книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdfОдно 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