Диагностирование технического состояния паровых, авиационных и промышленных газовых турбин

 

 

 

Реферат

 

на тему:

Диагностирование технического состояния паровых, авиационных  и промышленных газовых турбин

 

по курсу:

 

Методы технической  диагностики

 

 

 

 

 

2012г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………..…...3

1. Основная часть
1. Обоснование выбора диагностического сигнала………….……7
2. Вибрация ротора с рабочими колесами...…………………….…9
3. Дефекты ротора с рабочими колесами в потоке жидкости

или газа ………………………………………………….….……11

4. Выбор контрольных точек для диагностики……………….….14
5. Вибродиагностические признаки дефектов агрегатов

с рабочими колесами…………………….…………………...…18

Заключение………………………………………………….………….19

Библиографический список…………………………………………...24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одной из наиболее важных и актуальных проблем современности  является повышение качества и надежности механизмов, машин и оборудования в любой отрасли промышленности. Это вызвано постоянным ростом энерговооруженности современных предприятий, заводов, комбинатов, тепловых и атомных станций, морского, воздушного, железнодорожного и других видов транспорта и т.д., оснащением их сложной техникой, внедрением автоматизированных систем обслуживания и управления.

До недавнего времени  машины и оборудование, в том числе  и на промышленных предприятиях, либо эксплуатировались до выхода их из строя, либо обслуживались по регламенту, т.е. осуществлялось его планово-профилактическое техническое обслуживание и ремонт. [1]

В первом случае эксплуатация оборудования до выхода из строя возможна при использовании недорогих  машин и при дублировании важных участков технологического процесса.

Более широкое распространение  в настоящее время получило обслуживание по регламенту, т.е. планово-профилактическое техническое обслуживание, что обусловлено  невозможностью или нецелесообразностью  дублирования и большими потерями при непредусмотренных остановках машин или оборудования. В этом случае техническое обслуживание проводится с фиксированными интервалами времени. Эти интервалы часто определяются статистически как период с момента начала работы нового или прошедшего полное техническое обслуживание исправного машинного оборудования до момента, когда ожидается, что не более 2% машинного парка выйдет из строя. Но здесь существуют свои “подводные камни”. Изготовитель при формировании эксплуатационной и ремонтной документации имеет возможность и, естественно, закладывает известный только ему «запас» как по срокам, так и по объемам необходимых работ по обслуживанию и ремонту, защищая себя этим от рекламаций. В свою очередь, ремонтные службы и, в особенности, их руководители имеют гарантированные объемы работ и минимум ответственности. В большинстве случаев при поломке к ним нет никаких обоснованных претензий – они вовремя и в полном объеме делают все, что положено по регламенту.

Следует отметить, что  для многих машин обслуживание и ремонт по регламенту не снижает частоту выхода их из строя. Более того, надежность работы машин и оборудования после технического обслуживания часто снижается иногда временно до момента их приработки, а иногда это снижение надежности обусловлено появлением ранее отсутствующих дефектов монтажа. [1] Вышеперечисленные недостатки обслуживания по регламенту указывают на то, что такая эксплуатация является экономически не эффективной. 

Очевидно, что увеличение эффективности, надежности и ресурса, а также обеспечение безопасной эксплуатации машин и механизмов тесно связано с необходимостью оценки их технического состояния. Это и определило формирование нового научного направления - технической диагностики, которое получило особо широкое развитие в последние десятилетия.[2]

Растущая необходимость  в умении предотвращать отказы оборудования и неспособность традиционных методик  выполнять эти задачи для новых  типов оборудования привели к  появлению новых подходов к организации  ремонтов. Эти подходы опираются  на тот факт, что существует взаимосвязь между возможными техническими неисправностями агрегата и диагностическими параметрами, которые можно контролировать.

Другими словами, большинство  распознаваемых дефектов, которые могут  возникать в агрегате, имеют определенные диагностические признаки и параметры, предупреждающие о том, что дефекты присутствуют, развиваются и могут привести к отказу. Т.е. обслуживание оборудования  производится только тогда, когда это необходимо в связи с наступлением высокой вероятности отказа оборудования. Такое обслуживание называется обслуживанием по техническому состоянию, и основой такого обслуживания является техническая диагностика.

Техническая диагностика - это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая  методы и средства определения и прогнозирования технического состояния механизмов, машин и оборудования без их разборки.

Так по данным фирмы «Брюль и Къер»  при переходе с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию  достигается значительный экономический эффект. К примеру, обслуживание роторных машин одного из химических комбинатов по техническому состоянию позволило снизить общее число проводимых техобслуживаний и ремонтов с 274 до 14. На нефтеперерабатывающем комбинате затраты на проведение технического обслуживания электродвигателей снизилось на 75%. На бумажной фабрике экономия в течение первого года составила не менее $250000, что в десять раз перекрыло расходы предприятия на закупку аппаратуры для мониторинга механических колебаний. На атомной электростанции в течение одного года были достигнуты экономия в 3 миллиона долларов США за счет снижения затрат на проведение технического обслуживания и дополнительное увеличение доходов в размере 19 миллионов долларов США за счет сокращения простоев. [1]

Повышенное внимание, уделяемое технической диагностике  специалистами по изготовлению и  эксплуатации машин, механизмов и оборудования во многих отраслях промышленности, объясняется  тем, что внедрение средств технического диагностирования позволяет:

• предупреждать аварии,

• повышать безотказность машин и оборудования,

• увеличивать их долговечность, надежность и ресурс,

• повышать производительность и объем производства,

• прогнозировать остаточный ресурс,

• снижать затраты времени на ремонтные работы,

• сокращать эксплуатационные затраты,

• уменьшать количество обслуживающего персонала,

• оптимизировать количество запасных деталей,

• снижать затраты на страхование.

Обслуживание по фактическому состоянию имеет много достоинств. Тем не менее, в Российской промышленности система обслуживания по состоянию производственных активов  фактически не применяется. Существуют несколько причин, тормозящих процесс перехода от планово-предупредительного обслуживания к обслуживанию по состоянию:

1)  Нормативно-правовая база, предписывающая проводить плановые ремонты с определенной периодичностью для каждого типа оборудования.

2)  Необходимость значительных  инвестиций в средства диагностики  и обеспечения контролеспособности  оборудования.

3)  Необходимость повышения требований к дополнительной квалификации работников, обслуживающих оборудование.

4)  Необходимость организационных  преобразований: переход на новые  методы планирования обслуживания  и ремонта по фактическому  состоянию оборудования.

Несмотря на это, даже при существующих ограничениях на обслуживание и ремонт оборудования по состоянию, растущие требования по безопасности эксплуатации, повышению надежности и значительному увеличение ресурса машин, механизмов и оборудования невозможно выполнить без широкого применения методов и средств технической диагностики.

При контроле состояния  машин и оборудования можно ограничиться информацией о величинах измеряемых параметров рабочих процессов и  зонах их допустимых отклонений. При  мониторинге контролируемых параметров необходимо получать информацию о тенденциях изменения измеряемых параметров во времени. Еще больший объем выходной информации требуется получить при диагностике машин и оборудования – необходимо определить место возникновения дефекта, идентифицировать его вид и оценить степень развития. И наиболее сложной задачей является прогноз изменения технического состояния, задачей которого является определение остаточного ресурса или периода безаварийной работы. Для ее решения обычно используется информация, получаемая путем измерения и анализа, как рабочих процессов, так и вторичных процессов, таких как вибрация и шум, а также электромагнитное излучение.

В техническом обслуживании роторных машин особое место занимают вибрационный мониторинг и диагностика  в силу своих возможностей обнаружения изменений состояния задолго до наступления аварийной ситуации. Система вибрационного мониторинга и (или) вибрационной диагностики, если она не входит в комплекс систем управления машиной, все чаще становится основой средств внешнего контроля. Кроме того, в состав переносных систем вибрационного мониторинга и диагностики все чаще включают технические средства измерения и анализа теплового излучения, в частности пирометры и тепловизоры.

 

1. Основная часть
1. Обоснование выбора диагностического сигнала

 

Оценить состояние оборудования можно по величинам характеристик: механических (износ, деформация, перемещение, и т. п.); электрических (напряжение, ток, мощность и др.); химических (состав газов, смазки и т.п.); а так же по излучению энергии (тепловой, электромагнитной, акустической и т.п.). Эти величины, преобразованные, как правило, в электрические сигналы, обрабатывают специальные технические средства, а оператор принимает решение об изменении режима работы, о возможности дальнейшего использования оборудования, о мерах, которые необходимо принять для поддержания надежности.

При выборе диагностического сигнала для решения такой  сложной задачи, как оценка технического состояния работающей машины или  оборудования с определением места  возникновения дефекта, идентификацией вида дефекта и степени его развития, а также прогнозирование изменения технического состояния объекта, требуется большой объем диагностической информации.[3]

Такие диагностические  сигналы, как температура, давление, напор жидкости, наличие металлических частиц в смазке и т.п. можно характеризовать практически только одним параметром - их величиной (если не говорить о присущих большинству сигналов таких параметров как, например, скорость их изменения, инерционность и т. п.). Если дело касается оборудования периодического действия и, прежде всего, роторного оборудования, то гораздо больше диагностической информации содержится в сигналах вибрации и акустического шума. [2]

К сожалению, малые потери при распространении шума в воздухе и многократное отражение звуковых волн от естественных границ в помещении, где обычно работает большая номенклатура объектов диагностики, существенно искажают содержащуюся в измеряемом шуме диагностическую информацию. Поэтому специалисты по диагностике машин и оборудования предпочитают в первую очередь измерять вибрацию, а не воздушный шум объектов контроля.

Источником вибрации элементов машин и оборудования являются внутренние вынуждающие силы, в значительной степени зависящие  от технического состояния – наличия допусков, зазоров, контактов поверхностей отдельных деталей машин и оборудования, сил, возникающих при вращении и возвратно-поступательном движении неуравновешенных элементов и деталей. Существенным источником вибрации, могут быть механические колебания даже с небольшой амплитудой, так как они могут вызвать резонансные колебания других элементов машин и оборудования. Как правило, вибрация машин и оборудования представляет собой сложные механические колебания со многими составляющими на разных частотах. Информация может содержаться в величине и скорости изменения каждой компоненты, и, кроме того, она может быть в форме и статистических параметрах каждой компоненты. Наконец, мощность каждой компоненты может сложным образом зависеть от времени (быть модулированной) и огромный объем диагностической информации может содержаться в модулирующей функции. Последний источник информации особенно важен для диагностики узлов, в которых есть трение, в том числе и гидродинамическое. Так же как и в других диагностических сигналах, диагностическая информация в сигнале вибрации содержится в ее величине и скорости изменения.

Еще одним важным обстоятельством  в пользу выбора вибрации машин и  оборудования в качестве диагностического сигнала является то, что дополнительные колебательные силы, возникающие из-за дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его появления. Вибрация практически без потерь распространяется до точки ее измерения, и, поскольку машина «прозрачна» для вибрации, появляется возможность исследовать колебательные силы, действующие в работающей машине. Это позволяет диагностировать ее на рабочем месте, без остановки и разборки.

Как известно чем выше частота вибрации, тем больше ее затухание при распространении. Это говорит о том, что при  исследовании высокочастотной и ультразвуковой вибрации, дополнительно можно локализовать узел, являющийся источником этой вибрации.

Таким образом, наиболее эффективным методом функциональной диагностики вращающихся узлов  является их вибрационная диагностика.

 

2. Вибрация ротора с рабочими колесами

 

Основной составляющей вибрации ротора с рабочими колесами, находящимися в потоке газа или жидкости, является гармоническая составляющая с частотой вращения ротора, определяемая либо механической неуравновешенностью ротора с рабочими колесами, либо гидродинамической (аэродинамической) неуравновешенностью рабочих колес. Последняя возникает в тех случаях, когда потоки, обтекающие каждую из лопастей рабочего колеса, из-за особенностей их формы и сопротивления потоку создают разную подъемную силу и суммарная радиальная компонента этой силы не равна нулю.