Учебное Пособие - Мониторинг и диагностика механических объектов

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Епифанцев Ю.А.

Полищук С.В.

МОНИТОРИНГ И ДИАГНОСТИКА МЕХАНИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ

Утверждено редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

для студентов специальностей:

150404 – Металлургические машины и оборудование;

150802 – Гидромашины, гидроприводы и

гидропневмоавтоматика

Новокузнецк

2009

УДК 669.02/09(075)

Е 670

Рецензенты:

кандидат технических наук,

начальник сталепрокатного производства ОАО «ЗСМК»

Б.М. Лебошкин;

главный инженер СПрП ОАО «ЗСМК»

В.П. Муштей.

Епифанцев Ю.А.

Е 670 Мониторинг и диагностика механических объектов:

Учеб. пособие./Ю.А. Епифанцев, С.В. Полищук; СибГИУ.- Новокуз-

нецк, 2009.- 61 с.

Изложены основы вибромониторинга технического состояния

оборудования и диагностирования зарождающихся и развитых де-

фектов. Рассмотрены вопросы программного и приборного обеспече-

ния.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям:

150404 – Металлургические машины и оборудование; 150802 – Гид-

ромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика.

УДК 669.02/09(075)

индустриальный университет, 2009

Содержание

Предисловие....................................................................................... 4

Введение............................................................................................. 5

1 Система ремонтов по техническому состоянию ............................. 6

2 Методы технической диагностики ................................................... 9

3 Основы частотного анализа............................................................. 18

3.1 Природа механических колебаний ......................................... 18

3.2 Количественная оценка амплитуд механических ....................

колебаний.................................................................................. 27

3.3 Параметры механических колебаний..................................... 28

3.4 Спектральный анализ .............................................................. 29

4 Источники вибрации в машинах роторного типа ......................... 32

5 Системы вибрационной диагностики............................................. 33

6 Организация периодического мониторинга технического

состояния оборудования.................................................................. 35

7 Программное и приборное обеспечение......................................... 37

8 Датчики вибрации ............................................................................. 46

9 Места установки датчиков ............................................................... 47

10 Крепление датчиков.......................................................................... 49

11 Стратегия мониторинга и диагностики с пакетом программ

DREAM for Windows ........................................................................ 50

12 Обнаруживаемые дефекты ................................................................ 51

13 Пороги обнаружения дефектов......................................................... 58

Библиографический список ............................................................. 60

Предисловие

Эффективность любого предприятия находится в прямой зави-

симости от производительности труда и надежной работы оборудо-

вания. Постоянный анализ процессов, происходящих в работающих

машинах, является одним из самых эффективных способов контроля

состояния промышленного оборудования. Произошедший в послед-

ние годы качественный скачок в развитии микропроцессорных

средств измерения и анализа различных сигналов дал возможность

создать приборы, эффективные и недорогие системы непрерывного

наблюдения, т.е. мониторинга различных параметров машин и обо-

рудования.

При решении большинства диагностических задач обеспечива-

ется не только обнаружение любого из потенциально опасных дефек-

тов в начальной стадии развития, но и определение величины и вида

дефекта. Только в этом случае и при заведомо известных скоростях

развития каждого дефекта может быть получен долгосрочный про-

гноз состояния или остаточный ресурс машины или ее узла.

В последние годы в отечественной и зарубежной литературе

появилось много публикаций по проблемам распознавания техниче-

ского состояния машин и механизмов. Опубликованы фундаменталь-

ные труды по теории диагностики, методическим вопросам и прин-

ципам диагностических и измерительных систем. Опубликованы

также результаты исследований по диагностированию зарождающих-

ся и развитых дефектов зубчатых зацеплений, подшипников качения

и скольжения и др. Однако, комплексное взаимоувязанное изложение

вопросов мониторинга и диагностики оборудования на уровне произ-

водственного пользования – явление довольно редкое.

Целью настоящего учебного пособия является комплексное

краткое изложение информации, необходимой для изучения и вне-

дрения технологии периодического вибромониторинга основного и

вспомогательного оборудования на промышленном предприятии. Это

определяет актуальность данной работы. Пособие должно сущест-

венно сократить работу по поиску учебной литературы при изучении

раздела «Мониторинг и диагностика оборудования» дисциплины

«Организация технического обслуживания и ремонтов металлургиче-

ского оборудования».

Введение

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что внедрение

средств мониторинга и диагностики является одним из важных фак-

торов повышения экономической эффективности, надежности и

безопасности машин и механизмов, а также снижения затрат на их

эксплуатацию.

Мониторинг состояния представляет слежение за параметрами

рабочих процессов в пределах норм, устанавливаемых изготовителем

машин или эксплуатационной организацией.

Диагностика предназначена для проведения технического об-

служивания или ремонта по фактическому техническому состоянию

на основе углубленного контроля с использованием данных монито-

ринга. Системы мониторинга и диагностики предусматривают про-

гноз состояния, что позволяет с одной стороны предотвращать вне-

запные отказы в эксплуатации, с другой – планировать техническое

обслуживание или ремонт.

Решающим моментом современной стратегии ремонта является

установление степеней повреждения деталей, при которых определя-

ются соответствующие экономические интервалы ремонтов. Рента-

бельность новой стратегии ремонта заключается как в повышении

качества выпускаемой продукции, так и в резком снижении капи-

тальных затрат на ремонты и применяемое оборудование.

Вибродиагностика, являясь разделом технической диагностики,

включает в себя теорию и методы организации процессов распозна-

вания технических состояний машин и механизмов по исходной ин-

формации, содержащейся в виброакустическом сигнале. Последний

включает информацию о колебательных процессах и акустическом

шуме механизмов в окружающей среде. Следовательно, вибродиаг-

ностированию может подвергаться любое оборудование, функциони-

рование которого сопровождается возбуждением колебательных про-

цессов. В данном пособии рассматриваются вопросы диагностирова-

ния дефектов узлов роторных машин и механизмов. Всякое отклоне-

ние параметров функционирования оборудования от норм приводит к

изменению характера взаимодействия его элементов и к изменению

сопровождающих взаимодействие виброакустических процессов.

1 Система ремонтов по техническому состоянию

Эксплуатационные затраты, составляя в металлургии на различ-

ных предприятиях 10…35

% стоимости конечной продукции, являют-

ся одной из наиболее регулируемых статей затрат предприятия. Важ-

нейшим резервом снижения этих затрат, обеспечения безопасности

персонала и сохранности оборудования является совершенствование

структуры технического обслуживания и ремонта оборудования.

В настоящее время наибольшее распространение получила сис-

тема планово-предупредительных ремонтов (ППР). Целью таких ре-

монтов является исключение отказов оборудования и непредвиден-

ных расходов путем планирования и проведения ремонтов ранее мо-

мента вероятного среднестатистического отказа. Техническое обес-

печение ППР базируется на том, что имея статистические данные ис-

тории отказов оборудования и зная характеристики развития процес-

сов изнашивания узлов механизма в зависимости от наработки, мож-

но определить и установить такой срок эксплуатации оборудования

(межремонтный интервал), при котором вероятность интенсивного

износа и отказов мала (рисунок 1).

Рисунок 1 – Классическая схема, лежащая в основе ППР

Однако в реальных условиях затруднительно установить четкую

связь между сроком эксплуатации и техническим состоянием агрега-

та. Поэтому существует высокая вероятность того, что выполняется

большой объем ремонтных работ бездефектного оборудования, то

есть состояние этого оборудования на момент проведения ППР не

требует проведения ремонта, но проводится с целью гарантирования

безотказной работы в межремонтный период. На отечественных ме-

таллургических заводах не менее 50 % из числа всех работ по техни-

ческому обслуживанию, выполняемых в соответствии с регламентом,

проводятся без фактической их необходимости [1]. Примечательным

фактором является то, что частота выхода из строя многих машин не

снижается при их обслуживании и ремонтах по регламенту. Наобо-

рот, надежность работы машины часто временно снижается вследст-

вие влияния человека, а также из-за того, что в процессе приработки

после каждой разборки механизма теряется до 10 % ресурса его дета-

лей и узлов.

В последние годы достижения в области электронно-

информационных технологий обеспечили возможность выявлять со-

стояние агрегата путем измерения ряда его технических параметров.

На основе анализа изменений этих параметров можно предсказывать

необходимость и планировать сроки проведения ремонта, то есть

проводить ремонт тех агрегатов, где он необходим. Такая система

проведения ремонтов называется ремонтом по техническому состоя-

нию (РТС).

Техническая база РТС основана на том, что существует взаимо-

связь между возможными техническими неисправностями агрегата и

диагностическими параметрами, которые можно контролировать. То

есть большинство распознаваемых дефектов, которые могут возни-

кать в агрегате, имеют определенные диагностические признаки и па-

раметры, предупреждающие о том, что дефекты присутствуют, раз-

виваются и могут привести к отказу. Следовательно, проводя кон-

троль параметров, характеризующих работу оборудования, можно

вовремя обнаружить изменение технического состояния оборудова-

ния и провести ремонтные работы только тогда, когда возникает ре-

альная возможность выхода его параметров за недопустимые преде-

лы, то есть когда дальнейшая эксплуатация невозможна (рисунок 1).

Ремонт по фактическому техническому состоянию имеет сле-

дующие преимущества по сравнению с ППР [1]:

- наличие постоянной информации о состоянии агрегатов по-

зволяет планировать и выполнять техническое обслуживание и ре-

монты с увеличением эффективности производства от 2 до 10

практически исключив отказы оборудования;

– прогнозирование и планирование объемов технического об-

служивания и ремонтов «проблемного» оборудования; снижение рас-

ходов за счет минимизации ненужных ремонтов «нормального» обо-

рудования. Так, при РТС внеплановый объем работ, вызванный чрез-

вычайными ситуациями, обычно составляет менее 5 % от общего

объема работ, а время простоя оборудования не превышает 3 % от

времени, затраченного на ремонт;

– эффективное планирование распределения обслуживающего

персонала, запасных частей, инструмента и др.; возможность сокра-

щения резервного оборудования;

– увеличение на 25-40 % межремонтного ресурса;

– повышение качества продукции, которое может подвергаться

неблагоприятному воздействию со стороны оборудования, имеющего

механические дефекты;

– контроль качества ремонтных работ.

К недостаткам можно отнести «возможность» появления ситуа-

ции, когда необходимость в проведении ремонтных работ на не-

скольких агрегатах одновременно превысит возможность ремонтной

службы.

Дальнейшим развитием системы ремонтов по техническому со-

стоянию может явиться так называемое проактивное техническое об-

служивание оборудования. Его идея заключается в обеспечении мак-

симально возможного межремонтного срока эксплуатации оборудо-

вания за счет применения современных технологий обнаружения и

подавления источников отказов.

Основой проактивного технического обслуживания являются:

– идентификация и устранение источников повторяющихся про-

блем, приводящих к сокращению межремонтного интервала оборудо-

вания;

– распознавание состояния нового и восстановленного оборудо-

вания с целью проверки отсутствия признаков дефектов, уменьшаю-

щих межремонтный интервал;

– увеличение межремонтного интервала и срока эксплуатации

оборудования за счет проведения монтажных, наладочных и ремонт-

ных работ в точном соответствии с техническими условиями и регла-

ментом.

Техническое обслуживание и ремонт обычно направлены на

устранение в основном очевидных дефектов оборудования. При этом

нередко частые ремонты воспринимаются как вполне нормальное яв-

ление. Анализ коренных причин отказов может принести предпри-

ятию значительную экономию.

Принципиально дефекты и отказы, классифицируемые по при-

чине возникновения, могут быть связаны с конструкторскими дефек-

тами, производственными дефектами при изготовлении, дефектами

материала, сборки, монтажа, ненужным ремонтом, нарушениями ус-

ловий эксплуатации.

Безукоризненное соблюдение технических условий при монтаже

и ремонте агрегата и жесткий контроль при приемке оборудования из

ремонта могут значительно продлить последующий межремонтный

интервал. Например, две наиболее распространенные операции при

завершении монтажа или ремонта агрегата – балансировка ротора и

центровка узлов оборудования. Дополнительные затраты времени и

ресурсов при проведении этих операций для достижения самых жест-

ких норм не намного больше, чем те, которые требуются для прове-

дения этих операций со средним качеством, но достижение уровней

жестких норм часто способно увеличить даже вдвое межремонтный

диапазон оборудования.

2 Методы технической диагностики

Система технической диагностики по ГОСТ 20911-1989 – это

совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для

проведения контроля и диагностирования по правилам, установлен-

ным в технической документации.

Мониторизация – это непрерывный или периодический кон-

троль за состоянием машины.

Диагностика – это определение вида и глубины необратимых

изменений в машине.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что внедрение

средств мониторизации и диагностики является одним из важнейших

факторов повышения экономической эффективности использования

оборудования в промышленности. Результаты экономического анали-

за показывают, что затраты на техническое обслуживание, текущие и

капитальные ремонты без систем диагностики составляют соответст-

венно 29, 57 и 14 % от первоначальной стоимости оборудования. С

применением систем диагностики эти затраты уменьшаются до 20, 6

и 10 %.

Процессы мониторизации и диагностики должны быть основаны

на использовании современных методов и систем для наблюдения за

состоянием оборудования и обнаружением его дефектов на ранней

стадии.

К методам диагностирования механических объектов относятся

[2]: механический, электрический, вибрационный, акустический,

ультразвуковой, ударно-импульсный, термометрический, термоэлек-

трический, магнитный, магнитно-индуктивный, спектрально-

оптический, фотометрический, спектральный, радиографический, по-

лярографический, тензометрический, электронный, видеоэндоскопи-

ческий, стетоскопический, резонансный, рентгенографический и др.

Перечисленные методы имеют к тому же разновидности.

Ниже приведена краткая характеристика некоторых из этих ме-

тодов.

Механический метод заключается в измерении геометрических

размеров деталей машин. Он получил широкое распространение при

определении износа. Частным случаем этого метода для точного из-

мерения служит метод микрометрирования и метод искусственных

баз.

Электрический метод заключаются в непосредственном изме-

рении электрических величин и позволяет по косвенным параметрам

устанавливать состояние частей машин. По способу получения пер-

вичной информации известны следующие разновидности электриче-

ского метода: электростатический, порошковый, электропараметри-

ческий, электроискровой, экзоэлектронной эмиссии и др.

Вибрационный метод заключается в измерении параметров раз-

личных вибрационных процессов, выбираемых в зависимости от типа

диагностируемых механизмов, амплитудного и частотного диапазо-

нов измеряемых колебаний. В качестве параметров чаще всего ис-

пользуются – виброперемещение, виброскорость, виброускорение.

Акустический метод заключается в измерениях упругих коле-

баний, распространяющихся в движущихся составных частях машин

в результате их соударения и называемых структурным шумом, ха-

рактер которого изменяется по мере изнашивания составных частей.