Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский энергетический институт

(Технический университет)

Институт тепловой и атомной энергетики

Кафедра автоматизированных систем управления тепловыми процессами

Реферат

по курсу «Техническая диагностика»

Технические средства вибродиагностики на ТЭС и АЭС

Москва МЭИ 2010

Введение

В настоящее время количество эксплуатируемых машин и оборудования в любой стране существенно превышает возможности их обслуживания и ремонта в соответствии с рекомендациями производителей. Выходом из сложившейся ситуации становится, во-первых, увеличение доли необслуживаемого оборудования, а, во-вторых, переход на ремонт машин и оборудования по фактическому состоянию. Но это возможно лишь при использовании методов и средств глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния оборудования в процессе его эксплуатации, которые лишь в последние годы стали развиваться быстрыми темпами.

Информация о состоянии работающего оборудования с вращающимися узлами содержится, прежде всего, в сигнале вибрации. Поэтому анализ вибрации, а также температуры отдельных узлов, тока приводного двигателя и, в некоторых случаях, состава смазки стал основой нового направления технической диагностики, получившего название контроля состояния и диагностики машин. Именно это направление расширило возможности существующих методов неразрушающего контроля, позволило решать практические задачи долгосрочного прогноза состояния вращающегося оборудования и, как следствие, переходить на обслуживание и ремонт вращающегося оборудования по фактическому состоянию.

Надежность и ресурс энергетических установок АЭС и ТЭС в значительной степени определяются надежностью и ресурсом трубопроводов. Вибрации трубопроводов наряду с коррозией, дефектами сварочных соединений и изменением механических свойств металла в процессе эксплуатации, являются фактором, определяющим их ресурс и надежность. Вибрации трубопроводов вызываются пульсациями давления транспортируемого потока, гидродинамическими и аэродинамическими явлениями в трубопроводах, вибрациями гидравлических машин и несущих конструкций и сейсмическими воздействиями. Вибрации трубопроводов являются основной причиной их повреждений и аварий.

В результате повышенной вибрации в трубопроводах возникают:

- трещины вследствие усталости материала;

- саморазвинчивание арматуры, путевых соединений и систем управления арматуры;

- разгерметизация трубопроводов.

Разгерметизация трубопроводов часто сопровождается взрывом и пожаром, а на АЭС - загрязнением окружающей среды.

Повышенные требования к обеспечению надежности трубопроводов уже приводят к вводу в процессе их эксплуатации систем периодического контроля вибраций и вибродиагностики. В некоторых случаях для ответственных установок вводятся и системы мониторинга вибраций трубопроводов, обеспечивающие непрерывный контроль уровня вибраций.

Рассмотрим наиболее распространенные средства вибродиагностики используемые на ТЭС и АЭС.

ДИАМЕХ

Рассмотрим, предложения на рынке на примере продукции ДИАМЕХ.

Начнем со стационарных систем контроля вибрации.

В зависимости от типа оборудования в значительной мере отличается и набор контролируемых величин. Так, на быстроходных агрегатах на подшипниках скольжения помимо контроля абсолютной вибрации подшипниковых узлов в обязательном порядке должен производиться контроль относительной вибрации и осевого сдвига.

Стационарные системы, установленные на турбоагрегатах могут быть дополнительно укомплектованы датчиками линейных и угловых перемещений, а так же тепловых абсолютных и относительных расширений. На быстроходном оборудовании на подшипниках качения (вентиляторы, насосы и т.д.) наиболее информативным параметром является абсолютная вибрация подшипников.

Кроме этого, на агрегатах могут устанавливаться дополнительные датчики вибрации, например на корпус насоса, контролироваться температура подшипников, рабочие параметры электродвигателя, насоса и т.д.

При диагностике тихоходного оборудования высочайшие требования предъявляются к частотному диапазону датчиков, измеряющих абсолютную вибрацию подшипников.

На многорежимных агрегатах, где в значительной степени могут отличаться условия работы (частота вращения, нагрузка и т.д.) особую важность приобретает контроль зависимости вибрационных характеристик от режима работы оборудования.

Для эффективного разрешения этих противоречий под различные виды оборудования специалистами фирмы ДИАМЕХ 2000 было разработано четыре вида стационарных систем и одна система полустационарного типа, в максимальной степени отвечающих современным требованиям производства: "надежность - функциональность - стоимость".

Стационарная система контроля вибрации и защиты АЛМАЗ-7010

При создании системы непрерывного контроля вибрации нового поколения АЛМАЗ-7010 в основу были положены два базовых принципа - надежность и универсальность.

Система имеет целый ряд достоинств по сравнению с аналогичными системами и обеспечивает независимую работу каждого измерительного канала.

Рис. 1. Функциональная схема сбора данных

Система АЛМАЗ-7010 позволяет контролировать, как вибрационные (абсолютные и относительные), так и тепломеханические параметры: частоту вращения, линейные перемещения, тепловые абсолютные и относительные расширения, угловые перемещения и температуру. Возможность подключения датчиков с различными выходными интерфейсами позволяет реализовывать комбинированные системы для контроля давления, сил и т.д.

К достоинствам системы АЛМАЗ-7010 следует отнести ее аппаратную и программную масштабируемость. По мере развития система может дооснащаться каналами с дополнительными и новыми датчиками, средствами компьютерного обеспечения и интерфейсами с внешними устройствами и сетями, а программное обеспечение - модулями балансировки, экспертных оценок и диагностики.

Важная отличительная особенность системы АЛМАЗ-7010 - высокая надежность работы. В этой системе каждый измерительный канал представляет собой законченную измерительную систему с полным набором необходимых входов и выходов и может работать абсолютно независимо от других. Неисправность в таком канале слабо сказывается на работоспособности всей системы, именно поэтому подобные системы получили широкое распространение для контроля наиболее ответственного оборудования, например, мощных турбоагрегатов.

Универсальность контрольно-измерительного модуля системы АЛМАЗ-7010 позволяет применять только один тип модулей, настраиваемый на решение конкретной задачи программными методами, а имеющиеся в нем "избыточные" ресурсы, использовать для повышения надежности за счет дублирования обработки или резервировать для дальнейшего расширения системы без расширения аппаратных средств. Это также существенно минимизирует требуемый объем запасных частей.

Программное обеспечение АЛМАЗ-7010

Неотъемлемым элементом любой стационарной системы является программное обеспечение, которое должно обеспечивать возможность просмотра текущих данных, трендов изменения параметров во времени, осуществлять архивацию и хранение информации за длительный период времени. Универсальный программный комплекс АЛМАЗ-МОНИТОР, входящий в состав системы, удовлетворяет всем современным требованиям и имеет целый ряд дополнительных возможностей.

Модуль АЛМАЗ-МОНИТОР может быть представлен в виде 5 основных блоков:

1. Блок вибрации подшипников (СКЗ виброскорости, орбиты, амплитуды/фазы 1, 2, 3-й гармоник, спектры, тренды, скоростные характеристики и т.д.) позволяет определять уровень и характер неуравновешенности агрегата, качество соединения роторов, нагрузочные факторы, влияющие на изменение вибрации, контролировать изменение уровня вибрации во времени, на пусках-остановах и на аварийных режимах.

2. Блок вибрации валов позволяет более эффективно определять величину и место неуравновешенности валопровода, в том числе, при отрыве лопаток, корректировать расцентровки по статическому положению роторов на масляном слое, оценивать качество сборки роторов.

3. Блок измерения механических величин (осевой, сдвиг, относительное расширение РВД, РСД, РНД, абсолютное расширение ЦВД, ЦСД, наклоны опор, искривление РВД, измерения положения главного сервомотора) является основным блоком контроля тепломеханического состояния агрегата. С его помощью контролируется режим пуска, набор мощности, работа под нагрузкой, процесс останова и остывания.

4. Блок архивации данных осуществляет накопление, хранение и представление информации. Он позволяет восстановить информацию о характере протекания процессов и является основой для диагностики агрегата. Блок дает возможность просмотра технического состояния агрегата за час, смену, сутки, месяц, год в удобной для персонала форме.

5. Блок защиты по уровню срабатывания помимо стандартной логики сигнализации и отключения имеет широкие возможности перенастройки в зависимости от поставленной задачи.

Подобное блочное построение позволяет максимально эффективно использовать возможности, предоставляемые стационарной системой, не только при штатной эксплуатации оборудования, но и во время проведения испытаний агрегата до и после ремонта, уравновешивания в собственных подшипниках и т.д. Наличие программного конструктора конфигурации системы позволяет без специального программирования строить нужный комплект ПО или корректировать имеющийся.

Огромное количество реализованных функций, высокая надежность и помехозащищенность системы АЛМАЗ-7010, блочно-модульная архитектура, простая интеграция гарантируют безотказную и надежную работу оборудования.

В настоящее время система АЛМАЗ-7010 успешно эксплуатируется на многих предприятиях энергетики, имеет сертификаты Госстандарта РФ, «Госатомэнергонадзора», «Ростехнадзора», система АЛМАЗ-7010 рекомендована к применению в ОАО РАО "ЕЭС России".

В частности, система АЛМАЗ-7010 установлена на агрегате №8 Сургутской ГРЭС-1 - турбоагрегате К-200-130 ЛМЗ мощностью 210 МВт.

Эта 56-и канальная система обеспечивает контроль вибрации подшипников и валов, контроль механических величин (осевого сдвига, относительных расширений роторов высокого, среднего и низкого давления, искривления вала, абсолютных расширений цилиндров и наклонов опор).

Непрерывный контроль вибрационных и механических величин обеспечивается на всех эксплуатационных режимах турбоагрегата. Система обеспечивает срабатывание защиты по СКЗ виброскорости, относительному расширению роторов, осевому сдвигу и частоте вращения при выходе указанных величин за допустимые пределы. Данные измерений передаются на мониторы щита управления и в подразделения АСУ (по локальной сети), заносятся в базу данных, отображаются на алфавитно-цифровых индикаторах модулей.

Стационарный комплекс вибрационного контроля и защиты роторного оборудования «РУБИН-М1»

Комплекс находит применение при оснащении паровых и газовых турбин малой мощности

Функции:

Защита. Предотвращение аварийных выходов оборудования из строя

Мониторинг. Отслеживание различных параметров работы оборудования во времени

Диагностика. Выявление видов неисправностей и построение прогнозов их дальнейшего развития

Защита, Мониторинг и Диагностика оборудования с использованием комплекса «РУБИН-М1» обеспечивает:

-Высокую скорость реакции на развитие дефекта - 0,1 сек

-Автоматическое отключение аварийного оборудования

-Обнаружение зарождающихся дефектов на ранней стадии их развития

-Анализ по сложным алгоритмам в широком частотном и динамическом диапазонах

-Реализация различных стратегий обслуживания оборудования с использованием комплекса «РУБИН-М1» (ППР, ТО по ФС, Проактивное обслуживание).

-Повышение эффективности производства за счет значительного снижения незапланированных простоев и сокращения затрат на техническое обслуживание и ремонт

-Предотвращение аварийных ситуаций с возможными разрушительными последствиями

-Повышение достоверности диагностики с использованием большого количества параметрических данных

-Полная автоматизация сбора данных

-Создание единого информационного пространства АСУ ТП в рамках SCADA-систем либо EAM / ERP решений.

Дополнительные возможности комплекса, обеспечивающие универсальность и гибкость применения комплекса «РУБИН-М1» на паровых и газовых турбинах и центробежных насосах ТЭС:

1.)Параллельные каналы защиты, для обнаружения быстрого роста контролируемого параметра (например вертикальной вибрации на подшипнике, поскольку серьезные повреждения подшипника сопровождаются ростом, как вертикальной, так и поперечной вибрации).

2.)Последовательные диагностические каналы контроля вибрации, обеспечивающие подробный анализ в широком частотном диапазоне вибрации на подшипниковых узлах в как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении для раннего обнаружения изменений в вибрационных процессах.

3.)В комплексе реализована возможность подключения дополнительных датчиков с аналоговыми и цифровыми интерфейсами, позволяющими контролировать температуру, токи, напряжения, давление и другие параметры.

4.) Возможность расположения измерительного блока вблизи контролируемого оборудования за счет использования надежного пыле-влаго-защищенного корпуса. Подключение датчиков непосредственно к измерительному блоку. Передача информации получаемой со всех датчиков по одному высокоскоростному стандартному каналу Ethernet 100T.

Один измерительный блок, благодаря многоканальности может обслуживать один или несколько объектов.

Наличие восьми каналов защиты и четырех входов датчиков оборотов позволяет, например, одним измерительным блоком контролировать и диагностировать состояние четырехвального роторного агрегата, имеющего до восьми подшипников.

Важной особенностью комплекса является то, что благодаря многоканальности вся информация о таком сложном объекте позволяет учесть наличие корреляционных зависимостей между всеми контролируемыми параметрами. Возможны различные структуры сети для организации обмена данными, в том числе возможно построение отказоустойчивых сетей типа HyperRing или аналогичных, обеспечивающих сохранение работоспособности даже при обрыве соединительного кабеля.

К серверу системы может быть подключено необходимое число клиентских рабочих мест для дежурного персонала, ремонтных служб и специалистов по вибродиагностике. Возможна работа в режиме удаленного доступа для анализа сложных ситуаций по Интернету.

Рис 2. Различные варианты построения функциональной схемы

Портативные приборы вибродиагностики

трубопровод вибродиагностика электростанция

Анализатор вибрации ОНИКС.

Анализатор вибрации ОНИКС, устанавливает новый стандарт качества профессиональной аппаратуры для измерения и анализа вибрации.

Рис.3 Внешний вид анализатора ОНИКС

Прибор дает возможность в полной мере использовать самые последние мировые достижения в области измерения и анализа вибрации, диагностики состояния подшипников, балансировки роторов в собственных опорах.

Двухканальный переносной виброанализатор ОНИКС, созданный на базе самых современных аппаратных и программных технологий, стал логическим продолжением модельного ряда высокотехнологичных переносных виброанализаторов производства ДИАМЕХ 2000.

Переход на принципиально новую платформу позволил не только значительно улучшить большинство технических характеристик нового прибора, но и реализовать ряд специальных возможностей и новых функций, значительно повышающих достоверность диагностики промышленного оборудования. Новый измерительный тракт и набор специальных встроенных фильтров обеспечивает максимальную метрологическую точность получаемых результатов.

Особенности :

Самая современная аппаратная база

Максимальный набор функций

Операционная система Windows CE

Расширенный частотный и динамический диапазон

Параллельное измерение по двум каналам

Цветной дисплей высокого разрешения

Эргономичный корпус

Сменные карты памяти SD

Уникальные технические характеристики

Большой объем памяти, высокое разрешение дисплея, расширенный частотный (0,1 - 40 кГц) и динамический диапазон (>100 Дб) позволяют использовать его в качестве самостоятельного инструментария при мониторинге и диагностике даже без применения специального программного обеспечения.

Широкие возможности

Переносной виброанализатор ОНИКС позволяет контролировать текущее состояние агрегатов, выполнять в автоматизированном режиме глубокую поузловую диагностику и балансировку в собственных подшипниках, а также определять собственные частоты конструкций. ОНИКС может быть использован как в качестве анализатора вибрации, так и в качестве сборщика данных в режиме коллектора (работа по маршруту).

В приборе реализован максимальный набор замеров для одноканального и двухканального анализа, а также ряд исследовательских функций, позволяющих существенно повысить информативность и достоверность диагностики. Применение универсальных измерительных входов обеспечивает возможность подключения вибрационных датчиков различных типов, что значительно расширяет возможности прибора.

Максимальная функциональность

Помимо стандартных типов замеров (общий уровень, амплитуда/фаза, спектр, спектр огибающей, временной сигнал и др.), в виброанализаторе ОНИКС реализован ряд специальных исследовательских функций, направленных на повышение достоверности диагностики, - измерение дампа временного сигнала (до нескольких часов), кепстральный анализ, а также новый метод оценки нестационарных процессов - вайвлет-анализ, набирающий все большую популярность среди диагностов-исследователей.

Благодаря возможности проведения синхронных измерений различных параметров вибрации одновременно по двум каналам, в виброанализаторе были реализованы такие крайне информативные при диагностике виды замеров как орбиты и взаимные спектры, а также разработан алгоритм расчета взаимной фазы, позволяющей выявлять ряд дефектов роторного оборудования без использования тахометрического датчика.

Практически неограниченный объем памяти прибора позволил заложить на этапе разработки возможность создания новых типов замеров, исследовательских функций и даже диагностических методик, которые могут применяться специалистами при углубленной диагностике оборудования как непосредственно во время проведения измерений, так и во время последующего анализа.

Удобство и простота работы

Виброанализатор ОНИКС отвечает всем общемировым стандартам современного приборостроения, ориентированным на удобство конечного пользователя. Большой цветной дисплей высокого разрешения позволяет выполнять анализ данных в полевых условиях без использования переносного компьютера.

Эргономичное исполнение, небольшие габариты и вес, простой интуитивно понятный пользовательский интерфейс, процедура упрощенного ввода данных, разветвленная система помощи и многие другие особенности позволяют с максимальной эффективностью и удобством использовать многочисленные возможности прибора при решении самых сложных задач диагностики.

Модульный принцип построения

Большой объем памяти не накладывает никаких ограничений на допустимый максимальный размер встроенного программного обеспечения прибора. Поэтому по мере развития платформы, виброанализатор ОНИКС будет дополняться новыми функциями, программными модулями и методиками диагностики. В отличие от общепринятой мировой практики все последующие программные обновления и расширения предоставляются бесплатно и находятся в открытом доступе на нашем сайте www.diamech.ru

Балансировочная программа

Многолетний опыт разработки и практической апробации балансировочных программ в составе переносных виброанализаторов семейства AU, КВАРЦ и АГАТ-М, накопленный специалистами компании, получил практическую реализацию в новой балансировочной программе виброанализатора ОНИКС.

Удачно сочетая теоретические достижения и функциональную насыщенность программы КВАРЦ, а также простоту, удобство и наглядность балансировочного модуля прибора АГАТ-М, балансировочная программа виброанализатора ОНИКС по праву занимает лидирующие позиции в данном сегменте решений.

Многоканальный анализ

Для проведения синхронного многоканального анализа в рамках разрабатываемой платформы ОНИКС может быть использован специальный автономно функционирующий измерительный блок, имеющий общую с виброанализатором базу данных.

Научно-производственное предприятие «ВИБРОБИТ»

Данная аппаратура пользуется спросом, как на отечественном, так и на зарубежном рынке автоматизированных систем и применяется на тепловых, атомных электростанциях и промышленных предприятиях.

Аналоговая аппаратура «Вибробит 100», предназначена для измерения и контроля параметров механического состояния паровых и газовых турбин, центробежных насосов, турбокомпрессоров и другого промышленного оборудования во время их эксплуатации.

Учитывая потребности рынка автоматизированных систем, предприятием была выполнена разработка программно-технического комплекса ПТК «Вибробит 200», предназначенного для непрерывного контроля вибропараметров, виброзащиты и вибродиагностики турбоагрегатов (возможна работа с несколькими агрегатами), насосов и других роторных машин на электростанциях и прочих объектах энергетики и промышленности как автономно, так и интегрированным в АСУ ТП.

Инновационная техническая разработка предприятия - аппаратура «Вибробит 300». Применение цифровых методов обработки сигналов позволяет изготавливать функциональные и экономичные системы АСКВ «Вибробит», в большинстве случаев, не имеющих аналогов на отечественном и зарубежном рынке АСКВ. Впервые аппаратура «Вибробит 300» была внедрена в 2005 году на Заинской ГРЭС (Республика Татарстан).

Технико-экономические показатели аппаратуры производства «Вибробит» отвечает всем запросам мирового рынка аппаратуры такого класса и позволяет ей являться конкурентоспособной в своем сегменте оборудования.

Уровни АСКВ «Вибробит»

Функционально АСКВ «Вибробит» можно разделить на три уровня. На первом уровне происходит преобразование физической величины в пропорциональный токовый сигнал, поступающий на цифровые модули контроля. В них выполняется пересчет уровня сигнала в значение физического измеряемого параметра. Полученные значения сравниваются с уставками, формируются сигналы защитного отключения и выполняются другие диагностические операции. Вычисленные значения параметров передаются на верхний уровень системы.

В свою очередь, первый уровень системы делится на две части: первичные и вторичные преобразователи. Первичные преобразователи включают в себя датчики, преобразователи (выносные усилители), соединительные кабели. Вторичные преобразователи - модули контроля, логические модули технологической защиты, модули проверки исправности каналов измерения и схем защиты, источники питания (включая источник бесперебойного питания), удаленные модули индикации. Модули контроля (и другие функциональные модули вторичных преобразователей) устанавливаются в каркасы 3U типа «Евромеханика». Каркасы с модулями монтируются в шкаф фирмы Rittal.

Второй уровень АСКВ функционально построен как распределенная клиент-серверная система с возможностями гибкого наращивания. Прикладное программное обеспечение сервера и рабочих станций выполнено средствами SCADA Citect. Программное обеспечение системы ведет мониторинг вибропараметров и механических величин: отслеживает сводное состояние турбоагрегата, проводит оперативную диагностику состояния турбоагрегата в режиме реального времени и т.д. Верхний уровень соединяется с нижним уровнем АСКВ по цифровым интерфейсам связи (Ethernet, RS485) со стандартными протоколами обмена.

К третьему уровню АСКВ «Вибробит» относятся удаленные рабочие станции (персональные компьютеры), имеющие доступ к базе данных и текущему состоянию агрегата для их просмотра и анализа.

Аппаратура АСКВ «Вибробит» комплектуется, исходя из потребностей предприятия-заказчика, соответствующим составом датчиков, измерительных и сервисных модулей. Также могут отличаться настройки и схемы включения модулей контроля, конфигурация программного обеспечения верхнего уровня. При реализации АСКВ «Вибробит» существуют готовые шаблоны измерения различных вибромеханических параметров и построения схем защиты. По индивидуальному заказу компания изготавливает датчики с нестандартными габаритными размерами и электрическими характеристиками.

Рис.4 Структурная схема включения аппаратуры «Вибробит 300»

Все модули аппаратуры «Вибробит 300» поддерживают интерфейсы:

CAN2.0B - для удаленного отображения измеренных параметров, автономного хранения;

RS485 с протоколом ModBus - для включения аппаратуры «Вибробит 300» в состав создаваемых и существующих АСУ ТП или подключения ПК;

Диагностический интерфейс - предназначен для выполнения настройки получения полной информации о работе модуля с помощью диагностического прибора или компьютера.

Применение в аппаратуре «Вибробит 300» микроконтроллеров с высокой вычислительной производительностью позволяет выполнять многоканальную цифровую обработку сигналов в режиме реального времени

Комплексный подход

Аппаратура «Вибробит» установлена на электростанциях в Татарстане, Ставропольском, Красноярском и Пермском крае, Ленинградской, Тюменской, Ростовской, Оренбургской и Свердловской областях, а также в других регионах. Кроме того, она работает на энергопредприятиях в Казахстане, Узбекистане, Украине и Беларуси.

Компания поставляет оборудование для предприятий атомной энергетики в частности ФГУП Российский Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики.

Аппаратура «Вибробит» поддерживает стандартные интерфейсы связи и протоколы обмена, и поэтому совместима в составе различных АСУ ТП с техникой других, в том числе зарубежных производителей. Имеется опыт реализации совместных проектов по интеграции в АСУ ТП с такими компаниями, как «АББ Автоматизация», «Е4-СибКОТЭС», «Торнадо», «ЭМЕРСОН», «Интеравтоматика», Siemens.

При проведении международного конкурса на оснащение аппаратурой вибродиагностики турбин Т-200 (ТЭС «Харта», Ирак) производства фирмы «Мицубиси» (Япония), впервые был создан прецедент поставки контролирующего высокотехнологического электронного оборудования российского производства для турбин японского производства. Также аппаратурой производства «Вибробит» произошло оснащение т/а 50 МВ (ТЭС «Южный Багдад», Ирак) производства General Electric (США). Аппаратура производства ООО НПП «Вибробит» поставлялась на АЭС «Бушер» (Иран), АЭС «Кудамкулан» (Индия), АЭС «Тянь Вань» (Китай).

Источники

1. http://www.diamech.ru

2. http://www.vibrobit.ru

3. http://www.sei.irk.ru

4. http://www.ispu.ru

Размещено на Allbest.ru