Главная / СТАТЬИ

СТАТЬИ

Краткое описание функционирования аппаратуры виброконтроля

Большое значение для обеспечения эксплуатационной надежности агрегата имеет достижение большого срока службы агрегатов, оказывающее существенное влияние на эффективность энергетической промышленности. Обслуживание агрегатов, внеплановые ремонты связаны с материальными затратами. Для повышения эксплуатационной надежности машин необходимо своевременно распознать такие изменения состояния машин, как износ, дефекты, возникающие повреждения и с помощью соответствующих мер во время предупредить разрушение агрегата. Поэтому возникает задача определения технического состояния каждого отдельного агрегата без его разборки.

Основную роль в оценке механического состояния агрегата играет контроль его вибрационных параметров, непосредственно отражающих жесткость крепления и сопряжения механических частей агрегата. В течение длительного времени контроль вибрационного состояния агрегата проводился визуально. В 70-е годы турбоагрегаты стали оснащаться системами непрерывного контроля, позволяющими сравнивать измеренные уровни вибрации с предварительно установленными предельными значениями, нормированными для каждого конкретного типа агрегатов.
Развитие измерительной техники и вычислительных машин ряда РС потребовало совершенствования систем контроля агрегатов и разработки нового поколения аппаратуры на базе микропроцессорного управления с возможностями обработки алгоритмов в реальном масштабе времени, подключения в сложные системы автоматического управления агрегатом, сохранением результатов измерений и последующей их диагностикой.
Значительное увеличение объема информации требует создания единых измерительных систем, соответствующих нормированным требованиям, позволяющих организовывать мощные комплексы управления агрегатом и диагностики его состояния.

Контроль вибрационных параметров в полном объеме включает:

  • субъективную оценку состояния агрегата - (оценка обслуживающим персоналом зрительно по внешнему виду при помощи слуха, зрения, осязания);
  • мониторинг агрегата -  (измерение вибрации и сравнение полученных значений с предельными);
  • анализ состояния агрегата - (аналитическое измерение вибрации, контроль предельных значений многих параметров);
  • диагностику состояния агрегата -  с выдачей рекомендаций по его эксплуатации (может быть использована как в "ручном" - по требованию оператора, так и в "автоматическом" режиме - по текущему состоянию агрегата с автоматическим управлением).

Непрерывный контроль состояния агрегата обеспечивает:

  • Повышение безопасности оборудования - Своевременное определение дефекта позволяет предупредить возникновение больших последующих потерь и повысить защиту персонала и окружающей среды.
  • Повышение готовности оборудования к эксплуатации - В результате непрерывного контроля машины можно ограничить количество ревизий, инспекций, внеплановых отключений машины.
  • Ограничение времени ревизий и затрат, связанных с ремонтом - С помощью непрерывного контроля с автоматической диагностикой можно уже в течение эксплуатации определить причины отказов и неисправностей машин и своевременно запланировать меры по текущему ремонту (замену поврежденных деталей, выравнивание муфт и балансировку).
  • Увеличение срока службы - Оптимизация пуска, отключения, переходных процессов и предупреждение образования некорректных эксплуатационных состояний.

Состояние машины, ее неисправности и развивающееся повреждение проявляются на работающей машине посредством признаков неисправностей и повреждений, таких, как, например, механические вибрации, шум, сдвиг частей машины и увеличение температуры. По определенному набору признаков можно судить о конкретном состоянии машины. Поэтому при оценке состояния машины должны учитываться комплексные признаки.

ВИБРОМОНИТОРИНГ

Мониторинг является основным звеном виброконтроля, от которого зависит правильная постановка вибрационных измерений на агрегате и достоверность результатов последующего анализа. Мониторинг - это непрерывный контроль состояния агрегата, проводящийся первичными средствами измерения, установленными в так называемых "критических" точках агрегата, характеризующих его механическую надежность. "Критические" точки агрегата - подшипники или места вблизи них, валы, места соединений элементов конструкции агрегата и т.д. 

Аппаратные средства для проведения мониторинга

Аппаратура контроля вибрации включает:
- первичные преобразователи - датчики
- вторичные преобразователи - нормирующие усилители для согласования выхода первичного преобразователя и входа блока обработки и индикации блоки обработки и индикации.

Для контроля вибрации используются датчики двух типов:

Абсолютная вибрация Относительная вибрация
(установка на корпусе контролируемого объекта) (установка без контакта с контролируемым объектом)
Корпуса подшипников Контроль вибрации ротора
Пьезоэлектрические акселерометры Вихретоковые датчики

Ниже рассмотрены основные способы контроля вибрации, как абсолютной, так и относительной, показаны способы установки первичных преобразователей, даны краткие определения каждого контролируемого параметра, описание средств измерения, для контроля вибрации, даны рекомендации по использованию аппаратных средств.

Не следует считать данные рекомендации окончательными. При поставке аппаратуры Заказчику конфигурация измерительной системы и эксплуатационная документация уточняются для конкретного агрегата.

Абсолютные вибрации подшипников

Наиболее характерные вибрации, описывающие состояние машины, проявляются на подшипниках. Абсолютные вибрации подшипников - это быстрое движение рабочей трущейся поверхности подшипников и корпуса подшипника по отношению к неподвижной опорной точке в пространстве. Они измеряются на корпусе подшипника в горизонтальном, вертикальном и при необходимости в аксиальном направлении с помощью пьезоэлектрических акселерометров, преобразующих механическое движение объекта в электрический сигнал, прямо пропорциональный измеряемому ускорению. Выходной сигнал определяется как среднеквадратическое значение виброскорости в единицах мм/с. Датчики такого типа устанавливаются непосредственно на корпусе агрегата, что удобно, т.к. установку можно произвести быстро.

Основой датчика является его пьезокерамический чувствительный элемент. Чувствительные элементы (ЧЭ) могут быть трех типов: растяжения-сжатия, изгибный и сдвиговый.

Такая конструкция ЧЭ отличается высокой вибропрочностью и используется в акселерометрах, предназначенных для эксплуатации в зоне высокоинтенсивных вибраций или жестких условиях эксплуатации (воздействие высоких температур). В высокотемпературных ЧЭ наборный пакет выполняется в виде спеченного модуля и представляет собой монолит, что позволяет обеспечить измерения при температурах окружающей среды до 600 °С при высокой вибропрочности конструкции ЧЭ.

ЧЭ изгибного типа имеет очень низкую поперечную чувствительность. 

Такая конструкция позволяет обеспечить достаточно высокую чувствительность датчика в контролируемом направлении при практически полном отсутствии чувствительности к воздействию вибрации во всех других направлениях, что позволяет обеспечить высокую достоверность измерений при эксплуатации.

Сдвиговый ЧЭ выполняется в виде тонкостенного цилиндра, установленного на шпильке основания и закрепленного при помощи пружины по образующей. Такой ЧЭ сложен в изготовлении, используется в датчиках, где требуется высокая точность измерений прецизионных датчиках, предназначенных для калибровки средств измерения вибрации. Недостатком данной конструкции является недостаточная механическая жесткость, поэтому в жестких условиях эксплуатации их применение ограничено.

Каждый тип ЧЭ имеет свои преимущества и недостатки и поэтому для правильной постановки измерений на объекте следует учесть все условия эксплуатации. Целесообразно использовать несколько типов датчиков в одной системе в зависимости от места расположения на объекте.

Пьезоэлектрические датчики для контроля вибрации энергетических агрегатов должны эксплуатироваться в условиях:

- интенсивного воздействия электромагнитных полей;
- воздействия смеси масла и воды;
- измерять вибрацию в одной точке одновременно по трем взаимноперпендикулярным осям, т.е. иметь низкую поперечную чувствительность;
- иметь прочный корпус, устойчивый к механическим воздействиям и обеспечивающий длительную непрерывную эксплуатацию. 

Поэтому датчики для контроля абсолютной вибрации, эксплуатирующиеся на энергетических агрегатах, выполняются с ЧЭ изгибного типа, дифференциальной электрической схемой, прочным корпусом из нержавеющей стали, антивибрационным кабелем в металлорукаве и изолирующей трубке (АНС 252). Для удобства установки на изделии датчик может иметь одну или две посадочные поверхности (АНС 252) или выполнен в защитном кожухе (АНС 205). Для обеспечения измерения в одной точке по трем осям одновременно разработаны трехкомпонентные датчики, имеющие три ЧЭ в одном корпусе (АНС 258).

Также разработана широкая номенклатура датчиков общепромышленного применения для турбоагрегатов, использующихся для специальных измерений, в зоне воздействия высокочастотных вибраций (АВС 070-01), в зоне высоких температур (АНС 260-01), широкополосный датчик для средних температур (до 200 °С - АНС 066-02). Эти датчики выполнены с унифицированной посадочной поверхностью, что позволяет варьировать типами датчиков при проведении измерений. Датчики также имеют надежный корпус и защищенный в металлорукаве кабель (для АНС 066-02 и АВС 070-01) и металлический кабель для "горячего" датчика.

При постановке измерений следует учитывать, что измерение вибрации требуется проводить при непосредственном контакте с поверхностью объекта, т.е. устанавливать датчик на жестком кронштейне и без дополнительного охлаждения. Поэтому при выборе типа датчика учитывается:

  • частотный спектр в месте установки;
  • температура поверхности объекта контроля;
  • уровень вибрации.  

Выходной сигнал с акселерометра поступает на вход согласующего усилителя, основное назначение которого - согласование выхода датчика и входа измерительного блока. Согласующие усилители для мониторинговых акселерометров выполняются как усилители заряда для обеспечения возможности работы на длинную кабельную линию без потери информации. Для повышения помехозащищенности усилитель заряда выполняется с дифференциальным входом.

С усилителя заряда выходной сигнал поступает на вход блока обработки и индикации. Блок обработки и индикации включает следующие функциональные узлы:
1) интегратор (преобразование ускорения в виброскорость или перемещение);
2) фильтры (выделение требуемой частотной полосы);
3) детектор (пиковый или среднеквадратичный в зависимости от вида выходного сигнала);
4) узел индикации;
5) узел контроля (управление сигнализацией).

Согласующий усилитель и блок обработки могут быть выполнены в одном корпусе, если не требуется индикация текущих значений контролируемых параметров.

Относительные вибрации и перемещения валов

Относительные вибрации валов - это быстрые движения вала по отношению к рабочей трущейся поверхности подшипников. Относительные перемещения валов - изменение положения вала в осевом направлении относительно первоначального.

Для контроля относительных перемещений вращающихся деталей используются бесконтактные датчики. Датчики такого типа позволяют проводить контроль вибрации без контакта датчика и объекта. При этом на сигнал вихретокового датчика практически не влияют влажность, давление и загрязненность окружающей среды (наличие в ней масла и т.д.), загрязнение поверхности объекта непроводящими веществами. Вихретоковые датчики для использования в конструкциях валопроводов роторных машин должны отвечать таким требованиям как:

  • линейность статической характеристики;
  • широкий диапазон измерения перемещений и зазоров;
  • большой диапазон рабочих температур.

Обеспечение данных требований достигается путем оптимизации конструктивных и электрических параметров ЧЭ. Учитывая значительные геометрические размеры ротора, диапазон измеряемых величин варьируется от единиц микрон до десятков миллиметров. Каждая точка контроля на роторе оснащается специальным измерительным кольцом "буртиком" различной ширины и высоты, относительно которого устанавливаются датчики. Поэтому для вихретоковых датчиков были разработаны чувствительные элементы двух типов:

Вихретоковые датчики по рабочему положению ЧЭ выполнены как накладные, т.е. ЧЭ датчика накладывается торцем на объект контроля и размещается перпендикулярно или параллельно объекту.

При защите чувствительного элемента датчика специальным компаундом датчик устойчив к механическим и атмосферным воздействиям, может эксплуатироваться в агрессивных средах в широком интервале температур и давлений. При помощи вихретоковых датчиков измеряют зазоры, перемещения и вибрации в машинах и механизмах, частоту вращения различных вращающихся элементов.

Информационная способность вихретоковых датчиков в значительной степени определяется погрешностью преобразования измеряемого параметра. Суммарная погрешность вихретокового датчика складывается из большого числа составляющих:

  • погрешность нелинейности характеристики;
  • температурная погрешность;
  • погрешность от старения датчика и т.д.

Поэтому при изготовлении и настройке ЧЭ вихретокового датчика особое внимание уделяется качественной подстройке градуировочной характеристики под конкретный металл, относительно которого проводятся измерения.

Блок согласования вихретокового датчика выполнен по автогенераторной схеме и имеет высокую собственную несущую частоту (до 1 МГц), что обуславливает широкий частотный диапазон датчика и высокую разрешающую способность (до 1 мкм) и точность измерений. При помощи вихретоковых датчиков можно контролировать чистоту поверхности вращающегося объекта (царапины, трещины), износ подшипников.

Дальнейший измерительный тракт - прием и обработка сигнала датчика, передаваемый блоком согласования, включает процессорные блоки различного типа, обеспечивающие разделение статической и динамической составляющих, фильтрацию, микропроцессорную обработку информационного сигнала. Существует несколько базовых типов процессорных блоков, назначение которых и функциональное назначение определяется контролируемым параметром. Какие параметры могут контролироваться при помощи вихретоковых датчиков, пояснено ниже.

Постановка измерений и определение параметров относительной вибрации

В настоящее время у турбоагрегатов принято измерять и контролировать прежде всего относительные вибрации валов. В случае паровых агрегатов на электростанциях и в особых случаях дополнительно измеряются абсолютные вибрации подшипников. При модернизации старых турбоагрегатов часто из-за проблем, связанных с монтажом при встраивании относительных датчиков, определяются только абсолютные вибрации подшипников.

Если машина находится на ходу на своих рабочих оборотах вибрации вала и подшипников отличаются, в общем, одинаковыми изменениями во времени. Это значит, что изменения в состоянии машины сказываются на вибрациях вала и подшипников одинаковым способом. В случае энергетических турбоагрегатов амплитуды вибраций вала в большинстве случает в 4-10 раз больше, чем амплитуды вибраций подшипников. В тех случаях, когда вибрации вала сопоставимы с вибрациями подшипников, рекомендуется проведение измерения абсолютных вибраций вала.

Входной сигнал вихретокового датчика состоит из постоянной составляющей, определяемой статическим положением датчика относительно контролируемой поверхности (расстоянием до поверхности объекта) и динамической составляющей, зависящей от наличия высокочастотных быстропеременных вибрационных процессов, определяемых поведением подшипников, качением (биением) ротора и т.д. Обработка сигнала датчика может осуществляться двумя способами:

1) аналитическим методом. Спектр вибраций, встречающийся на машине, подвергается разложению на отдельные компоненты с помощью быстрого преобразования Фурье и проводится оценка информации о величине, фазовом угле и частоте этих компонентов. Этот способ является основным при использовании систем с автоматическим диагностироваем состояния агрегата.

2) с помощью приведения выходного сигнала к нормированной величине постоянного тока. Если сигнал, соответствующий спектру вибраций, в определенном диапазоне частот преобразован в напряжение постоянного тока и на его основании затем создана единственная характерная величина, соответствующая интенсивности вибраций (размах, статическое смещение и т.д.), в таком случае принять говорить о глобальной оценке состояния машины. Глобальное детектирование сигнала приводит к классическому контролю состояния машин.

Все контролируемые параметры делятся на статические, контролируемые в диапазоне частот до 0,5 Гц, и динамические - высокочастотные до 10 кГц.

К статическим параметрам относятся осевой сдвиг, эксцентриситет оси, относительное расширение контролируемого объекта, тепловое расширение корпуса. Статические параметры определяют механическое движение объекта или изменение геометрическихразмеров объекта, вызванное тепловыми эффектами или механическими нагрузками. Сдвиги являются признаком состояния и характера хода этих машин и признаком износа подшипников и возникающей опасности контакта вращающихся машин. Поэтому контроль статических параметров является важным звеном при контроле нагрузки опорно-упорных подшипников, изменения конфигурации объекта при эксплуатации, распределения нагрузки на ось вращающейся детали (ротора и т.д.).

Под осевым сдвигом понимается изменение расстояния в осевом направлении между упорным подшипников и направляющим диском. Величина осевого сдвига определяет нагрузку на упорный подшипник и степень его изношенности. Упорный подшипник должен задерживать осевые усилия в машине или агрегате. В результате не совсем сбалансированного воздействия усилий в направлении оси машины эти осевые усилия, особенно в случае роторов с лопатками, могут достигнуть больших значений.

Упорный подшипник, как все подшипники скольжения, должен обладать зазором, чтобы между подшипником и направляющим диском могла образоваться несущая масляная пленка. Типичный осевой зазор у подшипников паровых турбин находится в пределах от 0,2 до 0,3 мм, а у турбокомпрессоров - в пределах от 0,4 до 0,6 мм.

В пределах зазора в подшипнике роторы могут сдвигаться без контакта между ротором и частями корпуса (направляющими лопатками, сальниками и т.п.) Подшипники обычно принимаются такими, что только полный износ рабочей трущейся поверхности упорного подшипника приводит к критическим сдвигам. При повреждении упорного подшипника в такой степени может иметь место повреждение рабочих лопаток и корпуса и даже полный выход машины из строя. 

Абсолютные сдвиги корпусов непрерывно измеряются и контролируются у всех средних и больших турбоагрегатов. Измерения производятся при помощи датчиков трансформаторного типа при выполнении поверхности, относительно которой производятся измерения, в виде полубесконечной плоскости. Датчик располагаетсая параллельно контролируемой поверхности. Диапазон измерения до 60 мм.

Быстропеременные параметры определяют динамику движения ротора. К таким параметрам относится контроль относительного виброперемещения и искривления вала. Относительные вибрации валов - это быстрые движения вала по отношению к рабочей трущейся поверхности подшипника. Эти вибрации характеризуют движение ротора относительно центра его оси, прогиб оси вала при вращении и т.д.

Для параметра виброперемещения вибрации измеряются в плоскости поперечного сечения каждого подшипника в радиальном направлении с помощью двух взаимноперпендикулярных датчиков. Используются датчики типа ДБ2, так как уровни вибрации достаточно малы и требуется высокая разрешающая способность датчика.

В Европе определяется максимальное отклонение Smax, которое определяется как максимальное значение кинетической траектории вала (отклонение вала) в плоскости измерения. В США и нефтехимической промышленности определяется и контролируется прежде всего максимальная ширина вибраций Sppm. Под этим подразумевается более высокое из двух значений двукратной амплитуды вибраций, полученных при измерении в направлениях 1 и 2. Под шириной вибраций понимается значение "пик-пик" траектории вибрации. В России двойная амплитуда виброперемещений называется размах компоненты. Поэтому для турбин износ упорного подшипника непрерывно определяется и контролируется посредством сдвига вала ротора. При этом плоскость измерения должна находиться как можно ближе к направляющему диску упорного подшипника, чтобы было исключено искажение определяемых значений в результате теплового расширения вала. Предельные значения для оценки относительных сдвигов зависят от конструкции машины и указываются производителем. 

Превышение осевого сдвига характеризует степень изношенности подшипников или недостаточную их жесткость.

Для контроля осевого сдвига используются датчики типа ДБ2, позволяющие проводить измерения в диапазоне 0... 8 мм (±4 мм). Эти датчики выполнены в виде унифицированного ряда, обеспечивающего измерения как малых смещений (до десятков микрон), так и больших перемещений (до 8 мм) и обеспечивают измерение широкой номенклатуры машин. Измерения проводятся только для постоянной составляющей сигнала датчика.

Параметры относительного и абсолютного (теплового) расширения корпуса определяются изменением геометрии объекта относительно жестко привязанной точки (определенного сечения агрегата). Относительные сдвиги (относительное расширение -параметр ОРР) представляют собой важную величину при пуске и выбеге машин, особенно в случае паровых турбин. В течение прогрева и охлаждения агрегата в осевом направлении в результате неодинакового теплового расширения имеют место сдвиги между ротором и корпусом турбины. Относительный сдвиг вала у турбоагрегатов мощностью 800 МВт может достигнуть 36 мм. Для предупреждения контакта ротора и корпуса относительный сдвиг вала непрерывно определяется и контролируется на буртике. Измерения производятся в диапазоне до 40 мм плоскими датчиками трансформаторного типа. ЧЭ датчика располагается параллельно объекту, и измерения производятся в горизонтальном направлении. Используются датчики типа ДП.
В результате теплового расширения у паровых турбоагрегатов происходит сдвиг их корпусов по отношению к фундаменту. Эти сдвиги называются абсолютными сдвигами корпуса - параметр тепловое расширение корпуса. Для правильной работы машины важно, чтобы эти сдвиги могли осуществляться надлежащим образом, постоянно и без каких-либо ограничений.

Особым параметром, контролируемым при эксплуатации турбоагрегатов, является контроль числа оборотов. В случае паровых турбин контроль числа оборотов -неотъемлемая часть цепи регулирования. При выбеге машин, т.е. при определении числа оборотов как функции времени, проявляются такие дефекты, как, например, заедание ротора, ошибки в выравнивании муфт и цепи ротора, поврежденные подшипники. Признаки этих неисправностей определяются при измерении времени выбега или при регистрации числа оборотов при выбеге машины в зависимости от времени. Полученная таким образом диаграмма сравнивается с предшествующими измерениями той же машины или машины одинаковой конструкции. Используются датчики типа ДБ2 Датчик устанавливается в радиальном направлении. Измерения проводятся относительно метки, выполненной на валу. Т.е. должна быть ступенька, обеспечивающая выход датчика за диапазон измерения. Метка может выполняться как в виде паза, так и виде выступа. Размеры метки должны быть не менее 1,5... 2 диаметров чувствительного элемента датчика при глубине (или высоте) не менее диапазона измерения.

Параметр контроля оборотов используется также для привязки выходного динамического сигнала датчиков параметра виброперемещения к реальной геометрии вала (одному обороту и началу отсчета).

Эксцентриситет оси вала - несоосность - определяется как изменение радиального зазора за один оборот. Эксцентриситет - искривление оси вала - один из важнейших параметров, определяющих разбаланс ротора агрегата. Измерение производится двумя датчиками: датчиком виброперемещения, установленным в радиальном направлении, и датчиком-фазоотметчиком, контролирующим прохождение одного оборота вала как расстояние между двумя соседними метками. Этот параметр важен при балансировке ротора, при разбеге, когда происходит резкое изменение нагрузки на ось вала ротора. Поэтому параметр искривления вала проверяется в режиме валопроворота - 3-4 об/мин. При работе агрегата на режиме отслеживается размах на оборотной частоте. Используются датчики типа ДБ2. 

При такой конфигурации обеспечивается контроль следующих параметров:

 

В диапазоне

Осевой сдвиг -1,5...+2,2 мм;
виброперемещения 0...500 мкм в четырех поддиапазонах;
Линейные (осевые) перемещения 0...32 мм;
Тепловое расширение корпусов турбин 0...60 мм;
Частота вращения вала ротора 10000 об/мин;

Применение микропроцессорной обработки информационного сигнала при помощи вихретоковых датчиков при такой конфигурации измерительных каналов позволяет решать проблемы диагностики следующих дефектов:

качество центровки валов в агрегате с указанием плоскости смещения вала;

  • небаланс ротора;
  • изгиб вала;
  • задевание внутри механизмов:
  • механические ослабления.

Контролируемые величины, точки измерений, предельные значения и критерии оценки для классического определения вибраций указаны в стандартах и директивах. Предельные значения также могут быть определены разработчиком агрегата или изменены по результатам эксплуатации. Для предупреждения повреждений машин измеряемые величины, отражающие истинное состояние машины, не должны превысить предельные значения. Однако, с другой стороны, даже изменения, не достигающие предельных значений, могут быть индикатором возникающей неисправности или другого отклонения от нормального состояния машины. В случае турбоагрегатов, особенно в случае промышленных и паровых турбин, по каждому рабочему состоянию (холостой ход, частичная нагрузка, полная нагрузка) нормальные значения вибраций вала в течение месяцев меняются мало. Эти нормальные значения являются для данной машины специфичными, поэтому имея статистику распределения вибрационных нагрузок можно судить о работоспособности агрегата.

На основе вышеизложенного разработана классическая схема вибрационного контроля состояния машин. Классические контроли состояния машин служат для получения сообщений о неисправностях и важных изменениях состояния машины. Их основной целью является предупреждение большого ущерба и внеплановых выходов из строя. В случае турбоагрегатов в общем предполагается непрерывное определение величин, которые в достаточной степени отражают состояние машины, т.е. впервую очередь вибраций и сдвигов.

Для обеспечения вышеизложенных задач разработан комплекс аппаратуры контроля вибрации турбоагрегата, состоящий из трех независимых систем, которые могут использоваться как отдельно, так и совместно, и включающий:

 

Назначение составной части

Тип аппаратуры, входящей в комплекс

Контроль абсолютной вибрации Аппаратура виброконтроля СВКА
Контроль механических параметров (относительной вибрации валов) Аппаратура контроля относительных перемещений СВКА1-02.06
Сбор, архивация и анализ результатов Система вибромониторинга СВИМ

В соответствии с требованиями международных стандартов для контроля абсолютной вибрации используются пьезоэлектрические акселерометры и параметр виброскорость {среднеквадратическое значение), для контроля относительной вибрации используются вихретоковые датчики перемещений и параметр перемещение (статическая - зазор и динамическая - размах - составляющие вибрации).

Схема установки датчиков - первичных преобразователей на агрегате определяется для каждого конкретного случая в соответствии с требованиями стандартов, разработчика и опытом эксплуатации.

Электронная часть аппаратуры включает блоки согласующих усилителей с нормированным выходом, блоки измерительные, а также блоки обработки информации. Аппаратура имеет встроенную цифровую или графическую индикацию выходных параметров, возможность подключения в систему АСУ ТП.

Для обеспечения решения наибольшего количества задач виброконтроля и диагностики для аппаратуры были разработаны оригинальные вибродатчики и датчики перемещения. Вибродатчики позволяют проводить измерения в условиях воздействия сильных электромагнитных полей (обеспечивается дифференциальной схемой чувствительного элемента датчика), интенсивных высокочастотных помех (обеспечивается высокой собственной частотой датчика), температур окружающей среды до 600 °С. Токовихревые датчики обладают высокой стабильностью и широким диапазоном измерения перемещения (до 60 мм).
Аппаратура снабжена двухпороговыми компараторами, вырабатывающими сигналы превышения уровней вибрации "Предупредительный" и "Аварийный", и системой контроля исправности. Светодиодная индикация отражает режимы настройки, тестирования, работы аппаратуры и срабатывание уровней сигнализации.

Аппаратура имеет несколько вариантов исполнения, отличающихся типом датчиков, количеством измерительных каналов, функциональными возможностями (наличием индикации, функций контроля, взрывозащиты, гальванической развязки). Блоки, обеспечивающие взрывозащиту и гальваническую развязку, выполняются как встроенными в блоки измерительные, так и выносными.

Конструктивное исполнение аппаратуры и ее составных частей унифицировано между исполнениями, а также ее отечественными и зарубежными аналогами. Выполняется в конструктиве "Евромеханика". Датчики имеют установочные габариты, аналогичные зарубежным аналогам, что позволяет производить модернизацию измерений на агрегатах без доработки мест установки датчиков. Аппаратура полностью совместима с современными микропроцессорными системами управления. Основные технические характеристики и функциональные особенности аппаратуры приведены в соответствующих разделах.

Достоинства каждой модификации аппаратуры указаны в таблице. В настоящее время в связи с широким распространением автоматизированных систем управления агрегатной автоматикой, в т.ч. созданных зарубежными фирмами, наиболее удобны в применении последние модификации аппаратуры СВКА 1, а именно: СВКА 1-02.03 (абсолютная вибрация) и СВКА 1- 2.06(относительная вибрация), СВКА 1-03 (одноканальный вариант), выполненные в Евроконструктиве и предназначенные для размещения в стандартных 19" стойках.

Преимущества аппаратуры СВКА 1-02.03:

  • унифицированная посадочная поверхность датчиков;
  • широкий диапазон рабочих температур и возможность эксплуатации без дополнительного охлаждения датчиков;
  • высокая помехозащищенность от воздействия высокочастотных помех (фильтры нижних частот с высокой степенью подавления помех);
  • компактность исполнения и евроконструктив, по дизайну исполнения позволяющие использовать аппаратуру в едином комплексе.

При использовании системы агрегатной автоматики наличие в аппаратуре индикации и контрольных функций бывает избыточным. Поэтому целесообразно использовать СВКА 1-03, выполненный в едином конструктиве в одноканальном варианте и представляющий собой датчик + блок электронный. Электронная часть такого варианта может выполняться или с выносным согласующим усилителем или с согласующим усилителем, встроенным в блок электронный. В аппаратуру введены диагностические выходы, сигналы на которых пропорциональны мгновенным значениям виброскорости или ускорения, цифровые светодиодные индикаторы уровня вибрации. Аппаратура имеет все типы унифицированных выходов (по напряжению 0...5 В, по току 4...20 или 0...5 или 0...20 мА). Используются высокочастотные датчики АВС 070-01, позволяющие контролировать вибрацию в частотном диапазоне до 10000 Гц.

Новые типы датчиков для промышленного мониторинга выполнены по посадочным местам аналогично датчикам аналогам других ведущих фирм, что позволяет их использовать для замены устаревших вариантов без доработки посадочных мест (особенно для измерения в горячих точках, в местах воздействия интенсивных вибраций и т.д.) или для замены одного исполнения на другое при необходимости.

Датчик АНС 260-01 - высокотемпературный вибропреобразователь, выполненный по схеме растяжения-сжатия. Чувствительный элемент выполнен из многослойного монолитного модуля. Датчик может эксплуатироваться в диапазоне рабочих температур до 500 оС, вибрации до 300 g, ресурс 50000 ч.

Датчик АВС 070-01 специально разработан для обеспечения задач вибродиагностики и имеет диапазон рабочих частот до 10000 Гц при неравномерности АЧХ не более +-1 дБ. Используется изгибный чувствительный элемент, поэтому датчик практически не чувствителен к поперечным виброускорениям.

Датчик АВС 059 может эксплуатироваться в диапазоне рабочих температур до 600 оС и частотном диапазоне до 8000 Гц, что позволяет его использовать в зоне воздействия высокоинтенсивных вибраций. Датчик малогабаритный.
Современные модификации аппаратуры СВКА 1 для контроля абсолютной вибрации имеют большую гибкость в применении, так как могут эксплуатироваться с любым типом из вышеуказанных датчиков без дополнительной доработки.

Аппаратура контроля относительных перемещений СВКА 1-02.06, образующая единый измерительный комплекс с аппаратурой СВКА 1-02, предназначена для контроля относительной вибрации и перемещений механических частей вращающихся агрегатов. Аппаратура содержит токовихревые датчики, блоки согласования (нормирующие усилители), блок электронный с устройством индикации. В состав блока электронного входят блоки вторичного преобразования ОС (осевое смещение), 0В (радиальное биение), ТХ (тахометр), ТР (тепловое расширение), ИВ (искривление вала), которые обеспечивают визуальный контроль на встроенных мониторах измеряемых параметров и являются технической основой системы. Наличие программного ядра позволяет их перестраивать на измерение того или иного параметра или изменять для конкретного применения (например, устанавливать диапазон измерения, формировать, выводить дискретные сигналы защиты и сигнализации, проводить самодиагностику систем). Аппаратура построена по блочно-модульному принципу, что позволяет наращивать систему по количеству каналов, а также специфицировать ее под требования конкретных заказчиков.

Токовихревые датчики, выносные проксиметры, линии связи, стойки, содержащие процессорные модули вторичной обработки и программные средства (нижнего и верхнего уровня) создают единый комплекс, обеспечивающий измерение и контроль характеристик параметров работы турбоагрегатов и осуществлять долговременный мониторинг вибрационного состояния и диагностику агрегата.

Процессорные модули аппаратуры анализируют поступающую с датчиков информацию, вырабатывают дискретные сигналы вида АВАРИЯ и ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, ОТКАЗ КАНАЛА и обеспечивают измерение текущих значений осевых смещений до 4000 мкм:

  • осевых перемещений до 36 мм
  • виброперемещений до 1000 мкм
  • тепловых расширений до 60 мм
  • числа оборотов до 9999 об/мин

Текущая информация отображается на встроенных цифровых индикаторах и графическом мониторе. Имеются выходы информационных сигналов аналогового вида в унифицированных шкалах тока и напряжения, в дискретном виде. Также предусмотрены выходы в цифровом виде, которые предназначены для подключения через интерфейс приема-передачи данных к персональному компьютеру на расстояние до 300 м. Программное обеспечение ПЭВМ верхнего уровня функционирует в многозадачной среде WINDOWS и обеспечивает выполнение следующих функций:

  • ввод и обработку информационных данных от микропроцессорных модулей;
  • отображение на дисплее ПЭВМ полученных данных о состоянии турбоагрегата;
  • накопление и поддержку базы данных о состоянии турбоагрегата и режимах его работы;
  • отображение и вывод на печать протоколов значений информационных сигналов;
  • анализ накопленных данных проведения исследований вибросостояния и диагностику турбоагрегата в соответствии с алгоритмами вибродиагностики.

Достоинства и удобство в применении комплекса аппаратуры типа СВКА 1:

  • простота исполнения, удобство обслуживания и высокая ремонтопригодность
  • высокая надежность датчиков и ресурс 50000 ч
  • унифицированное крепление датчиков различных модификаций, обеспечивающая возможность замены датчиков-аналогов других фирм без доработки мест установки
  • высокая механическая прочность, взрывозащищенное исполнение
  • наличие индикации измеряемого параметра
  • совместимость с системами АСУ ТП (наличие унифицированных аналоговых выходов)
    наличие двухуровневой сигнализации компактность исполнения, евроконструктив
  • возможность анализа и вибродиагностики.