Технические науки/5. Энергетика

Таткеева Г.Г., Мехтиев А.Д., Абитаев Д.С., Нешина Е.Г.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Инновационные методы диагностики вибрации вращающихся механизмов

Вращающиеся механизмы широко используются практически во всех сферах промышленности развитых стран. Это могут быть электродвигатели, компрессоры, центробежные насосы, газовые и паровые турбины, генераторы – все механизмы в которых есть ротор. Большое значение в стабильной работе роторных машин имеет вибрационная составляющая. Для стабильной работы обычно сначала проводят балансировочные работы для роторов на станке для балансировки (дорезонансные, резонансные, зарезонансные), затем проводят балансировочные работы в собранном виде, в собственных опорах. Не зная причин вибраций бесполезно проводить балансировку. Это могут быть задевания ротора и статора, неправильная центровка ротора относительно статора, неправильная центровка валопровода, разрушение подшипников скольжения и т.д. Самым распространенным методом диагностики вращающегося оборудования является спектральный анализ – разбиение вибрационного сигнала на частотные составляющие (рис.1). То есть причинной повышенной вибрации могут быть не одна, а несколько причин. В данной методике не может быть выявлен однозначный вывод, то есть используется комплексный подход для выявления причин вибрации.

Также необходим визуальный анализ работы валопровода: возможность видеть вращение валопровода в режиме онлайн. Спектральный анализ ограничен тем, что невозможно наглядно определить, что является причиной повышенной вибрации, также необходим соответствующая квалификация и знания вибрационных служб.

Рисунок 1 – Спектральный анализ

На большинство ТЭЦ используется система мониторинга вибрации в ограниченном виде: показывается лишь вибрация без фазовой составляющей, термодатчики подшипников, датчики, показывающие входящие и выходящие параметры пара. Нет отображения данных о вибрации на разном отрезке времени, отсутствует визуальный обзор вращения валопровода в режиме онлайн. Для балансировки вращающегося оборудования приходится использовать дополнительное переносное оборудование, либо привлечение подрядных организаций. Система Bently Nevada, которая в данный момент принадлежит компании General Electric, предлагает решение многих из этих проблем. В этой системе используются расширенные возможности для диагностики причин вибрации: присутствуют дополнительные диаграммы, которые дадут дополнительную информацию, показывается вращение валопровода в режиме онлайн, присутствует возможность настройки допустимых значений вибрации для сигнализации об опасности, также система может автоматически остановить машину либо перевести в безопасный режим, для всего вращающегося механизма можно установить параметры в программе ПК, называемой System 1. В этой системе присутствует спектральный анализ (разбиение вибрационного сигнала на частотные составляющие), у вибрации присутствует фазовая составляющая, что позволяет проводить балансировку без дополнительного переносного оборудования, есть возможность просмотра относительного перемещения вала на масляном клине, присутствует амплитудно-фазовая частотная характеристика при разгоне или выбеге вращающегося оборудования, система сохраняет данные в базе данных системы, а при необходимости удаляет повторяющиеся данные относительно пройденного времени. Полярная диаграмма представлена на рисунке 2, диаграмма Боде на рисунке 3.

Рисунок 2 - Полярная диаграмма

Рисунок 3 - Амплитудно-фазовая частотная характеристика (диаграмма Боде)

Рисунок 4 - График среднего положения осевой линии вала

Рисунок 5 - Каскадная диаграмма

При всём этом было бы неплохо уделить большое внимание отображению вращения валопровода в режиме онлайн со всеми его составляющими: ступенями, лопатками, проволочными бандажами. Возможность отображения изгиба линии валов, как изгибаются лопатки последних ступеней – это даст дополнительную информацию об аэродинамике, входных и выходных параметров пара, информацию о возможности задевания ротора об статор. Технологии пока ограничивают возможность создания такой системы. Чтобы такое наглядное отображение представилось в виде 3-D изображения или голограммы, была возможность разглядеть со всех сторон, не изображением на мониторе. Такая технология дала бы развитию видео с другим представлением. В прошлом был советский прибор БИП-9. У этого прибора была возможность отображения частоты вращения за счет вибрации, то есть цикличность вибрации давала информацию о частоте вращения. Эта идея могла бы дать возможность развитию такой технологии. Либо использовать рентгеновские лучи, направленные в 3 направления, c обязательным использованием защитных зеркал, в целях безопасности человека от облучения.

Вариантов использования технологий может больше, ведь для создания такой системы или прибора отображения вращения ротора внутри статора могут быть использованы самые различные направления технологии и законы разделов физики.