CC BY
134
УДК 621.867
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОРТОВЫХ ЗЕРНОВЫХ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Николаев Н.И., д.т.н., профессор, ФГБОУВПО «ГМУимени адмирала Ф.Ф.Ушакова», ООО «КБ Инжиниринг», профессор, кафедра
«Судовые тепловые двигатели», т.: 8(8617)767835, эл.адр.: mail@nsma.ru Савченко В.А., к.т.н., доцент, ФГБОУ ВПО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова», доцент, кафедра «Подъемно-транспортные машины
и комплексы», т.: 8(8617)767953, эл.адр.: mail@nsma.ru Дубровин Р.Г., ФГБОУ ВПО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова», преподаватель, кафедра «Судовые тепловые двигатели», т.: 8-952829-65-88, 8(8617)767835, эл.адр.: rdubrovin@yandex.ru, mail@nsma.ru
Представлен сравнительный анализ современных методов исследования и контроля технического состояния подъемно-транспортного оборудования специализированных конвейерных комплексов для навалочных грузов. Подробно рассмотрены и описаны следующие применяемые методы контроля: визуальный, параметрический, трибологический, вибрационный, тепловизионный, статистический. На конкретных примерах полученных результатов контроля сделаны выводы о наиболее информативных, менее затратных и, в итоге, более эффективных методах и средствах контроля. Но, тем не менее, также сказано, что для объективной оценки технического состояния узлов и механизмов подъемно-транспортного оборудования целесообразно использовать, по мере возможности, как можно большее количество методов контроля, так как их результаты в конечном итоге будут дополнять друг друга. Еще одним немало важным условием проведения контроля технического состояния является их регулярность и обязательная фиксация результатов.
Ключевые слова: перегрузочный комплекс, метод, контроль, механизм, вибрация, спектр, термография, статистика.
MODERN METHODS OF RESEARCH AND TECHNICAL CONDITION CONTROL OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENTS OF PORT GRAIN TRANSSHIPMENT
COMPLEXES
Nikolaev N., PhD (Tech.), professor, Admiral Ushakov Maritime State University, http://www.aumsu.ru/, KB Engineering Ltd., Ship's heat engine department, professor, ph.: 8(8617)767835, e-mail: mail@nsma.ru
Savchenko V., PhD (Tech.), associate professor, Admiral Ushakov Maritime State University, Lifting-transport machines and complexes
department, dotsent, ph.: 8(8617)767953, e-mail: mail@nsma.ru
Dubrovin R., Admiral Ushakov Maritime State University, Ship's heat engine department, teacher, ph.: 8-952-829-65-88, 8(8617)767835,
e-mail: rdubrovin@yandex.ru, mail@nsma.ru
The article presents comparative analysis of the modern methods of researches and technical condition control of lifting-transport equipments specialized conveyor complexes for bulk cargos. There are in detail considered and described following applicable control methods: visual, parametric, tribology, vibratory, thermography, statistical. On concrete example got results of control are made findings about most information, less expensive and, in total, more efficient methods and facilities of control. For objective estimation of the technical condition of the nodes and mechanisms of lifting-transport equipments reasonable to use as possible greater amount of the methods of control, since their results in final total will complement each other. One more much important conditions of the carrying out control of technical conditions are their regularly and obligatory results' fixation.
Keywords: transshipment complex, method, control, mechanism, vibration, spectrum, thermography, statistics.
Портовый комплекс по перевалке зерновых культур представляет собой сложный объект, состоящий из различного рода технологического оборудования, которое в свою очередь имеет также сложную конструкцию из большого количества деталей и узлов, выполняющих различные функции.
Зачастую перегрузочные комплексы работают на пределе своих технических возможностей - круглосуточно на протяжении долгого промежутка времени, т.к. экспорт зерновых перестал носить сезонный характер. Все это сказывается на техническом состоянии оборудования, вследствие невозможности выполнения надлежащим образом технического обслуживания и запланированного ремонта в соответствии с требованиями заводской (фирменной) документации и Правил технической эксплуатации подъемно-транспортного оборудования (ПТО) морских торговых портов (РД 31.1.02-04) [1].
Как правило, технологические линии движения груза не имеют дублирующего оборудования и составлены так, что при выходе из строя одного из элементов цепочки вся линия будет находиться в простое до устранения поломки. Ориентировочная продолжительность внепланового (аварийного) ремонта машин может составлять от нескольких часов до нескольких суток, а продолжительность планового ремонта согласно РД 31.1.02-04 составляет от 10 до 90 суток в зависимости от вида ремонта (текущий или капитальный) и типа оборудования. Все это влечет за собой определенные затраты, в первую очередь финансовые, связанные непосредственно с ремонтом, а также простоями автомобильного, железнодорожного транспорта и судов.
Совершенствование технической эксплуатации портовых перегрузочных комплексов и минимизацию суммарных затрат, слагающихся из затрат на ремонт и экономических потерь, вызванных отказами перегрузочных машин, невозможно осуществить
без постоянного контроля технического состояния оборудования. Для этого могут быть использованы следующие виды контроля: визуальный, параметрический, по продуктам износа (трибологиче-ский), вибрационный контроль, тепловизионный контроль, а также статистические методы оценки показателей надежности.
Визуальный контроль технического состояния подъемно-транспортного оборудования предусмотрен заводскими (фирменными) инструкциями по эксплуатации, а также РД 31.1.02-04 и регулярно проводится обслуживающим персоналом. Данный вид контроля технического состояния включает в себя ежесменный, ежедневный, еженедельный и ежемесячный осмотры всех элементов на предмет отсутствия каких-либо несоответствий и неисправностей. Осмотр механизмов и машин в работе позволяет выявить неисправности, однако возможности такого контроля ограничены и не позволяют объективно оценить состояние оборудования, особенно это касается сложных составных конструкций, например, таких как приводной механизм: электродвигатель, ременная передача, редуктор, подшипники и т.д. Полную оценку технического состояния даёт визуальный контроль во время проведения ремонтов, связанных с полной или частичной разборкой механизмов и оборудования. Обмер и осмотр узлов и деталей ПТО в процессе разборки позволяет получить полные и достоверные данные о состоянии механизмов. Недостатком этого вида контроля, в случае проведения разборки исправных механизмов и машин, являются материальные затраты, связанные с организацией и проведением ремонтов. Кроме того, в процессе ремонта оборудования и механизмов, инструкциями по эксплуатации предусматриваются замена части вполне исправных деталей (подшипников, уплотнений, прокладок, крепежных изделий и т.д.), не выработавших ресурсные сроки, что влечет за собой дополнительные расходы.
Параметрический контроль технического состояния ПТО не имеет широкого распространения, т.к. такой вид контроля параметров рабочего процесса возможен не для всех механизмов и машин. Большое количество ПТО либо не оснащаются необходимыми приборами, либо процесс проведения измерений параметров рабочего процесса сложен и не обеспечен методической базой, а нормативные документы по оценке результатов измерений отсутствуют. Так, для ПТО параметрический контроль ограничен измерениями линейных и угловых скоростей отдельных механизмов и элементов, а также датчиками предельных скоростей движения, сбегания рабочего органа и датчиками завала, входящими, как правило, в систему аварийно-предупредительной сигнализации.
Установленные датчики непосредственно на технологическом оборудовании входят в состав аварийно-предупредительной сигнализации и срабатывают, например, при: сбегании ленты, обрыве цепи или ленты, завале перемещаемого груза в районе разгрузочного отверстия.
Дополнительно могут устанавливаться датчики предельной температуры опорных подшипников приводного и натяжного валов. При превышении допустимого значения температуры сигнал выводится на пульт оператора портового зернового перегрузочного комплекса, где фиксируется уже факт срабатывания датчиков и, как следствие, полная или частичная остановка технологической линии. Контролировать поведение и техническое состояние узлов и элементов технологического оборудования, а также груза установленным приборным обеспечением на сегодняшний день не представляется возможным. Поэтому данный вид контроля технического состояния ПТО требует серьезных капитальных вложений и на практике неэффективен.
Трибологический контроль (контроль по продуктам износа) позволяет оценить техническое состояние ПТО по результатам, полученным при проведении анализа смазочных масел и технологических жидкостей. При этом виде контроля возможно определение присутствия воды, твердых включений, наличия металла в масле и т.д. Недостатками данного метода контроля является его низкая оперативность и высокая стоимость. Существующих отечественных химических лабораторий недостаточно, приборное обеспечение и его точность не отвечают современным требованиям. Нормативные документы, регламентирующие проведение анализов масла и технических жидкостей, не отражают современного уровня развития
техники [2]. Проведение такого контроля требует создания специализированных лабораторий, оснащенных современным приборным и лабораторным оборудованием, привлечения квалифицированных специалистов, разработки соответствующих методов и методик для проведения анализов, оценки их результатов.
На имеющемся оборудовании трибологический контроль масла редукторов не проводится из-за экономической неэффективности. Так как объем масла в редукторе измеряется несколькими литрами, а замена требуется при наработке в 2500 часов или по истечении 6 месяцев (что наступит раньше) [3].
Вибрационный контроль дает возможность зафиксировать начальное техническое состояние ПТО (с начала эксплуатации, после ремонта) по параметрам вибрации и контролировать изменение этих характеристик в процессе эксплуатации. Этот вид технического контроля позволяет обнаружить дефекты подвижных (вращающихся) элементов на этапе их зарождения и проследить за их развитием. На основе таких наблюдений (при условии их регулярности) возможно оценить состояние механического оборудования, составить прогноз изменения технического состояния на определенный период времени. К достоинствам вибрационного контроля относятся: мобильность и относительно невысокая стоимость измерительных приборов, высокая оперативность получения результатов, возможность определения дефекта на этапе возникновения и наблюдения за его развитием и другие [4].
Измерения проводятся на электродвигателях, редукторах и подшипниках механизмов и узлов ПТО. Точки измерения выбираются в соответствии с конструктивными особенностями механизмов и узлов и располагаются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
На рисунке 1 показаны спектры вибрации трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 55,2 кВт привода ленточного конвейера производительностью 800 т/ч (при насыпной плотности груза - 750 кг/м3) в узкополосном частотном диапазоне. Измерения вибрации производились в радиальном вертикальном направлении на корпусе электродвигателя со стороны шкива ременной передачи.
На рис. 1,а изображен спектр виброскорости электродвигателя при наработке 311 ч. с начала эксплуатации, а рис. 1,б представляет спектр этого же электродвигателя, наработка которого составила 19957 ч. Как видно из сравнения рисунков уровни виброскорости в
1,6 1,4 1,2
о О, А
0,4
1
и —
а)
О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Частота, Гц
О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
б)
Рис. 1. Спектры вибрации трехфазного асинхронного электродвигателя. Таблица 1. Уровни виброскорости электродвигателя на характерных частотах при различной наработке.
Наименование СКЗ fpeм• зп 4П 2{а
Наработка-311ч., мм/с 0,61 0,166 0,069 0,014 0,072 0,01 0,016 0,049
Наработка-19957ч., мм/с 2,76 1,48 0,401 0,023 0,419 0,022 0,046 0,274
процессе эксплуатации выросли, что происходит из-за естественного износа оборудования.
Оценка состояния проводится согласно ГОСТ ИСО 10816-1 97
[5] по параметру среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости в диапазоне 10-1000 Гц. Изменения значений СКЗ виброскорости, а также уровней виброскорости рабочих частот, определяющих характерные виды дефектов для асинхронных электродвигателей,
[6] представлены в табл.1.
При анализе данных табл.1 видно, что значение СКЗ виброскорости в процессе эксплуатации выросло в 4,52 раза и перешло из оценочного состояния зоны А - 0,61 мм/с (состояние механизмов и оборудования после изготовления и ввода в эксплуатацию, верхняя граница которого составляет 1,12 мм/с) в зону В - 2,76 мм/с (состояние механизмов и оборудования во время нормальной эксплуатации, верхняя граница которого составляет 2,8 мм/с) [6]. Таким образом видим, что уровень СКЗ виброскорости находится на границе перехода из зоны В в зону С (состояние механизмов и оборудования, при котором оно требует проведения технического обслуживания или ремонта, верхняя граница которого составляет 7,1 мм/с).
Диагностика оборудования, основывающаяся на анализе изменения уровней вибрации на характерных частотах, показывает следующие результаты: уровни виброскорости выросли на всех характерных частотах от 2,2 до 8,9 раза. Большее увеличение (в 8,9 раза) наблюдается на частоте колебаний ременной передачи Г., что, вполне, может свидетельствовать о недостаточном натяжении ремней или их плохом состоянии в целом. На основной частоте вращения электродвигателя ^ а также на ее гармониках 2^ 3^ 4^, к^ (к-целое число) наблюдается увеличение уровня, что может диагностироваться следующими признаками таких дефектов как: неуравновешенность ротора, бой вала вследствие увеличения радиальных зазоров в опорных подшипниках. Увеличение уровня виброскорости на частоте питающей сети ^ и ее гармониках 2^ к^ (к-целое число) может быть причиной дефектов обмоток статора, несимметричного напряжения питания, статического эксцентриситета зазора.
Если при расчете СКЗ виброскорости в диапазоне 10-1000 Гц исключить влияние уровней виброскорости на частоте Г., которые возбуждаются ременной передачей и наводятся на спектр виброскорости электродвигателя, то можно увидеть, что СКЗ составит 1,9 мм/с, а это уже больше начального уровня в 3,11 раза по сравнению с предыдущим расчетом равным 4,52 раза.
Анализируя вышеизложенное можно сделать вывод о том, что следует проводить не только общую оценку технического состояния по уровням СКЗ, но и диагностировать оборудование по изменению уровней виброскорости на характерных частотах. Все это позволяет
делать прогноз работоспособности узлов и механизмов ПТО на определенный промежуток времени, основываясь на исследовании результатов регулярных измерений вибрации.
Тепловизионный контроль является новым методом проведения обследования и выявления неисправностей в работе электромеханического оборудования, а также обеспечения энергоэффективности его работы. Использование тепловизионного контроля позволяет значительно снизить затраты времени и средств на определение фактического технического состояния. Данный метод имеет высокую достоверность, а также дает возможность прогнозирования состояния оборудования на определенный период.
Принцип тепловизионного обследования состоит в фиксации инфракрасного излучения, исходящего от любого тела, температура которого выше абсолютного нуля по шкале Кельвина. С этой целью используются тепловизоры - цифровые оптико-электронные приборы бесконтактного (дистанционного) измерения и регистрации поверхностного распределения радиационной температуры объектов, находящихся в поле зрения прибора. При этом тепловизор формирует визуальную картинку распределения температуры по поверхности объекта. Температурные поля поверхности конструкции фиксируются на экране тепловизора в виде цветного изображения, градации цвета которого соответствуют различным температурам [7].
На рисунке 2,а, в качестве примера, показано изображение инфракрасного излучения (тепловое изображение) приводного электродвигателя, соединительной муфты и корпуса опорного подшипника привода ПТО.
Более светлые области в районе подшипника электродвигателя и опорного подшипника на тепловом изображении являются признаком их большего нагрева по сравнению с другими элементами, что может свидетельствовать о проблеме, связанной с соосностью соединения. Светлые области на тепловом изображении (рис. 2,б) ремня и шкивов указывают также на возможные проблемы соосности в ременной передаче привода ПТО.
На рисунке 3 представлены тепловые изображения опорного подшипника ленточного конвейера. Рисунок 3,а показывает зарождающийся дефект в виде износа опорной полуоси в результате ее проворачивания относительно внутреннего кольца подшипника качения. Тепловое его изображение фиксирует одинаковые температуры внутренней обоймы подшипника и шипа полуоси, при этом визуально зазор в соединении не определим. На рисунке 3,б тепловое изображение уже визуально определимого износа полуоси. Температуры подшипника и полуоси различаются в данном случае на 9 0С, что отображается разным цветом.
Рис. 2. Тепловые изображения электроприводов ПТО.
Я
Рис. 3. Тепловые изображения опорного подшипника ленточного конвейера.
Статистические методы оценки технического состояния элементов перегрузочных комплексов [8] позволяют: выявлять характерные причины отказов, рассчитывать количественные характеристики надежности, находить слабые звенья в объекте.
Для решения вышеобозначенных задач необходим некоторый минимум данных о каждом отказе и неисправности, а именно: описание отказа или неисправности, характер проявления, причина (если возможно), узел или агрегат, сведения об объекте (номер, дата выпуска, наработка), сведения о последствиях отказа и способе его устранения, о затратах времени и трудоемкости. Информация должна быть: полной, достоверной, своевременной, регулярной.
Полученные таким образом сведения через обратную связь влияют на обеспечение надежности изделий в процессе проектирования и изготовления, а также используются при определении оптимальных сроков проведения технического обслуживания.
Проанализировав особенности использования перечисленных методов контроля технического состояния применительно к ПТО, можно заключить, что:
■ использование визуального контроля ограничено и не дает достаточной информации о состоянии элементов и механизмов ПТО в процессе эксплуатации. Осмотр и контроль элементов ПТО требует остановки оборудования, а в ряде случаев, частичной разборки, замены элементов и т.д.;
■ использование параметрического контроля в силу особенностей конструкции и режимов работы ПТО также ограничено и не дает достаточной информации о техническом состоянии;
■ использование трибологического контроля требует разработки соответствующих методик, создания лабораторий, оснащенных специальным оборудованием, привлечения специалистов. К недостаткам метода контроля следует отнести его низкую оперативность и невозможность ответа на вопрос, где и какой именно дефект имеет место.
■ анализ рассмотренных методов контроля ПТО позволяет
утверждать, что наиболее доступными и информативными методами для контроля и оценки технического состояния ПТО в эксплуатации являются вибрационный, тепловизионный контроль и статистические методы анализа отказов и неисправностей в эксплуатации. Их проведение не исключает использование других методов контроля для оценки технического состояния ПТО. Достоверная и качественная оценка технического состояния в эксплуатации возможна только при использовании всех доступных методов контроля. Непременным условием при проведении контроля является их регулярность и обязательная фиксация результатов.
Литература:
1. Правила технической эксплуатации подъемно-транспортного оборудования. РД 31.1.02-04. - СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 2004 г.
2. Рекомендации по организации смазочного хозяйства, выбору и применению унифицированных топлив, масел, смазок и специальных жидкостей для портовых перегрузочных машин. РД 31.44.08-93. Приказ ММФ от 30.09.1993 №СМ - 35\1892.
3. Installation and Parts Replacement Manual For Dodge® TORQUE-ARM II™ Speed Reducers. Rockwell Automation, 777 East Wisconsin Avenue, Suite 1400, Milwaukee, WI, 53202-5302 USA.
4. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. Л.: Судостроение, 1983, 256 с.
5. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях.
6. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учеб. пособие. СПб.: Изд. центр СПбГМТУ. 2000. - 159 с.
7. Введение в термографию. © 2009 by American Technical Publishers, Inc., Fluke Corporation, и The Snell Group.
8. Аблязов К.А., Катрюк И.С., Попов В.В. Основы теории надежности и диагностики: учебное пособие. - Новороссийск: МГА им. Адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008. - 212 с.
