На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Наука для практики

01.12.2008 ИВК «Лукомль-2001» для вибрационного контроля

 

ИВК «Лукомль-2001» для вибрационного контроля

 

Нормативными документами [1, 2] определены допустимые эксплуатационные нормы вибрации механизмов с вращательным движением и порядок их измерений. Однако контроль по стандартизованным критериям дает только обобщенную картину технического состояния механизма, в то время как углубленный и разноплановый анализ вибраций позволяет решать задачи оценки технического состояния, диагностики и прогнозирования, выявлять зарождающиеся дефекты за значительное время до того момента, когда ремонт становится неизбежным.

Для решения задач оценки вибрационного состояния турбоагрегатов на многих энергопредприятиях Беларуси применяется многоканальный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) «Лукомль-2001». Он не только выполняет функции непрерывного виброконтроля, сигнализации и защиты по стандартизованным и индивидуальным критериям, но также получает и сохраняет разнообразную виброметрическую информацию [3].

 

Структурно ИВК представляет собой универсальную ПЭВМ с типизированным модулем АЦП, который подключается к ее стандартному интерфейсу (ISA или PCI). К блоку аналоговой обработки сигналов подключаются первичные виброизмерительные каналы, а блок управления сигнализацией – к COM-порту. При таком построении основная функциональность комплекса обеспечивается алгоритмическим и программным обеспечением.

Программное обеспечение комплекса двухуровневое.

К функциям первого уровня можно отнести:

– работу в режиме реального времени;

– определение интенсивности вибрации в стандартизованных или задаваемых частотных диапазонах, частоты вращения вала, значений амплитудных и фазовых параметров, пик-фактора исходного сигнала;

– сравнение реально полученных значений с контрольными и выработка сигналов (сообщений), выдаваемых на исполнительные и отображающие устройства;

– сохранение получаемых данных в специально структурированных файлах;

– сетевое взаимодействие по данным с другими системами или работа в качестве базовой первичной станции в многоуровневых системах поддержки принятия решений и управления технологическими процессами.

Программным обеспечением этого уровня решаются такие подзадачи, как реализация пользовательского интерфейса при задании управляющих и настроечных параметров программы, взаимодействие с блоком ввода, АЦП и ввод оцифрованных данных в ЭВМ, математическая обработка полученных данных, оперативное отображение вычисленных результатов в удобном для восприятия виде, а также управление файлами сохраняемых данных на жестком диске.

За время эксплуатации комплекса получен ряд достаточно интересных данных. На рис. 1 представлены результаты развития вибрационной ситуации на турбоагрегате Т-250, повлекшей остановку турбоагрегата по причине превышения вибраций допустимого уровня.

 

 

На рис. 2 показано изменение вибрационного состояния на турбоагрегате К-300, вызванное обрывом лопатки и вызвавшее остановку турбоагрегата.

 

 

Поскольку основное назначение комплекса – работа в штатном режиме по обеспечению вибрационного контроля сложных технических объектов, к нему предъявляются высокие требования по надежности функционирования, достоверности результатов, простоте и удобству работы пользователя. Серьезное внимание уделено реализации процедур запуска программы, управлению файлами и алгоритмам обработки.

При запуске программы на выполнение проверяется наличие специально создаваемого типового файла настроечных параметров. Если такой файл есть, то данные из него читаются и программа автоматически переходит в режим выполнения.

В процессе работы комплекса накапливаются большие объемы данных (за сутки до 20 Мб), которые записываются в файлы. По именам файлов можно идентифицировать точку и направление контроля, дату их создания. Осуществляется также контроль за наличием свободного места на жестком диске.

Наиболее серьезное внимание уделено математическим методам обработки исходных сигналов, формируемых первичными виброизмерительными преобразователями и представляемых в единицах виброускорения. Для повышения достоверности вычислений при переходе к единицам вибро­скорости и виброперемещения интегрирование производится во временной и частотной областях отдельными программными модулями.

Для механизмов с вращательным движением с точки зрения диагностики важное значение имеет анализ амплитуд спектральных составляющих вибросигнала, частота которых кратна частоте вращения вала. Обычно амплитуды таких составляющих являются преобладающими в спектре. Однако реальная частота, возбуждаемая механизмом, зачастую не совпадает с одной из основных частот спектрального анализа, что приводит к размыванию ее амплитуды на соседние спектральные линии. В этом случае значение частоты и амплитуду можно определить, используя следующие выражения [5]:

 

(1)

 

(4)

где Δf – частотное разрешение спектрального анализа;

Аi, Ai + 1 – амплитуды вычисленных составляющих, являющихся ближайшими слева и справа относительно реальной частоты.

В процессе работы комплекса также определяются амплитудные и фазовые параметры вибрации. Для этого осуществляется синхронный прием сигналов от датчика фазовой метки, зафиксированной на вращающемся валу, и от ВИП. Это позволяет строить вибрационные характеристики для нестационарных режимов работы (пуски и остановы) механизмов.

Для получения более полной информации о реальном вибрационном состоянии контролируемого механизма, а также для принятия решений о его техническом состоянии целесообразно использовать ряд дополнительных критериев и алгоритмов [6].

1. В качестве обобщающей оценки вибрационного состояния механизма можно применять приведенный уровень вибрации:

 

(3)

где Копр кан – количество задействованных виброизмерительных каналов;

Кпод опор – количество контролируемых подшипниковых опор;

Wj  – весовой коэффициент для j-й подшипниковой опоры. Находится в диапазоне от 0,2 до 5 и определяется в зависимости от типа агрегата и режимов его эксплуатации;

Ij, M – коэффициент присутствия среди контролируемых каналов M-го направления j-й подшипниковой опоры. Данный коэффициент может иметь значения: 1 – для включенного канала, 0 – для незадействованного канала;

AСКЗ, j, M – значение СКЗ виброскорости, измеренное для M-го направления j-й подшипниковой опоры.

Введение весовых коэффициентов для подшипниковых опор позволяет учесть особенности конкретного объекта и уровень значимости вибрации в его отдельных точках на общее вибросостояние. При превышении текущим приведенным уровнем базового на определенное значение фиксируется переход механизма в другое вибрационное состояние.

2. Одним из способов учета влияния центробежных сил, определяемых неуравновешенностью вращающихся узлов, является вектор (амплитуда и фаза) оборотной (частота которой равна частоте вращения вала) составляющей вибрации. Изменение направления центробежной силы характеризуется модулем разности базового и текущего векторов оборотной вибрации:

 

(4)

Критерием изменения уравновешенности является превышение модулем разности векторов установленной величины.

3. Форму колебаний подшипниковой опоры характеризует траектория ее движения, которая может быть построена при синхронном приеме вибросигнала от двух датчиков, преобразующих механические колебания опоры в вертикальном и горизонтальном направлениях в электрический сигнал (рис. 3).

 

 

Эти траектории описываются выражениями:

 

(5)

 

(6)

где N – количество точек, на которые разбивается один оборот вала;

– номер точки разбиения, j = 0 – N – 1;

Werti, j, Gori, j – значения проекции центра i-й подшипниковой опоры для j-й точки разбиения на вертикальное и горизонтальное направления;

A1 верт, i, A2 верт, i, A1 гор, i, A2 гор, i, Ф1 верт, i, Ф2 верт, i, Ф1 гор, i, Ф2 гор, i – амплитуды и фазы первой и второй оборотных вибрационных составляющих в единицах виброперемещения для вертикального и горизонтального направлений i-й подшипниковой опоры.

Максимальный размах колебаний подшипниковой опоры определяется как:

 

(7)

где Wertmax, в, Wertmax, н, Wertmax, л, Wertmax, п, Gormax, в, Gormax, н, Gormax, л, Gormax, п – вертикальные и горизонтальные координаты точек траектории, которые находятся на максимальном расстоянии от начала координат, соответственно, для верхней, нижней, левой и правой полуплоскостей.

Величина размаха колебаний подшипниковой опоры является одним из критериев ее вибрационного состояния.

4. Общее состояние гибкого валопровода можно оценить с помощью динамической модели, которая при реализации на ЭВМ представляет изменение вследствие механических колебаний, проекций центра опоры на вертикальное и горизонтальное направления при вращении вала. Для количественной характеристики вибросостояния валопровода применяются как диапазоны изменения проекций, так и величина излома валопровода для отдельных опор. Она определяется для i-й опоры как высота треугольника (в микронах), вершинами которого являются точки, представляющие собой значения координат положения центра (i – 1)-й, i-й и (i + 1)-й подшипниковых опор на плоскости или в пространстве.

Работа комплекса состоит как из вычислительных, так и из контрольно-сигнализирующих действий, заключающихся в выявлении информативно-значимых и аварийно-идентифицируемых ситуаций, а также в выдаче на индикационные и сигнализирующие устройства соответствующих сообщений. При этом вибрационные сигналы, ставшие причиной данных ситуаций, записываются в специальные файлы для последующего углубленного анализа.

В результате функционирования системы непрерывного контроля накапливается информация, подлежащая обработке на верхнем уровне, на котором принимаются решения. Можно выделить основные направления обработки этих данных:

• визуализация, или предоставление пользователю информации о техническом состоянии объекта в различных формах отображения. Это позволяет проанализировать проблему с разных точек зрения и сформировать более полное представление о развивающихся процессах;

• нормализация отдельных групп данных для их сопоставления в одинаковых координатных осях. Например, при построении вибрационных характеристик выбега, которые представляют зависимость изменения размаха виброперемещения от частоты вращения вала, их следует привести к оси абсцисс, линейной по частоте вращения вала, так как время выбега изменяется от случая к случаю;

• определение значений информативных параметров, по которым будут производиться сравнение и взаимный анализ однотипных данных;

• принятие решения о подобии векторов информативных параметров, базового и текущего, и формулирование выводов о развитии тех или иных дефектов [7].

Программные системы этого уровня могут работать в автономном режиме или в режиме реального времени, как одно из приложений многозадачной операционной системы (или как программа ЭВМ), подключенной по сети к системе измерений.

Рассмотренные алгоритмические подходы положены в основу реализованного программного обеспечения для ИВК «Лукомль-2001». Данный комплекс внедрен и эксплуатируется более чем на 20 турбоагрегатах в энергетической отрасли. Получен значительный опыт создания, эксплуатации, обеспечения метрологичности подобных систем. Зафиксирован ряд ситуаций, потребовавших остановки турбоагрегатов по вибрационным причинам.

 

Петр БРАНЦЕВИЧ, кандидат технических наук, доцент УО «БГУИР»

 

Литература

1. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Ч. 1. Общие требования.

2. ГОСТ ИСО 2954-97. Вибрация машин с возвратно-поступательным и вращательным движением. Требования к средствам измерений.

3. Бранцевич П. Ю., Костюк С. Ф. Многоуровневая система мониторинга вибрационого состояния роторных механизмов // Ресурсосберегающие экотехнологии: возобновление и экономия энергии, сырья и материалов: Мат. 4-й Междун. науч.-техн. конф. Ч. 2 – Гродно: ГрГУ, 2001. – С. 69–72.

4. Бранцевич П. Ю. Способ удаления низкочастотного дрейфа при обработке экспериментальных данных // Актуальные проблемы информатики: Сб. трудов 6-й Междун. науч. конф. Ч. 2. – Мн: БГУ, 1998. – С. 336–343.

5. Бранцевич П. Ю. Измерительно-вычислительная система распределенного сбора и централизованной обработки виброметрических данных // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Сб. материалов 12-й науч.-техн. конф. М: МГИЭМ, 2000. – С. 170–171.

6. Бранцевич П. Ю. Критерии и алгоритмы оценки технического состояния сложных объектов в системе вибрационного контроля // Цифровая обработка информации и управление в чрезвычайных ситуациях. Мат. 2-й Междун. конф. Т. 2. – Мн: ИТК НАН Беларуси, 2000. – С. 112–117.

7. Бранцевич П. Ю. Организация системы поддержки принятия решений по оценке технического состояния механизмов с вращательным движением // Информационные системы и технологии: Мат. 1-й Междун. конф. Ч. 1. – Мн.: БГУ, 2002. – С. 117–121.

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком