Методы диагностирования технического состояния оборудования

Диагностирование технического состояния — составная часть системы технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) машин.

Диагностирование — процесс определения (распознавания) технического состояния машин и оборудования.

Основные функции технического диагностирования:

получение информации о фактическом состоянии эксплуатируемого объекта;

обработка и анализ этой информации;

принятие обоснованного решения.

Процесс диагностирования делят на этапы:

1) проверка исправности и работоспособности машины в целом или ее составных частей;

2) поиск дефектов, из-за которых нарушалась исправность или работоспособность машины;

3) сбор исходных данных для прогнозирования работоспособности машин на предстоящий период эксплуатации;

4) выдача рекомендаций о проведении мероприятий по ТО и Р.

Исправность или работоспособность машин и оборудования характеризуется параметрами технического состояния. При этом различают: функциональные параметры, характеризующие непосредственно работоспособность компрессора (производительность, конечное давление, потребляемую мощность, КПД), и ресурсные параметры, характеризующие долговечность технических систем компрессора (износостойкость наиболее изнашиваемых деталей, прочность деталей, давление и расход масла и т. д.).

Кроме того, в технической диагностике параметры принято разделят на структурные и диагностические.

Структурные параметры непосредственно отражают состояние тех или иных элементов компрессора (износ поверхности детали, внутренние напряжения, микро- и макродефекты деталей и т. д.).

Диагностические параметры косвенно характеризуют структурные параметры по установленным между ними зависимостям. Так, например, интенсивность изнашивания деталей компрессора может характеризоваться температурой смазывающего масла, а также содержанием в масле продуктов изнашивания.

Среди многообразия методов, используемых для диагностирования параметров технического состояния машин и оборудования, принято различать органолептические и инструментальные методы. Органолептические методы дают качественную оценку технического состояния; существенный недостаток этих методов – субъективизм оценки и зависимость оценки от опытности оценивающего. Инструментальные методы обеспечивают количественную оценку параметров технического состояния и предусматривают использование специальных приборов и инструментов, диагностических устройств и контрольных приспособлений. Достоверный диагноз и прогноз работоспособности машин и оборудования можно получить только в результате комплексного применения различных методов диагностики. При этом следует не забывать, что в большинстве случаев наиболее целесообразно, чтобы информация о параметрах технического состояния объекта была получена без его разборки.

Визуальный контроль (внешний или наружный осмотр) используют как при диагностировании изделия в целом, так и при дефектации деталей и сборочных единиц. Визуальный контроль позволяет выявить видимые трещины, локальные дефекты деталей вследствие изнашивания, неправильность сборки, ослабление крепления и т. д.

Проверка на слух основана на субъективном анализе разнообразных шумов, возникающих при работе компрессора и создаваемых его подвижными частями. В неисправном компрессоре появляются дополнительные, несвойственные для исправной работы компрессора, шумы, стуки, вибрации деталей, по характеру которых судят о возможных неисправностях.

Проверка на ощупь основана на сравнении уровня нагрева отдельных элементов работающего компрессора. Этот метод позволяет выявить неудовлетворительное состояние поверхностей трения; неправильную установку масляных зазоров; низкое качество баббита; нарушение нормального смазывания; неправильную центровку деталей и узлов и т. д.

Гидропневмоиспытания выполняют как для диагностирования компрессора в целом, так и для дефектации его отдельных элементов.

При гидропневмоиспытаниях выявляются трещины, пористости, неплотности прилегания сопрягаемых поверхностей и неподвижных разъемных соединений, неплотности корпусных деталей. Выполняется проверка на прочность.

Испытывают как детали компрессоров (например, блок-картеры), так и компрессоры в целом.

После сборки и холостой обкатки, например, поршневых компрессоров все компрессоры испытывают на плотность давлением воздуха.

Проверку компрессора на герметичность проводят в два этапа. Вначале покрывают стыки мыльным раствором, после чего в компрессор подается воздух под давлением. Для окончательной проверки компрессор погружают в ванну с водой на 10 мин. Слой воды над погруженным компрессором должен быть не менее 300…500 мм. В компрессор подается воздух под давлением. Проверяют отсутствие пузырьков в местах соединений и уплотнений деталей компрессора.

При испытании на плотность двухступенчатых компрессоров воздух подают в полости всасывания высокой и низкой ступеней одновременно.

Виброакустическая диагностика основывается на сочетании двух последовательно выполняемых операций: регистрации вибраций и их анализе для выделения полезной диагностической информации. Первая операция базируется на преобразовании механических колебаний, чаще всего в электрический сигнал. Анализ вибраций (вторая операция) необходим, так как измерительный преобразователь воспринимает колебания, поступающие от всех механизмов работающей машины. Требуется разделение сигнала на составляющие компоненты, характеризующие состояние конкретной сборочной единицы или сопряжения.

Применение акустического метода базируется на использовании приборов, позволяющих объективно оценить и проанализировать спектр шумов работающего компрессора.

Виброакустическая диагностика получила наиболее широкое применение при оценке состояния центробежных газоперекачивающих агрегатов (ГПА) природного газа с газотурбинным приводом.

 Работа по внедрению виброакустической диагностики делится на три основных этапа.

На первом этапе:

выбирают необходимое и достаточное число точек измерений;

выбирают необходимое и достаточное число контролируемых параметров вибрации;

определяют измерительные схемы;

периодически измеряют параметры вибрации на действующем оборудовании;

выбирают метод и схемы обработки информации; проводят статистическую обработку массива параметров вибрации.

На втором этапе:

выбирают агрегаты для исследований из числа работающих агрегатов;

периодически проводят регистрацию и анализ параметров вибрации контролируемых агрегатов;

моделируют определенные дефектные состояния;

создают банк характерных вибрационных диагностических признаков, определяющих наличие конкретных дефектов для агрегатов разных типов.

На третьем этапе проводят анализ развития диагностических признаков дефектных состояний в совокупности с анализом изменения наиболее важных эксплуатационных и режимных параметров.

Достоверность диагностирования непосредственно зависит от правильности выделения составляющих спектра вибрации, несущих информацию о состоянии того или иного элемента компрессора. Выделение составляющих спектра вибрации является сложной задачей. Так, например, основными источниками шума и вибрации поршневого герметичного компрессора являются колебания механического и газодинамического происхождения, возникающие: вследствие остаточной неуравновешенности механизмов движения, биений в зазорах, плохой обработки и смазывания пар трения; вследствие колебаний, связанных с процессом сжатия газа.

При изнашивании зазоры увеличиваются, изменяется характер смазывания и режим трения деталей, увеличиваются протечки через зазор в сопряжении цилиндр-поршень, что в целом приводит к изменению колебаний, а, следовательно, и уровней вибрации и шума компрессора.

Зависимости, связывающие структурные и диагностические параметры, должны учитывать эти изменения. Разделение принятого сигнала выполняется по параметрам колебательного процесса (амплитуде, частоте, времени и т. д.) и реализуется, как правило, с помощью электронной техники.

При диагностировании компрессоров обычно измеряется частота колебаний до 30 кГц (чаще до 10 кГц), виброускорения до 1000 м/с². В качестве датчиков вибраций используются индукционные и пьезометрические датчики. Последние более эффективны, так как имеют небольшие размеры и массу, высокую вибропрочность и термостойкость.

Конструктивная схема пьезометрического датчика

Конструктивная схема пьезометрического датчика дана на рис. 1.3. Корпус 1 датчика содержит два пьезоэлемента 6, разделенных токосъемной пластиной 3. Под влиянием механических напряжений в пьезоэлементе вырабатывается разность потенциалов. Давление на поверхности пьезоэлемента создается инерционной массой 2, которая поджимается упругим элементом 7. Датчик закреплен с помощью резьбового хвостовика 5 на диагностируемом объекте. Сигнал снимается с клемм 4. Первая собственная частота датчика должна превышать измеряемую в 4…6 раз.