СИСТЕМА ВИБРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ, ЗАЩИТЫ И ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
SYSTEM OF VIBRATION MONITORING, PROTECTION AND DIAGNOSTICS OF TECHNICAL STATE OF PROCESS EQUIPMENT

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для вибрационного контроля, защиты и диагностики технологического оборудования, в частности газоперекачивающих агрегатов (ГПА). В системах, связанных с производством, транспортом и распределением энергоносителей, в частности в газотранспортных системах, актуальной является задача управления риском, т.е. поддержания его значения на уровне, допустимом и обоснованном по экономическим и социальным критериям. Решение этой задачи требует разработки эффективных методов и систем диагностирования ГПА, позволяющих определять те состояния ГПА, которые являются предвестниками критического (аварийного) состояния, и проводить ремонтно-техническое обслуживание ГПА "по фактическому состоянию", облегчая тем самым процесс управления производственными рисками при минимизации финансовых, технических и временных затрат.
Известна подсистема параметрической диагностики ГПА с газотурбинным приводом, включающая датчики контролируемых параметров, соединенные с устройством сбора информации, и блоки, обеспечивающие диагностику проточной части газотурбинной установки (ГТУ) и центробежного нагнетателя (ЦБН), а также определение характеристик температурного поля за турбиной, механизации проточной части, маслосистемы, вибрации, запуска и остановки двигателя, наработки двигателя и агрегатов ГТУ (Газотурбинные технологии. 2002 г., №2, с.20-23).
Известная подсистема позволяет локализовать место неисправности только с точностью до функционального узла (осевой компрессор, камера сгорания, силовая турбина и т.д.) и не обеспечивает возможностей для оценивания текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса отдельных элементов в составе функциональных узлов. Кроме того, использование параметрической информации из системы автоматического управления и регулирования ГПА для последующего анализа технических характеристик оборудования в процессе эксплуатации агрегата требует введения сложных процедур алгоритмического диагностирования, предъявляющих повышенные требования к измерительным устройствам. Это существенно снижает эффективность использования таких алгоритмов на большинстве эксплуатируемых ГПА.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении производительности системы, увеличении точности диагностирования и обеспечении оценки текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса отдельных элементов в составе функциональных узлов.
Технический результат обеспечивается тем, что система вибрационного контроля, защиты и диагностики технического состояния технологического оборудования включает автоматизированное рабочее место, снабженное компьютером и устройством цветного мнемонического отображения текущего состояния технологического оборудования, и сервер. При этом сервер выполнен с возможностью обнаружения дефектов и выдачи рекомендаций по их устранению на автоматизированное рабочее место, а также с возможностью передачи диагностической информации в систему автоматизированного управления (САУ) технологического оборудования через локальные вычислительные сети предприятия. Кроме того, сервер соединен через сети и сетевое оборудование с блоком преобразования и обработки сигналов вибрационного контроля и защиты и блоком преобразования и обработки сигналов вибрационного мониторинга и диагностики, которые подсоединены к блокам датчиков через блоки усиления и согласования.
Техническая сущность настоящего изобретения поясняется иллюстрацией, на которой в виде схемы отображена работа настоящей системы на примере контроля и защиты технологического оборудования ГПА.
Изображенная на иллюстрации система, в частности, обеспечивает вибрационный контроль, защиту и диагностику технического состояния технологического оборудования ГПА, а именно центробежного нагнетателя (ЦБН) и газотурбинной установки (ГТУ).
Датчики, размещаемые в корпусе ЦБН, обеспечивают контроль относительной вибрации вала ротора ЦБН ГПА, в частности вертикальной и горизонтальной составляющих виброперемещения, частоты вращения ротора и контроль осевого сдвига ротора. Датчики абсолютной вибрации размещают на корпусе ГТУ, они обеспечивают измерение горизонтальной, вертикальной и осевой составляющих абсолютной вибрации.
Блок преобразования и обработки сигналов (БПО) вибрационного контроля и защиты позволяет осуществлять вибрационный контроль, формировать управляющие сигналы в САУ агрегата, что гарантирует защиту машин от повышенной вибрации, БПО вибрационного контроля и защиты осуществляет обработку сигналов, поступающих по входным каналам, решает задачи контроля в реальном времени, а также обеспечивает передачу сигнала.
БПО вибрационного контроля и защиты может быть выполнен модульным. При этом каждый модуль может работать автономно. В состав блока могут быть включены блок питания, интерфейсный модуль и модули контроля безопасности.
Интерфейсный модуль позволяет осуществлять конфигурирование и экспорт данных, и позволяет устанавливать связь с внешними системами по промышленным сетям передачи данных (TCP/IP Ethernet, MODBUS RTU и пр.).
Модули контроля безопасности являются независимо функционирующими модулями контроля, обеспечивающими решение задач контроля технического состояния и защиты объектов диагностики с помощью модулей ввода/вывода и соответствующих программно-аппаратных средств.
БПО вибрационного мониторинга и диагностики выполнен с возможностью сбора данных и обработки их по алгоритмам вибрационной диагностики. В качестве алгоритмов вибрационной диагностики могут быть использованы: временная выборка, векторный анализ с уставками безопасности, быстрое преобразование Фурье, огибающая сигнала, окна Хеннинга и другая математическая обработка сигналов.
Встроенная в блок автоматическая система самодиагностики постоянно проверяет все каналы связи: кабели и электронные компоненты на предмет сбоев, обрывов, коротких замыканий, отказов электропитания; при этом любая неисправность вызывает срабатывание соответствующего сигнала тревоги.
Блок усиления и согласования используется для усиления и/или преобразования сигналов, поступающих от измерительных датчиков. Блок предназначен для преобразования выходных сигналов от измерительных датчиков соответственно параметрам входов блоков преобразования и обработки, а также для обеспечения параметров входных и выходных электрических цепей датчиков на соответствие требованиям отраслевых норм к таким цепям.
Сервер представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий сбор и накопление информации, получаемой от блоков преобразования и обработки сигналов, исполнение алгоритмов обработки данных с возможностью раннего обнаружения дефектов отдельных узлов агрегата и выдачи рекомендаций на АРМ по проведению технического обслуживания ГПА для корректирования существующего технического состояния ГПА на основе автоматического мониторинга и диагностики технического состояния оборудования, а также предоставление доступа пользователям системы к накопленной информации.
АРМ снабжено компьютером для анализа оператором технического состояния технологического оборудования при помощи устройства цветного мнемонического отображения текущего состояния объекта диагностики.
Сетевое оборудование представляет собой комплекс технических средств (сетевой коммутатор) и каналов связи, позволяющих обеспечить согласованную работу элементов системы и обмен данными с САУ ГПА при помощи сервера и локальной вычислительной сети предприятия.
Настоящее устройство работает следующим образом.
В процессе эксплуатации технологического оборудования ГПА происходит изменение его технологических параметров, обусловленных старением и износом. При этом датчики измерения абсолютной и относительной вибрации и прочих параметров преобразуют механические колебания в электрический сигнал, который передается в блоки преобразования и обработки сигналов. Блоки преобразования и обработки сигналов осуществляют сбор данных и обработку их по алгоритмам вибрационной диагностики и передают диагностическую информацию на сервер. Сервер оценивает текущее состояние объекта диагностики по полученной диагностической информации, прогнозирует возможные изменения состояния технологического оборудования и передает результаты на АРМ и в локально-вычислительную сеть предприятия. При прогнозе недопустимого изменения состояния оборудования сервер отправляет сообщение оператору АРМ. При необходимости блок преобразования и обработки вибрационного контроля и защиты формирует управляющий сигнал в САУ технологического оборудования ГПА. Система вибрационного контроля, защиты и диагностики технологического оборудования может работать в среде локальной вычислительной среды предприятия, в которую входят другие компьютеры, принтеры, серверы и пр. или в среде Интернет. В процессе эксплуатации система формирует пакет цифровых символьных и текстовых донесений о результатах оценки состояния оборудования и заносит соответствующие значения на сервер. Одновременно компьютер автоматизированного рабочего места периодически во времени с заданной частотой производит опрос сервера и блоков преобразования и обработки сигналов и отображает результаты опроса на мнемосхеме монитора, светодиодном экране или с помощью видеопроектора на экране настенного планшета. Дежурный диспетчер визуально оценивает состояние объекта диагностики по информации, отображаемой на мнемосхемах монитора и (или) настенном экране, и принимает решение о проведении технического обслуживания оборудования и (или) вызове аварийной бригады.