CC BY
27
УДК 676.012.1
В. П. Сиваков, В.Н. Микушина, А. В. Вураско, О. В. Стоянов, Ю. М. Гребенщиков
ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕНДОВОГО АНАЛИЗА ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
Ключевые слова: вибрация, трендовый анализ, непараметрический критерий, подшипниковые опоры.
Произведены измерения вибрационных характеристик подшипниковых опор циркуляционного насоса и сушильных цилиндров при установившемся режиме работы, на основе данных проведён трендовый анализ массива последовательных замеров виброскорости. С помощью непараметрического критерия «восходящих» и «нисходящих» серий контролируемого структурного параметра была определена начальная стадия зарождения дефекта, обнаружен тренд вибрации, благодаря чему можно своевременно обосновать сервисное обслуживание оборудования. В статье приведена методика обнаружения прогноза изменения работоспособного технического состояния узлов за период наработки.
Keywords: vibration, trend analysis, nonparametric criterion, bearing supports.
Measured the vibration characteristics of bearing supports the circulation pump and drying cylinders at steady state operation, based on trend analysis conducted by an array of consecutive measurements of vibration. Using nonpara-metric "upstream" and "downstream" series of controlled structural parameter was determined the initial stage of the nucleation defect discovered the trend of vibration, so you can justify the timely servicing of equipment. The article describes a method of detecting the forecast changes in the technical condition of units in operation.
Процесс изнашивания поверхностей подвижных деталей узлов сопровождается изменением структурных параметров их технического состояния (ТС), в частности вибрации. По контролю вибрации в режиме эксплуатации определяют уровень работоспособного ТС узлов объектов и объекта в целом.
Для прогноза изменения работоспособного ТС узлов за период наработки перспективным является тренд вибрации. В общем случае тренд определяется по формуле:
, (1) где , уровни вибрации объекта, измеренные при диагностировании.
Значение тренда определяется для отдельных узлов или объектов и для групп однотипных узлов или объектов. С этой целью для каждого узла (группы однотипных узлов) нарабатывается последовательный ряд значений . Интервал времени между измерениями рекомендуется принимать постоянным. Измерения вибрационных характеристик производят при установившемся режиме работы объекта. Тренд в общем случае может принимать положительные и отрицательные значения.
Изменение ТС узла при зарождении и развитии дефекта (рис. 1, зоны С, Б) сопровождается нарастанием уровней вибрации. На этих участках графика вибрация (виброскорость) не может характеризоваться известными законами распределения как случайная переменная величина. Последовательные ряды измеренных значений тренда вибрации позволяют определять начальную стадию зарождения дефекта на основе непараметрических критериев. Для установления начавшегося постепенного отклонения вибрации от среднего значения контролируемой величины (рис. 1, зона В) применяем непараметрический критерий «восходящих» и «нисходящих» серий [1].
Проведём трендовый анализ массива последовательных замеров виброскорости подшипнико-
вой опоры циркуляционного насоса ДСК 300/500 варочного котла КВСи - 320 (табл. 1).
S 2 р g 1
Р
■i 0
Г= -0,000бх3 + 0,0205х2-0Л0:5бх +
2,2291
10 14 18 22 26 Время наработки. мес.
А
В
С D
Рис. 1 - График зависимости виброскорости подшипниковой опоры циркуляционного насоса от наработки: 1 - экспериментальный, 2 - идеализированный; А, В,С, Б - зоны приработки, установившегося режима, появления и ускоренного развития дефекта соответственно [2, 3]
Идеализированный график свидетельствует о плавном увеличении виброскорости с шестого по двадцать шестой месяц эксплуатации. Общий уровень виброскорости не превышает допустимых значений.
Измерения произведены в рабочем режиме насоса по общему уровню виброскорости для частотного диапазона 11,2...2800 Гц. Интервал времени между измерениями равен двум месяцам.
В столбце 2 табл.1 приведена последовательность знаков «+» и «-» приращений виброскорости. На ьтом месте ставится знак «+», если и знак «-», если . Здесь
- уровни последовательных измерений виброскорости массива N (N=14). Последовательность рядом стоящих плюсов соответствует возрастанию уровней виброскорости и называется «восходящей» серией. Последовательность рядом
стоящих минусов - «нисходящей» серией. Если тренд отсутствует, то общее число серий (№)достаточно велико, а протяжённость самой длинной серии мала.
Таблица 1 - Градация измерений виброскорости подшипниковой опоры циркуляционного насоса по числу наименований и протяжённости серий
Последующие четыре месяца продолжался контроль подшипника с улучшенным режимом смазки и охлаждением.
Последовательный ряд измеренных уровней виброскорости V, мм/с Последовательное изменение виброскорости: «+» -положительное, «-» - отрицательное Наименование серий процесса V, Протяжён-ность серий т,
2,15
2,0 _ Нисхо- 2
1,9 - дящая
+ + Восходящая
2,4 2
2,6
2,0 - Нисхо- 2
1,9 — дящая
+ + + + + +
2,2
2,5 Восходящая
2,7 6
2,8
2,9
3,0
Нисхо- 1
2,9 дящая
При уровне значимости а=0,05 можно считать, что тренд отсутствует, если:
- - (2)
, (3)
Тренд вибрации контролируется после десятой серии измерений. Начиная с двенадцатой серии по фактору протяжённости установлено равенство расчётного и допустимого значений.
Измерениями зафиксировано устойчивое возрастание тренда виброскорости, связанное с износом деталей подшипника, в связи с чем была произведена его замена.
Проверим существование тренда среднего арифметического значения общего уровня виброскорости выборок 50 однотипных подшипниковых опор сушильных цилиндров (СЦ). Произведены измерения (рис.2) и рассчитаны двенадцати последовательных выборок (N=12).
1 3 5 7 9 П 13 15 17 19
Вр емя нар аб они. ме с.
Рис. 2 - Зависимость общего уровня виброскорости пятидесяти однотипных подшипниковых опор сушильных цилиндров от наработки: 1 -экспериментальный, 2 - идеализированный
Из идеализированного графика следует, что за период подконтрольной эксплуатации уровни незначительно колеблются около среднего положения, уравнение полиномиальной функции общего уровня виброскорости не имеет тенденции к возрастанию, чем объясняется поддержание подшипников в работоспособном состоянии.
На основе измерений строим последовательность знаков «+» и «-» приращений виброскорости (табл. 2).
По формуле (2) рассчитываем общее число серий для условия отсутствия тренда:
Из сравнения расчётного общего числа серий с допустимым, делаем вывод о наличии положительного тренда виброскорости подшипниковой опоры после двадцати двух месяцев эксплуатации.
По формуле (3) рассчитываем соответствие самой длинной серии условию отсутствия тренда:
По условию формулы (2) при уровне значимости а=0,05 виброскорость подшипниковых опор после двадцати месяцев эксплуатации имеет отрицательный тренд, что свидетельствует о поддержа-
нии оборудования в удовлетворительном работоспособном состоянии.
Таблица 2 - Градация измерений виброскорости подшипников СЦ по числу наименований и протяжённости серий
Ряд измеренных уровней vcp, мм/с Последовательное изменение виброскорости. Наименование серий процесса V, Протяжён-ность серий т
1,37 - Нисходящая 1
1,3
+ + Восходящая 2
1,52
1,64
- Нисходящая 1
1,3
+ Восходящая 1
1,42
- Нисходящая 1
1,38
+ Восходящая 1
1,53
- Нисходящая 3
1,36
1,34
1,28
+ Восходящая 1
1,47
На основе непараметрического критерия «восходящих» и «нисходящих» серий контролируемого структурного параметра можно в период установившегося режима работы обнаружить тренд параметра и своевременно обосновать сервисное обслуживание оборудования.
Литература
1. Муромцев Ю. Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах. М.: Химия,1990. 144с.: ил. 83.
2. Сиваков В. П., Музыкантова В. И., Гребенщиков Ю. М. Применение диагностических графов технического состояния при определении ресурса наработки и восстановления элементов оборудования. Вестник Иж.ГТУ, 2012. - №2. - С.19-22.
3. Вураско А. В., Вихарев С. Н., Сиваков В. П., Мешков А. Д. Исследование технологических характеристик полотна бумаги и вибрации оборудования для обеспечения качества продукции. Вестник КНИТУ, 2013. - №23. Т.16. - С. 248-251.
© В. П. Сиваков - профессор, д. т. н., проф. каф. теоретической механики и оборудования целлюлозно-бумажных производств, Уральский государственный лесотехнический университет, sivakov@usfeu.ru; В. Н. Микушина - аспирант той же кафедры, skorpion-150@mail.ru; А. В. Вураско - профессор, д. т. н., директор института химической переработки растительного сырья и промышленной экологии, Уральский государственный лесотехнический университет, vurasko2010@yandex; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; skorpion_150@mail.ru; Ю. М. Гребенщиков - асп. каф. теоретической механики и оборудования целлюлозно-бумажных производств, Уральский государственный лесотехнический университет, Djguran@mail.ru.
© V. P. Sivakov, doctor of technical sciences, professor of Theoretical Mechanics and equipment pulp and paper production, Ural State Forestry University, Institute of forest industry and road construction, Ekaterinburg, sivakov@usfeu.ru; V. N. Mikushina, a graduate student, department of theoretical mechanics and equipment pulp and paper production, Ural State Forestry University, Institute of forest industry and road construction, Ekaterinburg, skorpion_150@mail.ru; A. V. Vurasko, doctor of technical sciences, professor, director of the institute of chemical processing of vegetable raw materials and industrial ecology, Ural State Forestry University, vurasko2010@yandex.ru; O. V. Stoyanov - professor, Kazan National Research Technological University, Department of Plastics Technology, ov_stoyanov@mail.ru; Y. M. Grebenshikov, a graduate student, department of theoretical mechanics and equipment pulp and paper production, Ural State Forestry University, Djguran@mail.ru.
