Долгосрочный прогноз состояния роторных машин по сигналу вибрации

А.В. Барков, П.П. Якобсон

Ассоциация ВАСТ,
Россия, 198207, C-Петербург, пр. Стачек, д. 140


Copyright (с) 1996-2002 Барков, Якобсон, все права защищены.
Копирование, перепечатка и распространение допускается только с разрешения автора.

Значительное сокращение затрат на эксплуатацию энергетического оборудования дает его перевод на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию. Для этого необходимо точно знать состояние основного и вспомогательного оборудования электростанций и прогнозировать его на время, необходимое на подготовку к ремонту.

Анализ Института исследований энергетической промышленности США за 1998 год [1, 2] показал, что удельные затраты электростанции на техобслуживание составляют $18 на л.с. - при работе до выхода из строя; $13 на л.с. - при обслуживании по регламенту; $9 на л.с. - при профилактическом обслуживании. Основным условием успешного решения этой задачи является активное использование различных систем диагностики и прогнозирования состояния машин и оборудования.

Методы прогнозирования.

В настоящее время существует достаточно большое количество методов диагностики и прогноза состояния узлов и машин, не говоря уже о количестве видов контроля и диагностических параметров. Но возможность и глубина прогноза оказываются разными при решении диагностических задач для разных групп оборудования, а, следовательно, и используемые технические средства для разных типов машин существенно различаются.

1. Турбоагрегаты - аварийная защита и краткосрочный прогноз работоспособности.

Опыт длительной эксплуатации, многочисленные теоретические и экспериментальные исследования говорят о том, что для основного оборудования большинства ТЭС - паровых турбоагрегатов - глубина прогноза состояния узлов по вибрации ограничены в связи со сложностью теплофизических процессов, происходящих при эксплуатации и конструкции самого агрегата [3].

Прогнозирование в системах мониторинга и диагностики ПТУ производится на основе данных непрерывного измерения функциональных параметров агрегата: параметров пара, температуры и вибрации подшипников, тока (напряжения), мощности (КПД), тепловых расширений и других величин [4].

Такой комплексный подход к выбору диагностическим параметрам связан как с общей спецификой турбоагрегатов - сложностью конструкции и большими габаритами машины, сложностью переходных режимов работы, так и с "индивидуальностью" каждой конкретной машины.

Для перечисленных выше функциональных параметров, в том числе и вибрации, наиболее достоверным можно считать краткосрочный прогноз, измеряющийся часами, максимум - сутками. Это обстоятельство объясняется тем, что монотонное развитие (рост) большинства вибрационных диагностических параметров имеет место только на последней (предаварийной) стадии. Возможность же построения характеристики тренда известными математическими методами обработки (метод наименьших квадратов, метод минимакса и др.) требует именно монотонного изменения аппроксимируемой функции.

Вышеизложенные обстоятельства обуславливают эффективность применения комплексных стационарных систем диагностики и, одновременно, ограничивают возможности прогноза областью мониторинга изменения рабочих параметров и предупреждением аварийных ситуаций. Причем состояние узлов и агрегата в целом, в большинстве случаев, определяет опытный специалист, хорошо знающий свойства динамики паровых турбоагрегатов. В его функции входит оценка динамики развития дефектов и краткосрочный прогноз состояния агрегата по характеристикам трендов, представляемых стационарными системами контроля и диагностики.

2. Вспомогательное оборудование ТЭС - превентивная диагностика и долгосрочный прогноз.

Задачу прогнозирования состояния мельниц, тягодутьевых машин, насосных и вентиляционных агрегатов следует считать актуальной по двум основным причинам:

Во-первых, известно, что определение и прогноз состояния тягодутьевого и насосного оборудования необходимы для обеспечения надежности, уменьшения простоев и времени работы блока в неноминальных режимах [3, 4].

Во-вторых, с целью повышения эффективности эксплуатации в части сокращения затрат станции на ремонт и обслуживание вспомогательного оборудования.

Если первая упомянутая причина в обосновании не нуждается, для оценки весомости второй рассмотрим материалы анализа экономической эффективности диагностических работ, проведенного в 2001 по заказу АО Ленэнерго отделом диагностического обслуживания Ассоциации ВАСТ (см. табл. 2).

Таблица №2
Статья расходов Доля в общих годовых затратах на эксплуатацию ТЭЦ Примечание
1. Затраты на топливо 64%  
2. Ремонты и материалы для основного тепломеханического оборудования станций 9% В т.ч. турбо-генераторы
3. Ремонты и материалы для вспомогательного тепломеханического оборудования станций 16% В т.ч. ТДМ, ПТН, ПЭН и др.
4. Здания и сооружения 5%  
5. Прочее 6%  

Как отмечено в представленных данных, расходы на ремонт и обслуживание вспомогательного оборудования почти в два раза больше аналогичных расходов по основному оборудованию. Этот факт объясняется, в основном, количеством позиций вспомогательного оборудования, а также большим числом внеплановых ремонтов в связи с отсутствием работ по контролю и диагностике этих машин.

Задача снижения расходов на эксплуатацию вспомогательного оборудования неразрывно связаны с диагностикой и прогнозированием состояния узлов машин. При этом подход, применимый к турбоагрегатам, малоэффективен для вспомогательного оборудования как в связи с большим парком агрегатов, так и в связи с типовой конструкцией данных машин.

Эти два обстоятельства позволяют использовать существующие разработки по автоматизированной групповой диагностике и долгосрочному прогнозу состояния узлов вращающегося оборудования. Такая диагностика строится на базе статистических данных о признаках и скорости развития дефектов, полученных в результате многолетних практических исследований оборудования различного типа.

Таким образом, большинство методик прогнозирования состояния роторного оборудования ТЭС базируются на двух основных подходах:

  • Анализ рабочих параметров машины и прогнозирование даты превышения параметром установленного порогового значения с помощью математического аппарата трендов. Такой подход, как правило, реализуется в стационарных системах контроля и диагностики, часто объединяемых с АСУ ТП энергоблоков [4].
  • Определение текущего состояния, и, при наличии статистической базы по скорости развития выявленных дефектов, вычисление безаварийного интервала работы. Этот подход используется в современных портативных системах превентивной диагностики типовых узлов и машин.

Для диагностики и прогноза состояния серийного оборудования не обязательно использовать сложные стационарные системы мониторинга, так как групповая диагностика даже по однократным измерениям вибрации с практически достаточной достоверностью дает прогноз безотказной работы вращающегося оборудования на 2-6 месяцев [5, 6]. Таким образом, лучшие из современных переносных систем вибрационной диагностики для вспомогательного оборудования ТЭС решают не только техническую задачу повышения надежности, но и экономическую - снижение затрат на обслуживание и ремонт. Это дает реальную возможность увеличить межремонтный период, а, в конечном счете, перейти на ремонт и обслуживание вспомогательного оборудования по состоянию, сократив затраты в полтора - два раза.

В диагностические системы производства ВАСТ с 1990 года заложены пороговые значения и скорости развития всех основных дефектов подшипников качения и других узлов роторных машин. В частности, в нее вошли данные вибрационной диагностики более 100 тыс. подшипников качения. База данных собиралась ведущими специалистами фирмы за период 1968-1985гг., по программам, выполняемым судостроительной промышленностью для ВМФ СССР [7].

В настоящее время на станциях АО "Ленэнерго" и "Мосэнерго", Костромской, Рефтинской, Ставропольской ГРЭС эксплуатируется как первое, так и третье поколение портативных систем производства ВАСТ. Такая система включает в себя виброанализатор СД-12М, сертифицированный по ГОСТ ИСО 10816, и программное обеспечение DREAM for Windows, предназначенное для автоматической диагностики и прогноза состояния роторов, муфт, подшипников, редукторов, электромагнитной системы двигателей и рабочих колес насосов и вентиляторов [8].

Например, группа вибрации Ставропольской ГРЭС, имея в распоряжении одну систему мониторинга и диагностики, проводит превентивную диагностику и прогнозирует состояние 80 агрегатов: ПТН и ПЭН - по 8 шт., ДРГ, ДВ, ДС, ЦЭН - по 16 шт. За период с мая 2001 года по май 2002 года на оборудовании СтГРЭС было обнаружено 7 опасных дефектов, которые были подтверждены в период проведения капитального и аварийного ремонтов.

Литература

  1. Electric Power Research Institute (EPRI) Issues, Palo Alto, 1998.
  2. MIMOSA 1st European Conference Proceedings. Birmingham, 1998.
  3. Повышение эффективности эксплуатации паротурбинных установок ТЭС и АЭС. Том 2. Диагностика паровых турбин / Л.А. Хоменок, А.Н. Ремезов, И.А. Ковалев и др. Под ред. Л.А. Хоменока - СПб.: Изд. ПЭИпк, 2002.
  4. Урьев Е.В. и др. Концепция и реализация систем технической диагностики энергетического оборудования. В сб.: Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностики оборудования электрических станций. // Под общ. ред. А.В. Салимона - М.: ВТИ, 2001.
  5. А.С. 1049771 (СССР). Устройство для вибрационной диагностики кинематических пар трения в механизмах / Авт. А.А. Александров, А.В. Барков. - Заявл. 17.06.82, №3454725. - Опубл. в БИ, 1983, №39.
  6. А.С. 1065789 (СССР). Способ косвенного определения эксцентриситета воздушного зазора электрической машины / Авт. А.А. Александров, Е.Н. Атрашкевич, А.В. Барков и др. - Заявл. 11.02.82, №3423052. - Опубл. в БИ, 1984, №1.
  7. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования / Александров А.А., Барков А.В., Баркова Н.А., Шафранский В.А. - Л.: Судостроение, 1986.
  8. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. - СПб.: Изд. СПбГМТУ, 2000.

Copyright (с) 1996-2002 Барков, Якобсон, все права защищены.
Копирование, перепечатка и распространение допускается только с разрешения автора.

Вернуться на Статьи, публикации, описания