Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из мониторинга состояния )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мониторинг состояния (в просторечии CM ) - это процесс мониторинга параметра состояния оборудования (вибрация, температура и т. Д.) С целью выявления значительного изменения, которое указывает на развивающуюся неисправность. Это основной компонент профилактического обслуживания . Использование мониторинга состояния позволяет планировать техническое обслуживание или предпринимать другие действия для предотвращения косвенных повреждений и их последствий. Мониторинг состояния имеет уникальное преимущество в том, что условия, которые могут сократить нормальный срок службы, могут быть устранены до того, как они перерастут в серьезный отказ. Методы мониторинга состояния обычно используются на вращающемся оборудовании, вспомогательных системах и другом оборудовании (компрессоры, насосы , электродвигатели)., двигатели внутреннего сгорания, прессы), в то время как периодический контроль с использованием методов неразрушающего контроля (NDT) и оценка пригодности к эксплуатации (FFS) [1] используются для статического заводского оборудования, такого как паровые котлы , трубопроводы и теплообменники .

Технология мониторинга состояния [ править ]

В следующий список включены основные методы мониторинга состояния, применяемые в промышленном и транспортном секторах:

  • Обзор мониторинга состояния [2]
  • Анализ и диагностика вибрации [3]
  • Анализ смазочных материалов [4]
  • Акустическая эмиссия [5]
  • Инфракрасная термография [6]
  • Ультразвук [7]
  • Датчики состояния масла
  • Мониторинг состояния двигателя и анализ сигнатуры тока двигателя (MCSA)
  • Системы напряжения и тока на основе моделей (системы MBVI)

Большинство технологий CM стандартизированы ISO и ASTM . [8]

Вращающееся оборудование [ править ]

Вращающееся оборудование - это общий отраслевой термин, который включает редукторы, поршневое и центробежное оборудование.

Наиболее часто используемый метод для вращающихся машин - это анализ вибрации . [9] [10] [11] [12]

Измерения могут проводиться на корпусах подшипников машин с помощью акселерометров (сейсмических или пьезоэлектрических преобразователей) для измерения вибрации корпуса, а на подавляющем большинстве критических машин с помощью вихретоковых преобразователей, которые непосредственно наблюдают за вращающимися валами для измерения радиального (и осевое) смещение вала. Уровень вибрации можно сравнить с историческими базовыми значениями, такими как предыдущие пуски и остановки, и в некоторых случаях с установленными стандартами, такими как изменения нагрузки, для оценки серьезности. Изготовители машин и деталей также определяют пределы вибрации на основе конструкции машины или внутренних частей, например частоты отказов подшипников.

Интерпретация полученного сигнала вибрации - сложная процедура, требующая специальной подготовки и опыта. [13] Это упрощается за счет использования современных технологий, которые автоматически обеспечивают анализ большинства данных и предоставляют информацию вместо необработанных данных. Один из часто используемых методов - это исследование отдельных частот, присутствующих в сигнале. Эти частоты соответствуют определенным механическим компонентам (например, различным деталям подшипника качения).) или определенные неисправности (например, дисбаланс или несоосность вала). Изучая эти частоты и их гармоники, специалист по CM часто может определить местоположение и тип проблемы, а иногда и основную причину. Например, высокая вибрация на частоте, соответствующей скорости вращения, чаще всего возникает из-за остаточного дисбаланса и корректируется путем балансировки машины. Ухудшенный подшипник качения, с другой стороны, обычно будет демонстрировать сигналы вибрации на определенных частотах, интенсивность которых увеличивается по мере износа. Специальные аналитические приборы могут обнаружить этот износ за недели или даже месяцы до отказа, давая достаточное предупреждение о необходимости запланировать замену до отказа, который может привести к гораздо более длительному времени простоя. Помимо всех датчиков и анализа данных, важно помнить, что более 80% всего сложного механического оборудования выходит из строя случайно и независимо от срока его жизненного цикла. [14]

Большинство инструментов анализа вибрации сегодня используют быстрое преобразование Фурье (БПФ) [15], которое является частным случаем обобщенного дискретного преобразования Фурье и преобразует сигнал вибрации из его представления во временной области в эквивалентную частотную область.представление. Однако частотный анализ (иногда называемый спектральным анализом или анализом сигнатуры вибрации) - это только один аспект интерпретации информации, содержащейся в сигнале вибрации. Частотный анализ, как правило, наиболее полезен в машинах, в которых используются подшипники качения и основными видами отказа которых обычно является ухудшение характеристик этих подшипников, которые обычно демонстрируют увеличение характеристических частот, связанных с геометрией и конструкциями подшипников. В зависимости от типа машины, ее типичных неисправностей, типов используемых подшипников, скорости вращения и других факторов, специалист по CM может использовать дополнительные диагностические инструменты, такие как проверка сигнала во временной области, фазового соотношения между компонентами вибрации и синхронизации. отметка на валу машины (часто называемаяkeyphasor ), исторические тенденции уровней вибрации, форма вибрации и множество других аспектов сигнала вместе с другой информацией о процессе, такой как нагрузка, температура подшипников, скорость потока, положения клапана и давления, чтобы обеспечить точную диагностику. Это особенно верно для машин, в которых используются жидкостные подшипники, а не подшипники качения . Для того, чтобы дать им возможность взглянуть на этих данных в более упрощенной форме колебания аналитики или инженеры диагностических техников приняли ряд математических графиков , чтобы показать проблемы машины и ходовые характеристик, эти участки включают Бод участок , на водопад участок , на полярный сюжет и тому график орбитальной временной развертки среди других.

Переносные сборщики данных и анализаторы теперь являются обычным явлением на некритических или балансируемых предприятиях.машины, на которых постоянно действующее оборудование для измерения вибрации не может быть экономически оправдано. Техник может собирать образцы данных с нескольких машин, а затем загружать данные в компьютер, где аналитик (а иногда и искусственный интеллект) может исследовать данные на предмет изменений, указывающих на неисправности и надвигающиеся отказы. Для более крупных и критически важных машин, где последствия для безопасности, перебои в производстве (так называемые «простои»), запасные части и другие затраты на отказ могут быть значительными (определяемыми индексом критичности), обычно используется система постоянного мониторинга, а не полагается на нее. о периодическом сборе данных с портативных устройств. Однако диагностические методы и инструменты, доступные при любом подходе, как правило, одинаковы.

В последнее время системы мониторинга состояния в режиме онлайн стали применяться в тяжелых обрабатывающих отраслях, таких как целлюлозно-бумажная, горнодобывающая, нефтехимическая и энергетическая промышленность.

Мониторинг производительности - менее известный метод мониторинга состояния. Его можно применять во вращающемся оборудовании, таком как насосы и турбины, а также в стационарных объектах, таких как котлы и теплообменники. Требуются измерения физических величин: температуры, давления, расхода, скорости, смещения в зависимости от объекта установки. Абсолютная точность требуется редко, но необходимы повторяемые данные. Обычно требуются откалиброванные испытательные приборы, но на предприятии удалось добиться определенных успехов с помощью DCS (распределенных систем управления). Анализ производительности часто тесно связан с энергоэффективностью и поэтому уже давно применяется на паровых электростанциях. В некоторых случаях можно рассчитать оптимальное время для капитального ремонта, чтобы восстановить ухудшенные характеристики.

Системы напряжения и тока на основе моделей (системы MBVI): это метод, который использует информацию, доступную из сигналов тока и напряжения по всем трем фазам одновременно. Системы на основе моделей способны идентифицировать многие из тех же явлений, которые наблюдаются и с помощью более традиционных методов, охватывающих электрические, механические и эксплуатационные области. Системы на основе моделей работают по линиям, показанным на рисунке 6 ниже, и измеряют как ток, так и напряжение во время работы двигателя, а затем автоматически создают математическую модель взаимосвязи между током и напряжением. Применяя эту модель к измеренному напряжению, рассчитывается моделируемый ток, который сравнивается с фактическим измеренным током.Отклонения между измеренным током и смоделированным током представляют собой недостатки в системе двигателя и приводимого оборудования, которые можно проанализировать с использованием комбинации вектора Парка, чтобы упростить трехфазные токи до двух ортогональных фаз (D&Q), анализ Фурье для получения мощности график спектральной плотности и алгоритмическая оценка результирующего спектра для выявления конкретных неисправностей или режимов отказа. Эти системы предназначены для постоянной установки в качестве решения для мониторинга состояния, а не в качестве устройства для краткосрочной диагностики, и их выходы могут быть интегрированы в обычные производственные системы. Будучи постоянно подключенными, исторические тенденции фиксируются автоматически.Анализ Фурье для построения графика спектральной плотности мощности и алгоритмическая оценка результирующего спектра для выявления конкретных неисправностей или режимов отказа. Эти системы предназначены для постоянной установки в качестве решения для мониторинга состояния, а не в качестве устройства для краткосрочной диагностики, и их выходы могут быть интегрированы в обычные производственные системы. Будучи постоянно подключенными, исторические тенденции фиксируются автоматически.Анализ Фурье для построения графика спектральной плотности мощности и алгоритмическая оценка результирующего спектра для выявления конкретных неисправностей или режимов отказа. Эти системы предназначены для постоянной установки в качестве решения для мониторинга состояния, а не в качестве устройства для краткосрочной диагностики, и их выходы могут быть интегрированы в обычные производственные системы. Будучи постоянно подключенными, исторические тенденции фиксируются автоматически.

Типы выходных данных, которые могут создавать эти типы устройств, включают один экран, отображение на светофоре общей работы оборудования, а также диагностику ряда механических, электрических и эксплуатационных проблем, а также графики тенденций, показывающие, как эти параметры меняются с течением времени. . Идея этого типа устройства заключается в том, что его могут использовать обычные операторы и обслуживающий персонал предприятия без необходимости специальной интерпретации спектров, хотя при необходимости доступны лежащие в основе спектральные графики. Типы неисправностей, которые могут быть обнаружены, включают ряд механических проблем, таких как дисбаланс, несоосность и проблемы с подшипниками в двигателе и приводном оборудовании, а также электрические проблемы, включая пробой изоляции, ослабленные обмотки статора, проблемы с пазами ротора, ток или напряжение. дисбаланс и гармонические искажения.Поскольку эти системы измеряют как ток, так и напряжение, они также контролируют мощность и способны выявлять проблемы, вызванные необычными условиями эксплуатации, и определять причины потери эффективности. Поскольку системы на основе моделей исследуют только разницу между фактическим и прогнозируемым токами, они эффективно отфильтровывают все нормальные электрические сигналы, которые так очевидны при обычном спектральном анализе тока двигателя (MCSA), оставляя для анализа гораздо более простой набор сигналов. Поскольку эти системы основаны на соотношении между напряжением и током, они хорошо работают с системами с инверторным приводом, в которых входное напряжение может иметь переменную частоту и может быть шумная форма волны с высоким содержанием гармонических составляющих. Системы на основе моделей эффективно отфильтровывают весь этот шум в сигнале напряжения из результирующего сигнала тока,оставляя только основные недостатки. Эта простота использования и низкая стоимость этого типа оборудования делают его подходящим для более дешевого оборудования с меньшей критичностью.[16]

Концепция систем на основе моделей

Другие методы [ править ]

  • Часто считается, что визуальные проверки составляют основной компонент мониторинга состояния, однако это верно только в том случае, если результаты проверки могут быть измерены или подвергнуты критике в соответствии с документированным набором руководящих принципов. Чтобы эти проверки считались мониторингом состояния, результаты и условия во время наблюдения должны быть сопоставлены, чтобы можно было провести сравнительный анализ с предыдущими и будущими измерениями. Акт простой визуальной проверки участка трубопровода на наличие трещин или утечек не может считаться мониторингом состояния, если не существуют количественные параметры, поддерживающие проверку, и не проводится относительное сравнение с предыдущими проверками. Действие, выполненное отдельно от предыдущих проверок, считается оценкой состояния.Действия по мониторингу состояния требуют, чтобы анализ проводился по сравнению с предыдущими данными и сообщалось о тенденциях этого сравнения.
  • Небольшие колебания температуры на поверхности можно обнаружить с помощью визуального осмотра и неразрушающего контроля с помощью термографии . Нагрев свидетельствует о выходе из строя компонентов, особенно о повреждении электрических контактов и выводов. Термография также может быть успешно применена к высокоскоростным подшипникам, гидравлическим муфтам, конвейерным роликам и внутренним наростам резервуаров. [17]
  • С помощью растрового электронного микроскопа можно получить изображение тщательно отобранного образца мусора, взвешенного в смазочном масле (взятого из фильтров или детекторов магнитных стружек). Затем инструменты показывают содержащиеся элементы, их пропорции, размер и морфологию. Используя этот метод, можно определить место, механизм механического отказа и время до возможного отказа. Это называется WDA - Анализ остатков износа.
  • Спектрографический анализ масла, который проверяет химический состав масла, может использоваться для прогнозирования режимов отказа. Например, высокое содержание кремния и алюминия указывает на наличие грязи или песка (силикаты алюминия) и т. Д., А высокое содержание железа указывает на износ компонентов. По отдельности элементы дают точные показания, но при совместном использовании они могут очень точно определять режимы отказа, например, для двигателей внутреннего сгорания наличие железа (гильза), алюминия (поршень) и хрома (кольца) будет указывать на износ верхней части цилиндра. [18]
  • Ультразвук можно использовать для высокоскоростных и низкоскоростных механических приложений, а также для жидкостей под высоким давлением. Цифровые ультразвуковые измерители измеряют высокочастотные сигналы от подшипников и отображают результат в виде значения dBuV (децибел на микровольт). Это значение изменяется с течением времени и используется для прогнозирования увеличения трения, трения, ударов и других дефектов подшипников. Значение dBuV также используется для прогнозирования подходящих интервалов повторной смазки. Ультразвуковой мониторинг, если его проводить правильно, оказывается отличным дополнением к анализу вибрации.
Наушники также позволяют людям слушать ультразвук. Высокий «жужжащий звук» в подшипниках указывает на дефекты контактных поверхностей, а при частичном блокировании в жидкостях под высоким давлением отверстие вызывает сильный ультразвуковой шум. Ультразвук используется в методе ударных импульсов [19] для мониторинга состояния.
  • Анализ производительности, при котором физическая эффективность, производительность или состояние определяется путем сравнения фактических параметров с идеальной моделью. Ухудшение, как правило, является причиной разницы в показаниях. Центробежные насосы, пожалуй, самые распространенные машины после двигателей. Мониторинг состояния с помощью простого теста напора вблизи рабочей точки с использованием повторяемых измерений используется уже давно, но может получить более широкое распространение. Расширение этого метода может быть использовано для расчета наилучшего времени для капитального ремонта насоса, основанного на балансе стоимости капитального ремонта с увеличением потребления энергии, которое происходит по мере износа насоса. Авиационные газовые турбины также обычно контролируются с использованием методов анализа производительности у производителей оригинального оборудования, таких как Rolls-Royce plc. регулярный мониторинг всего парка авиационных двигателей в соответствии с соглашениями о долгосрочном обслуживании (LTSA) или пакетами Total Care.
  • Датчики обнаружения остатков износа способны обнаруживать частицы износа черных и цветных металлов в смазочном масле, предоставляя значительную информацию о состоянии измеряемого оборудования. Создавая и отслеживая тенденцию того, какой мусор образуется, можно обнаруживать неисправности до катастрофического отказа вращающегося оборудования, такого как редукторы, турбины и т. Д.

Индекс критичности [ править ]

Индекс критичности часто используется для определения степени контроля состояния на данной машине с учетом назначения машины, избыточности (то есть, если машина выходит из строя, есть ли резервная машина, которая может взять на себя), стоимости ремонта, последствий простоя и т. Д. вопросы здоровья, безопасности и окружающей среды, а также ряд других ключевых факторов. Индекс критичности помещает все машины в одну из трех категорий:

  1. Критическое оборудование - машины, которые жизненно важны для завода или процесса и без которых завод или процесс не могут функционировать. Машины в этой категории включают паровые или газовые турбины на электростанции, насосы для экспорта сырой нефти на нефтяной вышке или крекинг-установку на нефтеперерабатывающем заводе. Поскольку критически важное оборудование находится в центре процесса, считается, что требуется полный мониторинг состояния в режиме онлайн для непрерывной записи как можно большего количества данных с машины, независимо от стоимости, и часто это оговаривается страховкой завода. Там, где это возможно, проводятся измерения, такие как нагрузки, давления, температуры, вибрация и смещение корпуса, осевое и радиальное смещение вала, скорость и дифференциальное расширение.Эти значения часто передаются обратно в пакет программного обеспечения для управления оборудованием, который способен отслеживать исторические данные и предоставлять операторам информацию, такую ​​как данные о производительности, и даже прогнозировать сбои и обеспечивать диагностику сбоев до того, как они произойдут.
  2. Основные механизмы - единицы, которые являются ключевой частью процесса, но в случае сбоя процесс все равно продолжается. В эту область попадают избыточные единицы (если есть). Испытания и контроль этих устройств также важны для поддержания альтернативных планов на случай отказа критически важного оборудования.
  3. Общее назначение или баланс машин завода - это машины, которые составляют остальную часть завода и обычно контролируются с помощью портативного сборщика данных, как упоминалось ранее, для периодического создания картины состояния машины.

См. Также [ править ]

  • Механическая вибрация
  • Метод ударных импульсов
  • Системы мониторинга работоспособности и использования

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ API 579 / ASME FFS-1: "Готовность к работе" (2007)
  2. ^ ISO 17359: Мониторинг состояния и диагностика машин - Общие рекомендации
  3. ^ SRW Миллс (2010). Справочник по мониторингу и анализу вибрации . Британский институт неразрушающего контроля.
  4. ^ ISO 14830-1: Мониторинг состояния и диагностика машинных систем - Мониторинг и диагностика на основе трибологии - Часть 1: Общие руководящие принципы
  5. ^ ISO 22096: Контроль состояния и диагностика машин - Акустическая эмиссия.
  6. ^ Новицкий (2004). Справочник по инфракрасной термографии - Том 2. Приложения - (INST32X) . Британский институт неразрушающего контроля.
  7. ^ ISO 29821: Мониторинг состояния и диагностика машин - Ультразвук - Общие руководящие принципы, процедуры и валидация
  8. ^ J Майкл Робишо: « Эталонные стандарты для мониторинга и анализа вибрации, заархивированные 2018-05-16 на Wayback Machine »
  9. ^ Лю, Цзе; Ван, Гольнараги (2008). «Расширенный вейвлет-спектр для диагностики неисправностей подшипников». IEEE Transactions по приборостроению и измерениям . 57 (12): 2801–2812. DOI : 10,1109 / tim.2008.927211 .
  10. ^ Jar обедать, AKS; Лин, Баневич (2006). «Обзор диагностики и прогнозирования техники при техническом обслуживании по состоянию». Механические системы и обработка сигналов . 20 (7): 1483–1510. DOI : 10.1016 / j.ymssp.2005.09.012 .
  11. ^ BS ISO 18431-1: «Механическая вибрация и удары. Обработка сигналов - Общее введение» (2005)
  12. ^ Кумар, Т. Правин; Джасти, Анураг; Саймуруган, М; Рамачандран, К.И. (01.01.2014). «Диагностика неисправностей автомобильной коробки передач на основе вибрации с использованием мягких вычислений». Труды Международной конференции по 2014 Междисциплинарным достижениям в области прикладной вычислительной техники . ICONIAAC '14. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: ACM: 13: 1–13: 7. DOI : 10.1145 / 2660859.2660918 . ISBN 9781450329088.
  13. ^ «Тренинг по анализу вибрации» . 2019-03-27.
  14. ^ Kaboli, Шахрияр; Орай, Хашем (8 марта 2016 г.). Надежность в силовой электронике и электрических машинах: промышленные приложения и модели производительности . Справочник по инженерным наукам. п. 444. ISBN 978-1-4666-9429-3.
  15. ^ BS ISO 18431-2: «Механическая вибрация и удары. Обработка сигналов - окна временной области для анализа преобразования Фурье» (2004)
  16. ^ «ISO 20958: 2013 - Контроль состояния и диагностика машинных систем - Анализ электрических сигнатур трехфазных асинхронных двигателей» . www.iso.org . Проверено 8 марта 2017 .
  17. ^ BS ISO 18434-1: «Мониторинг состояния и диагностика машин. Термография - Общие процедуры» (2008)
  18. ^ "Источники элементов в смазочных маслах - наглядное руководство | Изучение анализа масла" . Learnoilanalysis.com . Архивировано из оригинала на 2017-10-09 . Проверено 3 декабря 2017 .
  19. ^ BS ISO 18431-4: «Механическая вибрация и удары. Обработка сигналов - Анализ спектра ударной реакции» (2007)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • BS ISO 13372: «Мониторинг состояния и диагностика машин. Словарь» (2012)
  • ISO (2018). ISO 17359: 2018, Мониторинг состояния и диагностика машин - Общие рекомендации . Международная организация по стандартизации (ISO).
  • Саймон Р.У. Миллс (2010). Справочник по мониторингу и анализу вибрации - (INST397) . Британский институт неразрушающего контроля . ISBN 978-0-903132-39-8.
  • Чарльз У. Ривз (1998). Справочник по мониторингу вибрации . Coxmoor Publishing Co. ISBN 978-1-901892-00-0.
  • Тревор М. Хант и Джон С. Эванс (2008). Справочник по анализу масла . Coxmoor Publishing Co. ISBN 978-1-901892-05-5.
  • BS ISO 13374: «Мониторинг состояния и диагностика машин. Обработка данных, передача и представление (части 1-3)» (2012)
  • BS ISO 13381-1: «Мониторинг состояния и диагностика машин. Прогнозирование - Общие рекомендации» (2004 г.)
  • ISO 20958: 2013 Мониторинг состояния и диагностика машинных систем. Анализ электрических сигнатур трехфазных асинхронных двигателей.
  • ISO 18095: «Мониторинг состояния и диагностика силовых трансформаторов» (2018) [1]
  1. ^ http://www.iso.org/obp