Вібраційна надійність обладнання
Статистичні дані показують [507], що велика кількість відмов і аварій в енергетиці і машинобудуванні викликані підвищеною вібрацією. Для зменшення ймовірності їх виникнення проводиться вібраційне обслуговування обладнання, яке включає комплекс організаційно-технічних заходів, які проводяться з певною періодичністю з метою забезпечення регулярного контролю вібраційного стану обладнання і підтримки його на необхідному рівні. На електростанціях вібраційне обслуговування проводиться для наступного устаткування: турбоагрегати, турбо — і електроживильні насоси, тя — годутьеві машини, мережні насоси, млини, силові трансформатори і інше устаткування, перелік якого визначається адміністрацією підприємства [508].
Внаслідок безпосереднього зв’язку між технічним станом устаткування, параметрами робочих процесів, що відбуваються в ньому, і вібрацією, кожному стану устаткування відповідає цілком певна по характеру і інтенсивності вібрація. Заміряна за допомогою апаратури, вона може служити прямим або непрямим показником якості роботи і технічного стану обладнання. Тому першим ступенем діагностики технічного стану устаткування є контроль його вібрації в процесі роботи і зіставлення із установленими нормами [507, 508]. Вихід за межі експлуатаційних норм свідчить або про порушення робочого процесу обладнання, або про його несправності. Такі норми встановлюються на основі досвіду експлуатації і включаються в правила обслуговування машин і установок [294, 508]. На відміну від станційної енергетики в малій енергетиці вібраційне обслуговування обладнання перебуває на дуже низькому рівні, що викликало необхідність проведення вібраційного контролю при проведенні енергетичних обстежень і енергоаудиіу даних об’єктів. Контроль параметрів вібрації обладнання виконувався за допомогою вібродіагностичного приладу Robotron М1302, який складається з вимірювального блоку, блоку живлення і датчика віб — роприскорення KS50 п’єзоелектричного типу [507].
Для ліквідації перешкод у прилад вбудовані фільтри верхніх і нижніх частот, що мають по 8 ступенів перемикання. Robotron МІ302 має електронну внутрішню пам’ять, здатну зберігати значення, виміряні в ста точках, інтерфейсне підключення дозволяє зовнішнє запам’ятовування виміряних значень, а вивід фільтра забезпечує спільну роботу приладу із зовнішнім вузькополосним фільтром для виконання частотного аналізу. Прилад дозволяє визначати значення ефективних (середньоквадратичних а і v) і пікових коливальних прискорень (а) і швидкостей (Є), а також діагностичний показник (К), що характеризує стан або ступінь ушкодження підшипників кочення. При цьому ефективні значення величин визначаються по формулі:
де v(t) — поточне значення контрольованого параметра;
Т — інтервал часу, за який визначається ефективне значення.
Оцінка вібрації за допомогою ефективних значень широко використовується при її контролі і нормуванні, тому що ефективне значення перемінного параметра характеризує рівноцінну йому по енергії величину постійного в часі параметра. Тому застосування ефективного значення дозволяє привести до єдиного еквівалента як чистогармонічні, так і складні коливальні процеси і тим самим допускає їхнє порівняння. При аналізі коливальних процесів використовувалися наступні основні параметри: А — амплітуда; Т — період коливань; f — частота коливань; co=27if — кругова (кутова) частота, а також фаза коливань cp=27it/T, де t — час, що пройшов з початку коливання; v, а — віброшвидкість і віброприскорення, які при гармо — нійних коливаннях визначаються по формулам: v =2к£А, a=(27if) А.
При дослідженні вібрації з позиції механічної міцності обладнання її контроль проводився на кришках підшипників у трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Для розв’язку завдань, пов’язаних з розповсюдженням вібрації в несучі конструкції, виміри параметрів вібрації виконувалися в опорних вузлах устаткування [507]. У якості параметрів, що визначають рівень вібрації, використовувалися ефективні значення v і а, розмах (подвоєна амплітуда) коливального процесу, а також діагностичний показник (К), що характеризує стан підшипників кочення. Для створення інформаційного банку даних, їх обробки і порівняння з нормативними значеннями був розроблений спеціальний модуль "Вібраційна надійність", включений до складу УЕК.
Застосування ефективної v дозволяє здійснювати контроль за вібрацією з будь-яким складом гармонік і правильно оцінювати інтенсивність і небезпеку вібрації навіть при наростанні процесу нестійкості. Значення застосовуваних критеріїв допусків на дисбаланс роторів також пропорційні віброшвидкості. Параметр ефективної віброшвидкості дозволяє встановити єдині нормативні значення вібрації для підшипників агрегатів всіх типів, з будь-якою робочою частотою обертання, а також при контролі за вібрацією на перемінній частоті обертання [508]. Крім цього, він використовувався при розрахунку амплітуд вібропересувань: А= v/(7i f-20,5).
Апробація модуля "Вібраційна надійність" була проведена в ході енергетичних обстежень котельних ВАТ "Архангельський морський торгівельний порт" і ВАТ "СЛДК" і підтвердила необхідність періодичного контролю вібраційного стану обладнання і підтримки його на необхідному рівні. Періодичні виміри параметрів вібрації, виконані за допомогою Robotron МІ302 для тягодутьевих установок і насосів (рис. 10.9), показали, що спостерігається лінійне зростання ефективних значень v і а у часі в процесі періоду "нормальної" експлуатації устаткування. Дані результати узгоджуються з характером зміни трьох фундаментальних закономірностей [507, 463], що визначають необоротні процеси у працюючім обладнанні. Порівняння границь і характеру зміни даних закономірностей показує, що "катастрофічні" явища наступають досить різко і їдуть за тривалим періодом "нормальних" змін, що протікають із постійною швидкістю. Таким чином, з характером зміни зношування, повзучості і розвитку тріщин тісно зв’язані закономірності зміни вібраційних характеристик, тому що основними джерелами вібрації в устаткуванні є неврівноваженість обертових частин, неспіввісності, порушення геометрії кінематичних пар, ріст зазорів у зчленуваннях. Ці величини змінюються звичайно пропорційно зносам, пластичним деформаціям, внаслідок цього і вібрація наростає лінійно у часі в процесі другого періоду експлуатації обладнання, тільки при настанні третього етапу в одній з відзначених закономірностей повинне з’явитися різке наростання вібрації. Тому графік зміни середніх величин вібрації обладнання (рис. 1.9) за своїм характером повторює фундаментальні залежності, а "віброакустична" відмова, як правило, передує відмові фізичної. Дані положення є відправними для розвитку систем контролю надійності машин у процесі експлуатації.
1 — віброшвидкость насосу К8/18 К50-32-125, 2 — віброшвидкость насосу К20/30 К65-50-160, 3 — віброшвидкость насосу КМ90/35 КМ80-80-160, 4 — віброшвидкость насосу КМ90/55 КМ100-65-200, 5 — віброприскорення насосу К8/18 К50-32-125, 6 — віброприско — рення насосу К20/30 К65-50-160, 7 — віброприскорення насосу КМ90/35 КМ80-80-160, 8 — віброприскорення насосу КМ90/55 КМ100-65-200 Рисунок 10.9 — Зміна ефективних значень віброшвидкості і віброприскорення в поперечному напрямі у процесі експлуатації відцентрових консольних насосів |
Розроблений модуль "Вібраційна надійність" використовувався також при аналізі причин виникнення і розробці заходів щодо усунення резонансних акустичних коливань у кубах першого сту — пеня ТВП котла Е-75-40 ст. № 9 ТЕЦ ВАТ "АЕЗ". Дослідження показали, що дані коливання виникали внаслідок збігу частоти зриву вихрів, що утворюються в кормовій частині труб, із частотою власних акустичних коливань, поширювалися в напрямку перпендикулярному потоку повітря і осям труб, характеризувалися значними пульсаціями тиску і інтенсивною вібрацією, а також потужним випромінюванням звуку в ОС [480].
Модуль "Вібраційна надійність", на підставі результатів періодичної вібродіагностики, дозволяє здійснювати контроль вібрації з метою оцінки технічного стану обладнання в процесі експлуатації, а також якості виконання монтажних і ремонтних робіт. Результати комплексної оцінки технічного стану обладнання слід використовувати при вдосконалюванні системи техобслуговування, шляхом впровадження системи ПНР зі змінним графіком, що базується на результатах вібродіагностики. Розроблений УЕК дозволяє здійснювати комплексний підхід до визначення ефективності роботи теплоенергетичного устаткування з обліком екологічних і економічних факторів, а також оцінювати надійність роботи ПН з позицій забруднення і низькотемпературної сіркокислотної корозії. Комплекс дає можливість аналізу варіантів організації топкового процесу з метою його оптимізації по теплових і екологічних показниках. За результатами вібродіагностики УЕК дозволяє контролювати технічний стан обладнання в процесі експлуатації, оцінювати якість виконання ремонтних робіт.