Диагностика и контроль технических показателей оборудования. Виды состояния оборудования, системы технической диагностики
Средства диагностики технического состояния оборудования
Средства диагностики технического состояния оборудования служат для фиксирования и измерения величины диагностических признаков (параметров). Для этого применяют приборы, приспособления и стенды сообразно характеру диагностических признаков и методам диагностики.
Значительное место среди них занимают электроизмерительные приборы (вольтметры, амперметры, осциллографы и др.). Они широко применяются как для непосредственного измерения электрических величин (например, при диагностике систем зажигания и электрооборудования автомобиля), так и для измерения неэлектрических процессов (колебаний, нагрева, давления), преобразованных при помощи соответствующих датчиков в электрические величины.
При диагностике механизмов наиболее часто используют: датчики сопротивления, концевые, индукционные, оптические и фотоэлектрические датчики, при помощи которых можно измерять зазоры, люфты, относительные перемещения, скорость и частоту вращения проверяемых деталей; термосопротивления, термопары и биметаллические пластины для измерения теплового состояния деталей; пьезоэлектрические и тензометрические датчики для замера колебательных процессов давления, биений, деформаций и др.
Одно из положительных качеств электроизмерительных приборов - удобство получения информации, а также в перспективе возможность ее анализа при помощи ЭВМ.
В зависимости от полноты и степени механизации технологических процессов диагностику можно проводить выборочно, только для контроля технического состояния отдельных сборочных единиц, или комплексно для проверки сложных агрегатов, таких как двигатель, и, наконец, комплексно для диагностики машины в целом.
В первом случае используются для отдельных измерений такие диагностические приборы как стетоскопы, манометры, тахометры, вольтметры, амперметры, секундомеры, термометры и другие переносные приборы. Во втором случае приборы комбинируют в виде передвижных стендов, в третьем случае - ими комплектуют пульты управления стационарных стендов.
Передвижным комплексным средством диагностики является ходовая диагностическая станция. Она может обеспечивать диагностику технического состояния автомобилей в местах их временного размещения. Компоновка ходовой диагностической станции возможна на базе прицепа достаточно большой грузоподъемности.
Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота использования при минимальной затрате времени.
Помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения в систему диагностических средств включают комплексы электронной аппаратуры. Эти комплексы могут состоять из датчиков - органов восприятия диагностических признаков, блоков измерительных приборов, блоков обработки информации в соответствии с заданными алгоритмами и, наконец, блоков хранения и выдачи информации в виде запоминающих устройств для преобразования информации в удобный для использования вид.
Методы и средства диагностического контроля насосных агрегатов
Диагностический контроль насосных агрегатов осуществляется по параметрическим и виброакустическим критериям, а также по техническому состоянию отдельных сборочных единиц и деталей, оцениваемому при выводе насосов из эксплуатации.
Для проведения диагностических контролей используется виброаппаратура с возможностью измерения спектральных составляющих вибрации, шумомеры с возможностью измерения октавных составляющих, приборы, позволяющие определять техническое состояние подшипников качения или аналогичные им, но с большими функциональными возможностями отечественного или зарубежного производства.
Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать решение следующих задач:
своевременного обнаружения возникающих дефектов составных частей оборудования и предотвращения его аварийных отказов;
определения объема ремонтных работ и рационального их планирования;
корректировки значений межремонтных интервалов и прогнозирования остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию;
проверки работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определения оптимальных режимов работы оборудования.
Насосные агрегаты должны быть оснащены контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА) с возможностью контроля текущих параметров вибрации, автоматической предупредительной сигнализацией и автоматическим отключением при предельно допустимом значении вибрации.
До установки контрольно-сигнальных средств контроль и измерение вибрации осуществляются портативными (переносными) средствами виброметрии. Датчики виброаппаратуры устанавливаются на каждой подшипниковой опоре.
В качестве измеряемого и нормируемого параметра вибрации устанавливается среднее квадратическое значение (СКЗ) виброскорости в рабочей полосе частот 10-1000 Гц.
Измерение значений виброскорости осуществляется в вертикальном направлении на каждой подшипниковой опоре. При этом регистрируется соответствующий режим работы насоса - подача и давление на входе.
В табл. 7.3 приведены допустимые уровни вибрации при эксплуатации центробежных насосов.
Таблица 7.3 Предельно допустимые нормы вибрации при эксплуатации насосов
|
Высота оси вращения ротора, мм |
Среднее квадратическое значение виброскорости, мм/с |
У насосов, не имеющих выносных подшипниковых опор (насосы со встроенными подшипниками), вибрация измеряется как можно ближе к оси вращения ротора.
При определении шумовых характеристик измеряются в соответствии с ГОСТ 23941 уровень звука L А (в дБА) в контрольных точках; уровень звукового давления L i , (в дБА) в октавных полосах частот (от 31,5 до 8000 Гц) в контрольных точках.
Приборы, применяемые для измерения шумовых характеристик, число точек измерения и измерительные расстояния определяются ГОСТ 12.1.028, технической документацией на конкретный шумомер и условиями эксплуатации диагностируемого оборудования. При определении шумовых характеристик (базовых и текущих) должны соблюдаться одинаковые условия измерений (режим работы, количество одновременно работающего оборудования и др.).
По результатам диагностических контролей принимается решение о выводе насосов в ремонт или их дальнейшего использования по назначению.
В табл. 7.4 приведены виды диагностических работ и допустимые значения контролируемых параметров для магистральных и подпорных насосов нефтеперекачивающих станций.
Периодичность, форма и объем регистрируемых параметров должны быть определены нормативными документами с учетом возможной ручной, автоматизированной или смешанной системы регистрации информации.
Основные причины вибраций насосных агрегатов и характер их проявления представлены в табл. 7.5.
Основные причины вибрации насосных агрегатов обусловливаются механическими, электромагнитными и гидродинамическими явлениями, а также жесткостью опорных систем.
Таблица 7.4
Виды диагностических работ и допустимые значения
контролируемых виброакустических параметров и значений
температур для магистральных и подпорных насосов
|
Вид диагностических работ |
Контролируемый параметр и место измерения |
Допустимое значение параметра |
|
Оперативный диагностический контроль Плановый диагностический контроль Неплановый диагностический контроль Послеремон-тный диагностический контроль |
СКЗ виброскорости на подшипниковых опорах в вертикальном направлении СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса в вертикальном направлении Температура подшипников СКЗ и спектральные составляющие виброскорости на всех подшипниковых опорах в трех взаимно перпендикулярных направлениях СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса, головках анкерных болтов в вертикальном направлении Уровень шума Температура подшипников Вибрации опорно-упорного подшипника или подшипников качения Контролируемые параметры, их допустимые значения и место измерения соответствуют плановому диагностическому контролю СКЗ виброскорости на подшипниковых опорах в трех взаимно перпендикулярных направлениях СКЗ виброскорости на лапах корпуса насоса и головках анкерных болтов в вертикальном направлении Вибрация опорно-упорного подшипника или подшипников качения Температура подшипников |
Увеличение температуры относительно базового значения на 10 °С Увеличение относительно базового значения на 6 дБА Увеличение температуры относительно базового значения на 10°С Не более 45 дБ Не более 4,5 мм/с Не более 1 мм/с Не более 35 дБ Не выше 70°С |
Таблица 7.5 Влияние неисправностей на виброакустический спектр насосных агрегатов
|
Причина повышенной вибрации |
Направление |
Причина повышенной вибрации |
Направление |
|
Дисбаланс вращающихся элементов. Ослабление посадки деталей ротора 1 Несоосность 2 Нецилиндричность шейки вала Повреждение подшипников качения Овальность внутреннего кольца Радиальный зазор Неуравновешенность, разностенность сепаратора Волнистость, гранность шариков Дефекты дорожки внутреннего кольца Дефекты дорожки внешнего кольца |
Радиальное Радиальное и осевое Радиальное Радиальное и осе вое, обычное с низкой амплитудой |
Неравномерный зазор ротор-статор электродвигателя Короткое замыкание обмотки возбуждения синхронного электродвигателя «Масляное биение» в подшипнике скольжения Неравномерность потока охлаждающего воздуха Гидравлический небаланс рабочего колеса Неравномерность поля скоростей и вихреобразование в насосе Кавитационные явления в насосе Неисправность зубчатой муфты 3 Ослабление жесткости подшипникового узла |
Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное Радиальное, осевое Радиальное, горизонтальное |
|
1 Частая причина высокой вибрации оборудования. 2 Частая причина вибрации. Осевая вибрация - главный показатель, часто она превышает радиальную. 3 Для обеих смежных с муфтой подшипниковых опор. |
|||
При проведении измерений необходимо попытаться разделить перечисленные источники повышенной вибрации насосных агрегатов. При наличии повышенной вибрации подшипниковых опор агрегата необходимо проверить жесткость крепления подшипниковых опор к корпусу или раме, жесткость крепления корпуса насоса и рамы двигателя к фундаменту. Повышенная вибрация в горизонтальной плоскости указывает на уменьшение жесткости в горизонтальных направлениях.
По результатам измерения вибрации для каждой контролируемой точки строится график изменения среднего квадратического значения виброскорости в зависимости от наработки (рис. 7.7). До виброскорости 6,0 мм/с график можно представить прямой линией, проведенной согласно полученным значениям вибрации. Далее график строится по значениям вибрации, соответствующим наработке насосного агрегата после виброскорости 6,0 мм/с. График, построенный после достижения уровня вибрации 6,0 мм/с, как правило, будет располагаться под большим углом к оси абсцисс и позволит оценить время наступления предельно допустимого значения вибрации τ 1 при предельном значении виброскорости 7,1 мм/с или τ 2 - при 11,2 мм/с.
Для более достоверной оценки технического состояния и остаточного ресурса отдельных деталей или узлов рекомендуется строить также график по основным спектральным составляющим, указывающим возможные дефекты насосных агрегатов.
В процессе эксплуатации насосного агрегата его техническое состояние меняется из-за износа деталей и узлов. Наиболее распространенной и значимой причиной ухудшения характеристик насоса в процессе эксплуатации является износ деталей щелевого уплотнения рабочего колеса.
Насосные агрегаты необходимо выводить в ремонт при снижении величины напора насоса от базовых значений на 5-7 %.
Значение возможного снижения КПД относительно базового значения может уточняться для конкретного типоразмера насоса на основании экономической оценки из условия, что стоимость ремонта, при котором обеспечивается восстановление первоначального КПД, будет выше затрат, вызванных перерасходом электроэнергии из-за снижения КПД насоса.
Диагностирование
состояния насосных агрегатов по
параметрическим критериям допускается
проводить как на основе данн
ых,
полученных по каналам телемеханики,
так и на основе контрольных измерений
с применением образцовых средств
измерений давления, подачи, мощности,
частоты вращения ротора насоса, плотности
и вязкости перекачиваемой жидкости.
Измеряемые параметры и средства измерения:
давление на входе и выходе насосного агрегата измеряется штатными первичными преобразователями давления с точностью 0,6 % при использовании АСУ или образцовыми манометрами класса 0,25 или 0,4;
подача определяется по узлу учета, по объемам резервуаров с помощью переносных ультразвуковых расходомеров или другими способами;
мощность, потребляемая насосом, измеряется при помощи штатных первичных преобразователей мощности с точностью не ниже 0,6 %. При установившихся режимах для грубой оценки допускается определять мощность по счетчику потребляемой электроэнергии или вольтметру и амперметру;
частота вращения ротора замеряется датчиком частоты вращения с точностью 0,5 %;
плотность и вязкость перекачиваемой жидкости определяются по узлам учета или в химлаборатории.
Замер параметров проводится только при установившемся (стационарном) режиме перекачки.
Контроль стационарности режима осуществляется по подаче (при возможности непосредственного измерения) или по давлению на входе или выходе насосного агрегата. Колебания контролируемого параметра не должны превышать ± 3% от среднего значения.
Параметры измеряются при бескавитационном режиме работы насосного агрегата (контролируются при измерении вибрации и по давлению на входе в насос).
Современный уровень развития технологий горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий предъявляет высокие требования к надежности оборудования, а также эффективной и экономичной его работы. Надежность оборудования базируется на обязательном применении новейших средств, методов контроля и наладки горно-шахтного оборудования (ГШО) и требует комплексного подхода к решению инженерно-технических проблем.
Работоспособность ГШО (т.е. способность удовлетворять заданным техническим характеристикам в течение определенного момента времени) и восстановление его основных характеристик обеспечивается на предприятиях установленной системой технического обслуживания и ремонта (ТОиР).
Согласно ГОСТ 28.001-83 целью системы ТОиР является управление техническим состоянием изделий в течении всего срока их службы (или ресурса до списания), позволяющее обеспечить заданный высокий уровень их готовности к использованию по назначению и работоспособности в процессе эксплуатации при минимальных затратах как времени, так и средств на выполнение технического обслуживания и ремонта изделий.
Усилия системы ТОиР должны быть направлены на повышение коэффициента использования оборудования, который согласно ГОСТ 13377-75 описывается следующим уравнением:
(1.1)
где t сум – наработка в часах; t п и t то - время всех простоев, вызванное необходимостью ремонта и технического обслуживания объекта.
Логично предположить, что для того чтобы повысить K T следует увеличить наработку и уменьшить время простоев оборудования, как в ремонте, так и при техническом обслуживании. В тоже время качество проведенного технического обслуживания может уменьшить количество ремонтов, и соответственно качество проведенного ремонта влияет на продолжительность межремонтного интервала.
Обеспечение успешной работы ГШО в течение длительного периода времени требует аккуратного выбора конструкции оборудования, правильной установки, бережной эксплуатации, возможности диагностирования (наблюдения) за изменениями характеристик через определенное время, и в случае отказа, способностью полностью исследовать причину отказа и принять меры, чтобы предотвратить повторение проблемы. ГШО, которое правильно установлено, динамически сбалансировано, находится на регламентированном фундаменте с допустимой соосностью, обеспечено качественной смазкой, запускается, эксплуатируется и останавливается с требованиями ТУ, а также если эксплуатационный персонал наблюдает за отклонениями параметрических значений, обычно никогда не испытывает аварийных отказов.
Во время проведения выездного обслуживания специалисты технического сервиса компании «Балтех» не раз сталкивались с ситуацией, что часто горно-шахтное оборудование эксплуатируется не в расчетном режиме, с менее эффективным кпд, или установлено на неустойчивых опорных плитах, или работает в условиях не допустимой расцентровки валов, или, будучи смазанное на ремонтном заводе, больше не смазывается, пока не заклинит подшипники, и как следствие, по результатам вибрационного анализа очень частый дефект «ослабление опор». Согласно концепции «Надежное оборудование» (разработчик компания «Балтех», г.Санкт-Петербург) при эксплуатационных и сервисных (ремонтных) работах ГШО должен соблюдаться принцип международных систем качества P-D-C-A «ПЛАНИРУЙ-ДЕЛАЙ-ПРОВЕРЯЙ-АНАЛИЗИРУЙ». Согласно данной концепции всегда необходимо найти и проанализировать причину отказа, принять необходимые меры не только по ее локализации с помощью средств функциональной и тестовой диагностики, но и спланировать превентивные мероприятия (указ на слабые технические стороны разработчику или технологии ремонта собственного подразделения), чтобы в следующие периоды эксплуатации ГШО эта «болезнь» не повторилась. Таким образом коэффициент надежности оборудования может не только поддерживаться на уровне заложенном при проектировании разработчиком (производителем), но и повышаться за время эксплуатации машин и механизмов, что приводит к повышению эксплуатационной рентабельности. В учебном центре «Балтех» под каждый вид оборудования разработаны отдельные концептуальные программы начиная с расчета экономической целесообразности внедрения методов параметрической диагностики, подбора функциональных приборов и диагностических систем, и заканчивая поставкой с обучением на предприятии данной отрасли. Мировой опыт показывает, что существует всего несколько форм технического обслуживания. В каждой отрасли процентное соотношение отличается в зависимости от специфики и технологий.
Пять подходов к обслуживанию ГШО
Если Вы достаточно долго работаете в промышленности, то, возможно, наблюдали все различные формы технического обслуживания. Способы работы обслуживающих или ремонтных подразделенй, обычно относятся к пяти различным категориям:
- Реактивное (реагирующее) профилактическое обслуживание (РПО);
- Обслуживание по регламенту или планово-профилактическое обслуживание (ППР);
- Обслуживание по фактическому техническому состоянию (ОФС);
- Проактивное или предотвращающее обслуживание (ПАО);
- Концепция «НадО:2010» (комбинированная концепция надежности оборудования)
| ФОРМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ | ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ |
| Реактивное обслуживание (затраты 750руб на 1КВт в год) |
Ремонт или замена оборудования только в случае выхода из строя, либо полной выработки ресурса |
| Планово-профилактическое обслуживание (затраты 600руб на 1КВт в год) |
Планово-периодическое проведение профилактических работ, составление и соблюдение календарного графика |
| Обслуживание по фактическому состоянию (ОФС) (затраты 360руб на 1КВт в год) |
Обслуживание только дефектного оборудования в сочетании с профилактикой внеплановых остановов |
| Проактивное обслуживание (затраты 240руб на 1КВт в год) |
Продление межремонтного интервала и интервала между обследованиями |
Концепция «НадО :2010» |
КОМБИНИРОВАННАЯ КОНЦЕПЦИЯ |
Принципиальное значение конечной стоимости затрат на производство работ связанных ТОиР связано с выбором формы организации ситемы ТОиР.
- Реактивное (реагирующее) профилактическое обслуживание (РПО).
Форма технического обслуживания при которой ремонт и/или замена узла (агрегата, машины и т.д.) производится только после выхода его из строя (отказа), либо полной выработки ресурса. Данная форма технического обслуживания может быть применима только для дешевого вспомогательного оборудования при наличии его резервирования. Иногда эту форму называют «агрегатированием», т.к. меняется полностью агрегат (например насос экскаватора ЭКГ-10, или привод-электродвигатель).
Достоинством данного метода является то, что до наступления отказа оборудования не требуется вложения средств на саму систему ТОиР, недостатком – что эта «мнимая» экономия может привести к колоссальному по времени внеплановому простою оборудования вследствие его внезапного отказа и чрезмерно высокой стоимости непосредственно самого ремонта, тем более возможности ремонтного подразделения ограничены.
- Обслуживание по регламенту (ППР).
Цель проведения обслуживания по регламенту или, по-другому, планово-предупредительных работ (ППР), в исключении числа отказов оборудования путем проведения периодического профилактического технического обслуживания и плановых ремонтов.
В основе этой стратегии заложен следующий принцип: используя статистические данные истории отказов аналогичного оборудования и принципов развития определенных процессов износа отдельных его узлов в зависимости от фактической наработки, устанавливают такой срок эксплуатации оборудования, при котором вероятность безотказной работы будет достаточно высокой (например, 98%), подразумевая малую вероятность интенсивного износа и отказа оборудования. Этот срок называют межремонтным интервалом и жестко привязывают к календарному план-графику производства, с таким расчетом, чтобы проводить необходимые ППР без ущерба технологическому процессу самого производства. Считается, что дефектация определенного узла машины с целью определения необходимости его ремонта либо замены по окончании фиксированного межремонтного интервала, существенно снижает вероятность его отказа.
Однако на практике эти принципы не всегда работают. В реальных условиях строгая линейная зависимость между наработкой на отказ или сроком эксплуатации и техническим состоянием механизма существует только при наличии исключительно либо химической коррозии, либо механической эрозии и износа, либо усталостного износа.
Остаточный ресурс механизма не должен определятся только временем его эксплуатации. Бесспорно, что время эксплуатации оказывает влияние на техническое состояние механизма, но время не единственный фактор, определяющий его остаточный ресурс, а часто даже малозначительный. Каждый механизм состоит из целой гаммы допусков: проектно-конструкторских, производственно-технологических, допусков на комплектацию, допусков на пуско-наладочные, эксплуатационные и ремонтно-профилактические работы, которые также выполняются специалистами разных квалификаций. Как следствие, на практике не существует двух совершенно одинаковых механизмов и не может быть абсолютно одинаковых процессов их эксплуатации. Наиболее значимыми факторами (вопросами), оказывающие влияние на эксплуатационные характеристики промышленного оборудования являются:
- где, когда и как оборудование было изготовлено?
- при каких условиях оборудование хранилось?
- как оно транспортировалось?
- как осуществлялся его монтаж?
- при каких условиях оно эксплуатировалось?
- какова была квалификация и техническое оснащение обслуживающего персонала?
- каково было содержание и качество последовательно произведенных ремонтов?, и т.д.;
Важно всегда помнить и о том, что остаточный ресурс любого исправного механизма не обоснованно подвергшегося вмешательству сокращается по причине нарушения качества кинематических взаимосвязей в его узлах, достигнутое естественной приработкой сопрягаемых узлов и деталей в процессе эксплуатации. Это есть самый существенный недостаток системы ППР. Чем более высокотехнологичен механизм, тем больший урон ему наносят необоснованные ревизии.
Несмотря на все вышесказанное, система ППР остается наиболее популярной среди предприятий горнодобывающей промышленности. Причины этому различны:
- Практический опыт использования системы ППР показал значительное снижение эксплуатационных затрат по сравнению с системой РПО (по разным источникам от 15 до 40%).
- Система ППР хорошо развита, отработана, имеет хорошую методологическую основу и позволяет поддерживать заданный уровень исправности и работоспособности оборудования.
- Отсутствие четкого представления у руководителей предприятий о более прогрессивных системах ТОиР, усугубленная нехваткой квалифицированного персонала ремонтных служб и технического аппаратно-инструментального обеспечения для производства работ по фактическому техническому состоянию оборудования.
Однако самой важной причиной является то, что система ППР устраивает как изготовителя оборудования, так и персонал эксплуатирующей его организации.
Изготовитель (дистрибьютор), представляющий гарантию на произведенное (поставленное) им оборудование, предоставляет пакет инструкций обязывающий производить регламентированный ППР в зависимости от его наработки, тем самым страхуясь, в том числе, и от своих ошибок, что дает ему возможность отказать в гарантии, если оборудование не было подвергнуто требуемому техническому обслуживанию.
Изготовитель также имеет право отказать в гарантии, если усомниться в качестве произведенных работ. Несмотря на то, что в руководящих документах (РД) прописан перечень необходимых работ по поддержанию исправности оборудования, у предприятия-эксплуатационщика может не быть специалиста требуемой квалификации, опыта и требуемого инструмента для их проведения.
Более того, изготовитель ГШО, являясь прекрасно осведомленным о характере его эксплуатации, зачастую требует настолько идеальных условий, выполнение которых на практике весьма затруднительно или практически невозможно, невыполнение которых обязывает эксплуатационщика проводить все новый и новый ряд профилактических работ.
У ремонтного подразделения несколько иной принцип: «мы сделали то, что предписано», можно еще добавить «как смогли, и чем смогли». Очень часто никаких претензий к ним не должно, так как они действительно производят ремонт современного оборудования по ремонтной технологии отстающей на много лет. Технические аудиты компании «Балтех», проведенные на предприятиях в различных регионах России и СНГ за последние два года показали, что приборная и инструментальная база улучшается, иногда необдуманно и даже с избытком, но проблема обученных кадров и качественной технологии ремонта нет. Сервисные организации пока осуществляют в большинстве случаев только поставку запасных частей, а на импортное оборудование с большой задержкой.
К тому же система ППР весьма затратная форма технического обслуживания, так как в большинстве случаев стимулируется сдельной системой оплаты труда по принципу «больше ремонта – больше оплата». Следовательно, как непосредственные исполнители, так и их руководители заинтересованы в большем объеме ремонтных работ, что существенно затрудняет интеграцию новых подходов к системе ТОиР.
С приходом рыночной экономики и появлением собственников ситуация начинает меняться. Взвесив все «за» и «против» руководители предприятий начинают искать пути снижения эксплуатационных затрат, понимая что величина этих затрат должна быть обоснована и технически, и экономически.
- Обслуживание по фактическому состоянию (ОФС).
В 90-х гг. прошлого столетия произошел качественный скачок в развитии микропроцессорной техники, позволивший создавать аппаратные средства и программы позволяющие производить не только мониторинг технического состояния оборудования, но и осуществлять диагностику и прогнозировать тенденции его изменения. Это позволило создать качественно новую систему ТОиР – систему обслуживания по фактическому техническому состоянию.
Основная идея системы ТОиР по ОФС состоит в том, что техническое обслуживание базируется не только на зависимости сколько механизм проработал, но и с учетом его реального технического состояния, другими словами ремонту подвергаются только те узлы, которые в действительности требуют оперативного вмешательства.
Естественно возникает множество вопросов, первый из которых: «Какие параметры ГШО должны контролироваться и по каким критериям выводить в ремонт оборудование?».
Требования к контролируемым параметрам
При ревизиях механизмов определяются так называемые первичные параметры их состояния: дефекты кинематических узлов, рабочих органов, креплений и т.д. Оценка состояния проводится визуально или с использованием каких-либо инструментальных (диагностических) средств и представляется, в целом, достаточно надежной. Хотя, как уже говорилось выше, далеко не все даже важные для технического состояния механизма первичные параметры (например, динамический дисбаланс ротора, расцентровка) могут быть определены методом ревизии.
При стратегии ОФС, которая предполагает оценку технического состояния механизма без ревизии, на эксплуатационных режимах, речь, естественно, идет о контроле по вторичным параметрам и поэтому вполне логично, что эти параметры должны удовлетворять определённым требованиям. Требования к ним должны быть сформулированы следующим образом:
- контролируемые параметры должны иметь однозначную количественную взаимосвязь с первичными параметрами технического состояния;
- измерение параметров должно обеспечиваться по возможности простыми, портативными или стационарными техническими средствами, не требующими специальной квалификации персонала;
- технические средства должны быть метрологически аттестованы согласно ГОСТам и методикам;
- диапазон изменения контролируемых параметров в процессе работы механизма от состояния “отлично” до состояния “недопустимо” должен быть достаточно большим (параметр должен меняться не менее, чем в 5-10 раз согласно стандарту IORS:2010) для своевременного выявления зарождающихся дефектов и достоверного прогнозирования остаточного ресурса механизма;
- стоимость выполнения работ по контролю вторичных параметров и время их выполнения должны быть существенно ниже, чем при ревизии механизмов;
- достоверность контроля по вторичным параметрам должна быть не ниже 80 %;
- параметры контроля должны быть по возможности универсальны для диагностики одинаковых дефектов однотипного оборудования или его узлов.
Изложенный перечень не является исчерпывающим и может дополняться другими требованиями в зависимости от конкретных особенностей ГШО и тех дефектов, которые в нём могут появляться, но применение требований перечисленных выше, на наш взгляд, является обязательным.
Основы технологии ОФС
Коренное отличие технологии ОФС от ППР состоит в том, что ППР основывается только на времени эксплуатации ГШО, а ОФС учитывает всю совокупность факторов, определяющих его эксплуатационный ресурс. Причём происходит это автоматически, поскольку какие бы факторы и в какой комбинации в каждом конкретном случае не воздействовали на ГШО, мы наблюдаем совокупную реакцию на эти воздействия по изменению выбранных критериев и параметров. А они, как уже говорилось выше, в силу своей высокой информативности и чувствительности обязательно отразят происходящие с оборудованием перемены. В последующем, если это необходимо, соответствующей обработкой и анализом параметров всегда можно определиться и с реальной причиной, вызывающей данные изменения: дефекты его изготовления, или монтажа, или наладки, или это процессы естественного износа узлов и деталей. При этом появляется возможность не только контролировать состояние ГШО, но и определять реальные причины происходящих изменений в каждой конкретной ситуации, а, значит и принимать вполне обоснованные решения по их устранению в дальнейшем. Это существенное достоинство технологии ОФС.
Ещё одним преимуществом технологии ОФС является то, что используемые при этом технические средства, как правило, позволяют не только производить измерения и контролировать состояние оборудования, но и обеспечивают решение задач по оперативной наладке механизмов в процессе эксплуатации. В первую очередь это касается центровки, динамической балансировки роторов, лазерной выверки геометрии ГШО. Таким образом, при технологии ОФС существенно изменяется сам цикл работ при эксплуатации оборудования. При технологии ППР эксплуатационный цикл (рис. 1), представляет собой непрерывное чередование двух фаз: РАБОТА/ТО или РЕМОНТ, при этом в любой момент цикла может вклиниться поломка механизма со всеми вытекающими последствиями.
Рис. 1 Технология обслуживания «по регламенту»
При технологии ОФС (рис.2), в составе цикла появляются совершенно новые фазы, коренным образом изменяющие саму идеологию эксплуатации ГШО.
Рис. 2 Технология обслуживания «по состоянию»
Основой такого вида ТО является техническое диагностирование (ТД) и прогнозирование состояния ГШО. С помощью средств ТД проводят непрерывный или периодический контроль параметров состояния. Прогнозирование выполняют при непрерывном контроле для определения времени, в течение которого сохранится работоспособное состояние, а при периодическом контроле – для определения момента времени следующего контроля.
Результаты диагностирования и контроля – основа для принятия решений о необходимости ТО, времени его проведения и объеме, а также о времени проведения очередного контроля технического состояния.
Схема взаимодействия показана на рисунке:
Реализация ТО по состоянию связана с затратами на диагностирование и прогнозирование, поэтому применять такой вид ТО целесообразно, когда экономические затраты не являются определяющими (оборудование первой группы надежности) или когда этот метод экономически более выгоден. Одним из условий применения метода является также преобладание у данного вида оборудования постепенных и предупреждаемых отказов над внезапными.
Необходимые условия применения ОФС:
- экономическая целесообразность;
- наличие диагностической (приборной и инструментальной) базы;
- методики определения ТС и его прогнозирования;
- наличие соответствующего программного обеспечения;
- квалифицированный (обученный) персонал;
- контролепригодность оборудования;
В практике контроля технического состояния ГШО применяют следующие системы технической диагностики и неразрушающего контроля (ТД и НК):
Ключевым вопросом эффективности применения ТО по состоянию является задача выбора стратегии диагностирования и назначении допустимых уровней и параметров. Существуют несколько вариантов стратегии, зависящие от особенностей поведения параметров оборудования, возможности прогнозирования и применяемых систем ТД и НК.
Важным элементом системы ТО по состоянию является служба технической диагностики или надежности оборудования (НадО:2010). В ее задачи входит выполнение плановых обследований оборудования, заявок на внеплановое диагностирование, участие в приемке оборудования из ремонта (выходной контроль), а также выдача рекомендаций по предотвращению дальнейших отказов по результатам проведенного анализа. Необходимо обеспечить достаточный статус службы, весомость ее рекомендаций для всех технических руководителей данного предприятия. Сотрудники службы должны быть обучены применению средствам диагностики и выявлению достоверных результатов по международному стандарту IORS:2010 (Надежные стандарты, надежность организации).
Прогнозирование технического состояния (ТС) является наиболее эффективным методом повышения эксплуатационной надежности ГШО путем своевременного проведения мероприятий по ТОиР. Прогнозирование позволяет предупреждать как постепенные отказы, так и внезапные. Обычно в практических применениях прогнозирования ТС некоторого объекта выполняют одновременно два прогноза. На короткий интервал времени в оперативных целях планирования использования по назначению, до нескольких дней, а также на интервал от недели до нескольких месяцев с целью планирования технического обслуживания и ремонта.
Прогнозирование представляет собой процесс определения технического состояния объекта на предстоящий интервал времени и оно основано на применении методов экстраполяции явлений на будущее время по известным результатам наблюдений ТС ГШО за предыдущий период.
Прогнозируемыми параметрами могут быть:
- эксплуатационные параметры, измеряемые штатными приборами автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), при этом применяется функциональная диагностика без вывода оборудования из эксплуатации;
- параметры технического состояния, измеряемые переносными приборами с остановкой оборудования и/или частичной разборкой ГШО.
В зависимости от используемого математического аппарата различают следующие основные направления прогнозирования:
- экспертные оценки , когда мнения экспертов о будущем состоянии оборудования собирают путем опроса или анкетирования, обрабатывают и получают прогноз.
- аналитическое , когда в результате прогнозирования определяется величина контролируемого параметра (параметров), характеризующего ТС ГШО во времени;
- вероятностное , когда в результате прогнозирования определяется вероятность выхода (невыхода) параметра (параметров) ТС за допустимые пределы;
- статистическая классификация (распознавание образов), когда в результате прогнозирования определяется класс диагностируемого объекта по критерию работоспособности.
На практике исходными данными для проведения прогнозирования по любому из методов является история измерения параметров во времени. Если интервалы между измерениями равны, то такой ряд измерений называют временным. Некоторые методы прогнозирования требуют, чтобы ряд был именно временным – без пропусков значений с одинаковыми интервалами времени.
Большинство факторов, влияющих на надежность ГШО, являются случайными, поэтому многие параметры надежности носят вероятностный характер и для их определения используется математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.
Выполняемые работы:
- Сбор данных по имеющейся инфраструктуре средств ТД и НК, состоянии нормативной базы, производственной культуры предприятия;
- Анализ экономической целесообразности применения метода для групп оборудования А, В;
- Рекомендации по выбору параметров ТОиР по состоянию:
1. Номенклатура обследуемого оборудования;
2. Периодичность контроля; - Организационное обеспечение, создание или реорганизация службы НадО:2010;
- Выбор средств ТД и НК, методов прогнозирования технического состояния ГШО;
- Реализация технологии ТО по состоянию с применением средств ТД и НК в АСУ;
- Анализ результатов применения рекомендаций, корректировка (6-12 месяцев).
Параллельно с работой ГШО с определенной периодичностью (обычно достаточно это сделать 1 раз в месяц) осуществляется контроль текущего технического состояния механизма по измерению соответствующих параметров. Анализ этих параметров во времени позволяет отслеживать реальную динамику происходящих изменений и обоснованно прогнозировать сроки и содержание наладочных работ, ТО и ремонтов. Введение операций контроля и, при необходимости, наладки, позволяет существенно улучшать качественное состояние механизмов после прохождения ремонта.
При этом необходимо понимать, что проведение любого, даже капитального ремонта ГШО, ни в коей мере не гарантирует, что все проблемы решены и его можно смело эксплуатировать без всяких ограничений. Только послеремонтный (выходной) контроль даёт объективную картину о действительном состоянии механизма. После ремонта виброактивность механизма может действительно существенно снизиться, но также может не измениться или даже возрасти. Специалистами компании «Балтех» были выработаны практические критерии по выходному контролю. Было выявлено, что если вибрация по результатом спектрального анализа в течение 48 часов после ремонта ГШО не увеличилась более чем на 2 дБ или понизилась относительно первого контурного обследования, то оборудование пройдет нормальный период приработки и будет долго работать. Естественно, что причина может быть в качестве ремонта (дефектные узлы, плохой монтаж и т. д.), но очень часто такое происходит и тогда, когда никаких претензий по ремонту нет. И в этом нет ничего мистического или необъяснимого. Дело в том, что любой механизм, например небольшой насос, на самом деле в динамике (т.е. при работе) представляет собой сложную колебательную систему, поведение которой зависит от множества факторов (например, гидродинамики). Поэтому послеремонтный (выходной) контроль и, при необходимости, наладка, являются важнейшей фазой технологии ОФС, гарантирующей продление эксплуатационного ресурса оборудования.
Ещё одно достоинство технологии ОФС состоит в том, что в настоящее время в большинстве случаев производители измерительной аппаратуры предлагают предприятиям горнодобывающей и горноперерабатывающей отрасли не только измерительные приборы, методики, но и соответствующее программное обеспечение по автоматизированному ведению компьютерных баз данных измерений, что существенно упрощает процедуру анализа, ведения баз данных и расширяет возможности пользователя по достоверному прогнозированию остаточного ресурса ГШО, сроков и объемов технического обслуживания и ремонта.
Итак, в чём же основные достоинства технологии ОФС?
Достоинства технологии ОФС
Переход на технологию обслуживания ГШО «по состоянию» позволяет:
- контролировать реальное текущее техническое состояние оборудования и качество их ремонта;
- уменьшить финансовые и трудовые затраты при эксплуатации оборудования;
- продлить межремонтный период и срок службы механизмов;
- сократить потребность в запасных частях, материалах и оборудовании;
- избавиться от «внезапных» поломок механизмов и остановок производства;
- планировать сроки и содержание технического обслуживания и ремонта;
- повысить общую культуру производства и квалификацию персонала.
В заключение этой части статьи хотелось бы ещё раз предостеречь руководителей предприятий от догматизма как в отношении технологии ППР, так и в отношении технологии ОФС. Реально, на практике технология ОФС всегда представляет собой комплексную технологию, включающую в себя как элементы контроля, диагностики и наладки по вторичным параметрам, так и процедуры ревизий и обслуживания «по регламенту». Особенно важно понимание всех руководителей технических подразделений, что нельзя перейти на «модное» в последние годы ОФС за короткий срок без оснащенных и квалифицированных кадров, имеющих большой опыт работы по системе ППР.
- Проактивное или предотвращающее обслуживание (ПАО)
Эта форма технического обслуживания использует все методы прогнозирующего и профилактического обслуживания, оговоренные выше, совместно с анализом коренных причин отказа, чтобы не только обнаруживать и точно определять возникающие проблемы, но и гарантировать, что выполнена надлежащая установка и проведены наилучшие методы ремонта, включая потенциальное повышение надежности или изменение конструкции оборудования, чтобы избежать или устранить повторение проблемы (например, плазмонапыление шеек валов и отдельных деталей, использование гидрогаек, съемников и индукционных нагревателей подшипников). Проведенные исследования показали, что затраты при таком способе работы составляют приблизительно 240руб на 1КВт в год. Преимущества данного подхода в том, что он прекрасно работает, если персонал имеет достаточно знаний, навыков, и времени, чтобы выполнять все заданные действия. Как и в программе, основанной на прогнозирующем обслуживании (ОФС), ремонт оборудования может быть намечен поэтапно, но при этом дополнительные мероприятия должны быть сделаны, чтобы обеспечить усовершенствования для снижения или устранения повторного появления потенциальных проблем. Итак, ремонт ГШО может быть намечен постепенным способом, и это дает Вам некоторое время на выполнение мероприятий по закупке материалов, необходимых для ремонта, что уменьшает потребность в большом количестве запасных частей. Так как техническое обслуживание и ремонт выполняется только когда это необходимо, и проведены меры для полного исследования причин отказа, а затем определены способы повышения надежности машин на основании проведенного анализа причин, то может иметь место существенное увеличение экономической эффективности и производительности ГШО. В мировой практике технического обслуживания это самая распространенная форма ТОиР, к сожалению нам известны небольшая часть российских предприятий, работающих по данной концепции. В основном это предприятия с иностранным капиталом и системой управления.
Этот метод требует очень хорошо подготовленные кадры в профилактических, прогнозирующих, и предотвращающих (проактивных) стилях обслуживания, или привлечения на эти работы высококвалифицированных подрядчиков (субподрядчиков), которые тесно работают с обслуживающим персоналом в стадии анализа коренных причин отказа, а затем оказывают помощь в ремонте и планируют (проектируют) изменения.
Для проведения таких работ обязательно требуется наличие приборов и систем ТД и НК и должным образом обученный персонал. Если организация работает в стиле обслуживания по отказу (реагирующее) или планово-предупредителного ремонта, управление производства и обслуживания должно перестраиваться на новые стратегии, что может быть проблематично, если отдел технического обслуживания (НадО:2010) не оснащается необходимым оборудованием, не проводится практическое внутреннее и внешнее обучение персонала для понимания новых методов, не регламентируется время необходимое для сбора данных, или не разрешается остановка оборудования, когда проблема идентифицирована, не определены процессы и процедуры для проведения анализа отказов оборудования, а также не проводиться модификация отдельных узлов для увеличения надежности всей машины в целом.
Рис.3 Соотношение использования различных форм ТО на передовом и типичном предприятии
| Система ТОиР | ДОСТОИНСТВА | НЕДОСТАТКИ |
| РПО | Не требует больших финансовых вложений на организацию и техническое оснащение службы ТОиР | Высокая вероятность внеплановых простоев из-за внезапных отказов приводящая к дорогостоящим и продолжительным ремонтам. |
| ППР | Система хорошо развита, имеет отработанную методологическую основу и позволяет поддерживать заданный уровень исправности и работоспособности оборудования | Базируется на статистических данных историй отказов аналогичного оборудования с заложенным коэффициентом надежности, следовательно, для обеспечения заданного уровня его работоспособности изначально планируется объем работ превышающий требуемый фактически. Статистическая наработка не исключает полностью вероятность внепланового отказа. |
| ОФС | Исключает вероятность аварийных отказов и связанных с ними внеплановых простоев оборудования.> Позволяет прогнозировать объемы технического обслуживания и производить ремонт исключительно дефектного оборудования | Может быть осуществлена только посредством постепенного перехода от системы ППР и требует полного пересмотра организационной структуры. Требует первоначально больших финансовых вложений для подготовки специалистов и технического оснащения службы ТОиР. |
| ПАО | Максимальное увеличение межремонтного срока за счет подавления источников отказов. Используются самые прогрессивные технологии технического обслуживания, ремонта и восстановления оборудования. | Требуется трудоемкий анализ всех отказов с целью выявления их источников. Очень гибкая организационная система, постоянно требующая оперативного решения и внедрения ряда мероприятий. |
Как показывает практика, не существует ни одного предприятия в чистом виде использующего только одну из представленных стратегий управления системой ТОиР. Более того, переход от системы ППР к системе ОФС сопряженный с перестроением всей структуры ТОиР, во многих случаях приводит к обратному эффекту – обратному «скатыванию» на ППР. Причина этого в несогласованности планирования действий отдельных подразделений предприятия, нехватке специально подготовленного персонала и слабом техническом оснащении ремонтных служб.
Сам переход на передовые формы ТО (ОФС и ПАО) невозможен без постановки грамотной службы технической диагностики. Неверно также утверждение, что идея ОФС состоит в устранении отказов оборудования путем выявления имеющихся или развивающихся дефектов только по совокупности виброакустических характеристик. Системы ОФС и ПАО должны базироваться на обязательном использовании целого ряда методов технической диагностики и распознавания технических состояний, которые в сочетании позволяют определить весь спектр дефектов, возникающих в технологическом оборудовании предприятия. Концепция «Надежное оборудование» это концептуальный подход к постановке эффективной системы технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования базирующийся на глубоком исследовании, как физических причин его аварийных отказов, так и выявлении пробелов в организационной структуре. Разработанный алгоритм решения проблемы повышения надежности оборудования позволяет гарантировать экономически эффективные результаты, связанные с корректным переходом на концептуальное обслуживание, подходящее данному предприятию.
- Концепция «НадО:2010» (комбинированная концепция надежности оборудования).
После проведенного анализа ТО понятно, что в зависимости от отрасли и специфики предприятия должны использовать в совокупности все формы ТО в разных пропорциях и только в этом случае будет достигнут максимальный экономический эффект. Ниже приведен практический пример первого этапа технического аудита, проведенного на одном из горно-обогатительных комбинатов на Северо-Западе России специалистами компании «Балтех».
| КОНЦЕПЦИЯ «НАДЕЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ» | ||
| Основные причины выхода из строя оборудования | ||
| Закупка неликвидной продукции | 43% | - оборудования - подшипников - инструмента - смазки и пр. |
За 100% взято 100 единиц динамического оборудования. После аудита было выявлено, что даже новое оборудование, установленное силами РМЗ имеет пониженный начальный коэффициент надежности из-за неправильного проектного технического задания, неправильной транспортировки, плохих и продолжительных условий складского хранения и низкого уровня монтажных работ вентиляционных агрегатов на несоответствующий нормам СНиП фундамент.
Основные этапы концепции
Данная концепция состоит из 6 основных этапов. Каждый из перечисленных ниже этапов основан на решении задач предыдущего уровня с целью наиболее полной его проработки.
Этап 1. Выявление проблемы
Определение проблемы повышения надежности оборудования является основополагающим этапом ее решения. Глубина подхода на данном этапе определяет экономический эффект от внедрения настоящей программы.
Индивидуальный подход к решению проблемы определяется набором инструментов, используемого для ее выявления и исследуемых ключевых моментов.
В качестве инструментов может быть использована комплексная оценка положения проведенная подготовленными техническими аудиторами собственной группы надежности (отдел ТД и НК), либо оценка, проведенная специалистами компании «Балтех».
В качестве исследуемых ключевых моментов может быть произведен профессиональный аудит:
- общего технического состояния оборудования;
- анализ повторяющихся отказов/сбоев работоспособности оборудования;
- уровня технологии средств используемого для технического обслуживания оборудования;
- уровня квалификации штатного персонала или уровень подрядной организации;
- вида используемого на предприятии технического обслуживания
- особых моментов используемого вида технического обслуживания;
- уровня общей эффективности предприятия, включая производительность оборудования, затраты на закупку запчастей и техническое обслуживание;
- общего уровня производственной культуры и наличие системы качества;
- система закупки, транспортировки и складского хранения оборудования и др.
Этап 2. Разбиение проблемы на составляющие
После выявления степени и величины суммарной проблемы повышения надежности оборудования следует произвести разбивку на ее составляющие. Определение составляющих общей проблемы проводится по каждому из исследуемых ключевых моментов.
Результатом данного этапа должно быть выявление слабых мест структуры предприятия в целом (например документирование и паспортизация).
Этап 3. Определение стратегии и план решения проблемы
Стратегия решения проблемы повышения надежности оборудования определяет степень и уровень локализации опасных моментов. Она может быть частичная (удаление только наиболее проблемных аспектов), либо полная (комплексная).
Важно определить что подлежит корректировке: причина или следствие проблемы и/или что устранять в первую очередь.
Стратегия и план решения проблемы определяется предприятием на основе предложения аудиторов отдела ТД и НК.
Этап 4. Выбор надежных средств технических решений и разработка программы повышения квалификации специалистов
Выбор средств технических решений определяется целесообразностью их использования на основе расчета экономического эффекта от их внедрения. При расчете необходимо руководствоваться выбранными критериями и требованиями к уровню надежности 1R, 2R или 3R. Выбор средств технических решений определяется предприятием на основе предложений опытных технических специалистов данного предприятия и концепции, разработанной группой технических аудиторов. Разработка внутреннего стандарта надежности и сертификация по стандарту IORS:2010 должны проходить (рекомендация) на основе процесного подхода 3R (ответственные и полномочия, политика надежности и ресурсы, и др.).
Этап 5. Комплексное решение проблемы
На основе 3 и 4 этапов программы формируется комплексное решение проблемы повышения надежности оборудования. Если предприятие сертифицировано по системе менеджмента качества, то менеджерам отвечающим за качество продукции необходимо сделать коррекцию во внутреннем руководстве по качеству с учетом требований технического подразделения (например: отдела главного механика или главного энергетика).
Внедрение комплексного решения или сертификация по стандарту IORS:2010 происходит при помощи аттестованных по IORS:2010 внутренних или внешних аудиторов.
Этап 6. Контроль результатов внедрения программы
Процесс оценки уровня надежности оборудования, корректировка и внедрение улучшений должно происходить с утвержденной периодичностью не зависимо от достижения поставленного уровня надежности.
Удовлетворенность потребителя (внутренний потребитель оборудования – это технологи) от внедрения программы должно иметь самую важную роль, именно поэтому очень важен контроль, анализ и улучшение результатов по повышению надежности оборудования.
Вся концепция должна внедряться в соответствии с требованиями технического надзора в области экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов в горнорудной и угольной промышленности, диагностике горно-транспортного, горно-шахтного и обогатительного оборудования.
За основу как мы видим должен быть взят коллектив отдела ТД и НК. Давайте рассмотрим эти понятия подробнее.
Техническая диагностика - это установление и изучение признаков, характеризующих наличие дефектов в машинах (узлах), для предсказания возможных отклонений в режимах их работы. Из определения видно, что процедура изучения (анализа) признаков дефектов должна документироваться всегда. Далее определим основные задачи ТД и основные направления необходимых работ НК и обеспечения надежности.
Основными задачами технической диагностики являются:
- Повышение уровня безопасности оборудования
- Обеспечение надежности работы оборудования
- Сокращение длительности вынужденных (аварийных) простоев
- Сокращение времени ремонтов
- Увеличение межремонтного интервала
- Повышение качества ремонта
- Оптимизация технологического процесса
- Удешевление ремонта (исключение замены исправных деталей, выявление причин дефекта)
Основные направления для определения и изучения признаков, характеризующих проявление и развитие дефектов в узлах и агрегатах машин для предсказания возможных отклонений от нормальных режимов работы методами ТД и НК
Опираясь на основные достижения средств ТД и НК необходимо провести оптимизацию контролируемых параметров по нескольким критериям (например все диагностические и ремонтные данные хранятся в компьютеризированной системе управления системы ТОиР). Надо определить необходимые и достаточные условия по выбору аппаратных средств функциональной и тестовой диагностики в зависимости от выбранных методов прогноза технического состояния ГШО, а также инструментов и форм документов удобных для анализа (например, приборы центровки, динамической балансировки, виброанализаторы, пирометры, тепловизоры, индукционные нагреватели, стенд входного контроля подшипников качения, съемники, стационарные системы контроля работают по регламенту единой автоматизированной базы данных). Необходимо определить пороги для конфигурации глубины развивающих дефектов и установить величину опасной зоны. При этом необходимо понимать различие между мониторингом и диагностикой не зависимо каким видом систем вы будете пользоваться (переносные, стендовые или стационарные).
МОНИТОРИНГ - распознавание текущего технического состояния механизма;- сравнение диагностических параметров с пороговыми значениями
- прогноз изменений диагностических параметров
ДИАГНОСТИКА - выявление причин и условий, вызывающих неисправности, и принятие обоснованных решений по их устранению.
- определение вида и величины каждого дефекта
- сравнение величины дефекта с пороговыми значениями
- прогноз развития (выявление остаточного ресурса)
В зависимости от состояния оборудования: нерабочее, частично рабочее (эксплуатация только на нагрузках ниже номинальных) и рабочее, утверждают этапы и виды измерений.
Этапы проведения диагностических измерений
- После монтажа или ремонта;
- После завершения приработки или в процессе эксплуатации;
- После нарушения технологического режима;
- Перед остановкой на ремонт.
Виды диагностических измерений
Диагностические измерения и исследования оборудования можно условно разделить на два вида:
- Контрольные измерения:
- текущее,
- полное,
- Специальные измерения
На сегодняшний момент одним из основных регламентирующих международных стандартов принятым Росстандартом для определения критериев оценки диагностического (вибрационного) состояния машин и механизмов различных типов является ИСО ГОСТ-10816. Настоящий стандарт является базовым документом для разработки руководств по измерению и оценке вибрации машин. Критерии оценки для машин конкретных типов должны быть установлены в соответствующих отдельных стандартах. В таблице 1 приведены только временные, примерные критерии, которыми можно пользоваться при отсутствии подходящих нормативных документов. По ней можно определить верхние границы зон от А до С (см. 5.3.1), выраженные в средних квадратических значениях виброскорости vrms , мм/с, для машин различных классов:
- Класс 1 - Отдельные части двигателей и машин, соединенные с агрегатом и работающие в обычном для них режиме (серийные электрические моторы мощностью до 15 кВт являются типичными машинами этой категории).
- Класс 2 - Машины средней величины (типовые электромоторы мощностью от 15 до 875 кВт)безспециальных фундаментов, жестко установленные двигатели или машины (до 300 кВт) на специальных фундаментах.
- Класс 3 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, установленные на массивных фундаментах, относительно жестких в направлении измерения вибрации.
- Класс 4 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, установленные на фундаменты, относительно податливые в направлении измерения вибрации (например, турбогенераторы и газовые турбины с выходной мощностью более 10 МВт).
Таблица 1. Примерные границы зон для машин различных классов
| vrms, мм/с | Класс 1 | Класс 2 | Класс 3 | Класс 4 |
| 0.28 | А | A | A | A |
| 0.45 | ||||
| 0.71 | ||||
| 1.12 | B | |||
| 1.8 | B | |||
| 2.8 | С | B | ||
| C | B | |||
| 7.1 | D | C | ||
| 11.2 | D | C | ||
| 18 | D | |||
| 28 | D | |||
| 45 |
Ниже приведены некоторые практические примеры необходимого диагностического оборудования ТД и НК, а также виды представления отчетной информации.
Рис.4 Лазерная система центровки расчитала допустимые значения по несоосности
Рис.5 Термограмма (плохой контакт одной из фаз)
Рис.6 Стенд входного контроля подшипников качения с примером ПО ведения базы данных диагностических признаков дефектации.
Рис.7 Основные причины повышенной вибрации машин
Подводя итоги вышесказанному нельзя не обратить внимание на статистику основных причин повышенной вибрации машин. Из гистограммы на рис.7 видно, что несоосность ГШО, неточности геометрии машин (паралельность, перпендикулярность валов и направляющих), дисбаланс роторов в большинстве случаев может в совокупности достигать 80%. Результаты 10 летней работы проведения диагностических исследований нашими специалистами показал, что данное правило работает независимо от того на каком этапе жизненного цикла находится машинное оборудование (на этапе приработке, этапе работоспособности или этапе развития дефектов).
Очень приятно, что во всех отраслях промышленности работают основные три ключевых фактора определяющих общий успех предприятия:
- общее понимание необходимости процесса преобразований руководителями (постановка задачи и выбор варианта решения технических задач);
- стремление к внедрению новых прогрессивных технологий и современных аппаратных средств;
- желание поддерживать процессы внедрения новых технологий и качественно новой культуры технического обслуживания оборудования и работы в целом.
Хочется пожелать благополучного развития всем отраслевым предприятиям, которое стало возможным благодаря экономическому росту экономики России в последние несколько лет.
Приложение 8
Техническая диагностика оборудования
Общие положения
Цели, задачи и основные принципы технического диагностирования (ТД) оборудования рассмотрены в разделе 3.3. В данном Приложении кратко рассмотрена методика и приведен один из общих способов организации ТД на предприятии.
Требования к оборудованию, переводимому на техническое диагностирование
В соответствии с ГОСТ 26656-85 и ГОСТ 2.103-68 при переводе оборудования на стратегию ремонта по техническому состоянию в первую очередь решается вопрос о его приспособленности для установки на нем средств ТД.
О приспособленности находящегося в эксплуатации оборудования к ТД судят по соблюдению показателей надежности и наличию мест для установки диагностической аппаратуры (датчиков, приборов, монтажных схем).
Далее определяют перечень оборудования, подлежащего ТД, по степени его влияния на мощностные (производственные) показатели производства по выпуску продукции, а также на основе результатов выявления «узких мест» по надежности в технологических процессах. К этому оборудованию, как правило, предъявляются повышенные требования надежности.
В соответствии с ГОСТ 27518-87 конструкция оборудования должна быть приспособлена для ТД. Согласно ГОСТ 26656-85 под приспособленностью к ТД понимается свойство оборудования, характеризующее его готовность к проведению контроля заданными методами и средствами ТД.
Для обеспечения приспособленности оборудования к ТД его конструкция должна предусматривать:
возможность доступа к контрольным точкам путем вскрытия технологических крышек и люков;
наличие установочных баз (площадок) для установки виброметров;
возможность подключения и размещения в закрытых жидкостных системах средств ТД (манометров, расходометров, гидротесторов в жидкостных системах) и подключение их к контрольным точкам;
возможность многократного присоединения и отсоединения средств ТД без повреждения устройств сопряжения и самого оборудования в результате нарушения герметичности, загрязнения, попадания посторонних предметов во внутренние полости и т. д.
Перечень работ по обеспечению приспособленности оборудования к ТД приводится в техническом задании на модернизацию переводимого на ТД оборудования.
После определения перечня оборудования, переводимого на ремонт по техническому состоянию, подготавливается исполнительная техническая документация по разработке и внедрению средств ТД и необходимой модернизации оборудования. Перечень и очередность разработки исполнительной документации приведены в табл. 1.
Таблица 1
Перечень исполнительной документации на диагностирование
Выбор диагностических параметров и методов технического диагностирования
Определяются параметры, подлежащие постоянному или периодическому контролю для проверки алгоритма функционирования и обеспечения оптимальных режимов работы (технического состояния) оборудования.
По всем агрегатам и узлам оборудования составляется перечень возможных отказов. Предварительно проводится сбор данных об отказах оборудования, оснащаемого средствами ТД, или его аналогов. Анализируется механизм возникновения и развития каждого отказа и намечаются диагностические параметры, контроль которых, плановое техническое обслуживание и текущий ремонт могут предотвратить отказ. Анализ отказов рекомендуется проводить по форме, представленной в табл. 2.
Таблица 2
Форма для анализа отказов и выбора диагностических параметров, методов и средств технического диагностирования
По всем отказам намечаются диагностические параметры, контроль которых поможет оперативно отыскать причину отказа, и метод ТД (табл. 3).
Таблица 3
Методы технического диагностирования
Определяется номенклатура деталей, износ которых приводит к отказу.
Определяются параметры, контроль которых необходим для прогнозирования ресурса или срока службы деталей и соединений.
На практике получили распространение диагностические признаки (параметры), которые можно разделить на три группы:
параметры рабочих процессов (динамика изменения давления, усилия, энергии), непосредственно характеризующие техническое состояние оборудования;
параметры сопутствующих процессов или явлений (тепловое поле, шумы, вибрации и др.), косвенно характеризующие техническое состояние;
параметры структурные (зазоры в сопряжениях, износ деталей и др.), непосредственно характеризующие состояние конструктивных элементов оборудования.
Составляется сводный перечень диагностируемых отказов, возможные причины отказов, предшествующие отказу неисправности и т. д.
Исследуется возможность сокращения числа контролируемых параметров за счет применения обобщенных (комплексных) параметров:
устанавливают диагностические параметры, характеризующие общее техническое состояние деталей оборудования, технологического комплекса, линии, объекта в целом, их отдельных частей (агрегатов, узлов и деталей);
устанавливаются частные диагностические параметры, характеризующие техническое состояние отдельного сопряжения в узлах и агрегатах.
Для удобства и наглядности методов и средств ТД разрабатываются функциональные схемы контроля параметров технологических процессов и технического состояния оборудования.
экономическую эффективность процесса ТД;
достоверность ТД;
наличие выпускаемых датчиков и приборов; универсальность методов и средств ТД.
Проводятся исследования выбранных диагностических признаков для определения диапазонов их изменения, предельно допустимых значений, моделирования отказов и неисправностей.
Выбираются средства ТД. При необходимости составляется заявка на создание (приобретение) средств ТД, датчики, приборы, монтажные схемы и т. д.
Разрабатывается технология ТД, технические требования к диагностическому оборудованию.
По результатам анализа отказов оборудования разрабатываются мероприятия по повышению надежности оборудования, в том числе разработка средств ТД.
Средства технической диагностики
По исполнению средства ТД подразделяют на: внешние – не являющиеся составной частью объекта диагностирования;
встроенные – с системой измерительных преобразователей (датчиков) входных сигналов, выполненных в общей конструкции с оборудованием диагностирования как его составная часть.
Внешние средства ТД подразделяют на стационарные, передвижные и переносные.
Если принято решение о диагностировании оборудования внешними средствами, то в нем должны быть предусмотрены контрольные точки, а в руководстве по эксплуатации средств ТД необходимо указать их расположение и описать технологию контроля.
В оборудование встраиваются средства ТД, информация от которых должна поступать непрерывно или периодически. Эти средства контролируют параметры, выход значений которых за нормативные (предельные) значения влечет за собой аварийную ситуацию и зачастую не может быть предсказан заранее в периоды технического обслуживания.
По степени автоматизации процесса управления средства ТД подразделяют на автоматические, с ручным управлением (неавтоматические) и с автоматизированно-ручным управлением.
Как правило, автоматические средства ТД содержат источники воздействий (в системах тестового диагноза), измерительные преобразователи, аппаратуру расшифровки и хранения информации, блок расшифровки результатов и выдачи управляющих воздействий.
Средства ТД с автоматизированно-ручным управлением характеризуется тем, что часть операций ТД выполняется автоматически, осуществляется световая или звуковая сигнализация или принудительное отключение привода при достижении предельных значений параметров, а часть параметров контролируется визуально по показаниям приборов.
Возможности автоматизации диагностирования значительно расширяются при использовании современной компьютерной техники.
В технические задания на разработку средств ТД, встраиваемых в гибкие производственные системы, рекомендуется включать требования обеспечения автоматического диагностирования оборудования с глубиной поиска дефекта (отказа) до основного узла.
При создании средств ТД для технологического оборудования могут применяться различные преобразователи (датчики) неэлектрических величин в электрические сигналы, аналого-цифровые преобразователи аналоговых сигналов в эквивалентные значения цифрового кода, сенсорные подсистемы технического зрения.
К конструкциям и типам преобразователей (датчиков), применяемых для средств ТД, рекомендуется предъявлять следующие требования:
малогабаритность и простота конструкции, приспособленность для размещения в местах с ограниченным объемом размещения аппаратуры;
возможность многократной установки и снятия датчиков при минимальной трудоемкости и без монтажа оборудования;
соответствие метрологических характеристик датчиков информационным характеристикам диагностических параметров;
высокая надежность и помехоустойчивость, включая возможность эксплуатации в условиях электромагнитных помех, колебаний напряжений и частоты питания;
устойчивость к механическим воздействиям (удары, вибрации) и к изменению параметров окружающей среды (температура, влажность);
простота регулирования и обслуживания.
Заключительным этапом создания и внедрения средств ТД является разработка документации.
эксплуатационная конструкторская документация;
технологическая документация;
документация на организацию диагностирования.
Эксплуатационная конструкторская документация – это руководство по эксплуатации на объект диагностирования по ГОСТ 26583-85, которое должно включать руководство по эксплуатации средства ТД, в том числе конструкцию и описание устройств сопряжения с объектом.
В руководстве по эксплуатации задают режимы работы оборудования, при которых производится диагностирование.
Технологическая документация на ТД включает:
технологию выполнения работ;
очередность выполнения работ;
технические требования на выполнение операций ТД. Основным рабочим документом является технология ТД данной модели (типа) оборудования, которая должна содержать: перечень средств ТД;
перечень и описание контрольно-диагностических операций;
номинальные допустимые и предельные значения диагностического признака;
характеристики режима работы при проведении ТД.
Кроме эксплуатационной, технологической и организационной документации на каждый переводимый объект разрабатываются программы прогнозирования остаточного и прогнозируемого ресурса.
Прогнозирование остаточного ресурса с помощью математических моделей
Аппаратный поиск неисправностей, рассмотренный выше, необходим не только для устранения отказов, но и для прогнозирования остаточного и прогнозируемого ресурсов. Прогнозирование – это предсказание технического состояния, в котором объект окажется в некоторый будущий период времени. Это одна из важнейших задач, которую приходится решать при переходе на ремонт по техническому состоянию.
Сложность прогнозирования заключается в том, что приходится привлекать математический аппарат, который не всегда дает достаточно точный (однозначный) ответ. Тем не менее, без него обойтись в этом случае нельзя.
Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для организации планово-предупредительного ремонта объектов по техническому состоянию (вместо обслуживания по срокам или по ресурсу). Непосредственное перенесение методов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно из-за различия моделей, с которыми приходится работать: при диагностировании моделью обычно является описание объекта, в то время как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции технических характеристик объекта во времени. В результате диагностирования каждый раз определяется не более чем одна «точка» указанного процесса эволюции для текущего момента (интервала) времени. Тем не менее, хорошо организованное диагностическое обеспечение объекта с хранением всех предшествующих результатов диагностирования может дать полезную и объективную информацию, представляющую собой предысторию (динамику) развития процесса изменения технических характеристик объекта в прошлом, что может быть использовано для систематической коррекции прогноза и повышения его достоверности.
Математические методы и модели для прогнозирования остаточного ресурса оборудования описаны в специальной литературе.
Прогнозирование остаточного ресурса методом экспертных оценок
При расчете остаточного ресурса чаще всего возникают трудности, связанные с отсутствием объективной информации, необходимой для принятия решений по методу, рассмотренному в предыдущем разделе. В большинстве случаев такие решения принимаются на основе учета мнений квалифицированных специалистов (экспертов) путем проведения экспертного опроса. При этом экспертные заключения дает рабочая группа, общее мнение которой формируется в результате дискуссии.
Существует несколько способов экспертной оценки, а именно: непосредственной оценки, ранжирования (ранговой корреляции), попарного сопоставления, баллов (балльных оценок) и последовательных сопоставлений. Все эти способы отличаются один от другого как подходами к постановке вопросов, на которые отвечают эксперты, так и проведением экспериментов и обработки результатов опроса. Вместе с тем их объединяет общее – знания и опыт специалистов в данной области.
Наиболее простым и объективным способом экспертной оценки являет способ непосредственной оценки, который широко применяется для определения остаточного ресурса на основе диагностирования технического состояния оборудования. Достоинством этого способа является высокая точность результатов расчета, а также возможность одновременного прогнозирования ресурса сразу по нескольким типам (образцам) оборудования.
Для экспертной оценки ресурса оборудования на предприятии создается постоянно действующая рабочая группа, которая разрабатывает необходимую документацию, организует процедуру опроса экспертов, обрабатывает и анализирует полученную информацию.
Руководителем рабочей группы должно быть ответственное лицо, осуществляющее, по мере необходимости, определение остаточного ресурса оборудования и дающее заключение о продолжительности работы без остановки на капитальный ремонт на определенное время (до очередного текущего ремонта). Он согласовывает с главным механиком (энергетиком) предприятия состав рабочей группы, составляет программу, принимает участие в опросе экспертов, анализирует предварительные результаты. При наличии на предприятии лаборатории ТД (как основного звена при переводе на стратегию ремонта по техническому состоянию) руководителем рабочей группы назначается заведующий этой лаборатории.
В состав рабочей группы помимо непосредственных исполнителей целесообразно включать технических работников ОГМ и ОГЭ, старших механиков, механиков (мастеров) цехов, стаж которых по эксплуатации и ремонту данного оборудования составляет не менее пяти лет. В состав рабочей группы не следует включать начальников цехов, отделов, служб и т. д., авторитетные суждения которых могут повлиять на объективность экспертных оценок, а также на окончательное решение рабочей группы.
В обязанности рабочей группы входит:
подбор специалистов-экспертов;
выбор наиболее приемлемого метода экспертных оценок и в соответствии с этим разработка процедуры опроса и составления опросных листов;
проведение опроса;
обработка материалов опроса;
анализ полученной информации;
синтез объективной и субъективной информации с целью получения оценок, необходимых для принятия решений.
Руководитель рабочей группы перед организацией экспертного опроса должен представить экспертам максимально возможное количество объективных данных по диагностированию всех агрегатов, узлов, соединений и деталей по каждой единице оборудования, имеющихся в распоряжении рабочей группы, паспорта, ремонтные журналы и другую техническую документацию за весь срок службы оборудования. Путем проведения инструктажа необходимо информировать экспертов об источниках возникновения данного вопроса, путях решения сходных вопросов в прошлом на других предприятиях и оборудовании, т. е. повысить квалификацию (информативность) экспертов в данном вопросе.
При отработке экспертных опросных листов следует особое внимание обратить на правильность задаваемых вопросов. Вопросы должны быть краткими (да, нет), не должны допускать двойного толкования.
При формировании экспертной группы следует учитывать, что основной параметр экспертной группы – согласованность мнений экспертов – зависит от ряда факторов: информативности экспертов, взаимоотношений между ними, организационных аспектов опросных процедур, их сложности и т. д. Число экспертов, входящих в группу, зависит от их информативности и должно составлять от 7 до 12 экспертов, в отдельных случаях 15–20 человек.
Для организационного оформления рабочей экспертной группы издается приказ по предприятию, в котором указываются задачи группы, руководитель и члены группы, сроки заполнения экспертных листов, срок окончания работы.
Для проведения экспертного опроса подготавливаются специальные опросные листы.
При организации экспертного опроса рабочая группа должна учитывать, что эксперту, как любому человеку, трудно без значительной ошибки выносить решения в случаях, когда имеется более семи альтернатив, например, назначать вес (значительность) более чем семи свойствам (показателям). Поэтому нельзя представлять экспертам список из нескольких десятков свойств (показателей) и требовать от них назначить веса этим свойствам (показателям).
В тех случаях, когда требуется оценить большое количество свойств (факторов, показателей, параметров), их необходимо предварительно разделить на однородные группы (по функциональному назначению, принадлежности и др.) так, чтобы число показателей, входящих в однородную группу, не превышало 5–7.
После ознакомления экспертов с состоянием исследуемого вопроса руководитель рабочей группы раздает им опросные листы и пояснительные записки. При этом наиболее авторитетный сотрудник рабочей группы разъясняет экспертам те положения опросного листа, которые недостаточно хорошо ими поняты.
Получив заполненный опросный лист, руководитель рабочей группы при необходимости задает эксперту вопросы для уточнения полученных результатов. Это позволяет выяснить, правильно ли поняты экспертом вопросы опросного листа и действительно ли ответы соответствуют его истинному мнению.
В процессе опроса сотрудники рабочей группы не должны высказывать эксперту свои суждения о его ответах, чтобы не навязывать ему своего мнения.
После обработки результатов опроса проводится ознакомление каждого эксперта со значениями оценок, назначенными всеми другими экспертами, входящими в экспертную группу.
Каждый эксперт, ознакомившись с анонимными мнениями других экспертов, вновь заполняет опросный лист.
Допускается проведение и открытого обсуждения результатов опроса. Каждый эксперт при этом имеет возможность кратко аргументировать свои суждения и критиковать другие мнения. Для исключения возможного влияния служебного положения на мнение экспертов желательно, чтобы эксперты высказывались в последовательности от младшего к старшему (по служебному положению).
В подавляющем большинстве случаев двух туров опроса бывает вполне достаточно для принятия обоснованного решения. В случаях, когда требуется повысить точность оценок путем увеличения объема статистической выборки (количеством ответов), а также при низкой согласованности мнений экспертов, экспертный опрос может быть проведен в три тура.
Результатом опроса является определение искомого параметра прогнозирования на основе анализа ответов экспертов.
Полученный по экспертным оценкам показатель следует рассматривать как случайную величину, отражением которой является индивидуальное мнение эксперта.
Когда значение какого-либо показателя неизвестно, относительно него у специалиста-эксперта всегда имеется интуитивная информация. Естественно, что эта информация в известной мере является неопределенной, а степень неопределенности зависит от уровня знаний и технической эрудиции специалиста-эксперта. Задача рабочей группы заключается в том, чтобы извлечь эту неясную информацию и придать ей математическую форму.
Техническая диагностика является средством поддержания заданного уровня надежности, обеспечения требований безопасности и эффективности использования объектов. Техническое состояние объекта может быть характеризовано указанием дефектов, нарушающих исправное и работоспособное состояния, а также правильность функционирования и относящихся к деталям, узлам или к объекту в целом.Процесс определения технического состояния объекта в результате поиска и обнаружения дефектов с указанием при необходимости места, вида и причины дефектов называется техническим диагностированием. Традиционное определение технического состояния объекта предполагает остановку и разборку оборудования. Это связано со значительными затратами времени и средств, а также с нарушением сопряжений деталей, что резко увеличивает износ сопряжения и снижает долговечность.
Обнаружение дефекта обычно производится с помощью штатных контрольно-измерительных приборов и особых (диагностических) технических средств и базируется на контроле и (или) особых испытаниях (тестах). Применение средств технического диагностирования, позволяющих определить техническое состояние объекта и его остаточный ресурс без разборки на детали, а возможно, и без выключения из работы, по параметрам, как рабочих процессов, так и сопутствующих работе, может повысить эффективность эксплуатации объекта в результате снижения затрат ресурсов на техническое обслуживание и ремонт вследствие сокращения объема работ, количества расходуемых запасных частей и материалов, повышения уровней надежности, поскольку нет периодически проводимых сборочно-разборочных операций, снижающих долговечность объекта, и безопасности.
Типовая структура системы технического диагностирования (т. е. совокупности технических средств и объекта диагностирования, а иногда и исполнителей) в простейшем варианте включает: диагностические датчики, воспринимающие диагностическую информацию от объекта; преобразователи, которые преобразуют сигналы от датчиков в унифицированный вид, удобный для обработки; устройства обработки информации и устройства вывода информации.
Системы диагностирования подразделяют: по степени общности даваемой информации - на локальную и общую; по характеру взаимодействия с объектом - на тестовую и функциональную. Локальное диагностирование служит для оценки технического состояния отдельных узлов и деталей, а общее диагностирование - главным образом объекта в целом. Тестовая система формирует воздействие, подаваемое на проверяемый объект с целью получить от него ответную информацию. Функциональная система регистрирует информацию о состоянии объекта в процессе его функционирования. Системы диагностирования предназначаются для решения следующих задач: проверка исправности, работоспособности и функционирования; поиск дефектов.
Системы технического диагностирования применяют при техническом обслуживании, т. е. при использовании по назначению, перед и после использования; а также при ремонте, перед ремонтом для уточнения объема работ и после ремонта для оценки качества.
Работа холодильных объектов обычно сопровождается сопутствующими процессами (теплообменом, массообменом, вибрацией и др.), параметры которых отражают техническое состояние объекта и содержат необходимую для диагностирования информацию. Такие параметры называют диагностическими параметрами; они являются физическими величинами и могут быть непосредственно измерены на работающем или неработающем объекте. Например, компрессор как объект диагностирования можно представить в виде комплекса узлов и деталей, состояние которых отражается диагностическими параметрами: режима работы (температура, давление); функционирования (холодопроизводительность, расход масла и электроэнергии); сопутствующих процессов (характеристики виброакустических сигналов, массовая доля примесей в масле); геометрическими (размер, зазор, биение).
Характеристики виброакустических сигналов (спектр, энергия, функция временного развития), отражающие ударные взаимодействия в кинематических нарах поршневых компрессоров небольшой холодопроизводительности, являются основой системы диагностики, посредством которых определяют зарождающиеся дефекты, текущие зазоры, предельно допустимые износы. Состояние сред, контактирующих с объектом, также дает определенную информацию. Например, смазочное масло всегда содержит частицы материала трущихся поверхностей. Их массовая доля характеризует интенсивность изнашивания поверхностей. Так, использование метода спектрального анализа проб смазочного масла позволяет выявить концентрацию всех металлов, присутствующих в масле, и определить скорость изнашивания даже отдельных сопряжений, если они изготовлены из различных материалов. Присутствие хладагента в воздухе помещения, хладоносителе, охлаждающей воде свидетельствует о наличии течей. Методы высокочастотной акустики применяют для определения трещин в стенках аппаратов, трубопроводов, кавитации в насосах, течей в соединениях.
Закономерности изменения диагностических параметров во времени, как правило, аналогичны закономерностям изменения параметров технического состояния объектов. В процессе работы диагностические параметры изменяются от начального значения до предельно допустимого за некую наработку. Измеряя текущее значение диагностического параметра и сравнивая его с признаками эталонного состояния объекта, можно установить техническое состояние объекта в данный момент и прогнозировать его последующее состояние. Номенклатуру диагностических параметров, допустимые и предельные значения, по которым определяют и прогнозируют техническое состояние объектов, устанавливают заводы-изготовители и указывают в НТД. Обычно для диагностического заключения требуется анализировать большое количество диагностических параметров. Поэтому для сложных объектов создают автоматизированные системы диагностики, выполняемые на базе ЭВМ.
В общем случае для создания автоматизированной системы технического диагностирования необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи. Разработать математическую модель функционирования объекта диагностирования, позволяющую проверять работоспособность и правильность функционирования по совокупности диагностических параметров. Создать математическую модель повреждений и отказов, дающую возможность обнаруживать повреждения и отказы, выявлять причины их возникновения. Построить алгоритмы диагностирования, что достигается выбором такой совокупности элементарных проверок, по результатам которых можно: в задачах обнаружения повреждений и отказов отличить исправное или работоспособное состояние либо состояние правильного функционирования от его неисправных состояний, а в задачах поиска повреждений и отказов различать неисправные и неработоспособные состояния между собой.
Для решения перечисленных задач применяют различные математические модели. Так, при создании моделей, позволяющих проверять работоспособность и правильность функционирования, используют системы линейных и нелинейных уравнений. Для построения моделей повреждений и отказов используют топологические модели в виде деревьев отказов и графов причинно-следственных связей между техническими состояниями и диагностическими параметрами. Модели объектов диагностирования являются основой для построения алгоритмов диагностирования. Построение алгоритмов диагностирования состоит в выборе такой совокупности проверок, по результатам которых можно отличить исправное, работоспособное состояние или состояние функционирования от им противоположных состояний, а также различать виды дефектов между собой. С техническим диагностированием связана задача прогнозирования технического ресурса объекта. Алгоритм технического диагностирования служит основой для создания автоматизированной системы технической диагностики.
5.1. Общее понятие об оценке технического состояния оборудования
Техническое состояние – состояние оборудования, которое характеризуется в определенный момент времени при определённых условиях внешней среды значениями параметров, установленных регламентирующей документацией .
Контроль технического состояния – проверка соответствия значений параметров оборудования требованиям, установленным документацией, и определение на этой основе одного из заданных видов ТС в данный момент времени.
В зависимости от необходимости проведения ТОиР различают следующие виды ТС :
- хорошее – ТОиР не требуются;
- удовлетворительное – ТОиР осуществляются в соответствии с планом;
- плохое – проводятся внеочередные работы по ТОиР;
- аварийное – требуется немедленная остановка и ремонт.
С целью установления фактического ТС оборудования, выявления дефектов, неисправностей, других отклонений, которые могут привести к отказам, а также для планирования проведения и уточнения сроков и объёмов работ по ТОиР проводятся технические обследования (осмотры, освидетельствования, диагностирование). Технические обследования оборудования, эксплуатация которого регламентируется нормативными актами, проводится в порядке, установленном соответствующими нормативными актами.
Технический осмотр – мероприятие, выполняемое с целью наблюдения за ТС оборудования.
Техническое освидетельствование – наружный и внутренний осмотр оборудования, испытания, проводимые в срок и в объёмах, в соответствии с требованиями документации, в том числе нормативных актов, с целью определения его ТС и возможности дальнейшей эксплуатации.
Техническое диагностирование – комплекс операций или операция по установлению наличия дефектов и неисправностей оборудования, а также по определению причин их появления.
5.2. Методы оценки технического состояния оборудования
Различают субъективные и объективные методы оценки ТС оборудования.
Под субъективными (органолептическими) методами подразумеваются такие методы оценки ТС оборудования, при которых для сбора информации используются органы чувств человека, а также простейшие устройства и приспособления, предназначенные для увеличения чувствительности в рамках диапазонов, свойственных органам чувств человека. При этом для анализа собранной информации используется аналитико-мыслительный аппарат человека, базирующийся на полученных знаниях и имеющемся опыте. К субъективным методам оценки ТС относят визуальный осмотр, контроль температуры, анализ шумов и другие методы.
Под объективными (приборными) методами подразумеваются такие методы оценки ТС, при которых для сбора и анализа информации используются специализированные устройства и приборы, электронно-вычислительная техника, а также соответствующее программное и норма-тивное обеспечение. К объективным методам оценки ТС относятся вибрационная диагностика, методы неразрушающего контроля (магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, ультразвуковой, контроль проникающими веществами) и другие.
5.3. Порядок и особенности проведения визуального осмотра оборудования
Порядок проведения осмотров оборудования основывается на последовательном обследовании его элементов по кинематической цепи их нагружения, начиная от привода до исполнительного элемента. Для этого необходимо знать конструкцию оборудования, состав и взаимодействие его элементов.
Вначале проводится общий осмотр оборудования и окружающих его объектов. При общем осмотре изучается картина состояния оборудования. Общий осмотр может носить самостоятельный характер и применяется при периодических осмотрах оборудования технологическим персоналом.
Под детальным понимается тщательный осмотр конкретных элементов оборудования. Детальный осмотр в зависимости от требований соответствующих нормативных и методических документов, проводится в определённом объёме и порядке. Во всех случаях детальному осмотру должен предшествовать общий осмотр.
Общий и детальный осмотр могут проводиться при статическом и динамическом режиме оборудования. При статическом режиме элементы оборудования осматриваются в неподвижном состоянии. Осмотр оборудования при динамическом режиме проводится на рабочей нагрузке, холостом ходу и при тестовых нагружениях (испытаниях).
Осмотр оборудования при включении или остановке механизма ориентируется в основном на контроль качества затяжки резьбовых соединений, отсутствие трещин корпусных деталей, целостность соединительных элементов. В рабочем режиме дополнительно проверяются биения валов, муфт, утечки смазочного материала, отсутствие контакта подвижных и неподвижных деталей.
При осмотре могут быть применены три основных способа: концентрический, эксцентрический, фронтальный. При концентрическом способе () осмотр ведётся по спирали от периферии элемента к его центру, под которым обычно понимается средняя условно выбранная точка. При эксцентрическом способе () осмотр ведётся от центра элемента к его периферии (по развёртывающейся спирали). При фронтальном способе () осмотр ведётся в виде линейного перемещения взгляда по площади элемента от одной его границы к другой.
Рисунок 5.1 – Концентрический способ осмотра детали
Рисунок 5.2 – Эксцентрический способ осмотра детали
Рисунок 5.3 – Фронтальный способ осмотра детали
При выборе способа осмотра учитываются конкретные обстоятельства. Так, осмотр помещения, где установлено оборудование, рекомендуется проводить от входа концентрическим способом. Осмотр элементов круглой формы целесообразно вести от центра к периферии (эксцентрическим способом). Фронтальный осмотр лучше применять, когда осматриваемая площадь обширна и её можно разделить на полосы.
Под идентификацией дефектов и повреждений подразумевается отнесение неисправностей к определённому классу или виду (усталость, износ, деформация, фреттинг-коррозия и т.п.). Идентифицируя дефект или повреждение, зная его природу, специалист в дальнейшем может определить причины появления неисправности и степень её влияния на ТС оборудования. Идентификация выявленных дефектов и повреждений осуществляется путём сравнения их характерных признаков с известными образцами или описаниями, которые для удобства пользования могут собираться и систематизироваться в иллюстрированных каталогах ().
Таблица 5.1 – Пример каталога (базы данных) описаний неисправностей, дефектов и повреждений
| Внешний вид повреждения | Описание повреждения | Причины возникновения |
|---|---|---|
 |
|
|
 |
|
|
 |
|
Завершающая стадия заключается в дополнительном осмотре элементов оборудования для уточнения ранее полученных результатов и их регистрации в отчётных формах.
Регистрационные формы – это определённый порядок записи результатов опроса, собственно осмотра и дополняющие их графические изображения деталей и объекта в целом: рисунки, эскизы, чертежи, фотоснимки и т.п. На графических изображениях должны обозначаться точка начала осмотра и его направление, места расположения обнаруженных дефектов и повреждений.
Формализация результатов проведения осмотра осуществляется протоколом осмотра. В протоколе осмотра отражается то, что специалист имел возможным обнаружить при осмотре, в том виде, в котором обнаруженное наблюдалось. Выводы, заключения, предположения специалиста о причинах возникновения дефектов и повреждений остаются за рамками протокола и обычно оформляются отдельным актом или отчётом. Не заносятся в протокол и сообщения лиц о ранее обнаруженных отклонениях, а также произошедших до прибытия специалиста изменениях обстановки. Такие сообщения оформляются самостоятельными протоколами.
К составлению протокола осмотра надо подходить с учётом того, что он может выступать в качестве самостоятельного документа. В этих целях протокол составляется краткими фразами, дающими точное и ясное описание осматриваемых объектов. В протоколе употребляются общепринятые выражения и термины, одинаковые объекты обозначаются одним и тем же термином на протяжении всего протокола. Описание каждого объекта осмотра идёт от общего к частному (вначале даётся общая характеристика осматриваемого оборудования, его расположение на месте осмотра, а затем описывается состояние и частные признаки). Полнота описания объекта определяется предполагаемой значимостью и возможностью сохранения данных. Фиксируются все имеющиеся признаки дефектов и особенно те, которые могут быть со временем утрачены. Каждый последующий объект описывается после полного завершения описания предыдущего. Объекты, связанные между собой, описываются последовательно с тем, чтобы дать более точное представление об их взаимосвязи. Количественные величины указываются в общепринятых метрологических величинах. Не допускается употребление не-определённых величин («вблизи», «в стороне», «около», «рядом», «почти», «недалеко» и пр.). В протоколе отмечается факт обнаружения каждого из следов и предметов, в отношении каждого объекта указывается, что было с ним сделано, какие средства, приёмы, способы были применены. При описании оборудования и отдельных его элементов в протоколе приводятся ссылки на планы, схемы, чертежи, эскизы и фотографии. Каждый осматриваемый элемент оборудования должен иметь отдельную запись о результатах его осмотра. Выводы протокола должны содержать информацию о наличии и характере дефектов, а при невозможности его установления – о необходимости последующего проведения идентификации.
