Увеличение ресурса промышленного оборудования при

Увеличение ресурса промышленного оборудования при внедрении систем
технической диагностики.
Азовцев А.Ю., Тулугуров В.В.
Ассоциация ВАСТ
пр. Стачек, 140, С-Петербург, 198207
http://vibrotek.ru
Перевод оборудования на обслуживание по фактическому состоянию (ОФС)
является тенденцией настоящего времени и признанным методом для повышения
эффективности
эксплуатации
оборудования,
увеличения
ресурса,
с
одновременным уменьшением объемов обслуживания и ремонтов (ТОиР),
уменьшения риска аварий и отказов оборудования.
Из чего же складываются подобные результаты, и почему в настоящее время эта
проблема становится все более актуальной? На протяжении десятилетий
промышленность в СССР развивалась по экстенсивному принципу и, при
разработке оборудования, основной задачей было повышение надежности и
ремонтопригодности оборудования. Материалоемкость и энергоэффективность
была отодвинута на второй, или даже на третий план. При разработке
электродвигателей приводов, редукторов и другого оборудования подшипники, к
примеру, выбирались с учетом десятикратного запаса прочности. Советское
промышленное оборудование, как и военная техника, могли эксплуатироваться в
любых условиях, практически без технического обслуживания годами и
десятилетиями. Однако в последние десятилетия на первый план стали выходить
другие критерии, а именно энергоэффективность, экономичность и другие
экономические показатели. Размеры приводов и исполнительных механизмов той
же мощности постепенно снизились в разы. Больше никто не закладывает в
подшипнки 10-кратный запас прочности, максимум, о чем идет речь – трехкратный
запас. К чему это привело в первые годы внедрения нового импортного
оборудования в Российских условиях 1990х годов все помнят. Привело это к тому,
что ресурс оборудования стал катастрофически снижаться, и в промышленности
образовалось мнение о том, что современное оборудование ненадежное,
капризное, не может работать в наших условиях. При назначенном ресурсе в три
года оборудование типично выходило из строя за три месяца. Была проведена
большая работа с целью определения причин такой ситуации.
Уже первые проведенные исследования по определению фактического состояния
и режимов работы оборудования показали, что основная проблема в
неправильной установке, а именно в центровке машин. Старые методы центровки
не позволяли снизить расцентровки к пределам, на которые рассчитано новое
компактное энергоэффективное оборудование. А расцентровки приводят к
перегрузкам подшипников. Двукратная перегрузка подшипников приводит к
четырехкратному снижению его ресурса. И такие результаты были получены
практически по всем технологическим операциям при эксплуатации и ремонте
оборудования. Вывод, сделанный на базе проведенных исследований, показал,
что для увеличения ресурса оборудования надо переходить на новый
качественный уровень по его обслуживанию и ремонту.
Однако увеличивать число и объемы ремонтов тоже не представляется
возможным. Причин тому две. Первая – экономика. Нельзя увеличивать затраты
на ремонт, в современных условиях это недопустимая роскошь. Более того,
согласно всем современным исследованиям и так от 30 до 50% плановопредупредительных ремонтов выполняется без всякой необходимости. Вторая –
техническая. Дело в том, что в процессе ремонтов, сборки-разборки машины
неминуемо вносятся новые дефекты в результате ошибок ремонтников,
нарушения технологии или просто износа машины при ее разборке, сборке,
ненормальных режимах работы при наладке.
На рисунке 1 приведены результаты верификации методов диагностики на одном
из предприятий в 2005-06 годах. Проводилась предремонтная диагностика всего
оборудования, и, в процессе ремонтов, проводилась проверка точности диагнозов
технического состояния.
Рис.1 Результаты обследования оборудования одного из предприятий перед
плановыми ремонтами.
В результате мы видим, что до 50% оборудования, выводившегося в ремонт, не
нуждалось в ремонтах. При этом для текущего ремонта такая цифра больше 50%,
а для средних – находится на уровне 25%, для капитальных – 30%.
То есть в реальных условиях оказывается, что есть большой потенциал для
снижения объемов ремонтов с одновременным снижением аварийности и
увеличением ресурса оборудования. Но для реализации данной возможности
надо иметь надежные средства определения технического состояния машин и
оборудования. И именно это есть ключ к переходу на обслуживание по
фактическому состоянию.
Система технической диагностики должна обеспечивать выполнение трех
основных задач.
Во-первых, надежное определение всех дефектов, влияющих на режим работы
оборудования, от которых зависит нагрузка на узлы и соответственно ресурс.
Такими дефектами являются: дефекты сборки оборудования, например перекос
подшипников, зубчатых колес, эксцентриситеты воздушных зазоров в
электрических машинах; дефекты наладки оборудования – дисбаланс,
расцентровка, резонансы; дефекты режимов работы – кавитация в насосах,
перегрузки электродвигателей.
Все эти дефекты существенно влияют на ресурс и должны быть устранены на
максимально ранних сроках, пока не начался необратимый износ оборудования.
Своевременное устранение дефектов сборки и грамотная наладка (центровка,
балансировка) машины увеличивает ресурс подшипников в три-четыре раза.
Во-вторых, речь идет об обнаружении дефектов износа на зарождающейся стадии
из развития. Это позволяет существенно снизить влияние дефектов одних узлов
машины на дефекты других узлов и тем самым повысить ресурс машины в целом.
В качестве примера можно привести дефекты муфт. Муфты, при своей казалось
бы простоте, являются одним из самых проблемных узлов в российской
промышленности. При этом основная проблема диагностики муфт, как бы это ни
казалось удивительным, является организационной. Машина типично делится по
муфте между службами электриков (привод) и механиков (нагрузка), каждая
служба отвечает за свою полумуфту, а за муфту целиком не отвечает никто.
Проблемы же с муфтами приводят к перегрузке подшипников и многократному
снижению ресурса подшипников. Так на одной из ТЭЦ Петербурга были
постоянные жалобы на выход из строя подшипника со свободной стороны
привода питательного электронасоса мощностью более мегаватта. При
назначенном ресурсе порядка трех лет подшипники регулярно выходили из строя
раз в три месяца. Проведенное исследование показало, что причиной тому
служил износ зубчатой муфты, которую «закусывало» во время пуска машины, в
результате муфта не была способна компенсировать осевые перемещения
рабочего колеса насоса при рабочем давлении и «вывешивания» ротора
электродвигателя в поле статора. Таким образом, складывалась ситуация, когда
рабочее колесо выдавливало ротор электродвигателя, и радиальный подшипник
со свободного конца получал осевую нагрузку, на которую не был рассчитан.
Замена муфты привела к увеличению ресурса подшипника примерно в 15 раз.
В-третьих, очень важным является контроль режимов работы машины в
нормальных условиях. Исследования показывают, что до 70% отказов
оборудования имеют предысторию, связанную с нарушением технологических
режимов – перегрев, перегрузка, превышение оборотов, недостаток смазки и т.п.
Даже кратковременное нарушение технологических режимов может приводить к
необратимым изменениям в техническом состоянии узлов и агрегатов машины и
требуют проведения дополнительной диагностики в случае регистрации такого
события системой мониторинга.
Какие же диагностические методы и системы обеспечивают подобные
результаты? В современных системах диагностики вращающегося оборудования
абсолютное
большинство
диагностических задач
решается
методами
вибрационного мониторинга и диагностики (часто применяют обобщенный термин
«вибродиагностика»). Именно вибродиагностика составляет основу любой
системы
технической
диагностики
вращающегося
оборудования.
Вибродиагностика не единственный метод, она может быть дополнена контролем
температуры, качества смазки, тока приводного электродвигателя и
технологических параметров. Но из всех перечисленных методов контроля
именно вибродиагностика является наиболее эффективной по соотношению
затраты/результат.
Помимо многократного увеличения ресурса отдельных узлов машин и
оборудования, переход на обслуживание по состоянию, как следствие увеличения
ресурса, дает сокращение ремонтных работ с перераспределением объема работ
в сторону текущего ремонта и значительного уменьшения средних и капитальных
ремонтов, связанных с заменой изношенных узлов и агрегатов.
В таблице 1 приведены данные для трех разных предприятий. Данные по
предприятию №1 взяты из статьи [1], данные по предприятиям № 2 и 3 получены
по опыту внедрения вибродиагностических комплексов производства Ассоциации
ВАСТ.
Таблица 1. Увеличение межремонтного периода оборудования:
На рис. 2 приведены данные о структуре ремонтов, полученные для двух
предприятий в 2006 году. Оба предприятия эксплуатируют однотипное
оборудование, а разница заключается в объемах регулярного диагностирования
этого оборудования.
Рис. 2 Распределение ремонтов по типам при применении вибродиагностики и
без применения таковой. На заводе №1 диагностируется менее 1%
вращающегося оборудования, на заводе № 2 вибродиагностикой на регулярной
основе охвачено свыше 40% оборудования.
Выводы:
1. Увеличение ресурса оборудования достигается двумя способами:
a. Контроль сборки и наладки оборудования методами вибродиагостики
со своевременным устранением дефектов повышает ресурс
оборудования до трех-четырех раз
b. Контроль развития и своевременное устранения дефектов одних
узлов позволяет до 10-15 раз повысить ресурс соседних узлов машин
и оборудования. При этом нет необходимости немедленно устранять
все обнаруженные зарождающиеся дефекты износа узлов. При
своевременном обнаружении зарождающихся дефектов, как правило,
есть время для планирования обслуживания и ремонта в течение
нескольких месяцев.
2. Для перевода оборудования на обслуживание по фактическому состоянию
необходимо иметь:
a. Систему технической диагностики, включающую аппаратуру и
методики диагностики и интерпретации данных
b. Аппаратуру и методики для устранения обнаруженных дефектов
монтажа и режимов работы оборудования (центровки, балансировки)
ЛИТЕРАТУРА
1. В.Митюшин, А.Тарасов. Система технического обслуживания и ремонта
оборудования: мифы и реальность. "Компас промышленной реструктуризации", №
3, 2004
2. Статьи по диагностике с сайта http://www.vibrotek.ru/russian/biblioteka