Вибродиагностика вибромониторинг и прогноз изменения вибрационного состояния машинного оборудования

Вибромониторинг и вибродиагностика — как работает, зачем нужно

Статья, как следует из названия, посвящена вибромониторингу и в ней мы постараемся ответить на следующие вопросы:

что такое вибромониторинг?
как работает?
зачем нужен?

Начнем с того, что сформулируем суть этого понятия. Итак, вибромониторинг — это метод контроля технического состояния оборудования, основанный на математическом анализе уровня его вибрации. Выполняется анализ программным обеспечением встроенным или поставляемым в комплекте с системой вибродиагностики.

Существует два наиболее распространенных программно-аппаратных решения, соответствующих различным подходам к мониторингу состояния машин и агрегатов на основе анализа вибрации. Первый из них заключается в периодическом контроле технического состояния объекта, для чего через регламентированные промежутки времени к нему подключаются датчики и специальным переносным прибором считываются и записываются в память устройства значения уровней вибрации в течение некоторого интервала времени. В последствии эти значения анализируются специалистом, либо специализированным ПО и по результатам оценки выдается соответствующее заключение.

Второй подход заключается в непрерывном мониторинге и анализе уровня вибрации контролируемого объекта. Благодаря этому, обслуживающий персонал может оперативно реагировать на изменения показателей и минимизировать риски выхода из строя или разрушения деталей и узлов контролируемого объекта, тем самым уменьшая время простоя производства. Для второго подхода распространены два различных программно-аппаратных решения непрерывного вибромониторинга. Разница между ними в том, что решение первого типа — обособленное (автономное) и не только не требует, но и зачастую не имеет возможности интеграции в существующую на предприятии автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП). Решение второго типа, напротив, рассчитано на интеграцию в АСУ ТП и использование ее вычислительно-преобразовательных ресурсов, что исключает необходимость в размещении дополнительного поста оператора, организации дополнительных каналов связи между контролируемым объектом и постом оператора и в целом снижает стоимость комплекса. Следует также отметить то, что оба решения имеют как преимущества, так и недостатки и выбор в пользу того или иного варианта, в каждом конкретном случае, приходится делать индивидуально.

Что же касается того, как вибродиагностика работает и каким образом выявляет зарождающиеся или уже возникшие дефекты, то вкратце принцип работы заключается в следующем: дефекты деталей и узлов машин и агрегатов приводят к изменению уровня вибрации на соответствующих частотах, которое программный алгоритм идентифицирует и соотносит с конкретным типом дефекта, позволяя таким образом без остановки и разборки, выявить наличие или спрогнозировать развитие неисправности, способной привести к возникновению неисправности или аварии.

Остался последний вопрос, на который требуется ответить — вопрос целесообразности внедрения комплексов вибромониторинга. Вопрос этот и прост и сложен одновременно. С одной стороны имеется ряд неоспоримых аргументов «за» установку таких средств, среди которых следующие:

предотвращение аварийных ситуаций и, как следствие, исключение затрат на их устранение и снижение финансовых потерь от простоя производства;
снижение стоимости ремонта благодаря своевременному выявлению дефектов деталей и узлов, что позволяет провести ремонт либо замену неисправного элемента до того, как разрушение или неправильная работа этого элемента приведет к повреждению сопряженных узлов или всего агрегата;
снижение эксплуатационных расходов за счет отказа от проведения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту эксплуатируемого оборудования;
уменьшение количества и номенклатуры деталей и узлов, которые требуется хранить для осуществления оперативного ремонта или замены вышедших из строя машин или агрегатов.

С другой стороны имеются довольно высокие расходы, требующие технико-экономического обоснования затрат на оснащение предприятия системами вибромониторинга. Сложность данной оценки заключается в необходимости учета не только стоимости ремонта или замены элементов оборудования, но и эксплуатационных расходов, расходов связанных с простоем производства и прочими финансовыми рисками. Оценить целесообразность внедрения комплексов вибромониторинга, учитывая такое количество данных, является непростой задачей, однако без ее решения сделать обоснованный вывод достаточно сложно. Однако, следует подчеркнуть тот факт, что для крупного оборудования такого как компрессорные и промышленные холодильные установки, насосные агрегаты, газотурбинные, паровые и дизельные генераторы, а так же многих других крупных установок внедрение вибромониторинга оказывается оправданным.

Если вас заинтересовали системы вибромониторинга, предлагаем вам обратиться в ООО «Форте 21» и наши инженеры проведут для вас оценку целесообразности использования данных систем, а в дальнейшем, при необходимости, подберут компоненты, осуществят монтаж и пусконаладочные работы.

Всю информацию касательно вибромониторинга можно прочитать перейдя по сслке:

Источник

Непрерывный вибромониторинг оборудования. Решения для предотвращения незапланированных простоев

Вибродиагностика как метод диагностики состояния различных механизмов существует уже давно и успешно применяется для предупреждения выхода из строя оборудования и связанных с этим простоев. Чаще всего вибродиагностика применяется для определения состояния вращающегося оборудования и основывается на анализе параметров вибрации. Какие решения предлагают ведущие мировые компании в области непрерывного вибромониторинга оборудования?

Любое работающее вращающееся оборудование вибрирует. Причем для каждого механизма существует свой определённый набор характерных частот вибрации, который позволяет обеспечить диагностику, как механизма в целом, так и его составных частей. Вибродиагностику применяют для широкого спектра оборудования, например, насосов, вентиляторов, механизмах буровых установок, качалок, компрессоров.

Какие существуют подходы к вибродиагностике?

Периодическая вибродиагностика, заключается в периодическом съеме показаний вибрации с помощью переносного оборудования, выполняются вручную, часто требует останова оборудования, для установки датчиков. После чего производится запуск оборудования и проведение измерений на определённых для этого частотах. Данные, полученные в результате измерения, сравниваются с данными из предыдущих измерений и анализируются изменения, на основании анализа выдаётся заключение о состоянии оборудования. Основной недостаток метода, нет возможности оценки состояния механизма между периодами. Быстро развивающиеся проблемы в механизме могут быть не выявлены и привести к выходу из строя оборудования и внеплановым простоям производства. Кроме того, необходимо устанавливать большое количество датчиков для съема максимума данных по механизму. И сама такая диагностика занимает по нескольку часов на единицу оборудования.

Непрерывная вибродиагностика – производится с помощью стационарных систем вибродиагностики, измерения производятся автоматически с периодичностью, измеряемой в секундах. Оборудование и его отдельные узлы всегда находятся под контролем, любые изменения в состоянии фиксируются и непрерывно анализируются. По существу в каждый момент времени, можно точно знать состояние оборудования и определять возможные проблемы заблаговременно. Что по существу является ключевым фактором для работы систем предиктивной диагностики и автоматизации технического обслуживания и ремонта (ТОиР). При этом требуется меньше точек измерения и соответственно датчиков, чем при периодической вибродиагностике.

Как работает стационарная система вибродиагностики?

Для примера возьмём SIPLUS CMS1200 -эта система сочетает три основных метода анализа:

Характеристический – основан на анализе среднеквадратичных значений виброскорости и среднеквадратичных значений виброускорения, кроме того, используется дополнительный анализ параметра состояния подшипников качения DKW. Анализ этих показателей позволяет судить об общем состоянии механизма в точке измерения и, сравнивая с заданными уставками, определять наличие нарастающих неисправностей о которых сигнализировать оператору оборудования, простыми визуальными сигналами. Основные сигналы: рабочий режим, достижение уровня предупреждения, достижения уровня аварии.

Частотно-селективный — основан на анализе частотного спектра и даёт возможность определить возможные причины нарастающей проблемы. Каждое механическое повреждение имеет собственный частотный спектр. А амплитуда позволяет определить степень повреждения и сделать выводы об оставшемся сроке службы. Решающую роль в этом случае играют собранные данные.

Преобразование частотного сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье в спектр.

Экспертный метод – основан на потоковом анализе данных с помощью программного обеспечения, например, Х-Tools. Что даёт возможность использовать исходные данные для построения моделей анализа, точно соответствующих конкретному механизму и обеспечить высокий уровень автоматизации работы специалистов по вибродиагностике.

Какие датчики лучше применять проводные или беспроводные?

Всё зависит от условий эксплуатации и применения, но в большинстве случаев предпочтение отдаётся проводным датчикам. Конечно, беспроводной датчик выглядит перспективно, его главное достоинство – отсутствие прокладки кабелей. Но главный недостаток беспроводных датчиков, кроме цены самого датчика, являются его элементы питания. В среднем многие производители заявляют о том, что срок службы элемента питания составляет 5 лет, но это в случае, если производится, например, одно измерение в день. Если измерений производится больше, то срок службы элемента питания резко снижается, тоже самое происходит и в случае отрицательных температур. И при активной эксплуатации, придётся часто менять элементы питания с разборкой датчика, остановкой оборудования, а в случае, например, с буровой установкой ещё и в не самых комфортных полевых условиях. А для взрывозащищённых датчиков, элементы питания незаменяемые, придётся полностью менять датчик. Также есть вопросы с размерами самого датчика, беспроводные в среднем более габаритные чем проводные варианты. Случаются вопросы и с электромагнитной совместимостью. Есть ещё такой тонкий момент, это совместимость беспроводных датчиков разных производителей, обычно она отсутствует. У проводных датчиков – один недостаток, это прокладка кабеля. В остальном – это лучший вариант, не требует обслуживания в рамках поверочного интервала, большой диапазон рабочих температур, обычно от -50 до +100, но есть и с расширенным диапазоном, совместимость датчиков различных производителей в рамках одного интерфейса, например, IEPE/ISP, могут подключаться как к стационарным системам, так и к переносным.

Возможно ли использование стационарной системы вибродиагностики без использования внешнего программного обеспечения и как интегрировать систему в цифровую среду предприятия?

Если рассматривать SIPLUS CMS1200, то да, система может использоваться без внешнего аналитического программного обеспечения, только за счет встроенного ПО, доступ к которому осуществляется через web-сервер. Встроенное ПО даёт возможность использовать как характеристический метод анализа, так и частотно-селективный. При возникновении необходимости, систему можно также подключать к внешнему ПО, без какой-либо доработки.

Для интеграции с любыми уровнями цифровых систем, используется встроенный OPC UA сервер как в самих модулях вибродиагностики, так и в управляющем контроллере S7-1200. Физическое подключение к модулю осуществляется через встроенные порты Ethernet. Связь с контроллером осуществляется по внутренней шине, что обеспечивает высокий уровень кибербезопасности, путём разделения контроллера и входных портов модуля на уровне внутреннего интерфейса.

Также система может быть легко интегрирована с различными IoT устройствами.

Возможно ли полностью сделать автоматическую систему вибродиагностики?

Однозначного ответа здесь нет. С одной стороны, полностью настроенная система вибродиагностики даёт достаточно высокую точность при характеристическом анализе, что позволяет предупредить аварийные выходы из строя оборудования в автоматическом режиме. С другой стороны, использование частотно-селективного метода анализа требует работы специалистов по вибродиагностике. Да, стационарная система вибродиагностики позволяет на порядок увеличить эффективность работы вибродиагноста, но полностью заменить на данном уровне не сможет.

Возможно ли использовать искуственный интеллект, например, машинное обучение и нейросети для задач вибродиагностики?

Возможности искусственного интеллекта сейчас активно внедряется во всех областях деятельности человека. И конечно было бы весьма интересно применить нейросети в анализе данных вибрации. Важным моментом использования нейросетей является их обучение, обучение производится с помощью наборов данных, так называемых data set. И вот с этими наборами данных есть сложности, такие наборы данных должны создаваться для конкретных механизмов, причём для всех режимов работы и данными анализа правильно/неправильно, и если правильно, то насколько правильно. Это весьма трудоёмкая процедура и длительная по времени, хотя и возможная. Поэтому на данный момент возможности искусственного интеллекта для потокового анализа вибраций используют в очень ограниченных случаях. Но вот, где есть возможность использовать искусственный интеллект, так это в рамках предиктивной аналитики. Где уже идёт анализ обработанных данных вибродиагностики с учётом исторических данных по предупреждённым случаям выхода из строя и обработкой сопутствующих данных, например, из системы АСУ ТП. Вот здесь использование ИИ, позволяет получить эффект и возможность оптимизации параметров систем вибродиагностики. При этом постоянное накопление данных позволит все точнее и точнее определять время оставшейся работы оборудования и его узлов.

В заключении хотелось бы сказать, что применение систем вибродиагностики интересная и многогранная тема, позволяющая создать необходимые условия, для максимально эффективного использования оборудования.

Источник

ВиброДиагностика | ВиброКонтроль

Вибродиагностика оборудования и подшипников. Виброналадка и балансировка под ключ!

Какие проблемы решает диагностика вибраций?

Так уж получается, что достаточно часто даже новое оборудование работает не в оптимальном состоянии и бывает разбалансировано с самого начала. Это может быть как дефект заводской сборки, так и отсутствие правильных пуско-наладочных работ.

Кому нужны вибрационный анализ, наладка и балансировка?

предприятиям и собственникам использующих холодильные машины и чиллеры на базе винтовых и центробежных компрессоров;
владельцам вентиляционных агрегатов, тягодутьевых машин, дымососов и насосов;
сельско-хозяйственным предприятиям;
горно-обогатительным и перерабатывающим заводам;
газоперекачивающим станциям;
на турбинных гидро-, электро- и атомных станциях и т.д.

Как мера профилактики, вибрационное обследование позволяет избежать остановки оборудования, а также масштабных затрат на внеплановые ремонты.

В случае, уже имеющихся нарушений в работе оборудования, исследование вибраций позволяет быстро и точно найти источник дисбаланса и если это возможно, сразу же провести балансировку.

В случае, когда ситуация требует серьезного ремонта, вибробалансировка проводится в конце всех работ.

Что такое вибродиагностика?

Вибродиагностика — основная часть программ профилактического обслуживания машин.

На протяжении многих лет вибродиагностика зарекомендовала себя как наиболее эффективный метод проверки «состояния оборудования».

Инструментами вибродиагностики мы проводим:

Диагностику зарождающихся дефектов;
Оперативную диагностику опасных дефектов;
Диагностику виброотказов.

Это помогает избежать неожиданных остановок оборудования, а также предотвратить замену деталей, которые все еще находятся в хорошем состоянии.

Где нужно измерение вибрации?

Диагностика компрессоров;
Диагностика вентиляторов;
Диагностика двигателей;
Диагностика генераторов;
Диагностика насосов;
Диагностика турбин;
Диагностика коробок передач;
Диагностика подшипниковых узлов.

Если один из компонентов начинает выходить из строя, вибрационные характеристики изменятся. Каждый раз мы отслеживаем тенденции и сравниваем результаты измерений, чтобы предсказать возможные отказы до того, как они произойдут.

Неисправности, выявляемые с помощью методов анализа вибрации

Методика вибрационного анализа позволяет выявить практически все неисправности, которые могут возникнуть в оборудовании. В некоторых случаях, выводы вибродиагностики подкрепляются дополнительными методами анализа.

Ниже приведены наиболее распространенные неисправности, которые выявляет анализ вибрации:

Неисправность лопастей вентилятора;
Дисбаланс;
Отказы подшипников;
Механическая неплотность;
Несоосность;
Резонанс и собственные частоты;
Электрические неисправности двигателей;
Гнутый вал;
Неисправности коробки передач;
Кавитация в насосах;
Критические скорости.

Вибрационный анализ

Для анализа вибрации не требуется разбирать или останавливать машину, поэтому это неинвазивный метод. По сути, датчик, преобразующий движение в электрический сигнал, и есть принцип работы анализатора вибрации. Во-вторых, анализатор вычисляет все заранее определенные параметры, а затем сохраняет этот сигнал.

Датчики вибрационного анализа

Наиболее распространенным датчиком, используемым при анализе вибрации, является акселерометр, Но, кроме этого так же используются датчики скорости и датчики перемещения.

Фактически, акселерометры обеспечивают выходное напряжение, амплитуда которого пропорциональна ускорению вибрации. Впоследствии анализатор может интегрировать этот сигнал для получения скорости и перемещения, что делает акселерометр наиболее универсальным датчиком.

Вибрации

Вращающееся оборудование при нормальной работе создает вибрацию в результате трения и центробежных сил как вращающихся частей, так и подшипников.

В результате вибрацию можно измерить, записать, отследить и в большинстве случаев даже услышать.

Таким образом, определяют вибрацию как повторяющееся движение вокруг точки равновесия, характеризующееся изменением амплитуды и частоты. И амплитуда, и частота используются в бесчисленных важных вычислениях для диагностики.

Определение амплитуды

Амплитуда — это максимальное распространение колебания, которое измеряется от самой низкой точки до самой высокой точки формы волны. Фактически, амплитуда связана с количеством движения. С другой стороны, значение RMS (среднеквадратичное значение) описывает количество энергии, содержащейся в этой вибрации. RMS — это наиболее используемый параметр для измерения интенсивности вибрации.

Что такое частота?

Частота измеряет скорость, с которой происходят движения вибрации в секунду Гц (или в минуту CPM).

Представьте себе пианино, при условии, что каждая нота соответствует частоте, если вы нажмете несколько клавиш, вы услышите составной звук. Частоты и амплитуды каждой ноты объединяются, чтобы создать сложный сигнал. Точно так же вибрация может быть комбинацией нескольких частот, каждая из которых может подчиняться разной причине.

Точно так же количество компонентов сигнала вибрации может быть таким же большим, как и количество клавиш в пианино, потому что каждая механическая часть имеет свой собственный образец колебаний.

Таким образом, каждая машина будет иметь свой собственный след вибрации, и задача специалиста по анализу вибрации — выявить проблемы внутри этого следа.

Что такое БПФ?

БПФ (быстрое преобразование Фурье) — это математический расчет, предназначенный для разложения сигнала на все его частоты. Диаграмма БПФ дает возможность диагностировать неисправности по частотам и оценивать интенсивность каждой из них по амплитуде.

БПФ — это фундаментальная единица анализа вибрации.

Преимущества вибродиагностики

Измерения вибрации дадут мгновенное представление о состоянии оборудования (лучше не начинать ремонтные работы над оборудованием, до снятия параметров специалистом по вибродиагностике).
Не разрушаемый метод диагностики, проверки и контроля.
Дает возможность предотвратить масштабные затраты на ремонт дорогостоящего оборудования.

Как это работает?

Работающие машины и оборудование генерируют вибрации, которые содержат много информации об их состоянии.

Для измерения этой вибрации используется виброметр или анализатор.

Датчик необходимо установить в соответствующей точке (например, на корпусе подшипника). Прибор измеряет сигнал вибрации, сообщает степень вибрации, а также возможные неисправности машины.

Профилактическое обслуживание, мониторинг состояния машин, анализ вибрации — что это за термины?

Диагностика вибрации

Обследуя оборудование и машины мы разделяем «низкие и высокие» шумы. Здесь уже идет разделение неисправностей, таких как общее состояние машины, связанное со скоростью вала (низкая частота) и неисправности подшипника / коробки передач (более высокая частота).

Для выделения этих неисправностей как раз и используются виброметры и анализаторы.

При выполнении вибродиагностических обследований получают сигналы не только об общем состоянии машины, но также и о состояния ряда ее компонентов.

Диагностика вибрации, конечно, достаточно сложна, так как требуется значительный опыт для определения всех источников вибрации, которые генерируются работающей машиной (например, ослабленные фундаментные болты, дисбаланс, несоосность, неисправности лопастей вентилятора, неисправности зубчатой передачи и многое другое).

Мониторинг состояния машин и оборудования

Есть и другие методы оценки состояния неисправностей. Помимо диагностики вибрации есть и другие исследования неразрушающего контроля: ультразвуковое обнаружении, термография и т.д.

Все эти методы являются частью мониторинга состояния машин и оборудования. У каждого метода есть свои плюсы и минусы. То, какие методы выбираются (или комбинируются) зависит от поставленной задачи.

Однако, за последние несколько десятилетий было обнаружено и доказано, что вибрационная диагностика является наиболее эффективным и надежным методом для большинства вращающихся механизмов.

Какие машины и с какой периодичностью подлежат вибромониторингу?

Машинам и оборудованию, имеющим решающее значение для производственного цикла, рекомендован регулярный (хотя бы 1 раз в месяц) вибромониторинг.

При плановом техническом обслуживании нет смысла проводить измерения на огромном временном отрезке. Это будет не профилактическое обслуживание, а метод работы до отказа. Представьте, сколько всего может случиться за те же полгода.

Виброметр / виброанализатор — как это работает?

Измеритель или анализатор вибрации — это электронное устройство, способное обрабатывать сигналы вибрации.

Датчик выдает сигнал напряжения, пока он вибрирует на машине/оборудовании. Этот сигнал напряжения передается по кабелю на вибрационное устройство. Виброметр может обрабатывать сигнал напряжения и отображать значения вибрации, такие как ускорение и скорость.

Каковы допустимые значения вибрации? Какие предельные значения вибрации не должны превышаться?

И у низкочастотных, и у высокочастотных колебаний есть свои пределы.

Предельные значения вибрации

Есть некоторые предельные значения вибрации, которые можно рассматривать как значения, указывающие на ухудшение состояния машины. Мы можем установить пределы в соответствии с некоторым опытом работы с определенными машинами, и в соответствии с существующими стандартами ISO 10816-3 для этих предельных значений.

Низкочастотные колебания

Все механические неисправности, связанные со скоростью машины, такие как дисбаланс, несоосность и механическая неплотность, считаются низкочастотными колебаниями.

Эти колебания измеряются как скорость в мм/с или дюймах/с.

(С помощью датчика ускорения измеряется значение ускорения, но измеритель (анализатор) может преобразовать это значение в значение скорости).

Наиболее распространенный частотный диапазон этого измерения составляет 10 — 1000 Гц.

Этот частотный диапазон также применяется в стандартах ISO 10816-3.

Независимо от того, какие используются предельные значения вибрации, они носят лишь информационный характер. Всегда нужно попытаться выяснить предельные вибрационные значения для конкретной машины. Нужно определить оптимальное эксплуатационное состояние данной машины или оборудования.

Измерение общей скорости

Для отслеживания механических колебаний (связанных со скоростью вала) машины используется измерение общей скорости в мм/с в диапазоне 10-1000 Гц. Это измерение имеет статическое значение, поскольку оно представлено одним числом. Используя специализированное программное обеспечение, мы можем отслеживать это значение во времени и наблюдать за его развитием.

Высокочастотные колебания

Очень важная часть многих машин и оборудования — это подшипник. Из-за своей конструкции подшипники создают колебания на более высоких частотах.

Эти колебания измеряются как ускорение в значении «g». Частотный диапазон этого измерения может сильно различаться, и всегда важно знать допустимые параметры конкретного подшипника. Ориентировочно измерение ускорения будет в диапазоне 500 — 16000 Гц.

Общих пределов вибрации подшипников не существует. Почему?
На рынке представлены огромное количество типов подшипников, поэтому определить общие пределы вибрации невозможно, они будут различаться. При этом, на конкретной машине, каждый подшипник работает с разной скоростью и разной нагрузкой. Еще один аспект — как подшипник был установлен в машине.

Измерение общего ускорения

Поэтому вторым измерением, которое включается в наши регулярные измерения оборудования, будет общее ускорение в g в диапазоне 500–16000 Гц. Это снова статическое значение, поскольку оно представлено одним числом.

Резюме

Есть два важных значения, которые нужно регулярно измерять на машинах/оборудовании:

Общая скорость в мм/с — нижний частотный диапазон — указывает на общее состояние машины.
Общее ускорение в g — более высокий частотный диапазон — который указывает на состояние подшипника

Примечание: Нас иногда спрашивают, почему мы используем разные единицы измерения (скорость и ускорение) для этих измерений. Проще говоря, ускорение более чувствительно к высокочастотным колебаниям, а скорость более чувствительна к более низкому частотному диапазону, поэтому стало обычным использование этих двух устройств, поскольку они являются наиболее эффективными для диагностики вибрации.

Приемочные испытания согласно стандартам ISO

Мы не только помогаем в ходе эксплуатации оборудования находить и устранять проблемы в его работе, но и также проводим измерения вибраций при проведении приемочных испытаний!

Выполняем вибродиагностику независимо от субподрядчиков и других сторон.
Измерения вибрации выполняются на нашем оборудовании, которое откалибровано в соответствии с требуемыми стандартами.
Использование нас в качестве подрядчика при проведении вибрационных испытаний является преимуществом, потому что работа будет выполнена независимой стороной, в лице опытного вибродиагноста-аналитика.

Цены на проведение вибродиагностики и вибробалансировки зависят от вида и объема работ, а также геолокации объекта.

Стоимость услуг по вибродиагностике можно узнать по запросу.

Источник

Технологии и решения по вибрационному контролю и диагностике технического состояния динамического оборудования

М. В. ЧЕРКАШИН – эксперт по вибродиагностике компании Эмерсон

В статье рассматриваются технологии и решения по вибрационному контролю и диагностике технического состояния динамического оборудования, базирующиеся на оборудовании серии CSI и программной среды AMS Suite.

Контроль вибрации на предприятиях осуществляют для оценки технического состояния динамического оборудования в процессе его эксплуатации [1, 2]. Для этого используются различные специализированные измерительные системы. Цель измерений – своевременное распознавание отклонения состояния динамического оборудования от нормального, что позволяет выполнить корректирующие действия до того, как дефекты в различных частях оборудования приведут к ухудшению качества его работы, сокращению срока службы или отказу.

Вся номенклатура динамического оборудования по критичности и важности может быть разбита на следующие категории:

оборудование, работающее до отказа;
вторичное оборудование, отказ которого не приводит к экономическим потерям или аварийным ситуациям (маломощные насосы, вентиляторы);
оборудование, отказ которого приводит к его незапланированному простою, ремонтам и экономическим потерям (насосы, воздуходувки);
оборудование, отказ которого приводит к останову ТП и экономическим потерям (компрессоры, воздуходувки, мощные насосы);
оборудование, отказ которого может привести к аварийным ситуациям и большим экономическим потерям (мощные компрессоры, паровые турбины, гидроагрегаты, газовые турбины).

Существуют различные отраслевые нормы по расчету рейтинга критичности конкретного оборудования, которые основываются на таких характеристиках, как влияние на производство в случае отказа, фактор опасности процесса, категория взрывоопасности, стоимость оборудования, мощность оборудования и т. д.

Поэтому в зависимости от категории оборудования необходимо выбрать стратегию виброконтроля:

периодический вибрационный контроль, осуществляемый переносными измерительными приборами;
непрерывный вибрационный контроль и защита, осуществляемые стационарными системами;
автоматическая защита оборудования при превышении критических уровней вибрации.

Правильный выбор стратегии, систем и приборов контроля поможет перейти от планово‑предупредительных ремонтов (ППР) через фиксированные интервалы времени к ремонту по фактическому состоянию планируется на основе анализа данных о фактическом состоянии машин) или, как минимум, к планированию конкретных работ и замены частей при проведении ППР [3].

Решения Эмерсон

Для реализации стратегий виброконтроля компания Эмерсон предлагает применять приборы контроля серии CSI и разработанные российскими инженерами системы автоматической диагностики:

система автоматической диагностики динамического оборудования;
система автоматической диагностики состояния узлов гидротурбинного оборудования;
переносные виброизмерительные приборы CSI 2140;
беспроводные решения по вибромониторингу CSI 9420;
непрерывный вибромониторинг и виброзащита CSI 6500;
переносной (мобильный) вариант непрерывного вибромониторинга CSI 2600.

Связующим звеном всего оборудования CSI является программное обеспечение AMS Suite: Machinery Health Manager (AMS MHM). ПО AMS MHM интегрирует различные технологии контроля (не только вибрационного) в единой программной среде и предназначено для диагностики состояния машинного оборудования и индикации результатов его диагностики с применением технологий упреждающего технического обслуживания.

Рассмотрим подробнее преимущества систем и приборов контроля, предлагаемых компанией Эмерсон.

Система автоматической диагностики динамического оборудования

В нормативной документации РФ по системам вибромониторинга присутствуют требования по автоматическому принятию системой решения о техническом состоянии контролируемого оборудования.

Это обусловлено тем, что зачастую на предприятии отсутствуют специалисты, которые самостоятельно могут провести диагностику оборудования. Для удовлетворения данным требованиям российскими специалистами компании Эмерсон было разработано техническое решение по системе автоматической вибродиагностики для насосов, аппаратов воздушного охлаждения, дымососов и воздуходувок.

В данном решении совмещены компоненты системы вибромониторинга CSI 6500 (процессорные модули А6560, модули входных сигналов A6510) и РСУ DeltaV, между которыми разделена обработка вибрационного сигнала и алгоритмы диагностики. На рис. 1 представлена структурная схема системы автоматической вибродиагностики.

Рис. 1. Структурная схема системы автоматической вибродиагностики

Компоненты системы CSI 6500 осуществляют:

первичную обработку входных сигналов (нормирование, фильтрация, аналого-цифровое преобразование);
вычисление спектров сигналов;
определение спектральных составляющих, характеризующих диагностируемое оборудование;
расчет дополнительных параметров (размах виброперемещения, крестфактор, коэффициент эксцесса и др.);
раннюю диагностику состояния подшипников качения и зубчатых передач (запатентованная компанией Эмерсон технология PeakVue).

Рассчитанные параметры передаются в сервер системы, в котором с применением AMS MHM и DeltaV осуществляются архивирование вычисленных параметров, реализация алгоритмов вибродиагностики и определение технического состояния оборудования и его дефектов на основе вычисленных вибрационных данных и дополнительных эксплуатационных параметров.

Для пользователей системы (оператора-технолога и механика-вибродиагноста) предусмотрено два АРМ оператора и диагноста соответственно. В функции АРМ оператора, выполненного на программном обеспечении DeltaV, входят: визуализация, информирование о состоянии контролируемого оборудования, информирование о возможном дефекте, журнал тревог, архивирование. АРМ диагноста с программным обеспечении AMS MHM предназначено для глубокого анализа вибрационных данных и дополнительной корректировки результатов диагностики специалистом-вибродиагностом.

Внедрение данной системы позволяет снизить незапланированные простои оборудования, повысить эффективность ремонтов, снизить расходы на ЗИП.

Система автоматической диагностики состояния узлов гидротурбинного оборудования

В результате сотрудничества российских специалистов Эмерсон с научно-исследовательским институтом «НПО ЦКТИ им. И. И. Ползунова» в 2013 г. была разработана система CSI Vibro Diagnostic System, которая учитывает специфику гидротурбинного оборудования и несет в себе самые инновационные методики анализа данных вибрации.

На сегодняшний день CSI Vibro Diagnostic System позволяет автоматически определять около 30 диагностических признаков неисправностей узлов гидротурбинного оборудования еще на стадии зарождения дефекта. Принцип работы системы заключается в автоматическом анализе текущих и архивных параметров вибрации с помощью специализированных алгоритмов. Результаты работы алгоритмов выводятся на экран оператора в виде графических и текстовых сообщений, несущих информацию о диагностируемом узле, типе неисправности и рейтинге критичности обнаруженного дефекта. Каждый диагностический признак имеет собственное графическое отображение с подробным описанием дефекта, результатами расчетов и экспертными заключениями. Данные функции позволяют проконтролировать момент зарождения дефекта, определить стадию развития и вероятные причины возникновения дефекта узла.

Данная система позволяет автоматически определять неполадки в работе гидротурбинного оборудования до того, как оно получит серьезное повреждение или выйдет из строя, а также проводить обслуживание и ремонт только тех узлов, которые в этом нуждаются.

Непрерывный вибромониторинг и виброзащита CSI 6500

Система непрерывного виброконтроля CSI 6500, совместившая две подсистемы виброзащиты и вибромониторинга, применяется при необходимости контроля критически важного оборудования (например, мощных компрессоров, паровых турбин, газовых турбин), выход из строя которого может привести к крупным авариям или большим экономическим потерям. На рис. 2 представлена структурная схема системы CSI 6500.

Рис. 2. Структурная схема системы CSI 6500

В задачи виброзащиты входит непрерывный контроль за вибрационным состоянием контролируемого оборудования и выдача управляющего сигнала на перевод оборудования в безопасное состояние при возникновении аварийной ситуации. Система не имеет собственного пользовательского ПО и предназначена для интеграции в АСУТП, РСУ или систему ПАЗ используя стандартные промышленные протоколы передачи данных. Система сертифицирована по API670.

Подсистема вибромониторинга интегрируется с программным комплексом AMS MHM, а также на ней реализуется система автоматической диагностики.

Основными преимуществами данной системы являются:

непрерывный контроль за состоянием оборудования;
защита по превышению уровня вибрации;
встроенная технология PeakVue;
получение информации о состоянии оборудования в режиме реального времени;
функции анализа спектров, временных сигналов, построение орбит, анализ выбегов.

Система вибромониторинга СSI 2600

Систему вибромониторинга СSI 2600 нужно рассматривать как мобильный аналог системы CSI 6500. Данная система может быть полезна для периодического анализа и диагностики критически важного оборудования, когда необходимо наблюдать за его состоянием непрерывно и в течение определенного времени. Например, контроль за состоянием при возникновении проблем с агрегатами, или контроль за работой агрегатов после ремонтов и т. д. CSI 2600 устанавливается на определенный период времени, после работы легко демонтируется и переносится на другой агрегат.

Переносные виброизмерительные приборы CSI 2140 для периодического вибрационного контроля

Основное применение переносных приборов – это периодический контроль за вибрационным состоянием динамического оборудования, балансировка, контроль качества выполнения ремонтов. CSI 2140 применяется для анализа не критичного оборудования, когда допускается периодический контроль.

Основными преимуществами CSI 2140 являются:

возможность загрузки маршрута сбора данных и задач ремонтного обслуживания в программный комплекс AMS MHM;
встроенная технология PeakVue;
предварительно настроенная диагностическая функция Analysis Experts для диагностики оборудования;
функции сбора данных, анализа вибрации, балансировки и диагностики электродвигателя;
одновременное измерение и анализ по четырем измерительным каналам, плюс измерение фазы;
самая высокая скорость сбора данных среди аналогичных приборов.

Беспроводные решения по вибромониторингу CSI 9420

Если периодический контроль затруднен (труднодоступные места, сложные климатические условия), а непрерывный мониторинг и защита нецелесообразны, Эмерсон предлагает беспроводное решение по вибрационному контролю. Данное решение занимает промежуточное место между ручным сбором данных переносными приборами и стационарными системами (сбор данных осуществляется периодически, но без влияния «человеческого фактора» и в автоматическом режиме) и дополняет мониторинг оборудования с использованием переносных виброизмерительных приборов.

Данное решение состоит в установке, настройке и конфигурировании беспроводных измерительных преобразователей CSI 9420 (с датчиками), беспроводных шлюзов Rosemount 1420 и интеграции в программный комплекс AMS MHM. На рис. 3 представлена структурная схема беспроводного решения по вибромониторингу CSI 9420.

Рис. 3. Структурная схема беспроводного решения по вибромониторингу CSI 9420

Основными преимуществами CSI 9420 являются:

возможность вывода персонала из опасных мест;
возможность проведения виброконтроля труднодоступного оборудования;
встроенная технология PeakVue.

Данные решения применяются для контроля вибрационного состояния динамического оборудования совместно с другими беспроводными решениями Эмерсон. Например, дополнив систему датчиками температуры, давления и расхода, можно контролировать общее техническое состояние оборудования и его производительность.

Заключение

Преимущества правильного выбора стратегии вибрационного контроля:

повышение безопасности за счет снижения риска возникновения аварийной ситуации при эксплуатации оборудования;
повышение качества работы за счет планирования средств на ремонты (уменьшения риска возникновения непредвиденных расходов);
получение экономической выгоды за счет сокращения времени простоя оборудования, снижения времени на плановый ремонт и увеличения срока эксплуатации оборудования за счет своевременного ремонта.

Квалифицированная команда Эмерсон, состоящая из российских специалистов: вибродиагностов, экспертов, инженеров, сервисных инженеров, выполнит проект по внедрению системы виброконтроля, согласно требованиям заказчика, или предложит альтернативы, решив следующие задачи:

определение совместно с командой заказчика стратегии мониторинга (периодический, непрерывный, автоматическая защита), исходя из критичности оборудования и/или ТП;
разработка проектной, конструкторской документации на систему, чертежей установки оборудования, прохождение экспертизы промышленной безопасности;
разработка ПО, конфигурация БД;
поставка оборудования, монтаж (шеф-монтаж), пуско-наладка системы, обучение персонала;
сопровождение системы в течение жизненного цикла.

Участие и контроль процесса со стороны заказчика на каждом этапе реализации проекта является неотъемлемой частью выполнения проекта.

Решения Эмерсон по вибродиагностике, виброзащите и вибромониторингу позволяют своевременно распознать отклонения в работе динамического оборудования и исправить дефект до того, как он приведет к внеплановым остановам и дальнейшим последствиям.

ЛИТЕРАТУРА:

Русов В. А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам. Пермь. 2012.
Гольдин А. С. Вибрация роторных машин. Изд. Машиностроение. 1999.

Источник