книги / Математическое моделирование газотурбинных мини-электростанций и мини-энергосистем
..pdfРешение задачи планирования объемов ремонтных ра бот сводится к определению базовых точек последнего вы полнения известных ремонтных воздействий нормального и переменного объемов и определению состава работ, попа дающих в планируемый период. Информационная модель энергосистемы предприятия для данной задачи представля ется конечным связным графом. Вершины графа представ ляют собой адреса ремонтных элементов, а ребра характери зуют условия входимости.
Если нет математических зависимостей, характеризую щих интенсивность исчерпания ресурса, то решение прини мается на уровне управления по экспертным оценкам факти ческого состояния оборудования и возможности выполнения работы в ближайший или последующий интервалы планиро вания.
В любом случае базовой точкой будет считаться факт последнего выполнения данной работы. Если ресурс ре монтного элемента значительно превосходит длительность ремонтного цикла (в 2 раза и более) и соизмерим с жизнен ным циклом изделия, такие работы переводятся в разряд разовых, вероятность повторения которых мала (близка к нулю).
Если имеются результаты диагностики технического со стояния и известны математические зависимости изменения во времени ресурсов элементов, дата их выполнения уста навливается с учетом предполагаемой ситуации в системе технического обслуживания и ремонта. За базовую точку принимается либо начало эксплуатации оборудования (нача ло новой стадии жизненного цикла после выполнения в ре монтном цикле последнего ремонта), либо дата последнего выполнения данной работы.
После того как сформирован объем ремонтных работ, рассчитываются все виды затрат с использованием норма тивной базы. Материальные и трудовые затраты могут быть
сгруппированы по различным признакам в зависимости от интересов конкретного пользователя. Таким образом, по требность оборудования в ремонтных воздействиях рассчи тывается и уточняется, включая любые сведения, дополняю щие нормативную базу и характеризующие реальное техни ческое состояние [13,17,22].
Данная концепция составила методологическую основу разработанной информационно-аналитической среды под держки жизненного цикла электротехнического оборудова ния предприятия.
Таким образом, предлагается гибридный подход к оцен ке состояния электротехнического оборудования, рисков его простоя и, соответственно, рисков недобора нефти.
Комплексная функция надежности может быть состав лена из следующих компонентов (исходя из соответствую щего уровня информации):
• вероятность выхода из строя оборудования всей тех нологической цепочки (рассчитывается на основе экспонен циального подхода);
• оценки величин отклонения измеренных параметров (на основе среднеквадратичного критерия);
•вероятность выхода из строя электропривода целевого объекта (на основе экспоненциальной функции надежности);
•суммарная оценка субъективных рисков (на основе прямой шкалы оценок).
Ранжирование измеренных величин и присвоение весо вых коэффициентов происходит в зависимости от уровня адекватности оценок. При этом учитываются такие основные факторы, как:
•учет дебитности скважин;
•уровень финансирования;
•категорийность электрооборудования.
Рис. 6.17. Гибридный подход к оценке состояния электротехнического оборудования
В информационно-аналитической среде предусмотрен учет и других гфитериев, необходимых пользователю. При своение приоритетов может производиться как автоматиче ски, так и вручную (рис. 6.17).
6.5. Обзор современных автоматизированных систем технической диагностики, используемых на предприятиях нефтегазовой отрасли
В последнее время с интенсивным развитием средств измерения, передачи и хранения информации появились го товые автоматизированные комплексы технической диагно стики электрооборудования [8, 9, 11, 18, 21]. Они включают
всебя:
•датчики измеряемых величин;
•быстродействующие преобразователи сигналов;
•скоростные средства передачи данных;
•компактные устройства хранения информации;
• многофункциональные программные продукты.
Эти комплексы выполняются в различных видах: ста ционарные и нестационарные (переносные). Решаемый ими круг задач включает в себя:
• анализ работоспособности объекта диагностирования;
•поиск дефекта в неисправном оборудовании;
•прогнозирование состояния и оценку остаточного ре
сурса;
•выдачу экспертной оценки по проведению следующе го технического обслуживания.
Проектировщики и разработчики данных комплексов нацелены в основном на поддержание надежности электри ческих двигателей как наиболее важных и сложных объектов диагностирования.
Кважным критериям качества данных систем можно отнести:
• удобство получения информации;
• быстродействие измерительных устройств;
• полноту диагностирующих параметров и их достовер ность;
•используемые средства преобразования информации;
•скорость преобразования данных;
•полноту решаемых программным продуктом задач;
•качество экспертных оценок;
•удобство отображения данных.
По этим параметрам осуществим сравнение наиболее известных автоматизированных комплексов диагностики электрооборудования, используемых на предприятиях нефте газовой отрасли.
6.5.1. Система мониторинга и диагностики вращающегося оборудования по вибрации с пакетом программ D ream fo r W indow s
Назначение состоит в следующем.
1.Мониторинг состояния машин и оборудования в про цессе эксплуатации по их вибрации.
2.Диагностика и прогноз технического состояния узлов вращающегося оборудования.
3.Обнаружение и наблюдение за развитием дефектов
спрогнозированием остаточного ресурса таких узлов, как подшипники, шестерни, рабочие колеса насосов и турбин, электромагнитные системы электрических машин и др.
4.Накопление и хранение информации о вибрационном и техническом состоянии отдельных узлов и машин в целом.
Система мониторинга и диагностики выполнена на ос нове пакета программ, разработанного для диагностики ро торных машин по спектрам вибрации и ее огибающей.
Для мониторинга машин и оборудования по характери стикам, определяемым пользователем, могут быть использо ваны любые параметры сигнала, измеряемые сборщиком данных СД-11 или его аналогами.
Для автоматического обнаружения и идентификации дефектов используются результаты узкополосного спек трального анализа низкочастотной и среднечастотной вибра ции диагностируемых узлов машин, а также огибающей их высокочастотных составляющих. Это позволяет провести следующую стратегию мониторинга и диагностики:
1) вибрационный мониторинг машин (оборудования)
вцелом;
2)вибрационный мониторинг аварийноопасных узлов;
3)технический мониторинг, представляющий собой наблюдение за развитием имеющихся дефектов, определяю щих состояние узлов оборудования, и прогноз остаточного ресурса.
Режим графической обработки данных может использо ваться для получения дополнительной диагностической ин формации.
В результате диагностики могут быть обнаружены сле дующие дефекты:
• дефекты вала с подшипниками качения;
• дефекты вала с подшипниками скольжения;
• в шестернях и зацеплений в зубчатой передаче;
•в зубчатых передачах с подшипниками качения;
•в зубчатых передачах с подшипниками скольжения;
•в цепных (ременных) передачах;
•в рабочих колесах насосов;
•пакет программ DREAM for Windows автоматически обнаруживает также дефекты и в электромагнитных системах электрических машин.
Всостав переносной системы, обеспечивающей монито ринг состояния оборудования и машин, а также глубокую ди агностику узлов роторных машин, входят:
•анализатор - сборщик данных СД-11;
•персональный компьютер, совместимый с IBM PC/AT Pentium;
•принтер, предпочтительно цветной;
•операционная система Windows 95 или последующие версии;
•пакет программ DREAM for Windows;
•электронный ключ для программы DREAM for Windows;
•инструкции по эксплуатации анализатора - сборщика данных СД-11 и пакета программ DREAM for Windows.
Вибрационный мониторинг машин и их узлов осущест вляется программой DREAM for Windows по пользователь ским измерениям. Для любых пользовательских измерений можно вывести на экран результаты.
При наличии в рассматриваемом типе пользовательских измерений превышения установленных порогов можно вы вести на экран монитора тренд этих превышений.
Программное обеспечение DREAM for Windows обеспе чивает автоматическое обнаружение дефектов в диагности руемых объектах с указанием наиболее вероятных видов де фектов.
В заключение по результатам технической диагностики приводятся не только результаты диагноза, но и ссылки на об наруженные диагностические признаки, а также предупрежде ние о возможных ошибках, в частности, из-за отсутствия пол ного набора данных измерений или их несовместимости.
Вывод информации может осуществляться как из самой программы с помощью команды Отчеты контекстного (пла вающего) меню с возможностью распечатки на принтере.
Система имеет следующие достоинства:
1.Функциональная завершенность.
2.Достаточно широкий спектр обнаруживаемых дефек тов электродвигателей.
3.Удобство представления результатов.
4.Возможность работы без специальных знаний.
Из недостатков следует указать следующие:
1.Система не позволяет обнаруживать повреждения обмоток электродвигателей.
2.Измерение вибрации осуществляется контактным способом.
3.На результат влияет путь распространения вибрации.
6.5.2.Система Aurora-2000
Основное назначение системы вибродиагностики и пла нирования ремонтов Aurora - повышение надежности работы вращающегося оборудования. Это достигается за счет опера тивной оценки текущего технического состояния оборудова ния, своевременного выявления дефектов, оптимального планирования сроков проведения ремонтов.
Систёма Aurora предназначена для использования экс плуатационным и ремонтным персоналом в целях:
• контроля текущего технического состояния роторного (вращающегося) оборудования с отслеживанием динамики развития неисправностей;
• определения возможности дальнейшей эксплуатации оборудования без ремонта;
•подготовки информации о необходимых регламентных
иремонтных работах, их объеме и сроках проведения. Основой для определения текущего состояния оборудо
вания являются измерения СКЗ (среднеквадратичного значе ния) виброскорости (мм/с) в диапазоне от 10 до 1000 Гц в трех направлениях - «вертикальном», «поперечном» («го ризонтальном») и «осевом». Сравнение измеренных значений с нормативными позволяет оценить состояние агрегата.
Технологические параметры, характеризующие работу оборудования, такие как производительность, температура, давление и т.д., также могут вводиться в программу для про ведения анализа их влияния на уровень вибрации агрегата.
Внедрение на предприятии системы обслуживания по фактическому состоянию способствует;
• увеличению времени между ремонтами - и как следст вие, росту производительности и снижению затрат на прове дение ремонтов;
• предотвращению прогнозируемых поломок, т.е. по вышению надежности работы;
• устранению вторичных поломок, например, поломки редуктора из-за неисправностей подшипника;
• устранению ненужного расхода деталей, исключению замены еще исправных деталей;
• уменьшению объема запасных частей, так как заранее известны номенклатура и количество необходимых деталей
изапасных частей;
•уменьшению общей продолжительности ведения ре монтных работ, так как все необходимые работы планируют ся заранее.
Для нормального функционирования системы необхо димо наличие:
•виброметров с автономным питанием для измерения СКЗ виброскорости в (мм/с) - например, виброметр с памя тьютипа «Корсар»;
•персонального компьютера стандартной конфигура ции. В память такого компьютера можно внести информацию
обо всем оборудовании практически любого предприятия. На жестком диске следует предусматривать примерно по 1015 КБ памяти для каждого контролируемого агрегата;
• программного обеспечения Aurora.
Программа Aurora работает в энергетике, горнодобы вающей промышленности, нефтедобыче, нефтехимии и т.д. достаточно длительный срок, на некоторых предприятиях более 10 лет. В процессе эксплуатации диагностировалось состояние более чем 10 тысяч различных агрегатов и в ре зультате такой представительной проверки определена ста тистическая достоверность диагностических алгоритмов про граммы.
1.Достоверность диагнозов по причинам повышенной вибрации оборудования:
•70 % диагнозов подтвердились полностью;
•20 % диагнозов подтвердились не полностью;
•10 % диагнозов были некорректными.
2.Сравнение диагнозов программы с заключениями опытных вибродиагностов показали:
•96 % диагнозов программы об общем состоянии обо рудования совпали с мнениями экспертов;
•90 % диагнозов программы о причинах повышенной вибрации совпали с мнением экспертов;
•в 4 % случаев диагнозы программы оказались более достоверными, чем заключения экспертов.
6.5.3. Автоматизированный комплекс для диагностики функционального состояния
электрическихмашин
Данный комплекс был разработан научными сотрудни ками Ульяновского государственного технического универ ситета.
Измерительная часть комплекса строится на датчиках электромагнитного типа. С их помощью можно осуществлять измерения практически всех, наиболее значимых диагности ческих параметров, в том числе вибраций, фазных токов и напряжений, а также характеристик акустических волн
итемпературы.
Кэлектромагнитным датчикам относятся индуктивные, вихретоковые, трансформаторные, магнитомодуляционные, магнитоупругие, индукционные и ряд других датчиков. Всех их отличает:
• простота конструкции;
• высокое значение выходного напряжения;
•некритичность к воздействию окружающей среды;
•возможность бесконтактного измерения многих физи ческих величин.
Доктором технических наук В. И. Смирновым и его кол легами (УГТУ) предложен новый способ преобразования па раметров датчиков электромагнитного типа, использующий зависимость длительности переходного процесса от парамет ров индуктивных датчиков.
Достоинство новой схемы - значительное сокращение времени однократного измерения приблизительно до 50 мкс. Это дало возможность измерять и анализировать спектраль ный диапазон 0...8 кГц, что обычно вполне достаточно для задач диагностики.
Таким образом, можно одновременно измерять вибра ции, токи в обмотках и созданные этими токами поля рассея-