ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ВИБРОДИАГНОСТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-19

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ВИБРОДИАГНОСТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

THE BASIC TRENDS OF DEVELOPMENT OF VIBRODIAGNOSTIC NONDESTRUCTIVE TESTING OF TECHNICAL FACILITIES

В. В. Пивень, Г. Ю. Гондуров

V. V. Piven, G. Yu. Gondurov

Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

Ключевые слова: неразрушающий контроль; классификация дефектов; вибрационная диагностика Key words: nondestructive testing; classification of defects; vibration diagnostics

Надежное и безопасное функционирование объектов топливно-энергетического и машиностроительного профилей невозможно без эффективной системы диагностики. Износ данных объектов на настоящее время достигает 60 и более процентов [1]. Для диагностики состояния технических объектов используется 12 видов и более 50 физических методов неразрушающего контроля [2]. Для успешного развития методов и средств неразрушающе-го контроля необходимо проведение их структурного анализа, выявление основных тенденций развития, поиск новых методов контроля и эффективное применение сочетания имеющегося оборудования.

Рис. 1. Структурная схема диагностирования объектов методами и средствами неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД)

100

Нефть и газ № 5, 2015

Анализ методов неразрушающего контроля показывает [1] (рис. 1), что особое место среди прочих методов диагностики занимает вибрационная диагностика, которая основана на измерении и анализе параметров вибрации диагностируемого оборудования. При диагностировании вращающегося оборудования вибродиагностика решает более 90 % задач определения и прогноза его состояния [3].

Основные преимущества метода вибродиагностики: возможность обнаруживать скрытые дефекты; возможность получения информации о состоянии оборудования, находящегося в труднодоступных местах; проведение мониторинга и получение информации о дефекте еще на стадии его появления; малое время диагностирования. Вибродиагностика за счет раннего обнаружения дефектов и предотвращения внезапных отказов позволяет обеспечить эксплуатацию оборудования по техническому состоянию и принести экономический эффект, эквивалентный стоимости 30 % общего парка машин [4].

Основными недостатками вибродиагностики, на устраненение которых в первую очередь следует направить научный поиск, являются зависимость вибрационных параметров от большого количества факторов, сложность выделения вибрационного сигнала, свидетельствующего о конкретной неисправности.

Классификация дефектов, распознаваемых при вибродиагностическом контроле, представлена на рис. 2.

Классификация дефектов

по направлению измеряемой вибрации

по типу возмущающих сил

Радиальное

{

Радиальное и осевое

Радиальное, осевое и угловое

Резонансные явления

Зарождение и развитие дефектов основных узлов агрегата

Наличие сухого трения в подшипниках с зазором или задевание подвижных частей о неподвижные

Механические возмущающие силы

Неуравновешенность ротора

Нарушение с о о с н о с т и и и зги б вала

Ослабление посадки опорных подшипников в корпусе

Механический люфт

Повреждения винтов винтовых насосов

Дисбаланс в механизмах возвратно поступательного действия

Трещина в роторе

Повреждение и/или износ шестерен

Вихрь маслянной пленки или биение опорных подшипников

по отношению к частоте вращения ротора

Электрические возмущающие силы

Вибрация вызываемая электромагнитными силами

Газо-, гидродинамические возмущающие силы

Возбуждение от трения скольжения

Возбуждение от прохода лопастей насоса

Возбуждение от кавитации

Автоколебания ротора

Рис. 2. Классификация дефектов, распознаваемых при вибродиагностическом контроле

Вибродиагностика позволяет распознавать дефекты, вызванные различным характером возмущающих сил: механических, электромагнитных, газо- и гидродинамических, а также дефектов, вызванных резонансными явлениями.

К основным тенденциям развития вибродиагностического неразрушающего контроля при переходе на обслуживание оборудования по фактическому состоянию на современном этапе следует отнести:

• увеличение числа вибрационных датчиков для снятия информации с объекта контроля;

• установку вибрационных датчиков на основные объекты контроля при изготовлении оборудования, в том числе в труднодоступные места;

Л 2015

Нефть и газ

101

• интегрирование вибрационных датчиков в систему автоматического управления работой оборудования и технологических линий, что позволяет производить не только аварийное отключение, но и обеспечивать непрерывный мониторинг объектов контроля;

• сбор и анализ получаемой по данным вибромониторинга информации в аналитических центрах;

• определение остаточного ресурса работы оборудования путем проведения диагностики развитых и развивающихся дефектов;

• оценка остаточного ресурса несущих конструкций вибрационного оборудования, использующего вибрацию в качестве технологического параметра [5, 6, 7].

Совершенствование системы диагностики технических объектов неразрывно связано с совершенствованием подготовки соответствующих кадров. В ряде случаев подготовка специалистов по диагностике должна иметь отдельные специализации, например по вибродиагностике и виброналадке [8]. Эволюционная модель развития вибрационной диагностики при переходе на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию представлена на рис. 3.

В сложных машинах и агрегатах причинами превышения вибродиагностических параметров над допустимыми могут быть несколько дефектов одновременно. Одной из основных диагностических задач в данном случае будет распознавание этих дефектов и определение их доли весомости в величине вибрационного сигнала.

Определение диагностической ценности вибрационных признаков [9] может вестись как на стадии разработки алгоритма проведения вибрационной диагностики для выбора основных диагностических признаков, так и в системе автоматического управления и диагностики для оперативной оценки ценности конкретных диагностических признаков. Последнее ранжирование диагностических признаков по ценности важно при меняющихся температурных, нагрузочных параметрах, при изменении условий воздействия на оборудование внешних динамических факторов [5, 6, 7]. Учет диагностической ценности вибрационных признаков позволит выработать достоверные диагнозы и прогнозы состояния оборудования.

Получение информации о состоянии работающих объектов

Контроль текущего состояния

1 С

Прогнозирование технического состояния

Виброконтроль

Вибромониторинг

Увеличение количества датчиков J

Диагностика

С

Переносные системы

X

1 г

^ Простейший и обязательный контроль ^ 1 \

>' С

X

Переносные системы

3 с

Стационарные

X

Переносные системы

Обеспечение аварийной защиты

Частичный прогноз отказов контролируемого оборудования

Автоматизированный анализ полученных данных

Дополнительный анализ данных

Диагностика развитых дефектов

Диагностика развивающихся дефектов

Повышение безопасности. Предупреждение аварий

Совмещение датчиков с системой автоматического управления

Система сбора и хранения данных

Принятие решений р > о проведении ре-

Использование диагностических признаков других видов

Анализ информации в диагностических центрах

Долгосрочный прогноз

1 1 1

1 Оптимизация рабочего цикла.

1 Повышение безопасности

1 1

-1 Определение диагностической ценности

признаков

Усовершенствование методики диагностики по данным вибромониторинга

Превентивная вибродиагностика

Рис. 3. Эволюционная модель развития вибрационной диагностики при переходе на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию

Объективность проводимой вибродиагностики может также повысить использование диагностических признаков других видов неразрушающего контроля [10, 11, 12]. Накопленные научные знания, опыт практического применения вибродиагностического неразрушающего контроля должны быть направлены на усовершенствование методики диагностики по данным вибромониторинга, а также разработку систем превентивной вибродиагностики.

102

Нефть и газ 2015

Список литературы

1. Решетов А. А. Неразрушающий контроль и техническая диагностика энергетических объектов: Учебное пособие / А. К. Аракелян, А. А. Решетов; Под ред. А. К. Аракелян. - Чебоксары: Чуваш. ГУ, 2010. -470 с.

2. Романов Р. А., Севастьянов В. В., Дорофеев Д. А. Руководство по подготовке и внедрению этапов для перехода на обслуживание по фактическому техническому состоянию оборудования. -BALTECH [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.baltech.ru.

3. Диагностика технических устройств / Г. А. Бигус, Ю. Ф. Даниев, Н. А. Быстрова, Д. И. Галкин. - M.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. - 615 с.

4. Богданов Е. А. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования: учеб. пособие для вузов. -М.: Высш. шк., 2006. -279 с.

5. Пивень В. В., Уманская О. Л. Определение динамических параметров несущих конструкций вибрационных машин, установленных на упругом основании // Вестник машиностроения. - 2007. - № 5. - С. 14-16.

6. Пивень В. В., Уманская О. Л. Определение упругих характеристик несущих конструкций вибрационных машин и их оснований // Омский научный вестник. - 2006. - № 8-1 (44). - С. 80-83.

7. Пивень В. В., Уманская О. Л., Голосеев Б. А. Уравнения движения несущих элементов вибрационных машин с учетом упругих свойств основания // Вестник Курганского государственного университета. Серия: Естественные науки. - 2005. - №4.-С. 91-92.

8. Барков А. В., Грищенко Д. В., Федорищев В. В. Виброконтроль, вибромониторинг, вибродиагностика и виброналадка агрегатов с узлами вращения. Оптимизация затрат / Диагностика машин и оборудования в процессе эксплуатации // Электронный журнал НОУ «Северо-Западный учебный центр» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vibro-expert.ru/elektronniie-jurnal.html.

9. Биргер И. А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

10. Сызранцев В. Н., Голофаст С. Л. Измерение циклических деформаций и прогнозирование долговечности деталей по показаниям датчиков деформации интегрального типа. - Новосибирск: Наука, 2004. - 206 с.

11. Сызранцев В. Н., Голофаст С. Л., Сызранцева К. В. Диагностика нагруженности и ресурса деталей трансмиссий и несущих систем машин по показаниям датчиков деформаций интегрального типа. - Новосибирск: Наука, 2004. - 188 с.

12. Сызранцев В. Н., Невелев Я. П., Голофаст С. Л. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики. - Новосибирск: Наука, 2004. - 281 с.

Сведения об авторах Information about the authors

Пивень Валерий Васильевич, д. т. н., профессор Piven V. V., Doctor of Engineering, professer of the

кафедры «Машины и оборудование нефтяной и газовой chair «Machines and equipment of oil and gas industry»,

промышленности», Тюменский государственный нефте- Tyumen State Oil and Gas University, e-mail: [email protected] газовый университет, г. Тюмень, e-mail: [email protected]

Гондуров Глеб Юрьевич, студент кафедры «Ма- Gondurov G. Yu., student of the chair «Machines and

шины и оборудование нефтяной и газовой промышленно- equipment of oil and gas industry», Tyumen State Oil and

сти», Тюменский государственный нефтегазовый уни- Gas University, e-mail:[email protected] верситет, г. Тюмень, e-mail: [email protected]