13.6. Диагностирование насосно-компрессорного оборудования

Насосно-компрессорное оборудование относится к группе ро­торных машин, одним из основных элементов которых является ротор. Роторные машины состоят также из корпуса, валов, подшипников, соединительных муфт, уплотнений и других элементов. В общем случае наиболее слабым звеном, определяющим работо­способность роторной машины, может оказаться любой из пере­численных элементов. Техническое диагностирование роторных машин может производиться как без их разборки, так и с разбор­кой. Диагностика с разборкой дополнительно включает неразрушающий и измерительный контроль всех базовых узлов и деталей. Оперативный контроль технического состояния осуществляется обслуживающим персоналом по параметрическим и виброакусти­ческим критериям (температуре, развиваемому давлению, величине подачи, потребляемой мощности, величине утечек, уровню шума, среднеквадратическому значению виброскорости и др.).

Наиболее перспективными для диагностирования роторных ма­шин без их разборки являются методы вибродиагностики. В настоя­щее время большинство ответственных роторных машин оснащено контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА), позволяющей регистрировать в контролируемых точках среднеквадратическое отклонение виброскорости в рабочей полосе частот 10...1000 Гц, автоматически включать предупредительную сигнализацию или отключать машины при достижении предельно допустимого уровня вибрации. При отсутствии КСА дежурный персонал производит измерения переносными виброметрами. Измерение виброскорости осуществляется в вертикальном направлении на каждой подшипни­ковой опоре горизонтальных роторов. У машин с вертикальными роторами виброскорость измеряется на упорных подшипниках так­же и в осевом направлении. Роторные машины большой единич­ной мощности (например, стационарные газотурбинные агрегаты ГТН-25 мощностью 26000 кВт) оснащаются системами вибромони­торинга на основе многоканальной виброаппаратуры, позволяющи­ми не только отслеживать изменение вибрационных параметров в процессе эксплуатации, но и осуществлять их анализ и на этой осно­ве оценивать техническое состояние и прогнозировать остаточный ресурс машин.

Современные системы вибромониторинга, разрабатываемые ря­дом организаций (ВАСТ, ТНТ и др.), предусматривают наряду с ме­тодикой измерения и обработки вибросигналов использование специализированного программного обеспечения по диагностике оборудования различных типов.

Применение таких программ обес­печивает автоматизированную диагностику неисправностей. Так, на рис 13.21 приведена схема точек измерения вибрации газоперекачи­вающего агрегата ГТН-10-4, оснащенного системой вибромониторинга, разработанного отечественной фирмой «ИНКОТЕС» (г. Ниж­ний Новгород). Программное обеспечение этой системы, поставляе­мое в составе автоматизированного рабочего места инженера-диагноста (АРМИД), позволяет автоматически диагностировать сле­дующие неисправности агрегата ГТН-10-4:

• дисбаланс осевого компрессора ТВД;

• дисбаланс диска ротора ТВД;

• дисбалансы ротора ТНД и ротора нагнетателя;

• несоосность подшипников ротора ТВД;

• расцентровка роторов ТНД — нагнетателя;

• ослабление и исчезновение натяга по вкладышам опорно-упорных подшипников № 1 ТВД и № 4 ТНД и опорных подшипни­ков № 2 ТВД и № 3 ТНД;

• увеличенный радиальный зазор опорно-упорных подшипников № 1 ТВД и № 4 ТНД и опорных подшипников № 2 ТВД и № 3 ТНД;

• коробление корпусов ТВД и ТНД при тепловых расширениях;

• торцевое биение дисков ТВД и ТНД;

• повышенные напряжения на рабочих лопатках 1 —10-й ступе­ней осевого компрессора;

• трешины на выходном/входном трубопроводах и опорах техно­логической обвязки нагнетателя.

Типовая программа диагностирования роторных машин, не ос­нащенных системами вибромониторинга, включает следующие ос­новные этапы:

1. Изучение и анализ технической и эксплуатационной докумен­тации и результатов оперативного контроля.

2. Визуальный осмотр машины и фундамента, проверка состоя­ния соединительных муфт, уплотнений и других элементов, оценка функциональной работоспособности машины по параметрическим критериям и КПД, проверка работоспособности вспомогательного оборудования, систем управления и контроля, снятие контурной ха­рактеристики машины.

3. Разработка индивидуальной программы диагностирования и графика проведения работ с учетом конструктивных особенностей машины и условий ее эксплуатации.

4. Подключение в назначенных контрольных точках и тарировка вибродиагностической аппаратуры, регистрация параметров вибра­ции подшипников, корпуса, фундамента. Расшифровка и анализ спектральных составляющих вибросигналов.

5. Контроль основных узлов и деталей роторной машины неразрушающими методами (при необходимости).

6. Обследование состояния фундамента и строительных конструкций здания. Обследование проводится в том случае, если при предварительном осмотре установлено нарушение их целостности или выявлены изменения вибрационной характеристики системы «ротор-фундамент» (оценка состояния фундамента и строительных конструкций здания производится по соответствующим методикам).

7. Окончательная обработка и анализ результатов контроля, при­нятие решения: продолжение эксплуатации машины, вывод ее в ре­монт или замена на новую.

Перед назначением контрольных точек снимают контурную ха­рактеристику роторной машины с целью выявления наиболее ин­формативных точек, в которых вибросигнал имеет минимальные ис­кажения и максимальную величину. Как правило, в качестве кон­трольных принимаются точки, располагающиеся на подшипниковых опорах и на элементах крепления машины к фундаменту. Располо­жение контрольных точек обязательно фиксируется, чтобы повтор­ные измерения проводились в одном и том же месте. Ответственные роторные машины оснащаются стационарными креплениями датчи­ков в контрольных точках. Параметры вибрации на подшипниковых опорах таких машин измеряются в трех ортогональных направлени­ях: вертикальном, горизонтальном и осевом. Контрольные точки и направления измерения указываются на кинематической схеме кон­троля, пример которой приведен на рис. 13.22.

Если в процессе вибродиагностики выявляются нарушения виб­рационной характеристики «роторная машина—фундамент», то до­полнительно проводят обследование состояния оснований и фундаментов соответствующего оборудования.

Эту работу выполняют с привлечением специалистов компетентных организаций.

Рис. 13.22. Кинематическая схема контроля магистрального насоса

1 – 4 – номера опор; →↓↑ - точки установки датчиков

При необходимости после проведения вибродиагностики про­изводится разборка машины и оценка состояния всех основных уз­лов и деталей посредством не разрушающе го и измерительного кон­троля. В первую очередь оценивается состояние корпусов машин, валов роторов, соединительных муфт и других быстроизнашиваю­щихся деталей. Выявляется наличие дефектов в зоне концентрато­ров напряжений, измеряется износ трущихся поверхностей. Пре­дельные значения износа при отбраковке элементов машины при­нимают по данным руководства по эксплуатации машины или технических условий на его ремонт. Диагностика корпусов ротор­ных машин осуществляется магнитометрическим или акустико-эмиссионным методом НК. По результатам диагностирования может проводиться дополнительное обследование корпуса другими методами НК.

Диагностирование корпуса магнитометрическим методом осуществляется в следующей последовательности: на корпус наносится разметка из вертикальных и горизонтальных линий, размещаемых с равным шагом. В качестве примера на рис 13.23 показана разметка корпуса магистрального насоса в соответствии с действующим в ОАО «АХ «Транснефть» РД 153-39.4Р-124-02. Диагностирование осуществляется на неработающей машине независимо от величины Достаточного внутреннего давления; производится путем сканирова­ния поверхности датчиком прибора (индикатором концентрации на­пряжений) вдоль горизонтальных линий разметки. При пересечении датчика цифровой и алфавитной сеток фиксируются и записываются максимальные значения напряженности магнитного поля рассеяния со знаком плюс или минус. Скачкообразное изменение величины напряженности магнитного поля с одновременным изменением зна­ка указывает на концентрацию остаточных напряжений и является признаком возможного дефекта.

Измерения толщин стенок и твердости металла корпусов машин осуществляются в местах с концентраторами напряжений или источ­ников сигналов АЭ II, III, IV классов. Кроме этого измерения вы­полняются в зонах, где при визуальном контроле обнаружено умень­шение толщины стенок от абразивного, эрозионного или корро­зийного факторов воздействия.

При неразрушающем контроле валов роторов с применением ви­зуального и измерительного, ультразвукового, вихретокового и магнитопорошкового методов выявляются поверхностные, подповерх­ностные и внутренние дефекты: трещины, раковины, забоины, рис­ки, следы фреттинга, недопустимые металлургические дефекты и другие нарушения сплошности материала. Контролируются поверх­ности вала под рабочим колесом и полумуфтой; в местах расположе­ния галтелей, проточек, резьб, шпоночных пазов, переходов прямо­линейного участка боковой стенки шпоночного паза к цилиндриче­скому участку и дна к боковой стенке.

При росте температуры подшипников и увеличении вибрации машины из-за возникающих дефектов в подшипниковых узлах ма­шина выводится в ремонт и выполняется контроль технического со­стояния всех элементов подшипникового узла.

Обследование технического состояния соединительных муфт проводят при росте вибрации роторной машины из-за возникающих в муфтах дефектов или визуальном обнаружении неисправностей или их признаков. В первую очередь при этом контролируется точ­ность центровки соединяемых валов. Далее проверяется плотность посадки полумуфт на валы, биение полумуфт, состояние зацепле­ния, твердость зубьев втулок и обойм. При признаках поверхностных и подповерхностных дефектов в районе шпоночных пазов и в зубьях выполняют их дефектоскопический контроль вихретоковым, капил­лярным, магнитопорошковым методами.

По результатам диагностирования и дефектоскопии материала элементов машины неразрушающими методами контроля проводит­ся оценка их технического состояния, выполняются расчеты на прочность.

Рис. 13.23. Схема разметки корпуса при магнитометрическом методе контроля и установке преобразователей акустической эмиссии

Для корпусов машин продление ресурса определяют на основе фактически полученных величин утонения стенок и свойств мате­риала с учетом скорости коррозийно-эрозионного износа, малоцик­ловых нагружений, статистических данных о показателях надежно­сти, интенсивности роста вибрации.

Продление ресурса подшипников, муфт, торцевых уплотнений осуществляется по результатам контроля их технического состояния при разборке машины, а также по скорости роста ее вибрации. Про­цедура прогнозирования остаточного ресурса роторной машины по изменению уровня вибрации осуществляется графоаналитическим методом с использованием результатов обследования объекта, стати­стических данных по надежности аналогичных типов машин и сво­дится к экстраполяции найденного тренда (скорости изменения виб­рации) и определению момента его пересечения с линией предель­ного состояния машин данного типа.