предельно допустимые нормы вибрации при эксплуатации насосов
|
Высота оси вращения ротора, мм |
Среднее квадратическое значение виброскорости, мм/с |
У насосов, не имеющих выносных подшипниковых опор (насосы со встроенными подшипниками), вибрация измеряется как можно ближе к оси вращения ротора.
При определении шумовых характеристик измеряются в соответствии с ГОСТ 23941 уровень звука L А (в дБА) в контрольных точках; уровень звукового давления L i , (в дБА) в октавных полосах частот (от 31,5 до 8000 Гц) в контрольных точках.
Приборы, применяемые для измерения шумовых характеристик, число точек измерения и измерительные расстояния определяются ГОСТ 12.1.028, технической документацией на конкретный шумомер и условиями эксплуатации диагностируемого оборудования. При определении шумовых характеристик (базовых и текущих) должны соблюдаться одинаковые условия измерений (режим работы, количество одновременно работающего оборудования и др.).
По результатам диагностических контролей принимается решение о выводе насосов в ремонт или их дальнейшего использования по назначению.
В табл. 7.4 приведены виды диагностических работ и допустимые значения контролируемых параметров для магистральных и подпорных насосов нефтеперекачивающих станций.
Периодичность, форма и объем регистрируемых параметров должны быть определены нормативными документами с учетом возможной ручной, автоматизированной или смешанной системы регистрации информации.
Основные причины вибраций насосных агрегатов и характер их проявления представлены в табл. 7.5.
Основные причины вибрации насосных агрегатов обусловливаются механическими, электромагнитными и гидродинамическими явлениями, а также жесткостью опорных систем.
Таблица 7.4
Виды диагностических работ и допустимые значения
контролируемых виброакустических параметров и значений
температур для магистральных и подпорных насосов
|
Вид диагностических работ |
Контролируемый параметр и место измерения |
Допустимое значение параметра |
|
Оперативный диагностический контроль Плановый диагностический контроль Неплановый диагностический контроль Послеремон-тный диагностический контроль |
СКЗ виброскорости на подшипниковых опорах в вертикальном направлении СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса в вертикальном направлении Температура подшипников СКЗ и спектральные составляющие виброскорости на всех подшипниковых опорах в трех взаимно перпендикулярных направлениях СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса, головках анкерных болтов в вертикальном направлении Уровень шума Температура подшипников Вибрации опорно-упорного подшипника или подшипников качения Контролируемые параметры, их допустимые значения и место измерения соответствуют плановому диагностическому контролю СКЗ виброскорости на подшипниковых опорах в трех взаимно перпендикулярных направлениях СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса и головках анкерных болтов в вертикальном направлении Вибрация опорно-упорного подшипника или подшипников качения Температура подшипников |
Увеличение температуры относительно базового значения на 10 °С Увеличение относительно базового значения на 6 дБА Увеличение температуры относительно базового значения на 10°С Не более 45 дБ Не более 4,5 мм/с Не более 1 мм/с Не более 35 дБ Не выше 70°С |
Таблица 7.5 Влияние неисправностей на виброакустический спектр насосных агрегатов
|
Причина повышенной вибрации |
Направление |
Причина повышенной вибрации |
Направление |
|
Дисбаланс вращающихся элементов. Ослабление посадки деталей ротора 1 Несоосность 2 Нецилиндричность шейки вала Повреждение подшипников качения Овальность внутреннего кольца Радиальный зазор Неуравновешенность, разностенность сепаратора Волнистость, гранность шариков Дефекты дорожки внутреннего кольца Дефекты дорожки внешнего кольца |
Радиальное Радиальное и осевое Радиальное Радиальное и осе вое, обычное с низкой амплитудой |
Неравномерный зазор ротор-статор электродвигателя Короткое замыкание обмотки возбуждения синхронного электродвигателя «Масляное биение» в подшипнике скольжения Неравномерность потока охлаждающего воздуха Гидравлический небаланс рабочего колеса Неравномерность поля скоростей и вихреобразование в насосе Кавитационные явления в насосе Неисправность зубчатой муфты 3 Ослабление жесткости подшипникового узла |
Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное, осевое Радиальное, горизонтальное |
|
1 Частая причина высокой вибрации оборудования. 2 Частая причина вибрации. Осевая вибрация - главный показатель, часто она превышает радиальную. 3 Для обеих смежных с муфтой подшипниковых опор. |
|||
При проведении измерений необходимо попытаться разделить перечисленные источники повышенной вибрации насосных агрегатов. При наличии повышенной вибрации подшипниковых опор агрегата необходимо проверить жесткость крепления подшипниковых опор к корпусу или раме, жесткость крепления корпуса насоса и рамы двигателя к фундаменту. Повышенная вибрация в горизонтальной плоскости указывает на уменьшение жесткости в горизонтальных направлениях.
По результатам измерения вибрации для каждой контролируемой точки строится график изменения среднего квадратического значения виброскорости в зависимости от наработки (рис. 7.7). До виброскорости 6,0 мм/с график можно представить прямой линией, проведенной согласно полученным значениям вибрации. Далее график строится по значениям вибрации, соответствующим наработке насосного агрегата после виброскорости 6,0 мм/с. График, построенный после достижения уровня вибрации 6,0 мм/с, как правило, будет располагаться под большим углом к оси абсцисс и позволит оценить время наступления предельно допустимого значения вибрации τ 1 при предельном значении виброскорости 7,1 мм/с или τ 2 - при 11,2 мм/с.
Для более достоверной оценки технического состояния и остаточного ресурса отдельных деталей или узлов рекомендуется строить также график по основным спектральным составляющим, указывающим возможные дефекты насосных агрегатов.
В процессе эксплуатации насосного агрегата его техническое состояние меняется из-за износа деталей и узлов. Наиболее распространенной и значимой причиной ухудшения характеристик насоса в процессе эксплуатации является износ деталей щелевого уплотнения рабочего колеса.
Насосные агрегаты необходимо выводить в ремонт при снижении величины напора насоса от базовых значений на 5-7 %.
Значение возможного снижения КПД относительно базового значения может уточняться для конкретного типоразмера насоса на основании экономической оценки из условия, что стоимость ремонта, при котором обеспечивается восстановление первоначального КПД, будет выше затрат, вызванных перерасходом электроэнергии из-за снижения КПД насоса.
Диагностирование
состояния насосных агрегатов по
параметрическим критериям допускается
проводить как на основе данн
ых,
полученных по каналам телемеханики,
так и на основе контрольных измерений
с применением образцовых средств
измерений давления, подачи, мощности,
частоты вращения ротора насоса, плотности
и вязкости перекачиваемой жидкости.
Измеряемые параметры и средства измерения:
давление на входе и выходе насосного агрегата измеряется штатными первичными преобразователями давления с точностью 0,6 % при использовании АСУ или образцовыми манометрами класса 0,25 или 0,4;
подача определяется по узлу учета, по объемам резервуаров с помощью переносных ультразвуковых расходомеров или другими способами;
мощность, потребляемая насосом, измеряется при помощи штатных первичных преобразователей мощности с точностью не ниже 0,6 %. При установившихся режимах для грубой оценки допускается определять мощность по счетчику потребляемой электроэнергии или вольтметру и амперметру;
частота вращения ротора замеряется датчиком частоты вращения с точностью 0,5 %;
плотность и вязкость перекачиваемой жидкости определяются по узлам учета или в химлаборатории.
Замер параметров проводится только при установившемся (стационарном) режиме перекачки.
Контроль стационарности режима осуществляется по подаче (при возможности непосредственного измерения) или по давлению на входе или выходе насосного агрегата. Колебания контролируемого параметра не должны превышать ± 3% от среднего значения.
Параметры измеряются при бескавитационном режиме работы насосного агрегата (контролируются при измерении вибрации и по давлению на входе в насос).
7. Диагностика технического состояния оборудования
7.1. Основные принципы технического диагностирования
Диагностика - отрасль науки, изучающая и устанавливающая признаки состояния системы, а также методы, принципы и средства, при помощи которых дается заключение о характере и существе дефектов системы без ее разборки и производится прогнозирование ресурса системы.
Техническая диагностика машин представляет систему методов и средств, применяемых при определении технического состояния машины без ее разборки. При помощи технической диагностики можно определять состояния отдельных деталей и сборочных единиц машин, производить поиск дефектов, вызвавших остановку или ненормальную работу машины.
На основе полученных при диагностике данных о характере разрушения деталей и сборочных единиц машины в зависимости от времени ее работы техническая диагностика позволяет прогнозировать техническое состояние машины на последующий срок работы после диагностирования.
Совокупность средств диагностирования, объекта и исполнителей, действующих по установленным алгоритмам, называется системой диагностирования.
Алгоритм - это совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при диагностировании, т.е. алгоритм устанавливает порядок проведения проверок состояния элементов объекта и правила анализа их результатов. Причем безусловный алгоритм диагностирования устанавливает заранее определенную последовательность проверок, а условный - в зависимости от результатов предыдущих проверок.
Техническое диагностирование - это процесс определения технического состояния объекта с определенной точностью. Результатом диагностирования служит заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта.
Диагностирование - один из элементов системы ТО. Основная его цель - достижение максимальной эффективности эксплуатации машин и, в частности, сведение до минимума затрат на их ТО. Для этого дают своевременную и квалифицированную оценку технического состояния машины и разрабатывают рациональные рекомендации по дальнейшему использованию и ремонту сборочных.единиц (обслуживанию, ремонту, дальнейшей эксплуатации без обслуживания, замене сборочных единиц, материалов и т.п.).
Диагностирование проводят как при ТО, так и при ремонте.
При ТО задачи диагностирования заключаются в том, чтобы установить потребность в проведении капитального или текущего ремонта машины или ее сборочных единиц; качество функционирования механизмов и систем машин; перечень работ, которые необходимо выполнить при очередном техническом обслуживании.
При ремонте машин задачи диагностирования сводятся к выявлению сборочных единиц, подлежащих восстановлению, а также оценке качества ремонтных работ. Виды технического диагностирования классифицируют по назначению, периодичности, месту проведения, уровню специализации (табл. 7.1). В зависимости от парка машин диагностирование проводят силами Эксплуатационного предприятия или на специализированных предприятиях технического сервиса.
Диагностирование, как правило, совмещают с проведением работ по ТО. Кроме того, при возникновении отказов машины проводят углубленное диагностирование по заявке оператора.
В последнее время появилась сеть малых предприятий по оказанию услуг технического сервиса машин, в том числе и диагностирования, т.е. диагностирование в этом случае выводится из состава работ по ТО и становится самостоятельной услугой (товаром), которая оказывается по заявке клиента как в период эксплуатации, так и при оценке качества ремонта, остаточной стоимости работ по восстановлению работоспособности и исправности машин, а также при купле и продаже машин, бывших в употреблении.
Работы по диагностированию на эксплуатационном предприятии проводятся в зависимости от размера и состава парка машин на специализированном участке (посту) диагностирования или на участке (посту) ТО. Объектом технической диагностики может быть техническое устройство или его элемент. Простейшим объектом технической диагностики будет кинематическая пара или сопряжение. Однако в класс рассматриваемых объектов может быть включен агрегат любой сложности. Диагностируемый объект можно рассматривать в двух аспектах: с точки зрения структуры и способа функционирования. Каждый из аспектов имеет особенности, описываемые своей системой понятий.
Под структурой системы понимается определенная взаимосвязь, взаиморасположение составных частей (элементов), характеризующих устройство и конструкцию системы.
Параметр - качественная мера, характеризующая свойство системы, элемента или явления, в частности процесса. Значение параметра - количественная мера параметра.
Объективные методы диагностирования дают точную количественную оценку сборочной единицы, машины. Они основаны на использовании как специальных контрольно-диагностических средств (оборудования, приборов, инструмента, приспособлений), так и устанавливаемых непосредственно на машинах или входящих в комплект инструмента машиниста.
Таблица 7.1
Виды диагностирования и области их применения
|
Квалифицирующий признак |
Вид диагностирования |
Область применения |
Основные задачи |
|
По месту диагностирования По объему По периодичности По уровню специализации |
Эксплуатационное Производственное Частичное Плановое (регламентированное) Внеплановое (причинное) Специализированное Совмещенное |
При техническом обслуживании, осмотрах, возникновении отказов и неисправностей При ремонте машин на ремонтных предприятиях При входном и выходном контроле машин в ремонтном производстве При технических осмотрах При периодическом ТО и осмотрах При возникновении отказов и неисправностей При обслуживании машин на сервисных предприятиях и силами ЦБПО При ремонте машин При обслуживании машин эксплуатационным предприятием и силами ЦБПО |
Определение остаточного ресурса сборочных единиц и потребности в регулировочных работах. Установление объема и качества ремонтных работ, обнаружение неисправностей, оценка готовности машин к работам Определение остаточного ресурса сборочных единиц. Контроль качества ремонтных работ Определение остаточного ресурса сборочных единиц, проверка качества их функционирования, выявление перечня регулировочных работ, предотвращение отказов Определение перечня необходимых регулировочных работ, проверка готовности машин к работе или качества их хранения, выявление неисправностей с последующим их устранением Предотвращение отказов, определение остаточного ресурса, установление перечня регулировочных работ, проверка качества обслуживания и ремонта машин Выявление отказов и неисправностей с последующим их устранением Проведение диагностирования, предусмотренного ТО-3 и после межремонтной наработки Определение остаточного ресурса сборочных единиц, проверка качества ремонта Диагностирование с последующим обслуживанием машины, проверка потребности машин в ремонте с устранением дефектов. Выявление и устранение дефектов при возникновении отказов |
Объективное диагностирование разделяют на прямое и косвенное
Прямое диагностирование - это процесс определения технического состояния объекта по его структурным параметрам (зазорам в подшипниковых узлах, в клапанном механизме, в верхних и нижних головках шатунов кривошипно-шатунного механизма, биению валов, размерам деталей, доступных для непосредственного измерения, и др.).
Сборочные единицы и машину в целом диагностируют по структурным параметрам с помощью универсальных измерительных приборов: калибров, щупов, масштабной линейки, штангенциркулей, микрометров, зубометров, нормалемеров и др. Это позволяет получать точные результаты. Недостаток такого метода заключается в том, что он во многих случаях требует разборки объекта диагностирования. Последнее значительно увеличивает трудоемкость работ и нарушает приработку сопряженных поверхностей. Поэтому в практике прямое диагностирование, как правило, проводят в тех случаях, когда структурные параметры объекта диагностирования можно замерить без разборки сопряженных поверхностей.
Косвенное диагностирование - это процесс определения фактического состояния объекта диагностирования по косвенным, или, как их называют, диагностическим параметрам.
В качестве косвенных показателей используют изменение параметров рабочих процессов, структурных шумов, содержания продуктов износа в масле, мощности, расхода топлива и др.
Сам процесс диагностирования проводят с помощью манометров, вакуумметров, пьезометров, расходомеров, пневматических калибраторов, дымомеров и различных специальных приборов.
В горнодобывающей промышленности эксплуатируется большое количество механизмов и машин, дефекты которых могут успешно определять методы вибрационной диагностики. Это вентиляторы, насосы, мельницы, редукторы, роликовые транспортёры, электродвигатели и т. д. Однако примеров успешных решений по диагностике оборудования не так много.
В чём причина?
Преимущества применения диагностики оборудования подтверждены многочисленными примерами в мировой и отечественной практике:
предотвращение аварийных ситуаций, вызванных техническими причинами;
снижение простоев оборудования;
оптимальное планирование и снижение объёмов ремонтов;
оптимальное планирование и снижение закупок запасных частей.
Но есть обстоятельства, которые могут помешать достижению успеха.
1. Применение систем диагностики дело непростое. Это дорогие системы, для успешного использования которых нужен высококвалифицированный персонал. Неудачный выбор систем диагностики, неправильное их использование и низкая квалификация персонала могут снизить достоверность выявления дефектов и привести к недоверию к результатам.
2. Часто диагностику оборудования проводят от случая к случаю, без понимания целей и без каких-либо представлений, как можно будет использовать результаты. При этом сложившаяся практика устраивает почти всех.
3. Для некоторых видов оборудования (например, низкооборотные машины) или для оборудования с особыми условиями эксплуатации не существует надёжных методик диагностирования.
В результате анализа и обобщения практического опыта Ассоциация ВАСТ разработала технологию комплексной оценки состояния роторного (вращающегося) оборудования и программу повышения эффективности диагностической службы предприятия.
.
Программа включает в себя следующие мероприятия:
технический аудит - независимый анализ процессов диагностирования, взаимодействия с ремонтными службами, оценка эффективности диагностирования;
разработка рекомендаций по оптимизации работы службы диагностики и оснащения диагностическими системами;
разработка нормативно-методической базы по организации процессов ТОиР и диагностики оборудования;
создание и поддержание в актуальном состоянии базы данных о состоянии оборудования;
оснащение предприятия переносными и стационарными системами диагностики вращающегося оборудования, включающими в себя технические средства и программное обеспечение;
контроль уровня квалификации специалистов, организация обучения.
Объём программы зависит от состояния диагностической службы конкретного предприятия. В качестве одной из мер предлагается привлечение специализированной организации для проведения диагностического обслуживания оборудования.
Технология диагностического обслуживания была отработана при организации диагностики локомотивов на железных дорогах. Аутсорсинг диагностирования позволил не только улучшить результаты, но и сократить издержки заказчика.
Главной задачей диагностического обслуживания является обеспечение надёжности работы оборудования и предотвращение аварийных ситуаций. Отличительная особенность диагностического обслуживания - предоставление гарантии безотказной работы диагностируемого оборудования.
Программа диагностического обслуживания может корректироваться в зависимости от проблем, специфических для конкретного заказчика. Для одних предприятий - это высокие затраты на обслуживание, для других - низкая энергоэффективность, экономичность и другие финансовые показатели, для третьих - снижение ресурса оборудования и частые выходы его из строя.
5.1. Общее понятие об оценке технического состояния оборудования
Техническое состояние – состояние оборудования, которое характеризуется в определенный момент времени при определённых условиях внешней среды значениями параметров, установленных регламентирующей документацией .
Контроль технического состояния – проверка соответствия значений параметров оборудования требованиям, установленным документацией, и определение на этой основе одного из заданных видов ТС в данный момент времени.
В зависимости от необходимости проведения ТОиР различают следующие виды ТС :
- хорошее – ТОиР не требуются;
- удовлетворительное – ТОиР осуществляются в соответствии с планом;
- плохое – проводятся внеочередные работы по ТОиР;
- аварийное – требуется немедленная остановка и ремонт.
С целью установления фактического ТС оборудования, выявления дефектов, неисправностей, других отклонений, которые могут привести к отказам, а также для планирования проведения и уточнения сроков и объёмов работ по ТОиР проводятся технические обследования (осмотры, освидетельствования, диагностирование). Технические обследования оборудования, эксплуатация которого регламентируется нормативными актами, проводится в порядке, установленном соответствующими нормативными актами.
Технический осмотр – мероприятие, выполняемое с целью наблюдения за ТС оборудования.
Техническое освидетельствование – наружный и внутренний осмотр оборудования, испытания, проводимые в срок и в объёмах, в соответствии с требованиями документации, в том числе нормативных актов, с целью определения его ТС и возможности дальнейшей эксплуатации.
Техническое диагностирование – комплекс операций или операция по установлению наличия дефектов и неисправностей оборудования, а также по определению причин их появления.
5.2. Методы оценки технического состояния оборудования
Различают субъективные и объективные методы оценки ТС оборудования.
Под субъективными (органолептическими) методами подразумеваются такие методы оценки ТС оборудования, при которых для сбора информации используются органы чувств человека, а также простейшие устройства и приспособления, предназначенные для увеличения чувствительности в рамках диапазонов, свойственных органам чувств человека. При этом для анализа собранной информации используется аналитико-мыслительный аппарат человека, базирующийся на полученных знаниях и имеющемся опыте. К субъективным методам оценки ТС относят визуальный осмотр, контроль температуры, анализ шумов и другие методы.
Под объективными (приборными) методами подразумеваются такие методы оценки ТС, при которых для сбора и анализа информации используются специализированные устройства и приборы, электронно-вычислительная техника, а также соответствующее программное и норма-тивное обеспечение. К объективным методам оценки ТС относятся вибрационная диагностика, методы неразрушающего контроля (магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, ультразвуковой, контроль проникающими веществами) и другие.
5.3. Порядок и особенности проведения визуального осмотра оборудования
Порядок проведения осмотров оборудования основывается на последовательном обследовании его элементов по кинематической цепи их нагружения, начиная от привода до исполнительного элемента. Для этого необходимо знать конструкцию оборудования, состав и взаимодействие его элементов.
Вначале проводится общий осмотр оборудования и окружающих его объектов. При общем осмотре изучается картина состояния оборудования. Общий осмотр может носить самостоятельный характер и применяется при периодических осмотрах оборудования технологическим персоналом.
Под детальным понимается тщательный осмотр конкретных элементов оборудования. Детальный осмотр в зависимости от требований соответствующих нормативных и методических документов, проводится в определённом объёме и порядке. Во всех случаях детальному осмотру должен предшествовать общий осмотр.
Общий и детальный осмотр могут проводиться при статическом и динамическом режиме оборудования. При статическом режиме элементы оборудования осматриваются в неподвижном состоянии. Осмотр оборудования при динамическом режиме проводится на рабочей нагрузке, холостом ходу и при тестовых нагружениях (испытаниях).
Осмотр оборудования при включении или остановке механизма ориентируется в основном на контроль качества затяжки резьбовых соединений, отсутствие трещин корпусных деталей, целостность соединительных элементов. В рабочем режиме дополнительно проверяются биения валов, муфт, утечки смазочного материала, отсутствие контакта подвижных и неподвижных деталей.
При осмотре могут быть применены три основных способа: концентрический, эксцентрический, фронтальный. При концентрическом способе () осмотр ведётся по спирали от периферии элемента к его центру, под которым обычно понимается средняя условно выбранная точка. При эксцентрическом способе () осмотр ведётся от центра элемента к его периферии (по развёртывающейся спирали). При фронтальном способе () осмотр ведётся в виде линейного перемещения взгляда по площади элемента от одной его границы к другой.
Рисунок 5.1 – Концентрический способ осмотра детали
Рисунок 5.2 – Эксцентрический способ осмотра детали
Рисунок 5.3 – Фронтальный способ осмотра детали
При выборе способа осмотра учитываются конкретные обстоятельства. Так, осмотр помещения, где установлено оборудование, рекомендуется проводить от входа концентрическим способом. Осмотр элементов круглой формы целесообразно вести от центра к периферии (эксцентрическим способом). Фронтальный осмотр лучше применять, когда осматриваемая площадь обширна и её можно разделить на полосы.
Под идентификацией дефектов и повреждений подразумевается отнесение неисправностей к определённому классу или виду (усталость, износ, деформация, фреттинг-коррозия и т.п.). Идентифицируя дефект или повреждение, зная его природу, специалист в дальнейшем может определить причины появления неисправности и степень её влияния на ТС оборудования. Идентификация выявленных дефектов и повреждений осуществляется путём сравнения их характерных признаков с известными образцами или описаниями, которые для удобства пользования могут собираться и систематизироваться в иллюстрированных каталогах ().
Таблица 5.1 – Пример каталога (базы данных) описаний неисправностей, дефектов и повреждений
| Внешний вид повреждения | Описание повреждения | Причины возникновения |
|---|---|---|
 |
|
|
 |
|
|
 |
|
Завершающая стадия заключается в дополнительном осмотре элементов оборудования для уточнения ранее полученных результатов и их регистрации в отчётных формах.
Регистрационные формы – это определённый порядок записи результатов опроса, собственно осмотра и дополняющие их графические изображения деталей и объекта в целом: рисунки, эскизы, чертежи, фотоснимки и т.п. На графических изображениях должны обозначаться точка начала осмотра и его направление, места расположения обнаруженных дефектов и повреждений.
Формализация результатов проведения осмотра осуществляется протоколом осмотра. В протоколе осмотра отражается то, что специалист имел возможным обнаружить при осмотре, в том виде, в котором обнаруженное наблюдалось. Выводы, заключения, предположения специалиста о причинах возникновения дефектов и повреждений остаются за рамками протокола и обычно оформляются отдельным актом или отчётом. Не заносятся в протокол и сообщения лиц о ранее обнаруженных отклонениях, а также произошедших до прибытия специалиста изменениях обстановки. Такие сообщения оформляются самостоятельными протоколами.
К составлению протокола осмотра надо подходить с учётом того, что он может выступать в качестве самостоятельного документа. В этих целях протокол составляется краткими фразами, дающими точное и ясное описание осматриваемых объектов. В протоколе употребляются общепринятые выражения и термины, одинаковые объекты обозначаются одним и тем же термином на протяжении всего протокола. Описание каждого объекта осмотра идёт от общего к частному (вначале даётся общая характеристика осматриваемого оборудования, его расположение на месте осмотра, а затем описывается состояние и частные признаки). Полнота описания объекта определяется предполагаемой значимостью и возможностью сохранения данных. Фиксируются все имеющиеся признаки дефектов и особенно те, которые могут быть со временем утрачены. Каждый последующий объект описывается после полного завершения описания предыдущего. Объекты, связанные между собой, описываются последовательно с тем, чтобы дать более точное представление об их взаимосвязи. Количественные величины указываются в общепринятых метрологических величинах. Не допускается употребление не-определённых величин («вблизи», «в стороне», «около», «рядом», «почти», «недалеко» и пр.). В протоколе отмечается факт обнаружения каждого из следов и предметов, в отношении каждого объекта указывается, что было с ним сделано, какие средства, приёмы, способы были применены. При описании оборудования и отдельных его элементов в протоколе приводятся ссылки на планы, схемы, чертежи, эскизы и фотографии. Каждый осматриваемый элемент оборудования должен иметь отдельную запись о результатах его осмотра. Выводы протокола должны содержать информацию о наличии и характере дефектов, а при невозможности его установления – о необходимости последующего проведения идентификации.
ГОСТ20911-89 предусматривает использование двух терминов: «техническое диагностирование» и «контроль технического состояния». Термин «техническое диагностирование» применяют, когда решаемые задачи технического диагностирования, перечисленные в 1.1, равнозначны или основной задачей являются поиск места и определение причин отказа. Термин «контроль технического состояния» применяют, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния.
Различают следующие виды технического состояния, характеризуемые значением параметров объекта в заданный момент времени:
Исправное - объект соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Неисправное - объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Работоспособное - значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Неработоспособное - значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации;
Предельное - дальнейшая эксплуатация объекта технически невозможна или нецелесообразна из-за несоответствия требованиям
безопасности или неустранимого снижения эффективности работы.
Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное состояние». Если объект исправен, он обязательно работоспособен, но работоспособный объект может быть неисправным, так как некоторые неисправности могут быть несущественными, не нарушающими нормальное функционирование объекта.
Для сложных объектов, в частности для магистральных трубопроводов, допускается более глубокая классификация работоспособных состоянии с выделением частично работоспособного (частично неработоспособного) состояния, при котором объект способен частично выполнять заданные функции. Примером частично работоспособного состояния служит такое состояние линейной части магистральных трубопроводов, при котором участок способен выполнять требуемые функции по перекачке технологической среды с пониженными показателями, в частности с пониженной производительностью при снижении допускаемого давления (РД 51-4.2-003-97).
Системой технического диагностирования (контроля технического состояния) называют совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимую для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации. Объектами технической диагностики являются технологическое оборудование или конкретные производственные процессы.
Средство контроля - техническое устройство, вещество или материал для проведения контроля. Если средство контроля обеспечивает возможность измерения контролируемой величины, то контроль называют измерительным. Средства контроля бывают встроенными, являющимися составной частью объекта, и внешними, выполненными конструктивно отдельно от объекта. Различают также аппаратные и программные средства контроля. К аппаратным относят различные устройства: приборы, пульты, стенды и т.п. Программные средства представляют собой прикладные программы для ЭВМ.
Исполнители - это специалисты службы контроля или технической диагностики, обученные и аттестованные в установленном порядке и имеющие право выполнять контроль и выдавать заключения по его результатам.
Методика контроля - совокупность правил применения определенных принципов и средств контроля. Методика содержит порядок измерения параметров, обработки, анализа и интерпретации результатов.
Для каждого объекта можно указать множество параметров, характеризующих его техническое состояние (ПТС). Их выбирают в зависимости от применяемого метода диагностирования (контроля). Изменения значений ПТС в процессе эксплуатации связаны либо с внешними воздействиями на объект, либо с повреждающими (деградационными) процессами (процессами, приводящими к деградационным отказам из-за старения металла, коррозии и эрозии, усталости и т.д.).
Параметры объекта, используемые при его диагностировании (контроле), называются диагностическими (контролируемыми) параметрами. Следует различать прямые и косвенные диагностические параметры. Прямой структурный параметр (например, износ трущихся элементов, зазор в сопряжении и др.) непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр (например, давление масла, температура, содержание СО 2 в отработанных газах и др.) косвенно характеризует техническое состояние. Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических параметров, позволяющих определить техническое состояние объекта без его разборки. Набор диагностических параметров устанавливается в нормативной документации по техническому диагностированию объекта или определяется экспериментально.
Количественные и качественные характеристики диагностических параметров являются признаками того или иного дефекта. У каждого дефекта может быть несколько признаков, в том числе некоторые из них могут быть общими для группы разных по природе дефектов.
Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, являющуюся разделом технической кибернетики. К решению задачи распознавания существует два подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный использует статистические связи между состоянием объекта и диагностическими параметрами и требует накопления статистики соответствия диагностических параметров видам технического состояния. Оценка состояния при этом осуществляется с определенной достоверностью. Детерминистский подход, применяемый чаще всего, использует установленные закономерности изменения диагностических параметров, определяющих состояние объекта.
Помимо теории распознавания, в технической диагностике используют также теорию контролеспособности. Контролеспособность определяется конструкцией объекта, задается при его проектировании и является свойством объекта обеспечивать возможность достоверной оценки диагностических параметров. Недостаточная достоверность оценки технического состояния является фундаментальной причиной низкой достоверности распознавания состояния оборудования и оценки его остаточного ресурса.
Таким образом, в результате предшествующих исследований устанавливают связи между характеристиками диагностических параметров и состоянием объекта и разрабатывают диагностические алгоритмы (алгоритмы распознавания), представляющие собой последовательность определенных действий, необходимых для постановки диагноза. Диагностические алгоритмы включают также систему диагностических параметров, их эталонные уровни и правила принятия решения о принадлежности объекта к тому или иному виду технического состояния.
Определение вида технического состояния оборудования может производиться как в собранном состоянии, так и после его полной разборки. В период нормальной эксплуатации используют методы безразборной диагностики, как наиболее экономичные. Методы технической диагностики, требующие разборки, обычно применяют при капитальном ремонте оборудования - при дефектации его элементов. Основной проблемой безразборной технической диагностики является оценка состояния оборудования в условиях ограниченности информации.
По способу получения диагностической информации техническую диагностику разделяют на тестовую и функциональную. В тестовой диагностике информацию о техническом состоянии получают в результате воздействия на объект соответствующего теста. Тестовая диагностика основана на использовании различных методов неразрушающего контроля. Контроль при этом осуществляется, как правило, на неработающем оборудовании. Тестовая диагностика может производиться как в собранном, так и в разобранном состоянии. Функциональную диагностику проводят только на работающем оборудовании в собранном состоянии.
Функциональную диагностику в свою очередь подразделяют на вибрационную и параметрическую диагностики. При использовании функциональной параметрической диагностики оценка технического состояния осуществляется по величине функциональных параметров оборудования при его работе, при этом подача целенаправленных тестовых воздействий не требуется. Отклонение этих параметров от их номинального значения (температура, давление, мощность, количество перекачиваемого продукта, КПД и т.д.) свидетельствует об изменении технического состояния элементов объекта, формирующих данный параметр. Контроль функциональных параметров обычно осуществляется в постоянном режиме оперативным обслуживающим персоналом с помощью штатных приборно-измерительных комплексов технологического оборудования. В связи с этим функциональную параметрическую диагностику часто называют оперативной. Способы функциональной параметрической диагностики обычно излагаются в инструкциях и руководствах по эксплуатации соответствующего вида оборудования и в данном пособии специально не рассматриваются.
Вибрационная диагностика бывает двух видов: тестовая и функциональная (см. 2.1). Сущность функциональной вибрационной диагностики заключается в использовании параметров вибрации оборудования при функционировании в рабочих условиях для оценки его технического состояния без разборки. Особенностью функциональной вибрационной диагностики является использование в качестве диагностических не статических параметров типа температуры или давления, а динамических - виброперемещения, виброскорости и виброускорения.
Помимо отмеченных выше видов диагностики, для оценки состояния оборудования применяют методы разрушающего контроля, предусматривающие частичное разрушение объекта (например, при вырезке проб для установления свойств материалов путем их механических испытаний), а также инструментальный измерительный контроль элементов оборудования при его разборке во время обследования или ремонта. Классификация видов технической диагностики приведена на рис. 1.3.
Системы диагностики различаются уровнем получаемой информации об объекте. В зависимости от решаемой задачи выделяют следующие виды диагностических систем: для разбраковки объектов на исправные и неисправные или для аттестации объектов по классам; поиска и измерения дефектов и повреждений; мониторинга состояния объекта и прогнозирования его остаточного ресурса. Последняя из перечисленных систем является наиболее сложной и применяется для ответственных и дорогостоящих опасных производственных объектов и технологического оборудования. Такие системы, предусматривающие проведение постоянного мониторинга с применением комплекса методов контроля технического состояния, позволяют проводить оперативную корректировку прогнозных оценок определяющих параметров и уточнение остаточного ресурса. В качестве основных методов контроля развития дефектности в комплексных системах мониторинга в настоящее время используют: для емкостного оборудования - акустико-эмиссионный контроль, для машинного - контроль вибрационных параметров.
Современное технологическое оборудование представляет собой сложные технические системы. Обеспечение требуемой надежности таких систем, оцениваемой вероятностью безотказной работы Р(1) (см. табл. 1.1), является более проблематичным по сравнению с простыми. Надежность любой технической системы определяется надежностью составляющих ее элементов. В большинстве случаев для сложных систем контроль одного или нескольких элементов малоэффективен, так как остается неизвестным состояние остальных.
Составляющие элементы сложных технических систем могут соединяться между собой последовательным, параллельным или комбинированным способами. При последовательном соединении элементов с вероятностью безотказной работы Р 1 Р 2 , ..., Рn вероятность безотказной работы системы определяется из выражения
,
Где P i – вероятность безотказности i-го элемента.
При параллельном соединении
При комбинированном способе вначале определяют вероятность безотказной работы элементов с параллельным соединением, а затем - с последовательным.
Способ параллельного соединения дублирующих элементов называется резервированием. Резервирование позволяет резко повысить надежность сложных технических систем. Например, если в системе перекачки сырой нефти предусмотрены два независимых параллельных насоса с вероятностью безотказной работы Р 1 = Р 2 = 0,95, то вероятность безотказной работы всей системы
Р(t) = 1 - (1 – Р 1)(1 – P 2) = 1 - (1 - 0,95)(1 - 0,95) = 0,998.
Суммарная надежность системы определяется надежностью ее составляющих. Чем больше количество составляющих, из которых состоит система, тем выше должна быть надежность каждой из них. Например, если техническая система состоит из 100 последовательно соединенных элементов с одинаково высокой вероятностью безотказной работы 0,99, то общая ее надежность будет равна 0,99 100 , что составит около 0,37, т. е. вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени t составляет только 37 %. В связи с этим при диагностировании сложных систем, прежде всего включающих большое число составляющих без резервирования, для получения достоверной оценки их надежности необходимо осуществлять сплошной контроль всех составляющих.
Состояние технической системы может описываться множеством параметров. При диагностировании сложных систем, работоспособность которых характеризуется большим числом параметров, возникает ряд дополнительных проблем, а именно:
Необходимо установить номенклатуру основных диагностических параметров, характеризующих работоспособность системы, и задать технические средства их контроля;
По совокупности этих параметров необходимо разработать алгоритм оценки технического состояния системы и соответствующие программные продукты для ЭВМ.
При проведении диагностики применяют сплошной и выборочный контроль. Крайне важным фактором является то, что применение современных неразрушающих методов позволяет перейти к сплошному контролю. Для сложного технологического оборудования, состоящего из большого числа зависимых элементов, введение сплошного неразрушающего контроля является необходимым условием достоверной оценки его технического состояния.
Диагностика требует определенных затрат, которые растут по мере повышения требований к надежности и безопасности. Для сравнения: в атомной промышленности США затраты на дефектоскопию составляют до 25% всех эксплуатационных затрат, в России - около 4%. По данным ВНИКТИ нефтехимоборудования, затраты на диагностику нефтехимического оборудования в США составляют около 6% эксплуатационных затрат, в России - менее 1%. Вместе с тем эта статья расходов оправдана, так как использование систем технического диагностирования позволяет эксплуатировать каждый экземпляр технологического оборудования до предельного состояния и за счет этого получить значимый экономический эффект.