Лекции по технической диагностике

Подождите немного. Документ загружается.

СТРАТЕГИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

1. Обслуживание по отказам. Основная стратегия до 50-х годов ХХ

века. Суть стратегии состоит в том, что замена отказавших деталей

осуществлялась только после отказа оборудования, выхода его из строя в

случайные моменты времени. Трудоемкость восстановления в этом случае

тоже величина случайная.

Достоинства: Обеспечивается почти полное использование ресурса

отдельных деталей, так как элементы эксплуатируются до отказа.

Недостатки: 1) Сложные системы (трубопроводы) невозможно

обслуживать по данной стратегии, так как это опасно, убыточно, влечет за

собой длительный простой оборудования. 2) Показатель безотказности

остается низким в связи с отсутствием работ по предотвращению отказов. 3)

Аварийный ремонт сопровождается большими материальными издержками.

В настоящее время обслуживание по отказам применяется

ограниченно, только в определенных областях. Например, при эксплуатации

погружных электроцентробежных насосов, долот.

2. Планово-предупредительный ремонт (ППР) - ремонт, при котором

периодичность, последовательность и объем ремонтных работ

регламентируется нормативно-технической документацией, независимо

от технического состояния оборудования через заранее назначенные

промежутки времени. ППР осуществляется в соответствии с планом-

графиком, например:

2010 г. 2011 г. 2012 г.

сентябрь

октябрь

ноябрь

декабрь

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

...

январь

...

ноябрь

ТО ТО СР ТО СР КР

где ТО – техническое обслуживание;

СР – средний ремонт;

КР – капитальный ремонт.

ППР – главная стратегия эксплуатации с 1960-х гг. до 2000 г. До

перестройки ППР был удобен, так как запасных деталей много, проблем с

заменой износившихся узлов нет.

Данная стратегия имеет 2 разновидности: с учетом наработки до отказа

в межремонтном периоде и без учета наработки до отказа. В первом случае

возникает необходимость корректировки графиков ППР.

По этой стратегии при планировании используют календарный и

регламентный методы. Календарный метод заключается в проведении ТО в

зависимости от срока службы оборудования, то есть календарного времени

их эксплуатации. Этот метод применяется для оборудования, находящегося в

эксплуатации в режиме ожидания (задвижки, вентиляторы). Регламентный

метод состоит в проведении ТО по достижении определенной наработки, при

которой происходит выработка ресурса.

Достоинства: 1) способствует поддержанию работоспособности

оборудования и предупреждает выход его из строя. 2) Ликвидирует

стихийность ремонтных работ. 3) Обеспечивает планомерную работу

ремонтных служб предприятий, своевременную подготовку необходимых

трудовых и материальных ресурсов.

Недостатки: 1) ППР – избыточен, так как заранее неизвестно, как часто

будет эксплуатироваться данный агрегат. 2) Низкий коэффициент

использования деталей из-за частых снятий. 3) Недоиспользование

индивидуальных ресурсов подавляющего большинства деталей.

3. Эксплуатация по техническому состоянию – эксплуатация, при

которой решение о сроках и виде обслуживания осуществляется на основе

данных непрерывного или периодического контроля. Бригада ремонтников

осматривает агрегат и если его состояние неудовлетворительное, то есть

приближающееся к какому-либо предельному уровню, то, выяснив причины,

устраняет неисправности. То есть это направленный ремонт.

В настоящее время в ОАО «Татнефть» данная стратегия является

основной, так как эксплуатация по техническому состоянию – радикальный

путь повышения надежности и эффективности использования узлов и

деталей оборудования.

При этом значительно сокращаются трудозатраты на обслуживание,

сокращается расход дорогостоящих узлов и деталей. Средняя наработка

деталей узлов между заменами увеличивается в 1,5-2 раза, удельные

приведенные затраты на техобслуживание и ремонт сокращаются в 1,5 раза.

Стратегия эксплуатации по техническому состоянию может иметь 2

разновидности: Первая характерна для ремонта по потребности без

диагностирования состояния агрегата, когда имеются параметрические

отклонения выше допустимого. Вторая – для ремонта по потребности с

диагностированием состояния или дефектовкой, когда отклонения

фактического значения параметра состояния равно предельно допустимому.

Недостатки: необходимо иметь квалифицированный персонал, который

занимается осмотром агрегатов, иметь специальное диагностическое

оборудование.

ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТА

1. Ремонт своими силами. Раньше такая форма использовалась часто.

Однако такая организация требует наличия необходимого для ремонта

оборудования.

2. Сервисное обслуживание. На сегодняшний день – это основная форма

организации ремонта. Она позволяет сократить затраты на эксплуатацию, так

как в сервисе уже имеется оборудование для ремонта.

3. Фирменное обслуживание применяется в том случае, если

оборудование уникальное.

ВИБРОДИАГНОСТИКА

Вибрационная диагностика - метод диагностирования технических

систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо

создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной

вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта.

Вибродиагностика решает задачи по выявлению причин повышенного

уровня вибрации агрегатов и обнаружению скрытых дефектов конструкций.

Это основной метод контроля состояния машин (теоретически исправная

машина не вибрирует). Вибродиагностика проводится специалистами с

помощью приборов, которые позволяют достоверно определить характер и

степень вибрации, а затем причины этих проявлений.

Основные положения

Колебания – малые движения вокруг положения равновесия.

Колебательные движения широко распространены, являются сутью всей

механики. Различают:

 Свободные колебания – колебания под действием внутренней

силы, возвращающей тело в исходное положение. К таким силам

относятся сила тяжести, сила упругости, сила сопротивления. В

реальных условиях свободные колебания всегда затухающие.

Ярким примером свободных колебания является колебания груза,

прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

 Вынужденные колебания – колебания, протекающие в системе

под влиянием внешнего периодического воздействия. Такие

колебания имеют незатухающий характер. Неизбежные потери

энергии на трение компенсируются подводом энергии от

внешнего источника периодически действующей силы. Примеры

вынужденных колебаний: колебания иглы швейной машины,

поршня в цилиндре автомобильного двигателя

 Автоколебания - незатухающие колебания под действием

непериодических внешних сил (сил постоянного характера),

причём амплитуда и период колебаний определяются свойствами

самой системы. Примерами автоколебания могут служить

колебания, совершаемые маятником часов. В этом случае сила

действует вниз, а маятник качается.

 Параметрические - колебания, которые вызываются изменением

параметров системы (например, массы).

Резонанс - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных

колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего

воздействия к одной из собственных частот конструкции. Это явление

наблюдается при выбеге электродвигателя, раскрученного вхолостую. В

определенный момент начинают дребезжать стекла, затем по мере снижения

оборотов ротора начинают вибрировать трубы, начинает ходить пол. Любая

система рано или поздно становится резонансной.

Биения – явление, возникающее при наложении двух гармонических

колебаний близкой частоты и выражающееся в периодическом уменьшении

и увеличении амплитуды суммарного сигнала. Частота изменения амплитуды

суммарного сигнала равна разности частот двух исходных сигналов.

Биения возникают от того, что один из двух сигналов постоянно

отстаёт от другого по фазе и в те моменты, когда колебания происходят

синфазно, суммарный сигнал оказывается усилен, а в те моменты, когда два

сигнала оказываются в противофазе, они взаимно гасят друг друга. Эти

моменты периодически сменяют друг друга, по мере того как нарастает

отставание (Рис.1).

Рис. 1. График колебаний при биениях

Биения звука можно слышать при настройке струнного музыкального

инструмента по камертону. Если частота струны незначительно отличается

от частоты камертона, то слышно, что звук пульсируетG— это и есть биения.

Струну нужно подтягивать или ослаблять так, чтобы частота биений

уменьшалась. При совпадении высоты звука с эталонным биения полностью

исчезают. Биения звука также можно услышать при игре на музыкальных

инструментах, например пианино или гитаре, когда различной высоты звуки

создают интервалы и многозвучия (аккорды).

Еще биения возникают при одновременной работе 2-х вентиляторов,

двигателей, на насосных агрегатах с асинхронными двигателями при

наличии одновременно механической и электромагнитной неисправности.

Так как частота вращения двигателя 49 Гц, а частота питающей сети 50Гц и

при наличии неисправностей возникают биения с частотой 1Гц.

Рассмотрим свободные колебания струны, закрепленной по концам

(Рис. 2). Если отклонить струну от положения равновесия по синусоиде, то

форма колебаний будет сохраняться, такая форма называется собственной

формой. Частоты, на которых реализуются собственные формы колебаний,

называются собственными частотами (гармониками).

Рис. 2. Собственные формы колебаний струны.

Основной тон – это первая собственная частота f

Вторая собственная частота f

=2*f

Третья собственная частота f

=3*f

Например, при отклонении струны арфы ее форма далека от

синусоидальной (ближе к треугольной), но ее можно представить в виде

суммы синусов, разложенных в ряд Фурье. При этом спектр колебаний будет

таким, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Спектр колебаний струны

Амплитуда основного тона намного больше второй и третьей

гармоник. Набор всех гармоник дает тембр инструмента. У каждого

музыкального инструмента свой тембр.

Рассмотрим явление резонанса на примере останова двигателя (Рис. 4).

t, c

рез

выбег

рез

разгон

рез

раб

f, Гц

Рис. 4. Зависимость времени работы от частоты

При разгоне двигатель быстро проходит резонансные частоты и время

резонанса t

рез

маленькое, двигатель не успевает сильно раскачаться. При

выбеге нет тормоза, существует большая инерция, поэтому двигатель

выключается долго. Значит, время прохождения резонансных частот t

рез

при

останове намного больше, чем при разгоне. Следовательно, двигатель сильно

вибрирует и может разрушиться. Чтобы этого избежать, необходимо резко

затормозить.

Если рабочая частота меньше основной, то есть f

раб

, конструкция

жесткая. В таких конструкциях резонанса нет, однако их используют редко,

так как в них возникают проблемы с подшипниками (их приходится часто

менять).

ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ НАСОСНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Насосный агрегат собирается на раме, которая в свою очередь

крепится на фундаменте. В процессе эксплуатации под действием

вибрации происходит расслабление соединений, появляются трещины.

Причины расслабления:

- релаксация соединений;

- присутствие загрязнений на соединениях;

- шероховатость – со временем происходит срезание вершин;

- коррозия – под воздействием внешних условий(вода, кислород и

т.д.) происходит разрушение оборудования.

Для устранения расслабления соединений проверяют затяжку

болтовых соединений гаечным ключом, молотком или виброметром.

Виброметр – это прибор предназначенный для контроля и регистрации

виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных

колебаний различных объектов. Если соединения не расслаблены, то это

одно целое и вибрация должна быть примерно одинакова. Если вибрация

разная, то необходима подтягивать.

Причины трещин:

- механические усилия: при сборки агрегата возможно соединение

деталей с натягом, тогда прибегают к механическим усилиям. Чтобы

обеспечить хорошую посадку деталей, но при этом возникают небольшие

трещины, которые впоследствии увеличиваются. Например, в трещины

попадает вода, а при снижении температуры происходит набуханием

материала;

- усталость: если напряжения в металле малы, то он проработает

долгое время (при большом запасе прочности). Прибор показывает

колебания: если трещин нет, то синусоидальная кривая будет ровной, а

если есть, то нет.

Обычно трещины появляются на раме агрегата. Рама бывает мягкой

и жесткой. Если резонансная частота агрегата меньше рабочей частоты

рез

раб

), рама мягкая, если наоборот, то жесткая. Если рама мягкая, то

трещины появляются на самой раме, если жесткая, то на лапах насоса, на

двигателе. Для устранения трещин на раму приваривают пластинку.

Стараются использовать мягкие рамы. На мягкой раме редко выходят из

строя подшипники, нет трещин на корпусе эксплуатирующих машин, но

рама сама быстро старится (срок службы 5-10 лет).

Кавитация – еще одна из причин вибрации центробежных насосов. В

передней части насоса создается разряжение и насос засасывает воду, так

образуются пузырьки, которые прилипают к поверхности рабочего колеса,

когда сила удерживающая этот пузырек становится меньше, чем сила

потока, то он отрывается, унося с собой 2-3 молекулы металла. Таким

образом, на лопастях рабочего колеса появляются раковины, происходит

выкрашивание.

При переходе от нормального режима работы насоса к режиму с

газовой кавитацией происходит резкое возрастание вибрации, которое

становится менее интенсивным в области паровой кавитации. Газовая

кавитация вызывает рост вибрации, в основном, в диапазоне частот 1…10

кГц. Начальные стадии паровой вибрации проявляются в диапазоне 5…

30кГц и выше, а ее дальнейшее развитие приводит к возбуждению

интенсивной вибрации во всем звуковом диапазоне частот.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Подшипники качения – это узел, требующий постоянного контроля.

Подшипники зарубежной фирмы SKF, являются самыми точными и

имеют широкой распространение.

Эффект бриннеллирования: для бриннеллирования подшипников

характерны щелчки или стуки, частота которых примерно в два раза

меньше частоты вращения колеса, поскольку ролики движутся медленнее.

Бринеллирование является следствием действия больших сил,

вдавливающих тела качения (шарики или ролики) в кольцо подшипника.

При этом на дорожке образуются углубления. Бринеллирование вызывает

вибрация, действующая на корпусную деталь, в которую установлен

подшипник или вращающийся вал. Внешним признаком бринеллирования

является наличие на поверхности беговой дорожки подшипника

небольших вмятин, делающих ее похожей на стиральную доску. Работа

дефектного подшипника сопровождается сильным шумом низкого тона.

Бринеллирование можно предотвратить, используя при установки

подшипника только давление вместо ударов. Если ударных нагрузок

невозможно избежать как при установки, так и в процессе эксплуатации,

тогда необходимо использовать подшипники, предназначенные для более

высоких нагрузок.

Подшипники качения, имеющие повреждения на дорожках, телах

качения или сепараторе генерируют силы, которые передаются на

внешний корпус подшипника и окружающую его конструкцию. Эти силы

могут быть по своей природе периодическими, непериодическими или

случайными и часто проявляются на высоких частотах вибрации.

GG Дефекты подшипника проявляются на характерных частотах, одни из

которых связаны с его геометрическими параметрами, а другие являются

чисто случайными. Например, вибрационные характеристики, показанные

на рисунке, были сняты на машине с неисправным шариковым