Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи

..pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
25.39 Mб
Скачать

Одно из положительных качеств электроизмерительных при­ боров - удобство получения информации, а также в перспективе возможность ее анализа при помощи ЭВМ.

Взависимости от полноты и степени механизации технологи­ ческих процессов диагностику можно проводить выборочно, только для контроля технического состояния отдельных сбороч­ ных единиц, или комплексно для проверки сложных агрегатов, таких как двигатель, и, наконец, комплексно для диагностики машины в целом.

Впервом случае используются для отдельных измерений та­ кие диагностические приборы как стетоскопы, манометры, тахо­ метры, вольтметры, амперметры, секундомеры, термометры и другие переносные приборы. Во втором случае приборы ком­ бинируют в виде передвижных стендов, в третьем случае - ими комплектуют пульты управления стационарных стендов.

Передвижным комплексным средством диагностики является ходовая диагностическая станция. Она может обеспечивать диаг­ ностику технического состояния автомобилей в местах их вре­ менного размещения. Компоновка ходовой диагностической станции возможна на базе прицепа достаточно большой грузо­ подъемности.

Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота использования при минимальной затрате времени.

Помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения в систему диагностических средств включают комплексы элек­ тронной аппаратуры. Эти комплексы могут состоять из датчи­ ков - органов восприятия диагностических признаков, блоков измерительных приборов, блоков обработки информации в соот­ ветствии с заданными алгоритмами и, наконец, блоков хранения и выдачи информации в виде запоминающих устройств для пре­ образования информации в удобный для использования вид.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

Ди а гн о с ти ч ес к о го к о н т ро л я д ви г а т ел я в н у т ре н н е г о с г о ра н и я

Общее техническое состояние двигателя внутрен­ него сгорания (ДВС) определяется двумя основными показа­ телями: эффективной мощностью и удельным расходом топ­ лива.

Эффективную мощность можно определить с помощью тор­ мозного или бестормозного методов. Тормозной метод основан

на поглощении мощности, развиваемой ДВС, тормозом с извест­ ным тормозным моментом. При этом эффективную мощность ДВС (кВт) находят по формуле

Мп

где М - тормозной момент, Н м; п - частота вращения, об/мин. Для реализации данного метода используются электротормоз-

ные стенды, выполненные на основе электродвигателя с фазным ротором. При уменьшении сопротивления в цепи ротора частота вращения вала электродвигателя изменяется от минимальной до синхронной пс. В зависимости от конструкции электродвигателя пс может быть равна 1500, 1000 или 750 об/мин. При работе ДВС с частотой вращения выше пс электродвигатель переходит в генераторный режим и осуществляет торможение. Опоры статора электротормоза установлены в подшипниках, что позволяет ему поворачиваться на угол 10-20°. Тормозной момент уравновеши­ вается и определяется силой Р, приложенной к статору на плече I (рис. 7.3).

Для определения мощности ДВС тормозным методом без снятия с машины подключают тормоз к валу отбора мощности или устанавливают ведущие колеса машины на стенд с беговыми барабанами, связанными с тормозной установкой. Причем в за­ висимости от тягового усилия и массы машины применяют стен­ ды с фрикционными, гидравлическими или электрическими тор­ мозными установками. На рис. 7.4 показана схема стенда, пред­ назначенного для определения тяговых характеристик, состояния двигателя и трансмиссии грузовых автомобилей. Стенд состоит из рамы 1 с беговыми барабанами, которые через упругую муфту связаны с балансирно закрепленным электротормозом 2. Веду­ щие колеса машины устанавливаются на два барабана, один из которых является ведущим. Для фиксации колес на барабанах служат упоры 9. Скорость вращения барабанов и создаваемая нагрузка могут плавно изменяться при помощи жидкостного рео­ стата, включенного в цепь ротора электротормоза.

L

Р

Рис. 7.3. Схема тормоза

3

6

Рис. 7.4. Схема стенда для определения тяговых характеристик двигателя:

1 - рама с беговыми барабанами; 2 - электротормоз; 3 - пульт управления; 4 - топливный бак; 5 ~ расходомер топлива; 6 - реостат; 7 - вентилятор; 8 - свето­ вое табло; 9 ~ Упор

Определение мощностных характеристик в условиях эксплуа­ тации, в основном, производится бестормозными методами в ус­ тановившемся и неустановившемся режимах. Наиболее простой метод заключается в использовании для нагружения механиче­ ских потерь в самом двигателе. Применяется он для четырехци­ линдрового двигателя, при этом подача топлива в три цилиндра отключается, а работающий цилиндр полностью загружается суммарными механическими потерями. Максимальная эффек­ тивная мощность работающего цилиндра в этом случае опреде­ ляется по формуле

Nei тш = 0,25[ЛГ, нон - Л(пр, тах - пф( maJ ],

где Ne ном ^ Номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; А - коэффициент, постоянный для однотипных дизелей; пр( тм -

расчетная максимальная частота вращения двигателя при работе одного цилиндра, об/мин; пф1 - фактическая максимальная

частота вращения двигателя при работе одного цилиндра, об/мин.

Зная мощность каждого из цилиндров, определяют неравно­ мерность их нагружения (в %):

HN = ^ e i mi»

min

JQ Q

^ e i max +

min

 

где Nd „и* - максимальная мощность цилиндра, кВт; N* mi,, - ми­ нимальная мощность цилиндра, кВт.

Допустимая неравномерность нагружения не должна превы­ шать 12 %. Эффективная мощность двигателя определяется сум­ мированием мощностей отдельных цилиндров.

Расход топлива может определяться массовым и объемным методами. При использовании массового метода расход топлива рассчитывается по формуле

GT=3,6-Goa/T oa,

где Gon - расход топлива за время опыта, г; Тов - время опыта. При использовании объемного метода расход топлива опреде­

ляется по формуле

G T = G onp/jTou,

где Gon - расход топлива за время опыта, см3; р - плотность топ­ лива, г/см3

Измерение расхода топлива массовым методом в стационар­ ных условиях на тяговых стендах производится с помощью спе­ циальной установки (рис. 7.5), включающей весы, расходную ем­ кость, топливный бак и трехходовой кран. Трехходовой кран обеспечивает работу установки в трех режимах: подачи топлива в ДВС непосредственно из топливного бака, одновременной пода­ чи топлива в ДВС и расходную емкость и подачи топлива в ДВС из расходной емкости. В эксплуатационных условиях применяют диафрагменные расходомеры, определяющие расход топлива по перепаду давления на диафрагме (дросселе) с калиброванным отверстием. Схема диафрагменного расходомера, изображенная на рис. 7.6, работает следующим образом. Топливо из бака 9 по­ ступает в поплавковую камеру 11, в которой при помощи по­ плавка 10 и игольчатого клапана б поддерживается его постоян­ ный уровень. При отсутствии расхода топлива через дроссель 13 уровень топлива в мерной трубке 4 совпадает с уровнем топлива в поплавковой камере. Расход топлива через дроссель 13 вызы­ вает снижение уровня топлива в мерной трубке 4, снабженной измерительной шкалой. Для снижения пульсации подачи топли­ ва применяется пневматический компенсатор 3. При закрытом кране 2 и открытом кране 14 через дроссель 15 протекает из-

234

Рис. 7.5.

Установка для из­

Из топливного бака

мерения

расхода топлива в

 

стационарных условиях

"■hi

 

вестное количество топлива, что позволяет производить тариров­ ку расходомера.

В настоящее время при диагностировании ДВС широко при­ меняются расходомеры, определяющие объем топлива путем

Рис. 7.6. Схема диафрагменного расходомера тошища:

1t 7" 12 - соединительная трубка; 2, 8, 14 - кран; 3 - пневматический компенса­ тор; 4 ~ мерная трубка; 5 ~ шкала; 6 - игольчатый клапан; Э ~ топливный бак; 10 - поплавок; 11 —поплавковая камера; 13, 15 ~ дроссель

контроля при помощи специальной турбинки скорости его пото­ ка через трубопровод с известным сечением. Вращение турбинки контролируется индуктивным или фотодатчиком. Электронная схема усиливает сигнал от датчика и измеряет его частоту, кото­ рая пропорциональна расходу топлива. Расходомер имеет встро­ енный микропроцессор, позволяющий проводить измерение те­ кущего установившегося и максимального импульсного значений расхода топлива автотракторных дизелей.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Диагностический контроль насосных агрегатов осу­ ществляется по параметрическим и виброакустическим критери­ ям, а также по техническому состоянию отдельных сборочных единиц и деталей, оцениваемому при выводе насосов из эксплуа­ тации.

Для проведения диагностических контролей используется виброаппаратура с возможностью измерения спектральных со­ ставляющих вибрации, шумомеры с возможностью измерения октавных составляющих, приборы, позволяющие определять тех­ ническое состояние подшипников качения или аналогичные им, но с большими функциональными возможностями отечественно­ го или зарубежного производства.

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

своевременного обнаружения возникающих дефектов состав­ ных частей оборудования и предотвращения его аварийных от­ казов;

определения объема ремонтных работ и рационального их планирования;

корректировки значений межремонтных интервалов и прогно­ зирования остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию;

проверки работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определения оптимальных режимов работы оборудования.

Насосные агрегаты должны быть оснащены контрольно­ сигнальной виброаппаратурой (КСА) с возможностью контроля текущих параметров вибрации, автоматической предупредитель­ ной сигнализацией и автоматическим отключением при предель­ но допустимом значении вибрации.

До установки контрольно-сигнальных средств контроль и из­ мерение вибрации осуществляются портативными (переносны­ ми) средствами виброметрии. Датчики виброаппаратуры уста­ навливаются на каждой подшипниковой опоре.

Вкачестве измеряемого и нормируемого параметра вибрации устанавливается среднее квадратическое значение (СКЗ) вибро­ скорости в рабочей полосе частот 10-1000 Гц.

Измерение значений виброскорости осуществляется в верти­ кальном направлении на каждой подшипниковой опоре. При этом регистрируется соответствующий режим работы насоса - подача и давление на входе.

Втабл. 7.3 приведены допустимые уровни вибрации при экс­ плуатации центробежных насосов.

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

При определении шумовых характеристик измеряются в соот­ ветствии с ГОСТ 23941 уровень звука 1А(в дБА) в контрольных точках; уровень звукового давления I, (в дБА) в октавных поло­ сах частот (от 31,5 до 8000 Гц) в контрольных точках.

Приборы, применяемые для измерения шумовых характери­ стик, число точек измерения и измерительные расстояния опре­ деляются ГОСТ 12.1.028, технической документацией на кон­ кретный шумомер и условиями эксплуатации диагностируемого оборудования. При определении шумовых характеристик (базо­ вых и текущих) должны соблюдаться одинаковые условия изме­ рений (режим работы, количество одновременно работающего оборудования и др.).

По результатам диагностических контролей принимается ре­ шение о выводе насосов в ремонт или их дальнейшего использо­ вания по назначению.

В табл. 7.4 приведены виды диагностических работ и допус­ тимые значения контролируемых параметров для магистральных и подпорных насосов нефтеперекачивающих станций.

Таблица 7.3

Предельно допустимые нормы вибрации при эксплуатации насосов

Высота оси вращения ротора, мм

Среднее квадратическое значение

виброскорости, мм/с

 

До 80

1,8

80-132

2,8

132-225

4,5

Свыше 225

7,1

Таблица 7.4

Виды диагностических работ и допустимые значения контролируемых виброакустических параметров и значений температур для магистральных и подпорных насосов

Вид диагно­ стических работ

Оператив­ ный диагнос­ тический контроль

Плановый

диагностиче­ ский конт­ роль

Неплановый

диагностиче­ ский конт­ роль Послеремонтный диагно­ стический контроль

Контролируемый параметр и место изме­

Допустимое значение

рения

параметра

СКЗ виброскорости на подшипниковых

6,0 мм/с

опорах в вертикальном направлении

1,8 мм/с

СКЗ виброскорости на лапах корпуса

насоса в вертикальном направлении

Увеличение темпера­

Температура подшипников

 

туры относительно

 

базового значения на

СКЗ и спектральные составляющие виб­

10 °С

6,0 мм/с

роскорости на всех подшипниковых опо­

 

рах в трех взаимно перпендикулярных

 

направлениях

1,8 мм/с

СКЗ виброскорости на лапах корпуса

насоса, головках анкерных болтов в вер­

 

тикальном направлении

Увеличение относи­

Уровень шума

 

тельно базового зна­

Температура подшипников

чения на 6 дБА

Увеличение темпера­

 

туры относительно

 

базового значения на

Вибрации опорно-упорного подшипника

10 °С

Не более 45 дБ

или подшипников качения

 

Контролируемые параметры, их допусти­

 

мые значения и место измерения соответ­

 

ствуют плановому диагностическому

 

контролю

Не более 4,5 мм/с

СКЗ виброскорости на подшипниковых

опорах в трех взаимно перпендикуляр­

 

ных направлениях

Не более 1 мм/с

СКЗ виброскорости на лапах корпуса на­

соса и головках анкерных болтов в вер­

 

тикальном направлении

Не более 35 дБ

Вибрация опорно-упорного подшипника

или подшипников качения

Не выше 70 °С

Температура подшипников

Периодичность, форма и объем регистрируемых параметров должны быть определены нормативными документами с учетом возможной ручной, автоматизированной или смешанной системы регистрации информации.

Основные причины вибраций насосных агрегатов и характер их проявления представлены в табл. 7.5.

Основные причины вибрации насосных агрегатов обусловли­ ваются механическими, электромагнитными и гидродинамиче­ скими явлениями, а также жесткостью опорных систем.

Влияние неисправностей на виброакустический спектр насосных агрегатов

Причина повышен­ ной вибрации

Дисбаланс вра­ щающихся эле­ ментов. Ослабле­ ние посадки деталей ротора1 Несоосность2

Нецилиндричность шейки вала Повреждение подшипников качения

Овальность внут­ реннего кольца Радиальный зазор Неуравновешен­ ность, разностенность сепаратора Волнистость, гранность шари­ ков Дефекты дорожки

внутреннего коль­ ца Дефекты дорожки

внешнего кольца

Направление

Радиальное

Радиальное и осе­ вое Радиальное

Радиальное и осевое, обычное с низкой амплитуДОЙ

Причина повышен­

Направление

ной вибрации

 

Неравномерный

Радиальное

зазор ротор-ста­

 

тор электродви­

 

гателя

Радиальное

Короткое замы­

кание обмотки воз­

 

буждения синхрон­

 

ного электродвига­

 

теля

Радиальное

«Масляное бие­

ние» в подшип­

 

нике скольжения

Радиальное

Неравномерность

потока охлаж­

 

дающего воздуха

Радиальное

Гидравлический

небаланс рабочего

 

колеса

Радиальное

Неравномерность

поля скоростей и

 

вихреобразование в

 

насосе

Радиальное, осе­

Кавитационные

явления в насосе

вое

Неисправность

 

зубчатой муфты3

Радиальное, го­

Ослабление жест­

кости подшипни­

ризонтальное

кового узла

 

1Частая причина высокой вибрации оборудования.

2 Частая причина вибрации. Осевая вибрация - главный показатель, часто она превышает радиальную.

Для обеих смежных с муфтой подшипниковых опор.

При проведении измерений необходимо попытаться разделить перечисленные источники повышенной вибрации насосных агре­ гатов. При наличии повышенной вибрации подшипниковых опор агрегата необходимо проверить жесткость крепления подшипни­ ковых опор к корпусу или раме, жесткость крепления корпуса насоса и рамы двигателя к фундаменту. Повышенная вибрация в горизонтальной плоскости указывает на уменьшение жесткости в горизонтальных направлениях.

По результатам измерения вибрации для каждой контроли­ руемой точки строится график изменения среднего квадрати­ ческого значения виброскорости в зависимости от наработки (рис. 7.7). До виброскорости 6,0 мм/с график можно представить прямой линией, проведенной согласно полученным значениям вибрации. Далее график строится по значениям вибрации, соответствующим наработке насосного агрегата после вибро­ скорости 6,0 мм/с. График, построенный после достижения уровня ви-брации 6,0 мм/с, как правило, будет располагаться под боль­ шим углом к оси абсцисс и позволит оценить время наступления предельно допустимого значения вибрации ii при предельном значении виброскорости 7,1 мм/с или т2 - при 11,2 мм/с.

Для более достоверной оценки технического состояния и ос­ таточного ресурса отдельных деталей или узлов рекомендуется строить также график по основным спектральным составляю­ щим, указывающим возможные дефекты насосных агрегатов.

В процессе эксплуатации насосного агрегата его техническое состояние меняется из-за износа деталей и узлов. Наиболее рас­ пространенной и значимой причиной ухудшения характеристик насоса в процессе эксплуатации является износ деталей щелевого уплотнения рабочего колеса.

Насосные агрегаты необходимо выводить в ремонт при сни­ жении величины напора насоса от базовых значений на 5-7 %.

Значение возможного снижения КПД относительно базового значения может уточняться для конкретного типоразмера насоса на основании экономической оценки из условия, что стоимость ремонта, при котором обеспечивается восстановление первона­ чального КПД, будет выше затрат, вызванных перерасходом электроэнергии из-за снижения КПД насоса.

Диагностирование состояния насосных агрегатов по парамет­ рическим критериям допускается проводить как на основе дан-

V, м м /с

Рис. 7.7. График для определения остаточного ресурса машины по уровню вибрации