 |
Диагностирование насосно-компрессорного оборудования
|
|
|
|
Насосно-компрессорное оборудование относится к группе роторных машин, одним из основных элементов которых является ротор. Роторные машины состоят также из корпуса, валов, подшипников, соединительных муфт, уплотнений и других элементов. В общем случае наиболее слабым звеном, определяющим работоспособность роторной машины, может оказаться любой из перечисленных элементов. Техническое диагностирование роторных машин может производиться как без их разборки, так и с разборкой. Диагностика с разборкой дополнительно включает неразрушающий и измерительный контроль всех базовых узлов и деталей. Оперативный контроль технического состояния осуществляется обслуживающим персоналом по параметрическим и виброакустическим критериям (температуре, развиваемому давлению, величине подачи, потребляемой мощности, величине утечек, уровню шума, среднеквадратическому значению виброскорости и др.).
Наиболее перспективными для диагностирования роторных машин без их разборки являются методы вибродиагностики. В настоящее время большинство ответственных роторных машин оснащено контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА), позволяющей регистрировать в контролируемых точках среднеквадратическое отклонение виброскорости в рабочей полосе частот 10...1000 Гц, автоматически включать предупредительную сигнализацию или отключать машины при достижении предельно допустимого уровня вибрации. При отсутствии КСА дежурный персонал производит измерения переносными виброметрами. Измерение виброскорости осуществляется в вертикальном направлении на каждой подшипниковой опоре горизонтальных роторов. У машин с вертикальными роторами виброскорость измеряется на упорных подшипниках также и в осевом направлении. Роторные машины большой единичной мощности (например, стационарные газотурбинные агрегаты ГТН-25 мощностью 26000 кВт) оснащаются системами вибромониторинга на основе многоканальной виброаппаратуры, позволяющими не только отслеживать изменение вибрационных параметров в процессе эксплуатации, но и осуществлять их анализ и на этой основе оценивать техническое состояние и прогнозировать остаточный ресурс машин.
|
|
|
Современные системы вибромониторинга, разрабатываемые рядом организаций (ВАСТ, ТНТ и др.), предусматривают наряду с методикой измерения и обработки вибросигналов использование специализированного программного обеспечения по диагностике оборудования различных типов.
|
Рис. 13.21. Схема точек измерения вибрации агрегата ГТН-10-4: 1-5 - номера точек
Применение таких программ обеспечивает автоматизированную диагностику неисправностей. Так, на рис 13.21 приведена схема точек измерения вибрации газоперекачивающего агрегата ГТН-10-4, оснащенного системой вибромониторинга, разработанного отечественной фирмой «ИНКОТЕС» (г. Нижний Новгород). Программное обеспечение этой системы, поставляемое в составе автоматизированного рабочего места инженера-диагноста (АРМИД), позволяет автоматически диагностировать следующие неисправности агрегата ГТН-10-4:
• дисбаланс осевого компрессора ТВД;
• дисбаланс диска ротора ТВД;
• дисбалансы ротора ТНД и ротора нагнетателя;
• несоосность подшипников ротора ТВД;
• расцентровка роторов ТНД — нагнетателя;
• ослабление и исчезновение натяга по вкладышам опорно-упорных подшипников № 1 ТВД и № 4 ТНД и опорных подшипников № 2 ТВД и № 3 ТНД;
• увеличенный радиальный зазор опорно-упорных подшипников № 1 ТВД и № 4 ТНД и опорных подшипников № 2 ТВД и № 3 ТНД;
• коробление корпусов ТВД и ТНД при тепловых расширениях;
|
|
|
• торцевое биение дисков ТВД и ТНД;
• повышенные напряжения на рабочих лопатках 1 —10-й ступеней осевого компрессора;
• трешины на выходном/входном трубопроводах и опорах технологической обвязки нагнетателя.
Типовая программа диагностирования роторных машин, не оснащенных системами вибромониторинга, включает следующие основные этапы:
1. Изучение и анализ технической и эксплуатационной документации и результатов оперативного контроля.
2. Визуальный осмотр машины и фундамента, проверка состояния соединительных муфт, уплотнений и других элементов, оценка функциональной работоспособности машины по параметрическим критериям и КПД, проверка работоспособности вспомогательного оборудования, систем управления и контроля, снятие контурной характеристики машины.
3.Разработка индивидуальной программы диагностирования и графика проведения работ с учетом конструктивных особенностей машины и условий ее эксплуатации.
4.Подключение в назначенных контрольных точках и тарировка вибродиагностической аппаратуры, регистрация параметров вибрации подшипников, корпуса, фундамента. Расшифровка и анализ спектральных составляющих вибросигналов.
5.Контроль основных узлов и деталей роторной машины неразрушающими методами (при необходимости).
6.Обследование состояния фундамента и строительных конструкций здания. Обследование проводится в том случае, если при предварительном осмотре установлено нарушение их целостности или выявлены изменения вибрационной характеристики системы «ротор-фундамент» (оценка состояния фундамента и строительных конструкций здания производится по соответствующим методикам).
7.Окончательная обработка и анализ результатов контроля, принятие решения: продолжение эксплуатации машины, вывод ее в ремонт или замена на новую.
Перед назначением контрольных точек снимают контурную характеристику роторной машины с целью выявления наиболее информативных точек, в которых вибросигнал имеет минимальные искажения и максимальную величину. Как правило, в качестве контрольных принимаются точки, располагающиеся на подшипниковых опорах и на элементах крепления машины к фундаменту. Расположение контрольных точек обязательно фиксируется, чтобы повторные измерения проводились в одном и том же месте. Ответственные роторные машины оснащаются стационарными креплениями датчиков в контрольных точках. Параметры вибрации на подшипниковых опорах таких машин измеряются в трех ортогональных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом. Контрольные точки и направления измерения указываются на кинематической схеме контроля, пример которой приведен на рис. 13.22.
|
|
|
Если в процессе вибродиагностики выявляются нарушения вибрационной характеристики «роторная машина—фундамент», то дополнительно проводят обследование состояния оснований и фундаментов соответствующего оборудования.
Эту работу выполняют с привлечением специалистов компетентных организаций.
Рис. 13.22. Кинематическая схема контроля магистрального насоса
1 – 4 – номера опор; →↓↑ - точки установки датчиков
При необходимости после проведения вибродиагностики производится разборка машины и оценка состояния всех основных узлов и деталей посредством не разрушающе го и измерительного контроля. В первую очередь оценивается состояние корпусов машин, валов роторов, соединительных муфт и других быстроизнашивающихся деталей. Выявляется наличие дефектов в зоне концентраторов напряжений, измеряется износ трущихся поверхностей. Предельные значения износа при отбраковке элементов машины принимают по данным руководства по эксплуатации машины или технических условий на его ремонт. Диагностика корпусов роторных машин осуществляется магнитометрическим или акустико-эмиссионным методом НК. По результатам диагностирования может проводиться дополнительное обследование корпуса другими методами НК.
Диагностирование корпуса магнитометрическим методом осуществляется в следующей последовательности: на корпус наносится разметка из вертикальных и горизонтальных линий, размещаемых с равным шагом. В качестве примера на рис 13.23 показана разметка корпуса магистрального насоса в соответствии с действующим в ОАО «АХ «Транснефть» РД 153-39.4Р-124-02. Диагностирование осуществляется на неработающей машине независимо от величины Достаточного внутреннего давления; производится путем сканирования поверхности датчиком прибора (индикатором концентрации напряжений) вдоль горизонтальных линий разметки. При пересечении датчика цифровой и алфавитной сеток фиксируются и записываются максимальные значения напряженности магнитного поля рассеяния со знаком плюс или минус. Скачкообразное изменение величины напряженности магнитного поля с одновременным изменением знака указывает на концентрацию остаточных напряжений и является признаком возможного дефекта.
|
|
|
Измерения толщин стенок и твердости металла корпусов машин осуществляются в местах с концентраторами напряжений или источников сигналов АЭ II, III, IV классов. Кроме этого измерения выполняются в зонах, где при визуальном контроле обнаружено уменьшение толщины стенок от абразивного, эрозионного или коррозийного факторов воздействия.
При неразрушающем контроле валов роторов с применением визуального и измерительного, ультразвукового, вихретокового и магнитопорошкового методов выявляются поверхностные, подповерхностные и внутренние дефекты: трещины, раковины, забоины, риски, следы фреттинга, недопустимые металлургические дефекты и другие нарушения сплошности материала. Контролируются поверхности вала под рабочим колесом и полумуфтой; в местах расположения галтелей, проточек, резьб, шпоночных пазов, переходов прямолинейного участка боковой стенки шпоночного паза к цилиндрическому участку и дна к боковой стенке.
При росте температуры подшипников и увеличении вибрации машины из-за возникающих дефектов в подшипниковых узлах машина выводится в ремонт и выполняется контроль технического состояния всех элементов подшипникового узла.
Обследование технического состояния соединительных муфт проводят при росте вибрации роторной машины из-за возникающих в муфтах дефектов или визуальном обнаружении неисправностей или их признаков. В первую очередь при этом контролируется точность центровки соединяемых валов. Далее проверяется плотность посадки полумуфт на валы, биение полумуфт, состояние зацепления, твердость зубьев втулок и обойм. При признаках поверхностных и подповерхностных дефектов в районе шпоночных пазов и в зубьях выполняют их дефектоскопический контроль вихретоковым, капиллярным, магнитопорошковым методами.
По результатам диагностирования и дефектоскопии материала элементов машины неразрушающими методами контроля проводится оценка их технического состояния, выполняются расчеты на прочность.
|
|
|
Рис. 13.23. Схема разметки корпуса при магнитометрическом методе контроля и установке преобразователей акустической эмиссии
Для корпусов машин продление ресурса определяют на основе фактически полученных величин утонения стенок и свойств материала с учетом скорости коррозийно-эрозионного износа, малоцикловых нагружений, статистических данных о показателях надежности, интенсивности роста вибрации.
Продление ресурса подшипников, муфт, торцевых уплотнений осуществляется по результатам контроля их технического состояния при разборке машины, а также по скорости роста ее вибрации. Процедура прогнозирования остаточного ресурса роторной машины по изменению уровня вибрации осуществляется графоаналитическим методом с использованием результатов обследования объекта, статистических данных по надежности аналогичных типов машин и сводится к экстраполяции найденного тренда (скорости изменения вибрации) и определению момента его пересечения с линией предельного состояния машин данного типа.
Список литературы
1. Алешин Я.М. и др. Методы акустического контроля металлов. — М.: Машиностроение, 1989.
2. Клюев В. В. и др. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник /
Под ред. В.В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2003.
3. Ермолов И.И., Осташин Н.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества / И.Н. Ермолов. — М.: Высшая школа, 1988.
4. Сухорукое В.В. и др. Неразрушающий контроль: в 5 кн. / Под ред. В.В.
Сухорукова. — М.: Высшая школа, 1992.
5. Баранов В.М. и др. Акустический контроль и диагностика на предприятиях топливно-энергетического комплекса/ В.М. Баранов, А.И. Гриценко, А.М.
Карасевич и др. — М.: Наука, 1998.
6. Дубов А.А. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. — М.:
Энергодиагностика, 2001.
7. Кузнецов Н.С. Теория и практика неразрушающего контроля изделий с
помощью акустической эмиссии. — М.: Машиностроение, 1998.
8. Гриб В.В. Диагностика технического состояния оборудования нефтегазо-
химических производств. — М.: Изд-во ЦНИИТЭнефтехим, 2002.
9. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. — М.: Машиностроение, 1987.
10. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ. — М.: Недра, 1989.
11. Якубович Н.А. Оценка вибросостояния энергомеханического оборудования. — М.: Изд-во РАО «Газпром», 1997.
12.Оценка технического состояния и ресурса оборудования химических,
газо- и нефтеперерабатывающих производств: сб. материалов школы-семинара
2002 г. — Волгоград: Афиша, 2003.
13. Маслов Б.Г. Дефектоскопия проникающими веществами. — М.: Высшая
школа, 1991.
14. Котляревский В.А., Шаталов А.А., Ханухов Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов. — М.: Экономика и информатика, 2000.
15. Баркова Н.А. Введение в виброакустическую диагностику роторных ма
шин и оборудования. — СПб.: Изд. центр СПбМТУ, 2003.
16.Металлические конструкции: в 3 т. / Под ред. В.В. Горева. Т. 3: Специальные конструкции и сооружения. — М.: Высшая школа, 2002.
17. Соснин Ф.Р. и др. Неразрушаюший контроль. Справочник: в 8 т. / Под
ред. В.В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2003—2005.
18. ГольдинА.С. Вибрация роторных машин. — М.: Машиностроение, 1999.
19.Сборник руководящих материалов по защите городских подземных трубопроводов от коррозии. — Л.: Недра, 1987.
20. Жуков В.Г. и др. Определения износа вантовых канатов портальных и
башенных кранов в местах их заделки в муфты // Безопасность труда в промышленности. — М., 2002. — № 5.
Оглавление
Предисловие ………………………………………………………………………………............................1
1. Задачи, система и типовая программа технической диагностики………………………………...….4
1.1.Цельизадачитехническойдиагностики........................................ ……………….…….…………4
1.2. Виды дефектов, качество и надежность машин……………………..…..........................................5
1.3. Восстановление работоспособности оборудования............... ………………………….................10
1.4. Вилы состояния оборудования, системы технической диагностики….......................................13
1.5.Типовая программа технического диагностирования.............. ………………..….....................19
1.6.Виды неразрушающего контроля, его стандартизация и метрологическое обеспечение
2. Методы вибрационной диагностики ………………………………………………………………......27
2.1. Сущность вибродиагностики и ее основные понятия............. …………............................................................................................................................................ ………………………………...27
2.2. Средства контроля и обработки вибросигналов...................... ……………………… ………..34
2.3. Виброактивность роторов…………………………………….... ………………………………..37
2.4. Виброактивность подшипников и их диагностика................... ………………….………….…42
2.5 Виброактивность зубчатых передач и трубопроводов............ ……………………… ……..…46
2.6. Вибродиагнстика и вибромониторинг общих дефектов машинного
оборудования........................................................................ ……………………………...................48
3.1.Классификации оптических методов контроля........................ ………………........................53
3.2.Особенности визуального контроля………………………………………………………………..54
3.3.Визуально - оптический и измерительный контроль................ ………………..........................58
4. Капилярный контроль................................................................... ………………………...............66
4 1. Физическая сущность капиллярного контроля........................ ……………………… …….….66
4.2. Классификация и особенности капиллярных методов............ …………………….………….70
4.3. Технология капиллярного контроля……………………………………………………………….72
4.4. Проверка чувствительности капиллярного контроля.............. …………………….... ………..73
5.1.Термины и определения течеискания, количественная оценка течей …………………………...75
5.2. Способы контроля и средства течеискания……………………………………………………….77
5.3. Масс-спектрометрический метод............................................. ………………………..............80
5.4. Галогенный и катарометрический методы………………………………………………………..83
5.5. Жидкостные методы течеискания………………………………………………………………….85
5.6.Акустическийметод.................................................................... ………………………………..86
6. Рациональныйконтроль.................................................................. ………………………...........…88
6.1.Источники ионизирующего излучения...................................... ………………………………..88
6.2.Контроль прошедшим излучением………………………………………………………………….92
6.3.Радиографический контроль сварных соединений………………………………………………..94
7.1. Область применения и классификация..................................... ……………………............….98
7.2. Магнитные характеристики ферромагнетиков.………………………………………………....99
7.3. Магнитные преобразователи……………………………………………………………………….103
7.4. Магнитная дефектоскопия, магнитно – порошковый метод……………………………………107
7.5. Дефектоскопия стальных канатов…………………………………………………………………113
7.6. Метод магнитной памяти…………………………………………………………………………..116
7.7. Магнитная структуроскопия…………………………………………………………………….....120
8. Вихретовоаый, электрический и тепловой вид контроля……………………………………..129
8.1.Вихретоковый вид контроля.................................................... ……………………….. ……....129
8.2.Электрический вид контроля................................................... ……………………….. ……....132
8.3. Тепловой вид контроля............................................................ ……………………….. ……....135
9. Ультразвуковой неразрушайющий контроль......................... ……………………….. ……....139
9.1.Акустические колебания и волны.......................................... ………………………………..139
9.2.Затухание ультразвука........................................................... ……………………….. ………142
9.3.Трансформация ультразвуковых волн................................... ……………………….. ……....145
9.4.Способы получения и ввода ультразвуковых колебаний
Конструкция пьезопреобразоватедей................................................................................................147
9.5.Аппаратура, методы и технология ультразвукового контроля ………………………………..151
10. Аккустико – эмиссионный метод…………………………………………………………..........159
10.1.Источники акустической эмиссии.......................................... ……………………….. ……....159
10.2.Виды сигналов АЭ................................................................... ………………………. ………160
10.3.Оценка результатов АЭ контроля.......................................... ……………………….. ………163
10.4.Аппаратура АЭ контроля....................................................... ………………………. ………166
10.5. Порядок проведения и область применения АЭ контроля……………………........................173
11.Деградационные процессы оборудования и материалов……………………………………..178
11.1.Деградлционныс процессы, вилы предельных состояний.... ……………………….. ………178
11.2.Характеристика лстралационных процессов......................... ……………………….. ……...179
11.3.Виды охрупчиваиия сталей и их причины………………………………………………………185
11.4.Контроль состава и структуры конструкционны» материалов………………………………….181
11.5.Оценка механических свойств материалов……………………………………………………….193
11.6.Способы отбора проб металла и получения информации о его свойствах ……………....194
12. Оценка остаточного ресурса оборудования …………………………………………………….203
12.1.Методология оценки остаточного ресурса……………………………………………………….203
12.2.Опенка ресурса при поверхностном разрушении………………………………………………..206
12.3.Прогнозирование ресурса при язвенной коррозии………………………………………………208
12.4.Прогнозирование ресурса по трещиностойкости и критерию «течь перед разрушением»…………………………………………………………………………………….............211
12.5.Оценка ресурса по коэрцитивной силе…………………………………………………………….216
12.6.Оценка ресурса по состоянию изоляции………………………………………………….............220
13. Особенности диагностирования типового технологического оборудования……………..223
13.1 Диагностирование буровых устамовои……………………………………………………….223
13.2. Диагностирование линейной части стальных поонефтспроволов и арматуры……………..233
13.3.Диагностирование сосудов и аппаратов, работающих паз давлением ……………………….251
13.4.Диагностирование установок для ремонта скважин………………………………………….257
13.5.Диагностирование вертикальных цилиидричеекза резервуаров для нефтепродуктов………261
13.6.Диагностирование насосно-компрессорного оборудования ……………………………...271
Список литературы………………………………………………………………………………………277
|
|
|
