CC BY
8МОДЕРН1ЗАЦШ СИСТЕМИ В1БРОД1АГНОСТИКИ ТУРБОАГРЕГАТУ
Добровольська Л. О.
кандидат техтчних наук, доцент, доцент кафедри автоматизацИ i комп 'ютерних технологш
Приазовського державного техтчного ymiверситету, Украна
Гулмов Р.В.
магiстр кафедри автоматизацИ i комп 'ютерних технологш Приазовського державного техтчного ymiверситету, Украна
MODERNIZATION OF THE VIBRODIAGNOSTIC SYSTEM OF THE TURBINE UNIT
Dobrovolska L.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor, Department of Automation and
Computer Technologies Priazovskyi State Technical University, Ukraine
Hulimov R.
Master, Department of Automation and Computer Technologies Priazovskyi State Technical University, Ukraine
Анотащя
У статп розглядаються пропозици щодо модершзаци системи вiбродiагностики турбоагрегату. Про-понуеться здшснити модершзацш системи вiбродiагностики турбоагрегату шляхом установки системи CSI Vibro Diagnostic System компанп Emerson Automation Solutions. Дана система враховуе специф^ тур-бшного устаткування i мiстить в собi шновацшш методики аналiзу даних вiбрацil, дозволяе автоматично визначати близько 30 дiагностичних ознак несправностей. Також рекомендуеться вдосконалення програ-много забезпечення для виршення завдань вiброконтролю i вiбродiагностики, шляхом використання методики аналiзу тимчасового вiбросигналу турбоагрегату.
Abstract
The article discusses proposals for the modernization of the turbine unit vibration diagnostics system. It is proposed to modernize the turbine unit vibration diagnostics system by installing the CSI Vibro Diagnostic System from Emerson Automation Solutions. This system takes into account the specifics of turbine equipment and contains innovative methods for analyzing vibration data, and allows to automatically determine about 30 diagnostic signs of malfunctions. It is also recommended to improve the software for solving the problems of vibration control and vibration diagnostics, by using the method of analyzing the temporal vibration signal of the turbine unit.
Ключов1 слова: турбоагрегат, вiбрацiйний контроль, вiбродiагностика, вiбросигнал, перетворення Фур'е, кореляцшна функщя, спектральний аналiз, гармошки.
Keywords: turbine unit, vibration control, vibration diagnostics, vibration signal, Fourier transform, correlation function, spectral analysis, harmonics.
Постановка проблеми. Важливе мюце у виро-бницта займае вiбромонiторинг i вiбродiагностика техшчного стану технолопчних агрегапв. Дефекти, що виникають в процес роботи рiзних агрегапв, можливо дiагностувати за величиною i характером вiбрацiй. Вiбродiагностика - це методика перевiрки, що дозволяе оцiнити стан роботи агрегату, своеча-сно визначити дефекти в його робоп, правильно оцшити необхiднiсть i масштаб ремонту. Вiбромо-нiторинг обладнання потрiбен на виробницта, щоб уникнути передчасного зносу устаткування i попе-редження аварiй.
Суттевого зниження втрат збагаченого киснем стисненого повггря у доменному виробництвi мо-жна досягти шляхом цiлеспрямованого управлшня продуктивнiстю турбоповiтродувки. Турбоповиро-дувки це основний агрегат на еташ шдвищення ти-ску при виробленнi холодного дуття. Турбоповп-родувки (турбоагрегат), навпъ перебуваючи в нормальному робочому станi, схилънi до вiбрацii. При виникненш i розвитку дефекту вiбрацiйна картина, яка спостерiгаетъся на елеменп агрегату, що мю-титъ вогнище дефекту, змiнюетъся. Змiнюетъся за-гальний рiвенъ вiбрацii i ii' амплиуда на певних частотах. Тому питання управлшня, безперебшшсть
роботи та вiбродiагностики турбоповiтродувки е актуальним завданням.
Анaлiз останшх досл1джень i публшацш. До-слщженню методiв монiторинга i вiбродiагностики складного промислового обладнання присвячено багато публiкацiй вiтчизняних i зарубiжних авто-piB. Це Зiле А.З., Ковальов 1.О., Калашнiков О.О., Лейдерович О.Ш., Мурманський Б.£., Tanimura Tatsu, Ito Ryoji, Lindberg G., Fessier P. i ш.
Проведено аналiз розроблених i вiдомих в m-тературi автоматизованих систем дiагностики тур-боагрегатiв. Показано, що при виникненш i розвитку дефекту вiбрацiйна картина змшюеться, а саме змiнюеться амплiтуда вiбрацiй на певних частотах. На мониторингу та аналiзi таких частот засноваш автоматизованi системи вiбрацiйноï дiагностики, розробленi компанiею ЗАТ «Консом СКС».
На багатьох ТЕЦ в якосп штатних засобiв контролю вiбрацiï турбоагрегатiв використовуються системи контролю вiбростану типу «ВВК-331», «Каскад», <^бробгт-100», «1П-21» та iн. Як показав аналiз цих типiв апаратури, заснований на результатах експертного опитування, вiброапаратура за-значених типiв працюе надiйно, але мае ряд недоль кiв i реалiзуе тiльки частину необхiдних функцiй:
контроль коливань, сигналiзацiю i захист за рiвнем вiбрацil. Ввдсутт функцп - збiр i збертання шфор-маци, що надходить з датчишв, встановлених на об-ладнаннц первинно1 обробки, контролю достовiр-носп та якостi шформаци, що надходить; воображения шформаци в необидному обсязi немае.
Як випливае з наведеного вище аналiзу, в да-ний час завдання вiбромонiторингу i вiбродiагнос-тики технiчного стану технолопчних агрегатiв ви-рiшуеться не повнютю [1].
Цiль статтi - на основi iснуючих теоретичних i практичних матерiалiв модернiзувати систему вь бродiагностики турбоагрегату ТЕЦ, забезпечити безперебiйнiсть та яшсть роботи даного агрегату.
Виклад основного матерiалу. 1снуюча система вгбродгагностики. Турбокомпресорний агрегат призначений для стиснення атмосферного повь тря, збагаченого до 40% киснем, i подачi його в до-менну пiч.
Турбокомпресорний агрегат складаеться з:
- компресорно1 частини компресора з допомь жним обладнанням;
- турбшно1 частини парово1 турбiни з допомь жним обладнанням;
- системи подачi охолоджуючо1 води;
- систем автоматичного регулювання (САР) i захисту;
- автоматизовано1 системи контролю та управлшня (АСКУ).
У данiй роботi штерес являе турбiнна частина агрегату.
Турбiна - одноцилшдрова, конденсацiйна з ре-генеративним ввдбором пари. Напрямок обертання ротора - правий, якщо дивитися на турб^ по ходу пари. Турбша - одновальна. Проточна частина складаеться з одного двухвшцевого регулюючого ща-бля й одинадцяти ступешв тиску. На турбiнi засто-совано соплове регулювання витрати пари. Св1жий пар пiдводиться до стопорного клапану, встановле-ному пiд пiдлогою машзалу на фундаментнiй ко-лонi.
Автоматизована система контролю i управлшня агрегату складаеться з двох незалежних систем: АСКУ основним обладнанням (АСКУ1) i
АСКУ допомiжним обладнанням (АСКУ2), - кожна з яких вирiшуe сво! завдання. Система АСКУ1 при-значена для управлшня основним обладнанням турбоагрегату, таким як компресор, турбша, конденсатор, ежектора, пщ^вач низького тиску, вузли мас-лосистеми, а також реалiзуe функци захисту, тодi як система АСКУ2 вирiшуe завдання контролю i уп-равлiння, пов'язанi з допомiжним обладнанням: ш-дведення i ввдведення води на охолодження вузлiв агрегату, управлшня засувками на повiтроводах холодного дуття, загальне пiдведення i вщведення води та iн.
МСКУ1 i МСКУ2, що е основою систем АСКУ1 i АСКУ2, по шформацшним i керуючим сигналам абсолютно незалежш. Iнформацiя про про-цес ввд датчиков, перетворювачiв i виконавчих ме-ханiзмiв надходить на вщповвдш типу сигналу вх1-днi модулi системи управлiння. Система МСКУ1 отримуе по iнтерфейсу, реалiзованому безпосеред-ньо в модулях контролерiв, iнформацiю ввд системи вiбровимiрювання i вiбродiагностики СВ1Д. Конт-ролери МСКУ1 i МСКУ2 виконують кожен свою програму, формуючи за сво!ми внутрiшнiми алгоритмами сигнали управлшня, яш по мереж1 ControlNet через комунiкацiйнi модулi надходять на вихiднi модулi, розташованi в кошиках введення-виведення, а звщти - в схеми управлiння виконав-чими механiзмами. По мереж1 ControlNet також вь дбуваеться обмiн шформащею з АРМами на центральному пульп управлшня та локальнш па-неллю, встановленiй в машзалi. На АРМах безпере-рвно функцiонуе система вiзуалiзацil, що дозволяе технологу контролювати хвд технологiчного про-цесу i в разi необхiдностi надсилати команди управлшня на виконавчi механiзми. Станци центрального пульта управлiння, iнженернi станци i програматор знаходяться в мереж! Ethernet i можуть обмшюва-тися шформащею один з одним. З'еднання комп'ю-терiв в мережу Ethernet ТЕЦ дозволяе станщям, ввд-даленим ввд центрального пульта управлiння турбоагрегату, також отримувати технологiчну шформащю (рис. 1).
Рисунок 1. Структурна схема АСКУ турбоагрегату
До модулiв контролерiв по протоколу тдклю-часться система вiбровимiрювання i вiбродiагнос-тики СВ1Д 1Т12, схема яко! показана на рис. 2. Вщ датчиков вiбрацiйних МВ-43-5В та вихрострумових 1Т12.30.000 сигнали надходять на вiдповiднi типам датчиков перетворювачi системи СВ1Д, а дал1 - на модуль комутацй перетворювач1в IT12.00.380.
Зввдти скалярнi сигнали, векторнi сигнали, сигнали по частот обертання надходять в модуль 1Т14.20.000, де i проводиться обробка вимiрюваль-но! шформаци та перетворення И в CAN-формат за допомогою перетворювача 1Т14.00.610. Дал1 шфо-рмацiя надходить в САМ-лшш, звiдки вимiрюва-льна ¡нформащя передаеться в контролер.
Рисунок 2 Центральна частина СВ1Д
Типи вихiдних сигналiв:
- по каналам вимiрювання вiбрацil (мм/с): ввд перетворювачiв в систему 1Т12 приймаються мит-тeвi i середньоквадратичнi значения вiброшвидко-стi (в контролер передаються тiльки середньоквад-ратичш значення). Сигнал миттевого значення вiб-раци - змiнна напруга, сигнал середньоквадратичного значення вiбрацil - постшна напруга;
- по каналам вимiрювання осьового зсуву (мм): ввд перетворювачiв в систему 1Т12 надходять сигнали постшно! напруги, значення напруги мае пере-бувати в межах ввд 0 до +8 В.
- по каналам вимiрювання частоти обертання (об/хв): оцшити величину електричного (струмо-вого iмпульсу) на виходi перетворювача немае мож-ливостi.
Типи контрольованих тдшипниюв: тдшип-ники ковзання.
Засоби дiагностики в CKnadi СВ1Д:
В CTcreMi АСУТП турбоагрегату, дiагностика вузлiв агрегату за допомогою СВ1Д не передбачена (алгоритми спектрального аналiзу). Стан вузлiв агрегату дiагностуeться на пiдставi шформацп, що на-дходить в контролер.
Контроль досягнення аварiйних i попереджу-вальних значень параметрiв системи СВ1Д реалiзо-вано в ПЛК АСУТП. При досягненш передаварш-них значень в SCADA-системi спрацьовуе сигналь защя, при досягненнi аварiйних значень в ПЛК запускаеться алгоритм аваршно! зупинки агрегату.
До основних недолiкiв гснуючо! системи СВ1Д можна вiднести наступш:
- система морально застарiла i при виходi з ладу обладнання, немае можливостi закупити нове;
- вся робота системи орiентована на вузли i при виходi з роботи одного з вузлiв, вся система вихо-дить з роботи;
- при замш будь-якого штелектуального пристрою вся система вимагае переконфкураци;
- при переконфкураци система втрачае теле-ктуальш пристро!.
Модертзащя системи. Рекомендуеться здшс-нити модернiзацiю системи вiбродiагностики агрегату шляхом встановлення системи CSI Vibro
Diagnostic System компанп Emerson Automation Solutions. Дана система враховуе специф^ турбш-ного устаткування i мютить в co6i iнновацiйнi методики аналiзy даних вiбрацii. CSI Vibro Diagnostic System дозволяе автоматично визначати близько 30 дiагностичних ознак несправностей вyзлiв турбш-ного обладнання ще на стадп зародження дефекту.
Принцип роботи системи полягае в автоматичному аналiзi поточних i архiвних параметрiв вiбра-цп за допомогою спещальних алгоритмiв. Резуль-тати роботи алгоритмiв виводяться на екран оператора у виглядi графiчних i текстових повiдомлень, що несуть шформацш про вузел, який дiагностy-еться, тип несправностi i рейтинг критичносп вияв-леного дефекту. Кожна дiагностична ознака мае власне графiчне вiдображення з докладним описом дефекту, результатами розрахуншв та експертним висновком. Даш функцп дозволяють проконтролю-вати момент зародження дефекту, визначити стадш розвитку i ймовiрнi причини виникнення дефекту вузла. Система дозволяе автоматично визначати неполадки в робот турбшного устаткування до того, як воно отримае серйозне пошкодження або вийде з ладу, а також проводити обслуговування та ремонт тiльки тих вyзлiв, якi цього потребують. Архгтек-тура системи автоматичноi' дiагностики стану вуз-лiв тyрбiнного устаткування представлена на рис. 3.
Рисунок 3 Архтектура системи автоматичноi дiагностики стану вузлiв турбтного устаткування
Рекомендоване обладнання: В якосл вихрострумового датчика - AMS EZ 1000, виробник Emerson; датчик вiброшвидкостi -Metrix SV6300.
Оскшьки останнiм часом зростають вимоги до вiброконтролю i вiбродiагностики несправностей устаткування, то для виршення ще! проблеми крiм замiни технiчноi бази контролю, пропонуеться ще й вдосконалення ii програмного забезпечення, вклю-чаючи математичне i алгоритмiчне забезпечення.
Для ефективного виршення завдань вiброкон-тролю i дiагностики обладнання необхiдно, щоб ш-формацiя про стан обладнання була вилучена нале-жним чином. Для ще! мети використовують два ме-тоди: П1К-фактор (це ввдношення пiкового значення
вiбрацii до и середньоквадратичного значення) та спектральний аналiз, за допомогою якого тимчасова реалiзацiя перетворюеться в частотний спектр. Ма-тематична основа спектрального аналiзу - перетво-рення Фур'е. Вилучити достовiрну iнформацiю з частотного спектра можна ильки тодi, коли аналiзова-ний сигнал - це стацюнарний та випадковий процес, а система повинна бути лшшною. На прак-тицi це трапляеться рiдко i вiбросигнал без перевi-рки перетворюеться в частотний спектр, що призво-дить до помилкових резулътатiв i висновкiв.
Пропонуеться вiбросигнал уявити сумою трьох складових: тренда 1г(1), полiгармонiйних ко-ливань c(t) i випадково! компоненти ф(^): X ( )= К ()+ ф )+ ).
Кожна 3i складових вщображае neBHi власти-boctí i неполадки агрегату.
До тренду вщносять компоненту, що плавно змiнюeться, та вщображатиме вплив довготривалих
T- ф
чиннишв. Можна розрахувати тренди вiбрацiй шд-шипник1в протягом певного часу. Далi з вiбросиг-налу потрiбно видалити лiнiю тренда i зробити ко-реляцiйний i спектральний аналiзи стацiонарного сигналу:
R^y^r Tf фx(( )x(t+ ф№;3(щ)=2/ )сф,
T - ф 0 0
де Я(ф) - автокореляцiйна функц1я; 8(щ) - спе-ктральна щiльнiсть; Т- перiод спостереження; т -час затримування; ю - частота; х(1),х(1+ф)- центро-ванi значення вiброшвидкостi.
Автокореляцшна функцiя дозволить виявити залишкову постшну складову, наявнiсть випадково1 i перидинно^' складово1 i т.п. Потiм необхщно провести спектроаиалiз залишкового сигналу, який дозволить видiлити з вiбрацiй гармонiйнi коливання рiзноl частоти. Це три групи складово1 вiбрацil: га-рмонiки, несинхроннi складовi i субгармонiки.
Гармонiки - це тки на частотах, кратш частотi обертання агрегату, вказують на дисбаланс, несоос-нють, ослаблення з'еднань. Несинхроннi складовi присутш на частотах, некратних частотi обертання. Вони дозволяють виявити дефекти елеменпв подшипников кочення. Субгармонiки - складов^ що знаходяться нижче частоти обертання, обумовлеш вихорами в масляному клиш подшипника, надмiр-ним ослабленням з'еднань або стуком в агрегап.
Пiсля видалення з початкового часового ряду тренду i гармонiк залишаеться тiльки випадкова складова, яка вщображае несправностi агрегату, що зароджуються. Тимчасовi ряди вiбросигналу дозволяють встановлювати взаемозв'язок мiж вiбрацiею i параметрами режиму роботи агрегату. Для цього
можна використовувати взаемокореляцшну функ-щю i спектральну щiльнiсть [2].
Висновки. Пропонуеться здiйснити модернь зацiю системи вiбродiагностики агрегату шляхом встановлення системи CSI Vibro Diagnostic System компани Emerson Automation Solutions. Дана система враховуе специф^ турбшного устаткування i мiстить в собi шновацшш методики аналiзу даних вiбрацil. CSI Vibro Diagnostic System дозволяе автоматично визначати близько 30 дiагностичних ознак несправностей вузлiв турбiнного устаткування. Та-кож необхiдне вдосконалення програмного забезпе-чення для вирiшення завдань вiброконтролю i вiб-родiагностики, шляхом використання методики аналiзу тимчасового вiбросигналу турбоагрегату.
Список лiтератури
1. Барков О.В., Баркова Н.О. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: учебное пособие. - СПб.: Издательство центр СПбГМТУ, - 2004. - 156 с.
2. Шарифулин В.Н. Математические аспекты вибродиагностики турбомеханического оборудования // Проблемы энергетики. Казань: Изд. Казанский гос. техн. универ. - 2011. - №78. - с. 109 - 114.
МОДЕРШЗАЦ1Я СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНИМ
РЕЖИМОМ НАГРГВАЛЬНИХ ПЕЧЕЙ
Добровольська Л. О.
кандидат технгчних наук, доцент доцент кафедри автоматизацИ i комп 'ютерних технологт Приазовського державного техтчного ymiверситету, Украна
Деев О.О.
магiстр кафедри автоматизацИ i комп 'ютерних технологт Приазовського державного техтчного ymiверситету, Украна
MODERNIZATION OF THE SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF TEMPERATURE MODE
OF HEATING FURNACES
Dobrovolska L.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Associate Professor, Department of Automation and Computer Technologies
Priazovskyi State Technical University, Ukraine
Deev A.
Master, Department of Automation and Computer Technologies Priazovskyi State Technical University, Ukraine
Анотащя
У статп розглядаеться модершзащя системи автоматичного керування температурним режимом на-^вально! печi за рахунок розробки та застосування штелектуально! системи, що синтезуе в собi апарат нейронних мереж i експертних систем, що дозволяе досить просто i наочно реалiзувати щентифжацш
