CC BY
0Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 1 (82) Том 4. ЯНВАРЬ 2025 г. УДК 620.9
Пивень И.С.
студент
Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКА ДЕФЕКТОВ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ: АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ
Аннотация: статья посвящена вопросам надёжности и эффективности функционирования энергооборудования. В условиях современного уровня технологического развития возрастает необходимость применения передовых методов диагностики и обслуживания оборудования, чтобы обеспечить его стабильную работу и минимизировать риски аварий. Описываются ключевые факторы, влияющие на надёжность энергооборудования, и проводится анализ основных дефектов. Особое внимание уделено вибрационной диагностике гидроагрегатов.
Ключевые слова: надежность, диагностика, вибрация, гидроагрегат.
Современный уровень прогресса технологического оснащения энергетических компаний ставит повышенные условия к надёжности оборудования, увеличению точности диагностических способов и к рациональному и экономически выгодному использованию данного оборудования. Надёжность оборудования опирается на обязательное применение передовых инструментов и методик диагностики и настройки энерготехнического оборудования и требует всеобъемлющего подхода к разрешению инженерно-технических вопросов.
Факторы, влияющие на надежность энергооборудования:
Качество проектирования и изготовления оборудования. Если оборудование было спроектировано и изготовлено с ошибками или дефектами, это может привести к снижению его надежности.
Условия эксплуатации. Высокие температуры, влажность, вибрация, механические нагрузки и другие внешние факторы могут негативно сказаться на работоспособности оборудования.
Регулярность и качество технического обслуживания. Своевременное проведение профилактических работ и замена изношенных деталей помогают поддерживать оборудование в рабочем состоянии.
Профессионализм персонала. Опытный персонал, способный правильно эксплуатировать и обслуживать оборудование, играет важную роль в поддержании его надежности.
Качество сырья и материалов. Использование качественных материалов и комплектующих способствует долговечности оборудования.
Соблюдение правил безопасности. Несоблюдение правил безопасности может привести к авариям и повреждению оборудования.
Все эти факторы взаимосвязаны и влияют друг на друга. Поэтому для обеспечения надежности энергооборудования важно учитывать все эти факторы и принимать соответствующие меры. Надежность энергооборудования является одним из важнейших факторов, определяющих стабильность работы всей энергосистемы. Для повышения надежности энергооборудования применяются различные методы, включая следующие:
Диагностика и наладка. Систематическая диагностика и наладка оборудования позволяют своевременно обнаруживать возможные проблемы и предотвращать их возникновение.
Техническое обслуживание и ремонт. Регулярное техническое обслуживание и ремонт оборудования помогают поддерживать его в рабочем состоянии и продлить срок службы.
Применение новых технологий и материалов. Использование современных технологий и материалов позволяет улучшить характеристики оборудования и увеличить его надежность.
Мониторинг и контроль. Постоянный мониторинг состояния оборудования и контроль его работы позволяют оперативно реагировать на возникающие проблемы и предотвращать возможные сбои.
Обучение персонала. Подготовка и обучение персонала, занимающегося обслуживанием и ремонтом оборудования, играют важную роль в обеспечении его надежности.
Комплексное применение этих методов позволяет значительно повысить надежность энергооборудования и обеспечить стабильную работу всей энергосистемы.
Повышение надежности энергооборудования представляет собой многогранный процесс, который включает в себя множество аспектов. Он начинается с тщательной диагностики и наладочных работ, продолжается через регулярное техническое обслуживание и ремонт, и не обходится без внедрения новых технологий и материалов. Все эти шаги направлены на достижение главной цели - обеспечение стабильной и безопасной работы энергосистемы.
Одним из ключевых преимуществ повышения надежности энергооборудования является снижение риска возникновения аварий и сбоев в работе энергосистемы. Это особенно актуально в условиях современной жизни, когда зависимость от электроэнергии становится все более очевидной. Стабильная работа энергосистемы обеспечивает непрерывность производственных процессов, комфорт в жилых помещениях и нормальное функционирование общественных учреждений. Кроме того, повышение надежности энергооборудования позволяет снизить затраты на ремонт и обслуживание. Благодаря применению новых технологий и материалов, увеличивается срок службы оборудования, что приводит к уменьшению потребности в его замене и обновлении. Это, в свою очередь, позволяет сэкономить финансовые ресурсы и направить их на другие важные задачи.
Безопасность также является важным преимуществом повышения надежности энергооборудования. Более надежное оборудование обеспечивает безопасность работников и окружающей среды, поскольку снижается риск возникновения аварий и несчастных случаев. Это особенно важно в отраслях, где используется опасное оборудование, такое как энергетика и нефтехимия.
Повышение надежности энергооборудования является неотъемлемой частью современного общества. Оно обеспечивает стабильность работы энергосистемы, снижает затраты на ремонт и обслуживание, увеличивает срок службы оборудования и повышает безопасность. Все эти преимущества делают процесс повышения надежности энергооборудования важным и необходимым для устойчивого развития экономики и общества в целом.
1.2 Анализ основных дефектов гидроагрегатов и причины их возникновения.
Гидроагрегаты являются ключевыми компонентами
гидроэнергетических систем и играют важную роль в производстве электроэнергии. Однако, они подвержены различным дефектам, которые могут повлиять на их производительность и надежность.
Выделим 7 основных групп дефектов гидроагрегата и сформулируем причины возникновения дефектов:
Старение материалов и износ конструктивных узлов гидроагрегата, Недостатки проектирования и производства, Недостатки транспортировки, хранения и монтажа, Неправильные техническая эксплуатация и ремонты, Применение недоброкачественных материалов,
Перегрузки, превышающие значения, определяемые технической документацией,
Выход параметров окружающей среды за допустимые пределы, установленные технической документацией.
Анализ современного состояния используемых систем виброконтроля и диагностирования гидроагрегатов показал, что все существующие системы
позволяют контролировать текущее состояние гидроагрегата, а некоторые позволяют осуществлять мониторинг. При этом вся тяжесть анализа текущего состояния лежит на персонале станции, который на основании текущих значений вибрационных параметров и на основании результатов мониторинга должен оценить состояние гидроагрегата.
Более детальное диагностирование гидроагрегатов в настоящее время осуществляется по результатам периодических испытаний, во время которых измеряются также такие параметры, которые не охватываются постоянно действующими системами. Этот подход обладает тем недостатком, что часть параметров контролируется через большие промежутки времени.
1.3 Вибрационная диагностика.
Поскольку более 80 % необратимых изменений, в состоянии отдельных узлов, вызваны изменениями различных параметров вибрации оборудования, вибродиагностика оборудования является одним из наиболее эффективных способов предотвращения серьезных аварий.
Основным преимуществом вибродиагностики является практически мгновенная реакция сигнала вибрации на изменение состояния оборудования, что особенно важно в аварийных ситуациях, где скорость диагностики и принятия решений имеет решающее значение.
Вибродиагностика оборудования может быть разовой или периодической, мониторинговой или глубокой.
Разовая диагностика — выполняется один-два раза в год, обычно перед летним и зимним остановами предприятия с целью уточнения плана ремонтных работ и закупки запчастей.
Периодическая диагностика — выполняется ежемесячно или ежеквартально, с целью получения информации о текущем состоянии оборудования для оптимизации планирования ресурсов ремонтных подразделений на ППР, или, в случае безостановочного производства, для минимизации времени аварийных остановов.
Мониторинговая диагностика — выполняется на оборудовании в процессе работы целью отслеживания неисправностей на ранних стадиях и принятию мер по их устранению в процессе эксплуатации.
Глубокая диагностика — выполняется на критическом оборудовании, с целью выявления скрытых дефектов и предупреждения аварийной остановки обследуемого агрегата. Метод глубокой диагностики минимизирует расходы на обслуживание техники при обеспечении его достаточно высокой степени готовности в условиях ограниченной численности ремонтного персонала.
Достоверность диагностики на основе эффективного значения виброскорости (RMS) составляет 60 - 70 %, достоверность диагностики на основе спектров вибросигналов - 80 %, а достоверность диагностики на основе кепструмного анализа - 83 %. Полный набор методов вибродиагностики повышает достоверность оценки технического состояния оборудования до 87 %. Однако такая точная диагностика может быть проведена только специалистами с высокой степенью квалификации. Это связано с тем, что автоматическая параметризация таких алгоритмов обработки данных в настоящее время очень затруднена.
Вибродиагностика энергетического оборудования позволяет:
- выявить причины, условия возникновения и ход развития неисправностей и оценить влияющие на них факторы,
- своевременно устранять неисправности или увеличить среднюю наработку до возникновения неисправности,
- снизить интенсивность дефектов в наиболее ответственных режимах работы и обслуживания машин,
- совершенствовать организацию работ по разработке и внедрению мероприятий, направленных на устранение дефектов,
- оценить эффективность мероприятий по устранению дефектов и выбрать оптимальное время для ремонта,
- внедрить экономические выгоды за счет снижения затрат на мероприятия по устранению дефектов.
Мониторинг (постоянный на особо важных объектах и агрегатах или периодический), который осуществляется на работающих механизмах, узлах и агрегатах и позволяет предупредить о предстоящей поломке, которая может привести к масштабным авариям и даже катастрофам (пример: Калужская ТЭЦ, Саяно-Шушенская ГЭС и др.).
Системы вибрационного контроля и защиты оборудования позволяют регистрировать и отслеживать изменение состояния оборудования в режиме реального времени. Мониторинг вибрации может быть реализован двумя разным способами: периодическими виброобследованиями с использованием переносного оборудования или непрерывным сбором и обработкой данных с использованием стационарных автоматизированных систем вибромониторинга.
Вибрация стальных конструкций статора гидрогенератора содержит несколько составляющих. Основная гармоническая составляющая, имеющаяся в данной вибрации, имеет частоту 100 Гц. Оценку уровня биения вала гидроагрегата следует производить сравнением результатов измерения с предельными значениями, которые устанавливаются на основе рекомендаций заводов-изготовителей гидротурбины и гидрогенератора и опыта эксплуатации и указанными в стандарте организации ГЭС.
Измерение вибрации и биения вала в нескольких режимах позволяет оценить уровень вибрации и установить, какие возмущающие силы -механические, гидравлические или электрические - вызывают повышенную вибрацию.
Характерным признаком наличия механических возмущающих сил является наличие вибрации после закрытия направляющего аппарата при останове агрегата.
Характерным признаком наличия гидравлических возмущающих сил является исчезновение или значительное снижение вибрации при переводе гидроагрегата в режим синхронного компенсатора с освобождением от воды камеры рабочего колеса.
Характерным признаком наличия электромагнитных возмущающих сил является увеличение вибрации при подаче возбуждения на холостом ходу агрегата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 24346 - 80. Вибрация. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 2010;
2. ГОСТ ИСО 10816 - 1 - 97. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на не вращающихся частях. Часть 1. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов, 1999;
3. СТО 17330282.27.140.001. Гидроэлектростанции. Методики оценки технического состояния основного оборудования. - М.: ОАО РАО «ЕЭС России» - 2006;
4. Барков А.В. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: Учебное пособие. - Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 2004. - 148 с;
5. Труханов В. М. Надежность и диагностика сложных систем - М.: Издательский дом «Спектр», 2016. - 175 с
Piven I.S.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
RELIABILITY ASSURANCE AND DIAGNOSTICS OF DEFECTS OF HYDROPOWER EQUIPMENT: FAULT ANALYSIS AND VIBRATION DIAGNOSTICS METHODS
Abstract: the article is devoted to issues of reliability and efficiency of power equipment. In the conditions of the modern level of technological development, the need for the use of advanced methods of diagnostics and maintenance of equipment increases in order to ensure its stable operation and minimize the risks of accidents. The key factors influencing the reliability of power equipment are described and the analysis of the main defects is carried out. Particular attention is paid to vibration diagnostics of hydraulic units.
Keywords: reliability, diagnostics, vibration, hydraulic unit.
