Введение (стр. 3 )

При наличии многоканальной виброаппаратуры рекомендует­ся дополнительно устанавливать датчики для контроля вибрации в горизонтально-поперечном и осевом направлениях каждого подшипникового узла. Вертикальная составляющая вибрации измеряется в верхней части крышки подшипника над серединой длины его вкладыша. Горизонтально-поперечная и горизонталь­но-осевая составляющие вибрации измеряются на уровне оси вала насоса против середины длины опорного вкладыша. Виб­рация всех элементов крепления насоса к фундаменту измеряет­ся и контролируется в вертикальном направлении.

У насосов, не имеющих выносных подшипниковых узлов (насосы со встроенными подшипниками), вибрация измеряется как можно ближе к оси вращения ротора.

Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать решение следующих задач:

- своевременное обнаружение возникающих дефектов состав­ных частей оборудования и предотвращение его аварийных от­казов;

- определение объема ремонтных работ и рациональное их планирование;

- корректировка значений межремонтных интервалов и прогно­зирование остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию;

- проверка работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определение оптимальных режимов работы оборудования.

При эксплуатации насосных агрегатов имеет место два прин­ципиально различных метода измерения вибраций (колебаний) - при помощи датчиков измерения абсолютных колебаний и от­носительных колебаний. Колебания насосных агрегатов созда­ются преимущественно их вращающимися частями и пульсация­ми давления в насосе и подводящих трубопроводах. При этом, главным возбудителем колебаний является неуравновешенность роторов насоса и электродвигателя.

Ротор, имеющий дисбаланс, создает во время вращения сво­бодные центробежные силы, зависимые от частоты вращения (рис. 2.1). Их величина вычисляется на основе следующего со­отношения (рис. 2.1):

F = и × r× w2,

где F - центробежная сила; и - дисбаланс; r - радиус; w - частота вращения.

Рис. 2.1. Схема возникновения свободной центробежной силы F при дисбалансе ротора

Рис. 2.2. Виды колебаний у машин

Вызванные дисбалансом центробежные силы и действующие на ротор переменные силы (например, магнитные силы, гидрав­лические силы и т. п.) побуждают ротор и вал ротора к колеба­ниям. Через масляную пленку подшипников скольжения (или через подшипники качения) колебания и усилия передаются на опоры и на фундамент машины. Передаваемые колебания зави­сят от разных параметров. Самые существенные из них: жест­кость и демпфирование масляной пленки, опор и фундаментов, а также масса роторов, опор и фундаментов.

На рис. 2.2 и 2.3 изображены колебания (трех видов), изме­ряемые при эксплуатации большинства насосных агрегатов и других роторных машин.

Рис.2.3. Виды колебаний и места их измерения (на примере подшипника скольжения)

Различают колебания трех видов.

Относительные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к вкладышу подшипника.

Абсолютные колебания опор подшипников. Под этим под­разумеваются быстрые движения вкладыша подшипника и кор­пуса подшипника по отношению к жесткой опорной точке в про­странстве.

Абсолютные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к жестко установленной опорной точке в пространстве.

В области механических колебаний приняты три измеряемые величины:

- вибросмещение (амплитуда колебаний) s - отклонение точки из­мерения от положения покоя; единица измерения - мкм (1 мкм = = 10-6 м);

- виброскорость v - скорость движения точки измерения во­круг своего положения покоя; единица измерения - мм/с;

- виброускорение а - ускорение движения точки измерения во­круг своего положения покоя; единица измерения - м/с2.

Когда уровень вибрации оценивается для отдельной электри­ческой машины в испытательном помещении, условия измерения и допустимые значения вибрации определяются по ГОСТ 20815 (МЭК ) [33].

Этот же стандарт устанавливает, что при измерении вибрации на месте эксплуатации, следует пользоваться специальными ме­тодиками, разработанными для машин конкретных типов.

По ГОСТ 20815 критерием, принятым для оценки интенсив­ности вибрации машин с частотой вращения 600 об/мин и вы­ше, является среднее квадратическое значение виброскорости, имеющей размерность мм/с и обычно обозначаемой ue или ueff; ve определяют непосредственным измерением или по результа­там спектрального анализа в диапазоне от частоты вращения, на которой проводят измерения, до 2000 Гц по формуле

(2.1)

где uei - среднее квадратическое значение виброскорости, полу­ченное при спектральном анализе для i-й полосы фильтра; i=1, 2...n, при этом первая и п-я полосы фильтра должны включать соответственно нижнюю и верхнюю граничные частоты заданной для измерения полосы частот.

Для крупных машин (с высотой оси более 355 мм) с частотой I вращения менее 600 об/мин определяют и нормируют пиковое значение виброперемещения S (мкм).

Интенсивность вибрации машины характеризуется наиболь­шим значением из числа измеренных в предписанных точках. Применительно к оборудованию НПС используют только харак­теристики вибросмещения (амплитуду колебания) и виброско­рость. При измерении вибрации предпочтение отдается тому ви­ду колебаний, который имеет самую большую информативность.

Для насосов и электродвигателей НПС оценка вибрации прово­дится на основе измерения абсолютных колебаний корпусов подшипников и реже относительных колебаний валов. Для дру­гих ротационных машин (вентиляторов, насосов вспомогатель­ных систем НПС) рекомендуется измерять абсолютные колеба­ния корпусов и подшипниковых узлов.

Для машин на подшипниках скольжения следует дополни­тельно учесть соотношения масс и жесткости объекта. Ротор с малой массой сможет побудить жесткую опорную конструкцию с большой массой только к незначительным колебаниям подшип­ников. Относительные колебания вала при этом в 10-30 раз больше, чем абсолютные колебания подшипников. Тогда в каче­стве измеряемой величины необходимо выбрать относительное колебание вала. Если масса роторов увеличивается не намного меньше массы подшипниковых узлов со стояками, то относи­тельные колебания валов только в 3-10 раз больше, чем абсо­лютные колебания подшипников. В этом случае помимо измере­ния относительных колебаний валов рекомендуется измерять еще абсолютные колебания подшипников, чтобы получить более достоверную информацию о техническом состоянии машины.

Когда масса роторов сопоставима с массой подшипниковых опор или больше, абсолютные колебания валов могут достигнуть примерно таких же самых значений, как абсолютные колебания подшипников. В таких случаях рекомендуется измерять абсо­лютные колебания валов и корпусов подшипников.

Измерение абсолютных колебаний валов ввиду необходимо­сти специальной измерительной аппаратуры вызывает большие трудности. Поэтому эти колебания учитываются, как правило, при эксплуатации только больших турбоагрегатов электростан­ций.

Чтобы выяснить причины, вызывающие вибрации насосного агрегата, необходимо провести диагностические работы с частот­ным анализом вибраций насосного агрегата. При частотном ана­лизе с помощью виброизмерительной аппаратуры определяются все частотные составляющие вибраций, которые вызывают коле­бание машины.

Для правильной интерпретации частотных составляющих вибрации с присущими неисправностями, возникающими в диаг­ностируемом оборудовании, необходимо четко представлять его конструкцию, знать характерные частотные составляющие виб­рации, сопутствующие каждому виду неисправности для диагно­стируемого оборудования, иметь виброизмерительную аппарату­ру, позволяющую определять необходимые частотные состав­ляющие вибрации.

Частотный анализ вибраций с помощью виброизмерительной аппаратуры можно осуществлять, в основном, тремя способами: гармоническим анализом вибраций, полосовым выделением час­тотных составляющих и при применении перестраиваемых фильтров.

При гармоническом анализе вибрации виброизмерительная аппаратура сама определяет частоту вращения ротора машины, настраивает встроенный фильтр на эту частоту и фильтр «про­пускает» только ту часть сигнала возмущения, которая соответ­ствует частоте вращения ротора.

Данная величина вибрации называется 1-й гармонической со­ставляющей вибрации или основной гармоникой вибрации. Еще ее называют оборотной составляющей вибрации. Изменяя поло­жение переключателя прибора, можно увеличить (или умень­шить) в 2, 3, 4 ... раза частоту, на которую настроится встроен­ный фильтр и тем самым определить 2, 3, 4 ... гармонические составляющие вибрации. Если мы настраиваем фильтр на часто­ту ниже 1-й гармоники, то составляющие вибрации называются субгармониками.

Данный способ выделения гармонических составляющих вибрации является наиболее точным, но требует применения (кроме датчика вибрации) датчика, определяющего частоту вращения вала машины (например, фотоэлектрического или ла­зерного).

Более простым способом выделения частотных составляющих вибрации является применение полосовых фильтров. Встроен­ные полосовые фильтры настраиваются на определенную часто­ту, которая зависит от положения переключателя прибора. При этом фильтр пропускает полосу частот, соответствующую его характеристикам. Поэтому, изменяя положение переключа­теля, мы можем определить, какие частотные составляющие присутствуют в общем уровне вибрации. Под общим уровнем вибрации понимается вся совокупность вибраций, вызванная имеющимися неисправностями в эксплуатируемом оборудова­нии.

В ряде виброизмерительных приборов имеется перестраивае­мый фильтр. Если это автоматически перестраиваемый фильтр, то прибор сам последовательно изменяет частоту пропускания фильтра, и по изменениям показаний индикатора можно опре­делить, какие частотные составляющие и с какой величиной присутствуют в общем уровне вибрации. Однако визуально это сделать сложно. Поэтому для такого частотного анализа обычно используют самописцы, подключаемые к выходу прибора, и за­писывают амплитудно-частотную диаграмму, по которой впоследствии определяют отдельные частотные составляющие виб­рации.

Для диагностических работ можно использовать любой из этих способов частотного анализа вибрации.

2.2. НЕФТЯНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

КАК ОБЪЕКТ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Магистральный нефтяной насосный агрегат включает центро­бежный насос типа НМ и приводной трехфазный синхронный или асинхронный электродвигатель. Роторы насоса и двигателя соединяются зубчатой или упругой пластинчатой муфтой.

Магистральные насосные агрегаты предназначены для пере­качки нефти по магистральным трубопроводам в составе НПС в диапазоне подач номинального режима 1250м3/ч и име­ют частоту вращения ротора 3000 об/мин (50 Гц) для синхрон­ных электродвигателей или близкую к ней для асинхронных двигателей.

Насос, входящий в состав агрегата, - центробежный горизон­тальный с двухсторонним подводом жидкости к рабочему колесу и двухзавитковым спиральным отводом жидкости от рабочего колеса. Ротор насоса состоит из вала с насаженным на него ра­бочим колесом, защитными втулками и крепежными деталями. Ротор центрируется относительно корпуса насоса перемещением корпусов подшипников с помощью регулировочных винтов. Опорами ротора являются подшипники скольжения с принуди­тельной смазкой. Осевые усилия ротора воспринимают два спа­ренных радиально-упорных подшипника, установленных на конце вала. Концевые уплотнения ротора - механические, тор­цовые, гидравлически разгруженные.

Электродвигатель насосного агрегата выполняется с одним рабочим концом вала и выпускается как во взрывобезопасном, так и в нормальном исполнении.

Сердечник статора состоит из пакетов, разделенных вентиля­ционными каналами, обмотка статора - двухслойная катушеч­ная. Ротор двигателя имеет пазы, в которых уложена и опрессована обмотка возбуждения. На роторе установлены центробеж­ные вентиляторы и направляющие аппараты, обеспечивающие безударный вход воздуха в вентиляторы. Опорами ротора слу­жат литые стояковые подшипники скольжения с циркулирую­щей под давлением смазкой.

Подача масла в подшипники насосного агрегата обеспечива­ется отдельно стоящей маслоустановкой.

Насос и электродвигатель могут быть установлены на отдель­ных фундаментных рамах или на общей плите. Фундамент агре­гата - общий, монолитный.

Конструкцией насоса предусмотрены места для установки вибродатчиков, приборов дистанционного контроля температуры подшипников, утечек жидкости через концевые уплотнения ро­тора, температуры перекачиваемой жидкости, давления на входе и выходе насоса.

Конструктивно насос и электродвигатель имеют выносные подшипники, корпуса которых используются для установки датчиков вибрации и датчика измерения частоты вращения ро­тора.

При эксплуатации насосных агрегатов необходимо проводить периодический контроль и оценку интенсивности вибрации агре­гата в соответствии с нормами вибрации на них.

В общем случае вибродиагностические работы при эксплуа­тации насосного агрегата можно представить в следующем виде.

В начале эксплуатации, после окончания ремонтных работ, необходимо провести контроль качества ремонта и паспортиза­цию начальных его технических параметров. В процессе экс­плуатации до момента времени, после которого виброактивность машины превысит оценки «хорошо», проводится периодический экспресс-анализ по общему уровню вибрации. После превыше­ния интенсивности вибрации оценки «хорошо» устанавливается предварительный диагноз, определяется срок очередного проведения обследования и возможность дальнейшей эксплуата­ции.

При увеличении интенсивности колебаний выше уровня (0,8-0,9) от предельно допустимого проводится техническое обследо­вание с установкой окончательного диагноза, определяется срок и объем ремонтных работ.

В качестве нормируемого параметра вибрации устанавливает­ся среднее квадратическое значение виброскорости.

Оценка интенсивности вибрации агрегатов электронасосных центробежных нефтяных магистральных (нормы вибрации экс­плуатационные) осуществляется в соответствии с РД 153-39ТН-008-96 [86], РД 153-39ТН-009-96 [87] и представлена обоб­щающей табл. 2.1.

Таблица 2.1

Оценка интенсивности вибрации насосного агрегата

Определяющие величины среднего квадратического значения виб­роскорости, мм /с	Насос	Электродвигатель
Оценка интенсивно­сти вибра­ции	Оценка длительно­сти экс­плуатации	Оценка интенсивно­сти вибра­ции	Оценка длительно­сти экс­плуатации
До 2,8	Отлично	Длительная	Отлично	Длительная
2,8-4,5	Хорошо	Длительная	Хорошо	Длительная
4,5-7,1 (для номинальных подач)	Удовлетво- рительно	Ограниченная	Удовлетворительно	Ограниченная
4,5 -7,1 (для подач, отличных от номинальной)	Удовлетво- рительно	Длительная	Удовлетворительно, необходимо улучше- ние	Ограниченная
7,1-11,2*(для подач, отличных от номинальной)	Удовлетвори- тельно, необ- ходимо улуч- шение	Ограниченная	Не допускается	Не допускается
Свыше 11,2	Не допускается	Не допускается	Не допускается	Не допускается
* Эксплуатация НА ограничена до замены рабочего колеса насоса на меньшую подачу.

Измерение относительных колебаний валов и абсолютных колебаний подшипников стандартизовано разными международ­ными и отечественными стандартами и рекомендациями. Боль­шинство из этих стандартов и рекомендаций дает, кроме опреде­ления измеряемых величин, методы измерений и требований к измерительному прибору, также числовые значения для оценки колебательного состояния машин. Особенное значение для пре­дохранения машин от повреждений имеют предельные значе­ния для выдачи предупредительного сигнала тревоги и отключе­ния.

Предельные значения колебаний валов, действительные для приемки некоторых машин по стандарту API, представлено в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Предельные значения колебаний валов по стандарту API

Предписание по приемке стандарта	Область применения	Допустимые колебания (включая радиальное биение)
API 610 API 611 API 612 API 616 API 617 API 613 API 619	Лопастные насосы насосных станций Промышленные га­зовые турбины тур­бокомпрессоров и насосных установок Редукторы Компрессоры	Роторы на подшипниках качения: - относительные колебания валов 2,5 mils (63,5 мкм) и абсолютные колебания под­шипников 0,3 inch/s (7,6 мм/с). Роторы на подшипниках скольжения: - относительные колебания валов 2,5 mils (63,5 мкм) и колебания подшипников 0,4 inch/s (19,2 мм/с) ; max 2,0 mils ; max 2,0 mils ; max 2,5 mils

Таблица 2.3

Оценка колебаний машин по стандарту VDI 2056

Амплитуда колебаний Vэфф, мм/с	Группа К Малогабаритные машины	Группа М Средние машины	Группа G Большие машины	Группа Т Турбомашины
28 18		Не допускается
11
7
4,5		Еще в допуске
2,8
1,8		Годно
1,1
0,7
0,45		Хорошо
0,28

В табл. 2.3 приведены оценки колебательных свойств раз­личных машин согласно международному стандарту VDI 2056.