Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технического состояния оборудования системы теплоснабжения 8
1.1. Экспертная оценка факторов, определяющих надежность функционирования оборудования системы теплоснабжения 8
1.2. Методы контроля и диагностики технического состояния оборудования 15
1.3. Анализ режимов работы оборудования системы теплоснабжения 30
2. Экспериментальные исследования оборудования системы теплоснабжения 36
2.1. Планирование экспериментальных .исследований сетевых насосов 36
2.2. Вибрационные и термодинамические исследования сетевых насосов и подогревателей сетевой воды 47
2.2.1. Вибрационные исследования сетевых насосов 47
2.2.2. Экспериментальное определение собственных частот роторов сетевых насосов 62
2.2.3. Прогнозирование остаточного ресурса работы сетевых насосов 64
2.2.4. Термодинамический режим работы сетевых насосов 70
3. Теоретические исследования технического состояния оборудования системы теплоснабжения 73
3.1. Ожидаемые частоты проявления основных неисправностей сетевых насосов 73
3.2. Методика расчета критических частот вращения сетевых насосов
3.3. Гидравлический расчет сетевых насосов 87
4. Технико-экономическая эффективность при внедрении систем контроля и диагностики оборудования системы теплоснабжения 94
4.1 .Проблемы повышения технико-экономической эффективности работы сетевых насосов 94
4.2. Методика и результаты расчета технико-экономической эффективности при переходе на эксплуатацию по фактическому состоянию сетевых насосов 100
Основные выводы по диссертации 107
Список использованных источников 108
- Методы контроля и диагностики технического состояния оборудования
- Вибрационные и термодинамические исследования сетевых насосов и подогревателей сетевой воды
- Гидравлический расчет сетевых насосов
- Методика и результаты расчета технико-экономической эффективности при переходе на эксплуатацию по фактическому состоянию сетевых насосов
Методы контроля и диагностики технического состояния оборудования
При реализации этого принципа исходят только из возможностей ручных вычислений. В частности, вычисления обычно сводят к скалярно зависимым параметрам, что естественно, обедняет возможности использования метода. В этом случае область допустимых значений параметров будет не отрезком числовой прямой, а сложной областью в функциональном многомерном пространстве зависимых и сопутствующих параметров. Например, выброс некоторого параметра может быть не неисправностью данного узла, а особыми условиями работы или неисправностью другого узла. Возможности автоматизированной обработки информации на базе банка данных и ЭВМ позволяет в процессе эксплуатации оборудования установить такие допустимые области.
Метод базовой модели. Устанавливается период эксплуатации оборудования, относительно которого заведомо известно, что оно работало исправно. В качестве такого периода выступает начальный период эксплуатации. На основании информации за этот период оцениваются неизвестные коэффициенты модели.
После определенного периода работы фиксируют реализацию изменения сопутствующих параметров. В соответствии с моделью вычисляют ожидаемую траекторию процесса изменения зависимых параметров, а также область для этой траектории, отвечающей заданной доверительной вероятности. С этой вероятностью полученная в данный отрезок траектория должна попасть в построенную область, если только оборудование не изменило свои характеристики (коэффициенты модели). Выход за область рассматривается как неисправность[3, 31].
Метод учета динамики изменения параметров модели. По многим зависимым параметрам за межремонтный период фиксируется информация, достаточная для оценивания неизвестных коэффициентов модели. Обозначим оценку для і - го межремонтного периода через Ьт , в и т.п. Тогда получим временной ряд оценок неизвестных коэффициентов модели b , bu, ... Обычными методами теории регрессии можно провести анализ этого ряда, выявить имеющиеся тенденции его изменения и т.п.
Пересчет оценок параметра модели и анализ тенденции получающегося временного ряда оценок можно проводить непрерывно от межремонтного срока до следующего межремонтного срока, используя алгоритмы рекуррентного оценивания коэффициентов модели.
Простейшая модель диагностики. В простейшем случае имеется один зависимый параметр и предполагается, что за один межремонтный период учитывается только одно значение этого параметра, экстремальные значения, эмпирические квантили, т.е. значения, которые не были превышены в течение заданного межремонтного срока работы насоса.
Сопутствующие параметры формируются на основе наработки узла или детали к текущему межремонтному сроку эксплуатации и при прогнозировании используется полиномиальная зависимость: X = b +b 2ti+...+bj " ], где Y - прогноз значения зависимого параметра в і - м межремонтном сроке; t, - наработка оборудования к / - му межремонтному сроку; Ъ" - оценка неизвестных коэффициентов; (от-1) - степень полинома (целое положительное число).
В общем случае все сопутствующие параметры можно разделить на три большие группы, учитывающие состояние внешней среды (температура), состояние внутренней среды (наработка), положение систем управления [11].
Правильная комплектация сопутствующих параметров является необходимым условием хорошей модели. В ряде случаев следует учитывать взаимодействие параметров. Это можно сделать путем включения в модель произведений рассматриваемых сопутствующих параметров. Часто для правильного описания условий работы оборудования в каждый момент следует вводить нулевые перемещения. Они принимают значения 0 или 1 в зависимости от того, действует или нет некоторый фактор в данный момент времени.
Неизвестные коэффициенты матриц оцениваются по принципу "базовой модели" последовательным регрессионным методом, в результате чего полу 26 чим аналитическое описание закона работы оборудования. Диагностика, проводимая после очередного межремонтного цикла работы оборудования, заключается в проверке гипотезы о том, что новые данные не противоречат ранее оцененной статистической модели. Можно применить метод анализа динамики моделей и выявить тренд изменения оценок коэффициентов.
По мере накопления статистической информации можно будет устанавливать область допустимых значений параметров. Эти области будут иметь сложный вид и выражаться не только через зависимые параметры, но и через сопутствующие параметры и оценки неизвестных коэффициентов.
Фактическое состояние оборудования определяется с помощью термодинамических и вибрационных средств контроля и диагностирования. Принципиальная схема решения задач технической диагностики оборудования представлена на рис. 1.3. [28].
Увеличение средней наработки до выхода в капитальный ремонт достигается более полным использованием заложенных в каждом агрегате возможностей. Кроме того, широкое использование современных методов контроля при эксплуатации и ремонте по техническому состоянию значительно снижает затраты на техническую эксплуатацию и ремонт, повышает их эффективность. В ремонт направляются те узлы и детали, которые действительно нуждаются в восстановлении [32].
Оценка текущего состояния оборудования во всех фазах эксплуатации сводится к решению следующих задач: получение объективной информации о его параметрах; заключение о его состоянии с обоснованными нормами для диагностируемых параметров. Под информацией понимаются сведения, характеризующие состояние оборудования. Источником информации могут служить визуальные наблюдения, шум при работе, вибрация, а также показания приборов, контролирующих рабочие параметры.
Вибрационные и термодинамические исследования сетевых насосов и подогревателей сетевой воды
Информация с выхода согласующих устройств записывается на компьютер для дальнейшей обработки.
Известно, что чем меньше путь сигнала к анализирующим устройствам, тем меньше влияние погрешностей из-за коэффициента детонации записывающей аппаратуры. Поэтому целесообразно использовать портативную аппаратуру, включающую в себя как измерительный, так и анализирующий блоки.
Из-за большого числа данных при измерениях виброхарактеристик возникает задача выбора наиболее информативного направления, измеряемого параметра вибрации. Согласно нормам правил технической документации и нормативным документам [24, 25] вибрация должна измеряться в вертикальном, поперечном и осевом направлениях. Причем поперечное и осевое направление измерений выполняется в разъеме подшипника.
Исследование технического , состояния СИ разделяется на несколько этапов: предварительное исследование, исследование причин вибрации на работающем агрегате, исследование остановленного агрегата, обработка результатов исследования. По результатам обработки материалов исследования составляется заключение о причинах вибрации и мерах по ее снижению.
При предварительном исследовании ставится задача определить причины появления повышенной вибрации, ее уровень, локализацию максималь 44 ных амплитуд, частотный спектр вибрации, общий характер вибрационных явлений. Если при этом становятся ясными причины вибрации, то после предварительного обследования составляется заключение и определяется объем работ по устранению повышенной вибрации.
Предварительное исследование включает в себя опрос эксплуатационного персонала, ознакомление с документацией, подготовки виброаппаратуры, проведение измерений вибрации. Опрос персонала должен выявить следующее: - когда и при каких обстоятельствах обнаружена повышенная вибрация (после монтажа агрегата, после капитального или текущего ремонта, в процессе эксплуатации, вибрация возникла скачком или постепенно и т. п.); - какие приняты меры по обеспечению безопасности агрегата (агрегат остановлен, оставлен в эксплуатации, ограничен по нагрузке и т. д.); - какие имеются наблюдения за характером вибрации (вибрация зависит от нагрузки, не зависит от нагрузки, внезапно возникает и исчезает, возникает при определенных условиях, преобладает в определенных точках и т. д.); - какие работы по ремонту агрегата предшествовали появлению вибрации.
Рассмотрены следующие документы: монтажные и ремонтные формуляры, отчетные документы по предыдущему ремонту, технические акты, имеющие отношение к вибрации, виброграммы с записывающего прибора, имеющиеся записи вибрации, чертежи агрегата. При ознакомлении с документацией необходимо определить соответствие зазоров и натягов в подшипниках, а также соответствие центровок по полумуфтам рекомендуемым значениям, выяснить изменения амплитуд вибрации во времени и в зависимости от режима работы агрегата. Предварительные замеры вибрации производятся при некоторой нагрузке агрегата без вмешательства в режим его эксплуатации и в основном ограничиваются измерением трех компонентов вибрации опор. Если повышенная вибрация возникает при определенном режиме, то для предварительных измерений выбираются два режима: с нормальной и повышенной вибрацией.
В тех случаях, когда вибрация локализуется на одном подшипнике, или части фундамента, целесообразно произвести соответственно снятие контурной характеристики. При предварительных замерах в каждой точке фиксируются размах полигармонической вибрации, амплитуда и фаза оборотной составляющей вибрации, частота и размах преобладающей гармоники вибрации (если она не оборотная).
Предварительный этап исследований позволяет выяснить наиболее вероятные причины вибрации и построить последующие эксперименты таким образом, чтобы выделить из группы вероятных действительную причину.
По результатам предварительного исследования агрегата составляется программа исследований на работающем агрегате. Ряд режимов агрегата, необходимых для исследования, может выходить за пределы, определенные правилами технической эксплуатации. Во всех случаях эксперименты по исследованию вибрации сетевых насосов связаны с вмешательством в режим работы предприятия, а иногда и тепловой сети города. Поэтому программа исследований должна быть согласована с эксплуатационным персоналом и утверждена главным инженером предприятия.
Исследование включает опытное определение влияния на вибрацию различных факторов: теплового состояния, крутящего момента, нагрузки, эксплуатационных расцентровок. Исследование предполагает также снятие частотных и режимных характеристик вибрации.
Помимо типовых экспериментов производились специальные опыты. Они планировались индивидуально в зависимости от предполагаемых причин вибрации, конструктивных особенностей агрегата, схемы его работы с тепловой сетью, коллекторами, трубопроводами. Изменения режимов работы агрегата при исследовании вибрации производятся в такой последовательности, чтобы по возможности обеспечить проведение всего комплекса намеченных экспериментов за один цикл «включения-выключения» агрегата.
Следующим этапом исследования вибрации является исследование остановленного агрегата. При минимальной разборке это исследование обычно ограничивается ревизией опорных подшипников, проверкой центровок по муфтам и состояния муфт, осмотром мест задеваний в доступной части роторов электродвигателя и насоса. При ремонте агрегата могут быть проведены также работы по частичной разборке роторов, их всесторонней проверке, включающей проверку на балансировочном станке, по ревизии шпоночных соединений и других монтажных сопряжений подшипников и корпусов.
Исследование остановленного агрегата позволяет также сопоставить его результаты с характером наблюдавшейся вибрации и подтвердить известные вибрационные диагностические признаки найденных дефектов либо обнаружить новые.
Следует учесть, что вибрационное исследование не всегда приводит к однозначному определению причины вибрации, поэтому в заключении по этому исследованию должны быть указаны все возможные причины вибрации, а намечаемый объем ремонтных работ должен предусматривать устранение всех этих причин.
Иногда трудно предвидеть, окажутся ли достаточными намеченные работы по устранению выявленной причины вибрации. Это относится, например, к низкочастотной вибрации, к работам по ужесточению опор и т. п. В таких случаях в заключении должна быть оговорена возможность дополнительных мероприятий по устранению вибрации после выполнения и проверки результатов проведенных работ.
Гидравлический расчет сетевых насосов
В приборе модели AV 012 версии 2.хх введена функция определения собственных частот элементов конструкции машин при их импульсном возбуждении. Определение собственных частот узлов агрегатов позволяет диагностировать ослабление конструкции, развитие трещин в лопатках рабочих колес, определять критические частоты вращения роторов и конструкционные резонансы. При определении собственных частот в качестве информативного датчика может использоваться как штатный пъезоакселерометр, входящий в комплект поставки, так и электромагнитный датчик типа КЕ010, позволяющий производить бесконтактные измерения для деталей, изготовленных из электромагнитных материалов. При определении собственных частот предусмотрена возможность запуска измерений по сигналу датчика с канала А или Б, задание временной задержки после запуска в диапазоне от О до 9999 мс, настройка уровня запуска с возможностью визуального контроля и задание частоты среза фильтра нижних частот.
Значение собственной частоты определяется по периоду временного сигнала с автоматическим пересчетом в частоту.
При импульсном возбуждении собственных частот очень важно учитывать ожидаемое значение частоты собственных колебания узла или детали. Для возбуждения низких частот необходим "мягкий " удар, выполняемый, например, молотком с полиуретановой накладкой. Для возбуждения более высоких частот используется медная накладка или удар стальной поверхностью. Также необходимо производить импульсное возбуждения вблизи пучности собственной формы колебаний. Так, например, для возбуждения первой формы колебаний заделанной лопатки необходим удар вблизи ее свободного конца, а для возбуждения первой формы колебаний симметричного ротора - вблизи его середины.
Данные анализа собственных частот при импульсном возбуждении записываются в память прибора модели AV-012 в виде формы сигнала для возможности последующего вызова и анализа.
Схема измерения собственной частоты ротора насоса - Место нанесения импульсного возбуждения _[ - Место установки датчика В табл.2.4.-2.5. сведены результаты экспериментальных измерений собственных частот роторов СЭ-5000-70 и СЭ-5000-160.
Таблица 2.4 Результаты измерений собственных частот ротора СЭ-5000- Точка измерения Точкаудара СобственнаячастотаГц Амплитуда (пиковое значение) м/с Среднее значение собств. частоты Гц Общее среднеезначениеГц
При эксплуатации СН важно знать величину остаточного ресурса, т.е. через какой период времени работы механизм достигнет предельного технического состояния, требующего ремонта.
При создании временных прогнозов эксплуатационного контроля и диагностирования СН в качестве критерия используют параметры вибросмещения. Основной целью прогнозирования вибрации является не только контроль, но и диагностирование технического состояния СН в процессе их работы. Прогнозирование вибрации создает такие условия эксплуатации, когда возможно своевременное обнаружение любых, даже незначительных повреждений или механических отклонений, т.е. выявление повреждений на начальной стадии их возникновения. Решение этой задачи требует обеспечения минимального уровня вибрации СН. Такая постановка вопроса позволит снизить расходы на ремонт путем увеличения длительности межремонтного ресурса работы СН, повысить экономию потребляемой электроэнергии.
В результате статистической обработки данных по эксплуатации СН можно выделить три типа повреждений; мгновенные, зависимые от времени, зависимые от времени с задержкой. Указанным типам повреждений соответствует своя скорость изменения вибрации, так называемый тренд.
Мгновенные повреждения, типичные для усталостного разрушения рабочих колёс СН, происходят внезапно. Эффективные средства определения начала мгновенного повреждения отсутствуют.
Для повреждений, зависимых от времени и времени с задержкой, характерным является тренд [5]. Для прогнозирования вибраций исследуются два указанных типа тренда, причем до его появления состояние СН характеризуется оценкой "хорошо", после его появления и развития до предаварийного состояния агрегата - оценками "годно", "допустимо" и "недопустимо". За период исследования СН выявлены связи между условиями и длительностью повышения вибрации, с одной стороны, и повреждениями узлов СН - с другой; проведено относительное сопоставление результатов периодических осмотров разобранных СН после аварии с результатами изменения скорости уровня вибрации. Для выделения тренда во временном ряду необходимо убедиться в его наличии.
Уровни вибрации, измеренные в различные моменты времени, могут быть представлены реализацией одной и той же величины вибрационного состояния СН. Поэтому за нулевую гипотезу принимается, что упорядоченная последовательность результатов контроля вибрации является следствием статистически независимых измерений некоторой случайной величины, т.е. имеется выборка из генеральной совокупности с неизвестными характеристиками. Если нулевая гипотеза не подтверждена, то предполагается наличие непериодического тренда.
Проверка нулевой гипотезы производится с помощью подсчета серий, т.е. множества последовательных моментов времени при которых значения ряда лежат выше или ниже медианного уровня - уровня, удовлетворяющего такому условию, при котором число наблюдений, превышающих этот уровень, равно числу наблюдений, не превышающих его [15].
Методика и результаты расчета технико-экономической эффективности при переходе на эксплуатацию по фактическому состоянию сетевых насосов
В этой связи оценка технико-экономической эффективности СКД выступает как актуальная проблема, решение которой позволит определить соотношение результатов и затрат на систему контроля и диагностирования, и выбрать варианты системы, обладающие наибольшей эффективностью.
При рассмотрении проблемы оценки технико-экономической эффективности СКД обращает на себя внимание тот факт, что понятие эффективности в приложении к организационным системам диагностики не находит среди специалистов адекватного понимания. Некоторые из них рассматривают эффективность только как результат, способность системы выполнить свое назначение, т.е. фактически отождествляют надежность и эффективность.
В то же время многие специалисты в области диагностики считают понятие эффективности более широким, чем надежность. Эффективность охватывает все качественные стороны системы и поэтому может рассматриваться как ее интегральное, обобщающее свойство, распространяющееся на множество факторов, формирующих процесс функционирования системы при достижении поставленной цели.
Можно рассматривать эффективность не просто как результат, а как наилучший результат, включающий в себя оценку необходимых затрат, для обеспечения поставленной цели. С этих позиций эффективность организационных систем диагностики может быть определена как мера максимили-зации (минимизации) установленного критерия оптимальности при достижении объектом диагностической заданной цели.
Сказанное выше позволяет сделать вывод о том, что свойство эффективности присуще только достаточно надежным системам, способным обеспечить получение конкретного результата. Таким образом, эффективная система диагностики всегда надежна, а надежная система может быть недостаточно эффективной, т.е. обеспечивающей достижение заданной цели не обязательно оптимальными способами. При проектировании СКД, как правило, решается задача организации надежной и эффективной системы. В такой системе конечный результат достигается не любой ценой, а путем принятия оптимальных решений обеспечивающих максимальное (минимальное) значение целевой функции, установленной при проектировании системы.
Например, перед СКД может быть поставлена цель обеспечить своевременный останов объектов при достижении заданных показателей. Постановка задачи предполагает не просто достижение объектом диагностического заданного результата, а получение результата экономически эффективными способами. Если СКД справиться с поставленной задачей, то она будет надежной и эффективной.
В случае, когда результат (своевременный останов объектов) будет достигнут, но предприятие не добьется приемлемых показателей по прибыли, СКД можно назвать надежной, но эффективной назвать нельзя. И, наконец, если система обеспечила максимизацию выбранного критерия (максимум прибыли), но конечный результат не достигнут (нет своевременного останова объектов), то можно утверждать, что она не справилась с поставленной целью и не может быть названа ни надежной, ни эффективной, т.к. достижение целевой функцией экстремального значения не является самоцелью и имеет смысл только при условии обеспечения конечного результата.
Предложенный подход позволяет определить количественное значение эффекта, ожидаемого (или полученного) от внедрения СКД, и сравнивать различные системы по этому критерию. Экономическое содержание понятия эффективности в этом случае ограничивается оценкой упомянутого эффекта и не включает в себя учет затрат на создание СКД.
Соотношение эффекта от совершенствования СКД с необходимыми при этом затратами характеризуется содержанием понятия экономической эффективности. Именно это понятие содержит в своей основе сопоставление результатов и затрат, без которого невозможно дать общую оценку эффективности системы СКД. Придание различного экономического смысла понятиям эффективности и экономической эффективности не является бесспорным. Эти понятия можно было рассматривать и как однопорядковые. В этом случае экономическое содержание, вкладываемое в понятие эффективности, будет соответствовать содержанию понятия эффекта. Однако, предложенное выше разграничение в большей степени соответствует сложившейся практике употребления упомянутых понятий и позволяет провести четкие границы между экономическим содержанием понятий надежности, эффективности и экономической эффективности. При этом первые два понятия могут рассматриваться как показатели третьего, обобщающего понятия.
Основываясь на сделанных выводах, можно сказать, что оценка экономической эффективности СКД непосредственно связана с величиной затрат на контроль и диагностирование и с размером эффекта, вызванного функционированием системы СКД.
Вопрос определения затрат на контроль и диагностирование до недавнего времени не являлся предметом исследования. Это объясняется тем, что затраты на контроль и диагностирование традиционными методами не содержали расходов на приобретение и эксплуатацию дорогостоящих технических средств и включались в различные статьи накладных расходов, что не вызывало в экономической литературе никаких дискуссий.
