Поршневые компрессоры - незаменимое оборудование нефтеперерабатывающих предприятий, отказ которого может привести к значительному снижению выпуска продукции, к дорогостоящим ремонтам, повышению опасности для жизни и здоровья работников.
Одной из проблем, возникающей при эксплуатации поршневых компрессоров и требующей незамедлительного обнаружения, является гидравлический удар. Гидравлический удар - явление, сопровождающиеся скачкообразным повышением давления в полости нагнетания. Гидроудары могут приводить к разрушению деталей цилиндропоршневой группы и возникновению аварийной ситуации.
Внедрение автоматической системы виброакустической диагностики и виброакустического мониторинга состояния поршневых компрессоров КОМПАКС® позволяет успешно предотвращать простои и аварии вследствие возникновения гидравлических ударов. Диагностика и мониторинг основаны на контроле уровня виброакустического сигнала датчика с крышки цилиндра в осевом направлении в момент приближения поршня к верхней мертвой точке и уровня конденсата в сепараторе. Однако повышение достоверности постановки диагноза всегда будет являться актуальной задачей.
Литература
Костюков В.Н., Науменко А.П. Практические основы виброакустической диагностики машинного оборудования. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. – С. 108.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Проблемы и решения безопасной эксплуатации поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. - №3. - 2008. - С. 21-28.
Вешкурцев Ю.М. Прикладной анализ характеристической функции случайных процессов. М.: Радио и связь, 2003. - С. 204.
Сидоренко И.С., Науменко А.П. Оценка возможности использования характеристической функции для диагностики гидроударов // Наука, образование, бизнес: тез. докл. регион, науч.-практ. конф., посвящ. Дню радио. - Омск, 2011. - С. 215-217
Существующее положение, при котором подвижной состав поддерживается в надлежащем техническом состоянии за счет системы планово-предупредительного ремонта, предполагает расход большого числа ресурсов на проведение плановых ремонтных работ вне зависимости от фактического технического состояния того или иного агрегата в составе секции МВПС. В то же время скрытый характер зарождения дефектов и развития неисправностей приводит к внеплановым постановкам секций МВПС в ремонт и к дополнительным затратам.
Решением выше обозначенных проблем может служить бортовая система мониторинга технического состояния, оценивающая в реальном времени состояние каждого агрегата и дающая объективную информацию о целесообразности его дальнейшей эксплуатации. Эффективность такой системы заключается в ее непрерывной работе, то есть постановке диагноза с периодом, во много раз меньшим периода развития неисправности до критического (аварийного) состояния, что открывает возможность эксплуатации по фактическому техническому состоянию с уходом от ресурсоемкой планово-предупредительной системы ремонта.
Анализ распределения отказов по основным группам оборудования МВПС показывает относительно высокий процент неисправностей вспомогательных машин в эксплуатации - около 10% и около 20% обнаружений в ремонте и обслуживании. Непрерывный мониторинг технического состояния вспомогательных машин позволяет свести к минимуму затраты на проведение плановых ремонтных мероприятий и максимально полно использовать заложенный в них ресурс. Выполнение ремонтных работ в таком случае должно проводиться только на тех агрегатах, которые действительно в этом нуждаются и в необходимом объеме.
Литература
Технический анализ порч, неисправностей и непланового ремонта электропоездов за 2008 год. Управление пригородных пассажирских перевозок Департамента пассажирских сообщений ОАО «РЖД», М.: 2009.
Сизов С.В., Аристов В.П. (ОАО РЖД), Костюков В.Н. (ОмГУПС), Костюков А.В. (НПЦ «Динамика»). Безопасная ресурсосберегающая эксплуатация МВПС на основе мониторинга в реальном времени. М: Наука и транспорт, 2008. - С 8-13.
Цурпаль А.Е. Анализ неисправностей вспомогательных машин моторвагонного подвижного состава с целью их диагностирования // Наука, образование, бизнес: тез. докл. регион, науч.-практ. конф., посвящ. Дню радио. - Омск, 2011. - С. 222-223
Статистические данные об отказах тяговых электродвигателей, составляющих более 20% от общего количества отказов в процессе эксплуатации, наглядно демонстрируют качество ремонта и испытания двигателей на ремонтных предприятиях. При этом 65% отказов двигателей происходят по причинам электрической природы, а именно: электрические пробои и межвитковые замыкания обмоток якоря, главных и дополнительных полюсов, компенсационных обмоток, что свидетельствует о наличии факторов, отрицательно влияющих на электрическую прочность изоляции обмоток. Предложения по значительному упрощению процесса испытания тяговых электродвигателей после ремонта, особенно в объеме ТРЗ, ошибочны.
Многолетний опыт испытания тяговых электродвигателей показывает, что ежемесячно при проверке выявляется 10-15 % тяговых электродвигателей с существенными отклонениями в условиях коммутации после ремонта на заводах Желдорреммаша.
Исходя из вышеперечисленных проблем, предлагается ужесточить контроль при испытаниях и диагностировании тяговых электродвигателей и полностью автоматизировать диагностические комплексы.
Мельк В.В. Диагностирование ТЭД на ЭПС. Способы, виды и основные неисправности // Наука, образование, бизнес: тез. докл. регион, науч.-практ. конф., посвящ. Дню радио. - Омск, 2011. - С. 184
Недостаточная оснащенность большинства ремонтных мастерских (депо) надлежащими средствами контроля и диагностики электрических цепей не позволяет персоналу, ответственному за безопасную эксплуатацию электропоездов, принимать обоснованные меры для качественного и своевременного устранения возникших дефектов, еще не приведших к отказу оборудования. Доступное же в большинстве депо инструментальное измерение отдельных параметров, характеризующих состояние вполне конкретных элементов, не дает объективной информации о работоспособности ветвей или участков электрических цепей, в которые включены данные элементы. Данный факт обусловлен изменением внутренних взаимосвязей между элементами, ветвями и участками электрических цепей от режимов функционирования электрических цепей в целом.
Таким образом, при разработке средств технического диагностирования требуется проведение исследований с целью определения таких режимов функционирования объекта, в которых между доступными измерению параметрами и параметрами технического состояния элементов данного объекта взаимосвязи наиболее сильные.
В соответствии с поставленной задачей и основными диагностическими признаками, выбранными для оценки состояния и являющимися переменными их состояния (токи, напряжения, падения напряжений), разработана экспериментальная установка для исследования режимов функционирования электрических цепей электропоездов применительно к задачам их диагностирования.
Полученные при компьютерных экспериментах результаты и выводы положены в основу способа определения тока каждого элемента (ветви) цепи управления по суммарному току и способа диагностики электрических цепей электропоездов, прошедших успешные испытания и подтвердивших высокую эффективность при диагностировании реальных секций электропоездов различных серий на экспериментальной установке, реализованной на базе аппаратно-программных средств системы компьютерного мониторинга для предупреждения аварий и контроля состояния КОМПАКС® и внедренной в ряде передовых мотор-вагонных депо сети ОАО «Российские железные дороги».
Литература:
Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства. М.: Машиностроение, 2002. - С. 204.
Костюков В.Н., Сизов С.В., Аристов В.П., Костюков А.В. Непрерывный мониторинг состояния моторвагонного подвижного состава / Железнодорожный транспорт, №6, 2008.
Казарин Д.В., Костюков В.Н., Кашкаров П.Б. Диагностическая модель электрических цепей управления тяговым электроприводом электропоезда / Тезисы докладов регион. науч.-практ. конф. «Наука, образование, бизнес», Омск, 2007, С. 80-84.
Хернитер Марк Е. Современная система компьютерного моделировали и анализа схем электронных устройств (Пер. с англ.) / Пер. с англ, Осипов А.И. - М.: Издательский дом ДМК-пресс, 2006. 488 с.
Казарин Д.В. Оценка состояния электрических цепей пригородного поезда / Мир транспорта, №2, 2010.
Костюков В.Н., Костюков А.В., Казарин Д.В. Заявка на изобретение № 2011109704 от 15.03.2011. Способ диагностики электрических цепей с переменной структурой. Положительное решение о формальной экспертизе от 23.03.2011.
Патент № 2386943. МПК G01M17/08. Система комплексной диагностики электросекций моторвагонного подвижного состава. Заявка № 2008138513/11 от 26.09.2008./ Костюков В.Н., Костюков А.В., Лагаев А.А., Казарин Д.В. и др.
Костюков В.Н., Костюков А.В., Казарин Д.В. Диагностика оборудования электрических цепей электропоездов при отладке и приемосдаточных испытаниях / Контроль. Диагностика, №1, 2010.
Казарин Д.В. Экспериментальная установка для исследования режимов функционирования электрических цепей электропоездов // Наука, образование, бизнес: тез. докл. регион, науч.-практ. конф., посвящ. Дню радио. - Омск, 2011. - С. 159-164
Для больших выборок экспериментальные данные могут быть представлены в виде гистограммы, являющиеся графической (эмпирической оценкой плотности вероятности. Число интервалов группирования экспериментальных данных можно определить по формуле Уильямса. По данным эмпирической плотности вероятности можно построить эмпирическую функцию распределения.
С целью описания статистических свойств диагностических признаков использовалось распределение Вейбулла-Гнеденко, поскольку это распределение достаточно универсально, охватывает путем варьирования параметров широкий диапазон случаев изменения вероятностных характеристик различных процессов.
Наряду с логарифмически нормальным распределением данное распределение удовлетворительно описывает наработку деталей по усталостным разрушениям, наработку на отказ подшипников. Это распределение используется для оценки надежности деталей и узлов машин, в частности, автомобилей, подъемно-транспортных и других машин, а также описания диагностических признаков по параметрам виброакустических сигналов.
Литература:
Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 248.
Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - С. 232.
Надежность машин: учеб. пособие для машиностр. спец. вузов / Д.Н. Решетов, А.С. Иванов, В.З. Фадеев; под.ред. Д.Н. Решетова. М.: Высш. шк., 1988. - С. 238.
Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства. М.: Машиностроение. 2002. - С. 224.
Петрова М. А. Применение распределения Вейбулла-Гнеденко при анализе течения этнополитического конфликта // Социология. 2003.- №16, С. 114-125.
Закс Л. Статистическое оценивание. Пер. с нем. В.Н. Варыгина. Под ред. Ю.П. Адлера, В.Г. Горского. М.: Статистика, 1976.- С. 598.
29 Октября 2010 года на ОАО «Газпромнефть - Омский НПЗ» запущена в эксплуатацию установка изомеризации легких бензиновых фракций «Изомалк-2», что позволило перевести на новый качественный уровень технологию работы всего предприятия.
Всё динамическое оборудование установки: насосы, электродвигатели, аппараты воздушного охлаждения (АВО) - находятся под постоянным контролем системы Компьютерного мониторинга для предупреждения аварий и контроля технического состояния (КОМПАКС®).
Благодаря системе персонал, управляющий технологическим процессом установки «Изомалк-2», получает текущую информацию о техническом состоянии диагностируемого оборудования.
Применение системы КОМПАКС® на динамическом оборудовании установки Изомалк-2 ОАО «Газпромнефть - ОНПЗ» позволило реализовать сберегающую технологию вывода установки на рабочий режим и перейти на эксплуатацию диагностируемого оборудования по фактическому техническому состоянию.
Оснащение системами мониторинга технического состояния производств и переход на эксплуатацию оборудования по фактическому техническому состоянию - вот реальный путь обеспечения надёжной, безопасной и стабильной эксплуатации опасных производств, что, в свою очередь, ведет к повышению рентабельности предприятия. Это путь, по которому уже более 20 лет идет Омский нефтеперерабатывающий завод.
Костюков В.Н., Костюков А.В., Тарасов Е.В. КОМПАКС на страже новых технологий // Нефть и Газ Сибири. - 2011. - №1(2). - С.24-25
Автоматическая система оценки состояния узлов электроподвижного состава. В том числе колесно-моторных блоков и колесных пар.
Качество производства и ремонта колесно-моторных блоков и колесных пар всегда стояло на первом месте, поскольку отказы подобного оборудования наиболее опасны из-за последствий, которые они могут повлечь. Отказы машинных агрегатов подвижного состава железнодорожного транспорта снижают коэффициент их технического использования и коэффициент готовности, что приводит к высоким эксплуатационным издержкам в отрасли.
Главной причиной такого положения является высокий износ подвижного состава, а также недостаточный контроль технического состояния агрегатов при их изготовлении, ремонте и эксплуатации. Существенно уменьшить число внеплановых ремонтов и, как следствие, снизить эксплуатационные издержки, можно путем внедрения систем диагностики качества на заводах и в депо, систем контроля и мониторинга технического состояния узлов подвижного состава в процессе ТО и ТР.
Система должна позволять оперативно оценить качество изготовления и/ или ремонта колесно-моторных и колесно-редукторных блоков, выявить скрытые дефекты подшипников, шестерен редукторов, качество смазки, дефекты балансировки, центровки и крепления узлов.
В локомотивных депо страны внедрены и эксплуатируются различные системы диагностики колесно-моторных блоков (КМБ) электропоездов, отличающиеся не только конструктивными особенностями, но и методикой, техпроцессом проведения диагностики, методами определения дефектов и т.д. Недостатком этих систем является низкая степень автоматизации диагностического процесса, что увеличивает его продолжительность, снижает достоверность и пропускную способность систем. В данной статье описывается автоматическая система виброакустического диагностирования КМБ КОМПАКС®-ЭКСПРЕСС.
Литература
Сизов С.В., Аристов В.П., Костюков В.Н., Костюков А.В. Непрерывный мониторинг состояния моторвагонного подвижного состава // Железнодорожный транспорт. — 2008. — № 6.
Костюков В.Н., Костюков А.В., Лагаев А.А., Зайцев А.В. Система диагностики колесно-моторных блоков моторвагонного подвижного состава. Заявка на изобретение № 2008138515/11 (049628), G01M 17/08 (2006.01). Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 20.07.2009 года.
Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства. — М.: Машиностроение, 2002.
Костюков В.Н. Способ виброакустической диагностики машин периодического действия и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение № 1280961, F04B51/00, G01M13/02. Бюл.1986, № 48.
Костюков Ал.В., Лагаев А.А., Зайцев А.В. Диагностика качества сборки // Мир транспорта. - 2010. - №3. - С.70-74
Адекватность оценки технического состояния поршневых компрессоров опасных производств, достоверность и своевременность определения неисправностей и их причин, величина риска безопасной эксплуатации поршневых компрессоров определяются уровнем развития методологической базы организации и алгоритмов функционирования программно-аппаратных средств систем мониторинга состоянии поршневых компрессоров.
Сегодня существуют документы, определяющие основные требования к организации и средствам мониторинга опасных производственных объектов, однако даже специалистам в этой области весьма затруднительно сориентироваться в рекламируемых возможностях систем. В связи с этим возникает актуальная потребность в систематизации методов и средств диагностирования и мониторинга состояния поршневых компрессоров.
В статье рассмотрены состояние и перспективы развития современных методов и средств мониторинга состояния и диагностики поршневых компрессоров опасных непрерывных производств. Проведен обзор принципов контроля технического состояния, которые реализованы практически во всех известных системах мониторинга. Рассмотрены технические средства систем мониторинга.
Проведен анализ методологии, технологии применения и принципов построения систем real-time мониторинга. Рассмотрена система мониторинга технического состояния поршневых компрессоров в реальном времени КОМПАКС.
Литература
ГОСТ Р 53563-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Порядок организации.
ГОСТ Р 53564-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Требования к системам мониторинга.
ГОСТ Р 53565-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Вибрация центробежных насосных и компрессорных агрегатов.
Стандарт НПС РИСКОМ «Мониторинг опасных производств. Термины и определения» (СТО 03-002-08). Серия 03: в кн. Мониторинг оборудования опасных производств. Стандарт организации / Колл. авт. - М.: НПС РИСКОМ, 2008. С. 5-24.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Анализ современных методов и средств мониторинга и диагностики поршневых компрессоров. Ч. 1: Системы on-line мониторинга // В мире неразрушающего контроля. 2010. №1 (47). С. 12-18.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Современные методы и средства мониторинга состояния и диагностики поршневых компрессоров // Техническое обслуживание и ремонт. 2010. №1. С. 28-35.
Leonard S.M. Increasing the reliability of reciprocating compressors on hydrogen services/National Petroleum Refiners Association Maintenance Conference. New Orleans, LA, 1997.
Howard B. Rod Load Calculations and Definitions for Reciprocating Compressor Monitoring. GE Energy. ORBIT. 2008. Vol.28. No.1. Pp. 28-31.
Пластинин П.И. Поршневые компрессоры: Т. 1: Теория и расчет: учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб., доп. М.: 2000 г. 456 с.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Проблемы и решения безопасной эксплуатации поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. 2008. №3. С. 21-28.
Дмитриев В.Т. Повышение надежности поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. 2005. №6. С. 8-9.
Костюков В.Н., Бойченко С.Н., Костюков А.В. Автоматизированные системы управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (АСУ БЭР™ КОМПАКС®) / Под ред. В.Н. Костюкова. М.: Машиностроение, 1999. 163 с.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Система мониторинга технического состояния поршневых компрессоров нефтеперерабатывающих производств // Нефтепереработка и нефтехимия. 2006. №10. С. 38-48.
Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства. М.: Машиностроение, 2002. 204 с.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Практические основы виброакустической диагностики машинного оборудования: учеб. пособие / Под ред. В.Н. Костюкова. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. 108 с.
Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987. 288 с.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Мониторинг состояния поршневых компрессоров. Тр. Ill междунар. симпозиума «Потребители - производители компрессоров и компрессорного оборудования. СПб: СПбТГУ, 1997. С. 254-256.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Вибродиагностика поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика. 2002. №3. С. 30-31.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Нормативно-методическое обеспечение мониторинга технического состояния поршневых компрессоров // Контроль. Диагностика. 2005. №11. С. 20-23.
Науменко А.П. Методология виброакустической диагностики поршневых машин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Специальный выпуск. Сер. Машиностроение. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007. С. 85-95.
Пат. 1280961 РФ. 3505038/25-06; 3502165/25-06. Способ виброакустической диагностики машин периодического действия и устройство для его осуществления. Заявл. 22.10.1982; опубл. 28.12.1986. Бюл. № 48. 6 с.
2337341 РФ. 2007113529/28. Способ вибродиагностики технического состояния поршневых машин по спектральным инвариантам. Заявл. 11.04.2007; опубл. 27.10.2008. Бюл. № 30.
Науменко А.П. Современные методы и средства real-time мониторинга технического состояния поршневых машин // Компрессорная техника и пневматика. - 2010. - №8. - С. 27-34
Мониторинг технического состояния агрегата - наблюдение за процессом изменения его работоспособности с целью предупреждения персонала о достижении предельного состояния - позволяет перевести большинство отказов из категории внезапных для персонала в категорию постепенных за счет раннего их обнаружения и своевременного предупреждения.
Мониторинг в реальном времени имеет ряд существенных отличий от «on line/off line» мониторинга, которые заключаются в строгом регламентировании интервала мониторинга на уровне 10-20% интервала самого быстрого развития неисправностей в оборудовании производственных комплексов, что возможно на базе автоматических системы диагностики и мониторинга с функционально неопределенной структурой, которая не зависит от конструкции оборудования для широкого класса агрегатов производственных комплексов и содержит многоуровневую экспертную систему.
Костюков В.Н. Мониторинг состояния оборудования в реальном времени // Двигатель-2010: сб. тр. междунар. конф., посвященной 180-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана. - М., 2010. - С.59-63
Системы мониторинга технического состояния в реальном времени объектов по параметрам акустико-эмиссионных сигналов требуют применения гибких алгоритмов выбора параметров выделения акустико-эмиссионных импульсов. Поэтому исследование характеристик акустико-эмиссионных сигналов, генерируемых объектом в условиях, приближенных к реальным механизмам разрушения, является актуальной задачей.
В работе представлены результаты исследований акустико-эмиссионных сигналов при проведении гидроиспытаний газового баллона БГА 190, которые были получены специалистами НТК «Криогенная техника» совместно с группой акустико-эмиссионного контроля НПЦ «Динамика».
Процесс нагружения объекта контроля проходил в четыре этапа. На четвертом этапе появилась трещина, и испытания были прекращены.
Для каждого этапа определены статистические характеристики акустико-эмиссионных сигналов, соответствующие стадиям разрушения объекта. Построены гистограммы распределения значений таких параметров акустико-эмиссионных сигналов, как амплитуда, энергетический параметр и длительность. Определены диапазоны амплитуд, энергетических параметров и длительностей, соответствующие стадиям разрушения объекта контроля.
Костюков В.Н., Науменко А.П. Исследование характеристик акустико-эмиссионных сигналов // Инновационные технологии в методе акустической эмиссии: тр. II Междунар. науч.-техн. конф. - М., 2010. - С.1-13
Публикации
