Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным
Рассмотрено два примера оценки технического состояния роторных машин: в первом рассмотрена возможность использования сигнала, получаемого с датчика, находящегося в штатной системе контроля компрессора, а во втором в качестве диагностической информации использовались данные вибрации стенки водогон но...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97864 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным / В.М. Нагорный, А.А. Черевко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 1. — С. 14-17. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97864 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-978642025-02-23T20:26:19Z Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным Evaluation of technical condition of industrial equipment by indirect data Нагорный, В.М. Черевко, А.А. Техническая диагностика Рассмотрено два примера оценки технического состояния роторных машин: в первом рассмотрена возможность использования сигнала, получаемого с датчика, находящегося в штатной системе контроля компрессора, а во втором в качестве диагностической информации использовались данные вибрации стенки водогон ной трубы, вызванные потоком протекающей по ней жидкости. Two examples of evaluation of the technical condition of rotary machines are presented. In the first example the possibility of using the signal from a transducer located in the compressor standard monitoring system is considered, and in the second case data on vibration of the water supply pipe wall, created by the running liquid flow, were used as diagnostic information. 2006 Article Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным / В.М. Нагорный, А.А. Черевко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 1. — С. 14-17. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97864 621.129.31 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техническая диагностика Техническая диагностика |
| spellingShingle |
Техническая диагностика Техническая диагностика Нагорный, В.М. Черевко, А.А. Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Рассмотрено два примера оценки технического состояния роторных машин: в первом рассмотрена возможность использования сигнала, получаемого с датчика, находящегося в штатной системе контроля компрессора, а во втором в качестве диагностической информации использовались данные вибрации стенки водогон ной трубы, вызванные потоком протекающей по ней жидкости. |
| format |
Article |
| author |
Нагорный, В.М. Черевко, А.А. |
| author_facet |
Нагорный, В.М. Черевко, А.А. |
| author_sort |
Нагорный, В.М. |
| title |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| title_short |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| title_full |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| title_fullStr |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| title_full_unstemmed |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| title_sort |
оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Техническая диагностика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97864 |
| citation_txt |
Оценка технического состояния промышленного оборудования по косвенным данным / В.М. Нагорный, А.А. Черевко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 1. — С. 14-17. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT nagornyjvm ocenkatehničeskogosostoâniâpromyšlennogooborudovaniâpokosvennymdannym AT čerevkoaa ocenkatehničeskogosostoâniâpromyšlennogooborudovaniâpokosvennymdannym AT nagornyjvm evaluationoftechnicalconditionofindustrialequipmentbyindirectdata AT čerevkoaa evaluationoftechnicalconditionofindustrialequipmentbyindirectdata |
| first_indexed |
2025-11-25T06:16:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T06:16:33Z |
| _version_ |
1849741967205859328 |
| fulltext |
УДК 621.129.31
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ПО КОСВЕННЫМ ДАННЫМ
В. М. НАГОРНЫЙ, А. А. ЧЕРЕВКО
Рассмотрено два примера оценки технического состояния роторных машин: в первом рассмотрена возможность
использования сигнала, получаемого с датчика, находящегося в штатной системе контроля компрессора, а во втором
в качестве диагностической информации использовались данные вибрации стенки водогонной трубы, вызванные
потоком протекающей по ней жидкости.
Two examples of evaluation of the technical condition of rotary machines are presented. In the first example the possibility
of using the signal from a transducer located in the compressor standard monitoring system is considered, and in the
second case data on vibration of the water supply pipe wall, created by the running liquid flow, were used as diagnostic
information.
Виброакустическая диагностика (вибродиагности-
ка), которую еще называют безразборной дефек-
тацией, определяет техническое состояние машины
по косвенным параметрам, к которым относятся
чаще всего параметры паразитных вибраций, не-
минуемо сопровождающих работу машины.
Однако понятие вибродиагностика следует по-
нимать не буквально, а как наименование научного
направления технической диагностики, для кото-
рого источником информации о состоянии машины
является собирательное понятие – вибропараметр.
Под этим термином следует понимать волновые
процессы, содержащие информацию обо всех ко-
лебательных и периодических процессах, возни-
кающих при функционировании машины. Эта ин-
формация может содержать сведения об относи-
тельных и абсолютных смещениях узлов и деталей,
о пульсации скоростей и давлений в рабочих сре-
дах, о полях силовых воздействий, акустической
эмиссии в узлах трения и т. п. В связи с этим
частотный диапазон виброакустических параметров
простирается от долей герца до сотен килогерц.
Практически все виды дефектов изменяют ха-
рактеристики вибропараметров, что делает их не-
заменимыми при использовании в целях диагнос-
тирования.
До сих пор большое внимание уделялось оп-
ределению и анализу параметров механических ко-
лебаний. Для этого разработан широкий спектр
датчиков, регистрирующей и анализирующей ап-
паратуры.
Немаловажна также достаточная простота пре-
образования вибрационного сигнала в электричес-
кий и возможность дальнейшей его обработки и
логического анализа с помощью современной мик-
ропроцессорной техники.
Однако введение виброконтроля приводит к
увеличению себестоимости производимой про-
дукции за счет включения в нее стоимости диаг-
ностической аппаратуры, дополнительной для
штатной системы контроля, что не выгодно про-
изводителю. Это выгодно заказчику, так как ди-
агностическая аппаратура за время эксплуатации
машины себя неоднократно окупит. Однако он,
как правило, в момент покупки не желает платить
за новую и поэтому исправную машину большую
цену, полагая, что она будет исправной всегда.
Поэтому имеется компромиссный путь – ис-
пользовать в качестве диагностической инфор-
мацию, поступающую от штатной системы кон-
троля за состоянием машины.
В данной статье приводятся два примера ис-
пользования в диагностических целях подобной
косвенной информации.
В качестве первого примера рассмотрим воз-
можность использования сигнала, получаемого с
датчика давления, находящегося в штатной системе
контроля компрессора. Предметом виброобследо-
вания был компрессор, в системе управления ко-
торого применяется датчик давления.
Экспериментальная часть исследований заклю-
чалась в определении уровня виброскорости A в
мм/с на основных узлах компрессорного агрегата,
а также запись сигнала с датчика давления. Виб-
роизмерения осуществлялись с помощью прибора
«Вибропорт» с одновременной регистрацией из-
меряемых сигналов на магнитофон. Сигнал с дат-
чика давления регистрировался непосредственно
на магнитофон. Измерения проводили в рабочем
режиме компрессора.
Обработку зарегистрированных сигналов про-
водили на компьютере (рис. 1) с помощью спе-
циально разработанной для этого программы. В
результате этой обработки определялся частотный
состав (спектр) вибрации компрессора в точках
© В. М. Нагорный, А. А. Черевко, 2006
Рис. 1. Схема регистрации и дальнейшей обработки вибросиг-
нала: 1 – диагностируемая установка; 2 – датчик; 3 – вибро-
порт; 4 – магнитофон; 5 – ЭВМ
14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2006
контроля и спектр сигнала, зарегистрированного
по датчику давления.
Далее спектры вибраций сравнивались со спек-
тром давления с целью определения информатив-
ности последнего, т. е. наличия в спектре давления
тех же информативных гармоник, что и в спектре
вибраций.
Пример подобного сравнения приведен на рис. 2
и 3. Спектры вибрации и давления представлены
в логарифмическом масштабе в децибелах, что су-
щественно повышает информативность анализиру-
емых данных. На рис. 2 спектры ограничены
300 Гц, а на рис. 3 – 2000 Гц. Сравнение по-
казывает, что информативность спектра давления
и вибросигнала одинакова. Вертикальными лини-
ями на графиках отмечены информационные гар-
моники, проявляющиеся в равной степени как в
традиционном для вибродиагностики источнике ин-
формации – спектре вибрации, так и в источнике
косвенной информации – спектре давления. На
указанных рисунках использованы следующие ус-
ловные обозначения: fd – оборотная гармоника,
реагирующая на появление и развития дисбаланса
ротора; fr – вторая оборотная гармоника, реа-
гирующая на появление и развитие расцентровки
роторов привода и компрессора; ftk1, ftk2 – гар-
моники, реагирующие на дефект тел качения со-
ответственно переднего и заднего подшипников
привода; fnob1, fnob2 – гармоники, реагирующие
на дефект наружной обоймы соответственно пе-
реднего и заднего подшипников привода; fvob1,
fvob2 – гармоники, реагирующие на дефект внут-
ренней обоймы соответственно переднего и заднего
подшипников привода; fm – гармоники, реаги-
рующие на дефект муфты, соединяющей привод
с компрессором.
Информативность спектра давления наглядно
демонстрирует спектр на рис. 3, свидетельствую-
щий о том, что спектр давления не менее широ-
кополосен, чем спектр вибраций. В обоих спектрах
в равной степени четко проявляется гармоника
на частоте 1850 Гц, генерируемая шестернями муль-
типликатора. На рис. 4 приведен только спектр
давления в естественных единицах давления (ат-
мосфера избыточная – ати), где также достаточно
наглядно проявляются все указанные выше ин-
формационные гармоники.
Таким образом, сравнение спектров вибрации
и давления показывает, что информация, полу-
чаемая со штатных датчиков давления, вполне
приемлема для диагностики технического состо-
яния компрессора. Этот вывод относится и к другим
по конструкции компрессорам.
В качестве второго примера рассмотрим оценку
технического состояния погружного оборудования
артезианской скважины, проведенную по косвен-
ным данным – вибрации стенки водогонной трубы,
вызванной потоком протекающей по ней жидкости.
Оборудование артезианской скважины, основу
которого составляют центробежный электронасос
ЭЦВ14-210-300Х, в рассматриваемом случае на-
ходилось на глубине 260 м (рис. 5) и было не-
доступно для непосредственного инструментально-
го контроля. Оценка его состояния традиционно
Рис. 2. Сравнение спектров давления и вибрации компрессора
в точке 2
Рис. 3. Сравнение спектров давления и вибрации компрессора
в точке 2 в полосе частот до 2000 Гц
Рис. 4. Спектр давления «рабочего тела», создаваемого комп-
рессором
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2006 15
проводится на основе
анализа интегральных
данных – давлению,
расходу перекачиваемой
жидкости и силе тока, по-
даваемого на привод.
Методика измерения
вибраций и дальнейшая
обработка информации
аналогична рассмотрен-
ной выше с тем отличием,
что измерения проводи-
лись не одноразово, а
еженедельно в течение 9-
ти месяцев. Регулярность
измерений позволяла
оценивать после каждого
из них текущее состояние
оборудования и прогно-
зировать его наработку
до выхода из строя (от-
каза).
Исходными для диаг-
ностирования данными
являлись спектры вибра-
ций стенки водогонной
трубы (рис. 6), получа-
емые по результатам ана-
лиза косвенных для пог-
ружного оборудования,
находящемуся на глубине
260 м, измерений вибра-
ций стенки водогонной
трубы в месте выхода ее
из скважины (рис. 5).
Анализ спектра показал, что он содержит гар-
монические составляющие, соответствующие кине-
матической схеме агрегата, т. е. содержит гармо-
ники на частотах, совпадающих с оборотной час-
тотой (fоb = 50 Гц); второй оборотной частотой
(Fras = 2 fоb); подшипниковой частотой насоса
(Fpnas = fоb 8); подшипниковой частотой двигателя
(Fdv = fоb 12); частотой роликовой муфты (Fm =
= fоb 12); лопаточной частотой насоса (Fkol =
= fоb 7); лопаточной частотой двигателя (Fkdv =
= fоb 8).
Алгоритм диагностирования построен на ана-
лизе особенностей изменения во времени уровня
информационных гармоник. При этом временной
тренд уровня информационной гармоники рассмат-
ривается как сумма двух трендов, первый из ко-
торых обусловлен развитием усталостной трещины,
а второй износом трущихся пар. Первый тренд
описывается аналитической зависимостью, отража-
ющей физику развития трещины, а второй – фи-
зику износа. Ресурс оборудования является па-
раметром этих зависимостей.
Пример подобного суммарного тренда и его сос-
тавляющих трендов для лопаточной гармоники,
реагирующей на дефект рабочего колеса насоса,
приведен на рис. 7.
Для данных, приведенных на рис. 7, вклад
износа в состояние колеса составлял 75 % , а раз-
витие трещины – 25 %.
Алгоритм диагностирования построен по ин-
дуктивному принципу – от частного к общему.
Диагностирование начинается с оценки степени раз-
вития дефектов, далее ставится локальный (то-
чечный) диагноз в точке контроля (в отличие от
рассматриваемого примера их может быть несколь-
ко), а затем ставится диагноз оборудования в це-
лом. Этот диагноз излагается в кратком резюме
протокола, а локальные диагнозы и оценка степени
развития дефектов излагается в приложениях к
резюме.
Оценка степени развития подконтрольных де-
фектов осуществляется путем расчета величины
классифицирующей функции (называемой разны-
ми авторами дискриминантной, решающей и т. п.).
Аргументами функции являются безразмерные па-
раметры, описывающие степень изменения и ско-
рость изменения уровня информационной гармо-
ники, соответствующей данному дефекту. Эти па-
раметры приведены к безразмерному виду. Фак-
тическое значение классифицирующей функции
сравнивается с ее эталонными значениями и в за-
Рис. 5. Схема артезианской
скважины с указанием точки
контроля вибрации стенки во-
догонной трубы: 1 – погруж-
ной электронасос; 2 – водо-
гонная труба
Рис. 6. Типичный спектр вибрации стенки водогонной трубы
Рис. 7. Изменение за время эксплуатации скважинного обору-
дования лопаточной гармоники, реагирующей на дефект рабо-
чего колеса насоса: 1 – Aсум; 2 – Aизн; 3 – Aтр (Tнар – время
наработки)
16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2006
висимости от того, в какой эталонный интервал
попадает фактическое значение функции, выдается
одно из следующих сообщений: дефект отсутствует;
степень развития дефекта ниже средней; степень
развития дефекта средняя; степень развития де-
фекта выше средней; степень развития дефекта
недопустимая.
Эти сообщения дополняются указанием нара-
ботки до оптимальной остановки на ремонт и до
предельной степени развития дефекта; о доле, при-
ходящейся в развитии дефекта на прочность (раз-
витие трещины в силовых элементах) и на износ
пар трения и характеристикой скорости развития
дефекта.
Далее, по величине суммарного уровня виб-
рации, приведенного к безразмерному виду, и мак-
симальному значению классифицирующей фун-
кции, характеризующей дефект, имеющий наиболь-
шую степень развития, ставят локальный диагноз
в точке контроля: узел в точке контроля исправен;
узел в точке контроля работоспособен; узел в точке
контроля требует осмотра; узел в точке контроля
требует ремонта.
Затем на основани локального наихудшего ди-
агноза ставится диагноз узлу в целом: узел исп-
равен; узел работоспособен; узел требует осмотра;
узел требует ремонта.
И, наконец, на основании наихудшего диагноза
отдельных узлов, ставится диагноз оборудованию
в целом: оборудование исправно; оборудование ра-
ботоспособно; оборудование требует осмотра; обо-
рудование требует ремонта.
Во всех случаях диагноз сопровождается ука-
занием наработки до оптимальной остановки на
ремонт и наработки до отказа, причины отказа
и ремонта соответственно.
Пример протокола диагностирования скважин-
ного оборудования полученного по данному ал-
горитму приведен ниже:
ПРОТОКОЛ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АГРЕГАТА
№ 15 от 19.07.04 г.
Агрегат подлежит ремонту
по причине неудовлетворительного состояния
узла агрегата, где установлен датчик 1;
наработка агрегата до остановки на ремонт
составляет 0… 7,3 cут;
наработка агрегата до его отказа
составляет 4,86… 7,71 cут.
Более полная информация записывается в При-
ложении к протоколу «Характеристика дефектов уз-
ла машины, где установлен датчик 1 на 19.07.04 г.
(В данной статье подробно не приводится. Заин-
тересованных просим обращаться к автору.)
ДИАГНОЗ УЗЛА МАШИНЫ В ТОЧКЕ
УСТАНОВКИ ДАТЧИКА на 19.07.04 г.
Узел машины подлежит ремонту.
Причина: Износ подшипников двигателя
наработка узла машины до остановки
на ремонт составляет: 0… 7,3 сут;
наработка узла машины до его отказа из-за
развития дефекта составляет: 4,86… 7,71 cут.
Терминология протокола рассчитана на исполь-
зование нескольких точек контроля, а не одной,
как это было сделано при косвенной оценке сос-
тояния скважинного оборудования.
При постановке диагноза принята достаточно
жесткая концепция «слабого звена», в результате
этого диагноз на более высоком иерархическом
уровне ставится на основании наихудшего диаг-
ноза, полученного на более низком уровне. Это
оправдано для оборудования опасных производств
(АЭС, химические предприятия и т. п.). Для го-
родского коммунального хозяйства и т. п. можно
использовать менее жесткие правила, когда диагноз
на более высоком уровне ставится на основании
усредненного по тем или иным правилам диагноза,
полученного на предыдущем более низком иерар-
хическом уровне.
В рассмотренном примере приведенный в про-
токоле диагноз полностью подтвердился. Скважин-
ное оборудование отработало до отказа спрогно-
зированный в соответствии с рассмотренным ал-
горитмом диагностирования срок. Причина отказа,
которая внешне проявилась через заклинивание
ротора двигателя, также была указана в протоколе.
Выводы
Рассмотренные выше примеры свидетельствуют о
возможности использования косвенных данных при
диагностировании оборудования. Также следует от-
метить, что диагноз состояния промышленного обо-
рудования, поставленный на основе прямых или
косвенных данных, следует согласовывать с инфор-
мацией, получаемой с помощью штатной системы
контроля, т. е. с данными о температуре, давлении,
режиме работы оборудования и т. д.. Изменение
этих параметров вызывает изменение характера
функционирования машины, а их игнорирование
может приводить к ошибочному диагнозу.
1. Нагорный В. М., Черевко А. А. Оценка фактического тех-
нического состояния скважинного оборудования //
Вестник СумДУ. – 2005. – № 1 (73). – С. 109—112.
2. Вибрации энергетических машин / Справ. пособие. Под
ред. Н. В. Григорьева. – Л.: Машиностроение, 1974. –
464 с.
3. Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагнос-
тика машин и механизмов. – М.: Машиностроение, 1987.
– 288 с.
Сумск. гос. ун-т Поступила в редакцию
27.07.2005
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2006 17
|