Применение вибродиагностики при проведении экспертизы промышленной безопасности оборудования обогатительных фабрик Кузбасса

© П.Б. Герике, 2012

П.Б. Герике

ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК КУЗБАССА

Приведена классификация различных типов дефектов на примере обогатительного оборудования, эксплуатирующегося в угольной промышленности Кузбасса. Дана оценка эффективности применения современных методов вибрационной диагностики при проведении процедуры экспертизы промышленной безопасности. Ключевые слова: вибродиагностика, экспертиза промышленной безопасности, вибоакустический сигнал, виброскорость, виброускорение.

Оборудование, эксплуатирующееся на обогатительных фабриках Кузбасса, в настоящее время на очень значительный процент выработало свой ресурс и по большей части находится в недопустимом техническом состоянии. От технического состояния оборудования зависят не только экономические показатели работы предприятия, но и безопасность работы обслуживающего персонала. В соответствии с федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», все технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте в процессе эксплуатации и выработавшие свой ресурс, в обязательном порядке подлежат процедуре экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ). Неотъемлемой составляющей процедуры экспертизы является определение степени износа оборудования путем диагностирования его технического состояния.

В частности, широкое применение при проведении процедуры ЭПБ нашел метод визуально-инструментального контроля (ВИК). Действительно, для оценки конструктивных изменений объекта экспертизы, состояния металлоконструкций и сварных швов этот недорогой в применении и относительно простой метод неразрушающего контроля (НК) незаменим. При обнаруже-

нии, по результатам ВИК, признаков наличия трещин в основном металле или сварных швах в этих местах проводится дополнительная проверка с помощью одного из методов НК, как правило, предпочтение отдается ультразвуковому контролю (УЗК). Этот метод основан на способности ультразвуковых колебаний распространяться в твердых веществах на большую глубину без заметного ослабления и отражаться от границы раздела двух веществ, является наиболее надежным и простым методом дефектоскопии ответственных деталей и сварных соединений. В отличие от ряда других методов НК он позволяет обнаруживать дефекты как по поверхности, так и внутри детали, определять координаты и расположение дефекта в пространстве.

Однако, наиболее информативным и эффективным методом, позволяющим быстро дать оценку техническому состоянию работающего агрегата, является вибродиагностика (ВД). Этот факт является следствием того, что виброакустический сигнал значительно превосходит все другие виды сигналов о состоянии машины по представительности информации и скорости ее получения [1]. Метод позволяет дать оценку техническому состоянию по результатам анализа параметров механических колебаний, его применение является обязательным при проведении экспертизы промышленной безопасности технических устройств опасных производственных объектов.

Дефекты обогатительного оборудования разнообразны. Причины для появления некоторых из них закладываются еще на стадии изготовления на заводе, другие проявляются после неквалифицированного монтажа, третья группа дефектов — эксплуатационные, проявляющие себя уже в процессе работы оборудования. На практике наиболее часто встречаются следующие типы неисправностей:

• дисбаланс ротора электродвигателя;

• дефекты элементов соединительных муфт;

• расцентровка валопровода;

• ослабление посадки подшипников;

• разнообразные дефекты подшипников, нарушение режима их смазки;

• дефекты зубчатых передач;

• нарушение жесткости системы.

Примеры диагностируемых дефектов обогатительного оборудования приведены на рис. 1—3.

Спектр. ОФ20123ДС0 031Г(П)Умм/с23.08.12 13:07:43 Частота 25Гц Аитпштуда 12.733ми1/сек

1 г^. А - - -—ч.-.

Рис. 1. Дисбаланс ротора электродвигателя мокрого пылеуловителя ПМ-35

Спектр. ОФ Еунг кснв 03 50 (О) V мм/с 08.0211 13:35:36 Сбиуй уровень 2&675ш/сек Разфос СМм/сек

Рис. 2. Дефект зубчатой пары редуктора конвейера К/1-1000, \/ескз=2897 мм/с

Спектр. ОФ Белов ДСО 12 2Г(П) Умм/с 29.03.11 13:09:31 Чалига 50Гц Ашштуда &2993мит/сек

1и ш ЛАЛ-Ллл —/ил  А. ____— - А

0 100 200 300 400500600 700 800900 1000

Рис. 3. Расцентровна электродвигателя элеватора Э/1Г-450 с редуктором, нарушение жесткости системы

Оценка технического состояния приводов обогатительного оборудования осуществляется на основе анализа параметров виброскорости и виброускорения амплитудно-частотной характеристики виброакустического сигнала в диапазоне частот 2 — 7 000 Гц.

Современные программные комплексы, предназначенные для анализа вибрационного сигнала, позволяют работать не только методами спектрального анализа, но и рядом других подходов — анализ огибающей, эксцесс, метод ударных импульсов и вейвлет-преобразование [2] являются весьма информативными и позволяют быстро получить достоверную информацию о состоянии узлов механизма. Как правило, серьезные комплексы являются мультифункциональными и очень схожими по своим техническим возможностям, позволяют производить обработку данных с использованием различных алгоритмов. Однако, наличие или отсутствие некоторого функционала является, в ряде случаев, значимым фактором для выбора того или иного поставщика программного обеспечения.

При проведении анализа виброакустического сигнала зачастую появляется необходимость в использовании дополнительных априорных данных (частота вращения, кинематические схемы и т.д.). В силу ряда причин, некоторые технические характеристики не могут быть точно определены (например — тип и геометрические параметры подшипника). Поэтому при построении диагностических критериев использование априорной информации должно быть сведено к минимуму.

Кроме того, многие методы ВД имеют ограничения на область применения (низкая частота вращения, знакопеременные ударные нагрузки, источники случайной высокочастотной вибрации). Поэтому для эффективной оценки текущего состояния сложных механических систем необходимо использовать одновременно несколько различных методов, что в результате даст возможность рассчитать диагностические критерии для конкретных групп диагностируемого оборудования. Следует отметить, что на основании полученных данных и сформулированных критериев, можно предложить адекватную модель, описывающую развитие конкретного дефекта, и

математический аппарат, оценивающий с заданной точностью текущее состояние диагностируемого узла [3]. Для этого должны быть решены задачи выделения тренда из зашумлен-ных данных и построения различного рода прогнозов.

Наконец, с использованием предложенного подхода, появится возможность точно оценить остаточный ресурс оборудования и оптимальным образом планировать ремонтные мероприятия с учетом требований современного производства для различных форм организации технического обслуживания и ремонта на предприятии.

Кроме того, при системном подходе к использованию современных диагностических методов удастся избежать серьезных аварийных ситуаций и сократить эксплуатационные издержки на обслуживание оборудования вследствие того, что ремонтные работы будут проводиться только тогда, когда результаты измерений указывают на их необходимость. Появятся новые возможности для оптимизации логистических издержек предприятия, безопасной эксплуатации производственного оборудования, повышения эффективности управления техническим обслуживанием.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика технического состояния машинных агрегатов. — В 2-х ч.: 4.1. Мониторинг технического состояния по параметрам вибрационных процессов. — Кемерово: Кузбасский государственный технический университет., 1999. — 189 с.

2. Неразрушающий контроль. Справочник в 7 томах под редакцией чл. — корр. РАН В. В. Клюева, т.7 — Москва, 2005. — 828 с.

3. Сушко А.Е. Разработка математической модели оптимального технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования // Науч. сессия МИФИ-2007: Сб.науч.тр. В 17 т. — М.: МИФИД007. — Т.2. — С. 153—154. НЗШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Герике Павел Борисович — старший научный сотрудник лаборатории комплексной механизации разработки угольных месторождений, Институт угля СО РАН, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и комплексов, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, kuzstu@kuzstu.ru.