Техническая диагностика. Диагностирование оборудования Техническая диагностика и контроль оборудования

ГОСТ20911-89 предусматривает использование двух терминов: «техническое диагностирование» и «контроль технического состоя­ния». Термин «техническое диагностирование» применяют, когда ре­шаемые задачи технического диагностирования, перечисленные в 1.1, равнозначны или основной задачей являются поиск места и оп­ределение причин отказа. Термин «контроль технического состоя­ния» применяют, когда основной задачей технического диагностиро­вания является определение вида технического состояния.

Различают следующие виды технического состояния, характери­зуемые значением параметров объекта в заданный момент времени:

Исправное - объект соответствует всем требованиям норма­тивно-технической и (или) конструкторской документации;

Неисправное - объект не соответствует хотя бы одному из тре­бований нормативно-технической и (или) конструкторской доку­ментации;

Работоспособное - значения всех параметров, характеризую­щих способность объекта выполнять заданные функции, соответст­вуют требованиям нормативно-технической и (или) конструктор­ской документации;

Неработоспособное - значение хотя бы одного параметра, ха­рактеризующего способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) кон­структорской документации;

Предельное - дальнейшая эксплуатация объекта технически невозможна или нецелесообразна из-за несоответствия требованиям
безопасности или неустранимого снижения эффективности работы.

Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспо­собное состояние». Если объект исправен, он обязательно работо­способен, но работоспособный объект может быть неисправным, так как некоторые неисправности могут быть несущественными, не на­рушающими нормальное функционирование объекта.

Для сложных объектов, в частности для магистральных трубо­проводов, допускается более глубокая классификация работоспособ­ных состоянии с выделением частично работоспособного (частично неработоспособного) состояния, при котором объект способен час­тично выполнять заданные функции. Примером частично работо­способного состояния служит такое состояние линейной части маги­стральных трубопроводов, при котором участок способен выполнять требуемые функции по перекачке технологической среды с пони­женными показателями, в частности с пониженной производитель­ностью при снижении допускаемого давления (РД 51-4.2-003-97).

Системой технического диагностирования (контроля технического состояния) называют совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимую для проведения диагностирования (контроля) по пра­вилам, установленным в технической документации. Объектами тех­нической диагностики являются технологическое оборудование или конкретные производственные процессы.

Средство контроля - техническое устройство, вещество или мате­риал для проведения контроля. Если средство контроля обеспечивает возможность измерения контролируемой величины, то контроль на­зывают измерительным. Средства контроля бывают встроенными, яв­ляющимися составной частью объекта, и внешними, выполненными конструктивно отдельно от объекта. Различают также аппаратные и программные средства контроля. К аппаратным относят различные устройства: приборы, пульты, стенды и т.п. Программные средства представляют собой прикладные программы для ЭВМ.

Исполнители - это специалисты службы контроля или техниче­ской диагностики, обученные и аттестованные в установленном по­рядке и имеющие право выполнять контроль и выдавать заключения по его результатам.

Методика контроля - совокупность правил применения опреде­ленных принципов и средств контроля. Методика содержит порядок измерения параметров, обработки, анализа и интерпретации резуль­татов.

Для каждого объекта можно указать множество параметров, ха­рактеризующих его техническое состояние (ПТС). Их выбирают в зависимости от применяемого метода диагностирования (контроля). Изменения значений ПТС в процессе эксплуатации связаны либо с внешними воздействиями на объект, либо с повреждающими (деградационными) процессами (процессами, приводящими к деградационным отказам из-за старения металла, коррозии и эрозии, устало­сти и т.д.).

Параметры объекта, используемые при его диагностировании (контроле), называются диагностическими (контролируемыми) па­раметрами. Следует различать прямые и косвенные диагностиче­ские параметры. Прямой структурный параметр (например, износ трущихся элементов, зазор в сопряжении и др.) непосредственно характеризует техническое состояние объекта. Косвенный параметр (например, давление масла, температура, содержание СО 2 в отрабо­танных газах и др.) косвенно характеризует техническое состояние. Об изменении технического состояния объекта судят по значениям диагностических параметров, позволяющих определить техниче­ское состояние объекта без его разборки. Набор диагностических параметров устанавливается в нормативной документации по тех­ническому диагностированию объекта или определяется экспери­ментально.

Количественные и качественные характеристики диагностиче­ских параметров являются признаками того или иного дефекта. У каждого дефекта может быть несколько признаков, в том числе не­которые из них могут быть общими для группы разных по природе дефектов.

Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, являющуюся разделом техни­ческой кибернетики. К решению задачи распознавания существует два подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный использует статистические связи между состоянием объекта и диаг­ностическими параметрами и требует накопления статистики соот­ветствия диагностических параметров видам технического состоя­ния. Оценка состояния при этом осуществляется с определенной достоверностью. Детерминистский подход, применяемый чаще все­го, использует установленные закономерности изменения диагно­стических параметров, определяющих состояние объекта.

Помимо теории распознавания, в технической диагностике ис­пользуют также теорию контролеспособности. Контролеспособность определяется конструкцией объекта, задается при его проектирова­нии и является свойством объекта обеспечивать возможность досто­верной оценки диагностических параметров. Недостаточная досто­верность оценки технического состояния является фундаментальной причиной низкой достоверности распознавания состояния оборудо­вания и оценки его остаточного ресурса.

Таким образом, в результате предшествующих исследований ус­танавливают связи между характеристиками диагностических пара­метров и состоянием объекта и разрабатывают диагностические ал­горитмы (алгоритмы распознавания), представляющие собой после­довательность определенных действий, необходимых для постановки диагноза. Диагностические алгоритмы включают также систему ди­агностических параметров, их эталонные уровни и правила принятия решения о принадлежности объекта к тому или иному виду техниче­ского состояния.

Определение вида технического состояния оборудования может производиться как в собранном состоянии, так и после его полной разборки. В период нормальной эксплуатации используют методы безразборной диагностики, как наиболее экономичные. Методы тех­нической диагностики, требующие разборки, обычно применяют при капитальном ремонте оборудования - при дефектации его эле­ментов. Основной проблемой безразборной технической диагности­ки является оценка состояния оборудования в условиях ограничен­ности информации.

По способу получения диагностической информации техниче­скую диагностику разделяют на тестовую и функциональную. В тес­товой диагностике информацию о техническом состоянии получают в результате воздействия на объект соответствующего теста. Тестовая диагностика основана на использовании различных методов неразрушающего контроля. Контроль при этом осуществляется, как пра­вило, на неработающем оборудовании. Тестовая диагностика может производиться как в собранном, так и в разобранном состоянии. Функциональную диагностику проводят только на работающем обо­рудовании в собранном состоянии.

Функциональную диагностику в свою очередь подразделяют на вибрационную и параметрическую диагностики. При использовании функциональной параметрической диагностики оценка техничес­кого состояния осуществляется по величине функциональных параметров оборудования при его работе, при этом подача целена­правленных тестовых воздействий не требуется. Отклонение этих па­раметров от их номинального значения (температура, давление, мощность, количество перекачиваемого продукта, КПД и т.д.) сви­детельствует об изменении технического состояния элементов объ­екта, формирующих данный параметр. Контроль функциональных параметров обычно осуществляется в постоянном режиме оператив­ным обслуживающим персоналом с помощью штатных приборно-измерительных комплексов технологического оборудования. В свя­зи с этим функциональную параметрическую диагностику часто на­зывают оперативной. Способы функциональной параметрической диагностики обычно излагаются в инструкциях и руководствах по эксплуатации соответствующего вида оборудования и в данном по­собии специально не рассматриваются.

Вибрационная диагностика бывает двух видов: тестовая и функ­циональная (см. 2.1). Сущность функциональной вибрационной диагностики заключается в использовании параметров вибрации оборудования при функционировании в рабочих условиях для оценки его технического состояния без разборки. Особенностью функциональной вибрационной диагностики является использова­ние в качестве диагностических не статических параметров типа тем­пературы или давления, а динамических - виброперемещения, виб­роскорости и виброускорения.

Помимо отмеченных выше видов диагностики, для оценки со­стояния оборудования применяют методы разрушающего контроля, предусматривающие частичное разрушение объекта (например, при вырезке проб для установления свойств материалов путем их меха­нических испытаний), а также инструментальный измерительный контроль элементов оборудования при его разборке во время обсле­дования или ремонта. Классификация видов технической диагности­ки приведена на рис. 1.3.

Системы диагностики различаются уровнем получаемой инфор­мации об объекте. В зависимости от решаемой задачи выделяют сле­дующие виды диагностических систем: для разбраковки объектов на исправные и неисправные или для аттестации объектов по классам; поиска и измерения дефектов и повреждений; мониторинга состоя­ния объекта и прогнозирования его остаточного ресурса. Последняя из перечисленных систем является наиболее сложной и применяется для ответственных и дорогостоящих опасных производственных объ­ектов и технологического оборудования. Такие системы, предусмат­ривающие проведение постоянного мониторинга с применением комплекса методов контроля технического состояния, позволяют проводить оперативную корректировку прогнозных оценок определяющих параметров и уточнение остаточного ресурса. В качестве ос­новных методов контроля развития дефектности в комплексных сис­темах мониторинга в настоящее время используют: для емкостного оборудования - акустико-эмиссионный контроль, для машинно­го - контроль вибрационных параметров.

Современное технологическое оборудование представляет собой сложные технические системы. Обеспечение требуемой надежности таких систем, оцениваемой вероятностью безотказной работы Р(1) (см. табл. 1.1), является более проблематичным по сравнению с про­стыми. Надежность любой технической системы определяется на­дежностью составляющих ее элементов. В большинстве случаев для сложных систем контроль одного или нескольких элементов мало­эффективен, так как остается неизвестным состояние остальных.

Составляющие элементы сложных технических систем могут со­единяться между собой последовательным, параллельным или ком­бинированным способами. При последовательном соединении эле­ментов с вероятностью безотказной работы Р 1 Р 2 , ..., Рn вероятность безотказной работы системы определяется из выражения

,

Где P i – вероятность безотказности i-го элемента.

При параллельном соединении

При комбинированном способе вначале определяют вероятность безотказной работы элементов с параллельным соединением, а за­тем - с последовательным.

Способ параллельного соединения дублирующих элементов на­зывается резервированием. Резервирование позволяет резко повы­сить надежность сложных технических систем. Например, если в системе перекачки сырой нефти предусмотрены два независи­мых параллельных насоса с вероятностью безотказной работы Р 1 = Р 2 = 0,95, то вероятность безотказной работы всей системы

Р(t) = 1 - (1 – Р 1)(1 – P 2) = 1 - (1 - 0,95)(1 - 0,95) = 0,998.

Суммарная надежность системы определяется надежностью ее составляющих. Чем больше количество составляющих, из которых состоит система, тем выше должна быть надежность каждой из них. Например, если техническая система состоит из 100 последовательно соединенных элементов с одинаково высокой вероятностью безот­казной работы 0,99, то общая ее надежность будет равна 0,99 100 , что составит около 0,37, т. е. вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени t составляет только 37 %. В связи с этим при диагностировании сложных систем, прежде всего включающих большое число составляющих без резервирования, для получения достоверной оценки их надежности необходимо осуществлять сплошной контроль всех составляющих.

Состояние технической системы может описываться множеством параметров. При диагностировании сложных систем, работоспособ­ность которых характеризуется большим числом параметров, возни­кает ряд дополнительных проблем, а именно:

Необходимо установить номенклатуру основных диагностиче­ских параметров, характеризующих работоспособность системы, и задать технические средства их контроля;

По совокупности этих параметров необходимо разработать ал­горитм оценки технического состояния системы и соответствующие программные продукты для ЭВМ.

При проведении диагностики применяют сплошной и выбороч­ный контроль. Крайне важным фактором является то, что примене­ние современных неразрушающих методов позволяет перейти к сплошному контролю. Для сложного технологического оборудова­ния, состоящего из большого числа зависимых элементов, введение сплошного неразрушающего контроля является необходимым усло­вием достоверной оценки его технического состояния.

Диагностика требует определенных затрат, которые растут по мере повышения требований к надежности и безопасности. Для сравнения: в атомной промышленности США затраты на дефекто­скопию составляют до 25% всех эксплуатационных затрат, в Рос­сии - около 4%. По данным ВНИКТИ нефтехимоборудования, за­траты на диагностику нефтехимического оборудования в США со­ставляют около 6% эксплуатационных затрат, в России - менее 1%. Вместе с тем эта статья расходов оправдана, так как использова­ние систем технического диагностирования позволяет эксплуатиро­вать каждый экземпляр технологического оборудования до предель­ного состояния и за счет этого получить значимый экономический эффект.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

1. Диагностика - основа обслуживания машин по их фактическому техническому состоянию

Одной из наиболее важных и актуальных проблем современности является повышение качества и надежности механизмов, машин и оборудования в любой отрасли промышленности. Это вызвано постоянным ростом энерговооруженности современных предприятий, заводов, комбинатов, тепловых и атомных станций, морского, воздушного, железнодорожного и других видов транспорта и т.д., оснащением их сложной техникой, внедрением автоматизированных систем обслуживания и управления.

Известны традиционные пути увеличения надежности и ресурса, такие как оптимизация систем, совершенствование конструкции и технологии изготовления отдельных элементов, резервирование механизмов, машин и оборудования, увеличение коэффициента запаса (работа не на полную мощность, не на номинальном режиме и т.п.).

Эти пути наиболее эффективны для систем ограниченной мощности, таких как информационные системы, системы автоматического управления и связи и т.п. Перспективы указанных направлений связаны, в первую очередь, с высокими темпами развития элементной базы подобных систем, ее миниатюризацией и высокой степенью интеграции.

Однако во многих областях промышленности конструкция и технология изготовления отдельных узлов механизмов, машин, оборудования претерпели в течение последних десятилетий незначительные изменения, которые не привели к существенному повышению их надежности и ресурса. В то же время высокая степень резервации механизмов и введение коэффициентов запаса часто невозможны из-за ограничений по массе и габаритам. Поэтому потребовалось изыскание новых путей для решения проблемы повышения надежности и ресурса.

До недавнего времени машины и оборудование, в том числе и на промышленных предприятиях, либо эксплуатировались до выхода их из строя, либо обслуживались по регламенту, т.е. осуществлялось планово-профилактическое техническое обслуживание.

В первом случае эксплуатация оборудования до выхода из строя возможна при использовании недорогих машин и при дублировании важных участков технологического процесса.

Более широкое распространение в настоящее время получило обслуживание по регламенту, т.е. планово-профилактическое техническое обслуживание, что обусловлено невозможностью или нецелесообразностью дублирования и большими потерями при непредусмотренных остановках машин или оборудования. этом случае техническое обслуживание проводится с фиксированными интервалами времени.

Эти интервалы часто определяются статистически как период с момента начала работы нового или прошедшего полное техническое обслуживание исправного машинного оборудования до момента, когда ожидается, что не более 2% машинного парка выйдет из строя. Но оказывается, что для многих машин обслуживание и ремонт по регламенту не снижает частоту выхода их из строя.

Более того, надежность работы машин и оборудования после технического обслуживания часто снижается иногда временно до момента их приработки, а иногда это снижение надежности обусловлено появлением ранее отсутствующих дефектов монтажа.

Очевидно, что увеличение эффективности, надежности и ресурса, а также обеспечение безопасной эксплуатации машин и механизмов тесно связано с необходимостью оценки их технического состояния. Это и определило формирование нового научного направления - технической диагностики, которое получило особо широкое развитие в последние десятилетия.

Техническая диагностика - это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая методы и средства определения и прогнозирования технического состояния механизмов, машин и оборудования без их разборки.

Следует отметить, что техническое состояние механизмов, машин и оборудования в определенной степени оценивали и раньше. Это были измерительные приборы, системы контроля. Однако ограниченная информация о машинах и механизмах далеко не всегда позволяла выявить причины их отказов и, тем более, обнаружить дефект в объекте, который непосредственно не сказывался на его функционировании, но повышал вероятность отказа и, следовательно, снижал надежность и ресурс таких машин и механизмов.

В существующих системах управления, регулирования, контроля и диагностики эксплуатируемого оборудования основной особенностью является то, что операции контроля и защиты обычно автоматизированы, а решение задач диагностики до недавнего времени возлагалось на оператора или ремонтную бригаду.

В этом случае решение задач диагностики усложнялось по следующим причинам: большой объем обрабатываемой информации, необходимость логического анализа сложных взаимосвязанных процессов, быстротечность рабочих процессов, опасность запоздалой или ошибочной оценки технического состояния.

Создание автоматизированных средств диагностики вывело техническую диагностику на еще более высокую ступень. В настоящее время успехи развития таких областей науки, как теории распознавания и контролеспособности, которые являются составной частью технической диагностики, создали предпосылки, для того чтобы создание и совершенствование методов и средств технической диагностики, в особенности автоматизированных, стали наиболее эффективным путем увеличения надежности и ресурса машин и оборудования.

Использование методов и средств технической диагностики позволяет значительно уменьшить трудоемкость и время ремонта и таким образом снизить эксплуатационные расходы. Следует отметить, что эксплуатационные расходы превышают расходы изготовления в несколько раз. Это превышение составляет, например, для самолетов в 5 раз, для автотранспорта в 7 раз, для станков в 8 раз и более.

Если учесть, что за время эксплуатации механизм подвергается нескольким десяткам профилактических осмотров с частичной разборкой, до 10 вынужденных и плановых средних ремонтов и до 3 капитальных ремонтов, можно оценить, какой экономический эффект будет получен за счет внедрения средств технической диагностики.

По данным международной конфедерации по измерительной технике и приборостроению IМЕСО, только за счет внедрения средств диагностики, например для энергетических установок, сокращаются трудоемкость и время ремонта более чем на 40%, уменьшается расход топлива на 4% и увеличивается коэффициент технического использования оборудования на 12%.

Значительный экономический эффект достигается при переходе с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию. Так, обслуживание роторных машин одного из химических комбинатов по техническому состоянию позволило снизить общее число проводимых техобслуживаний и ремонтов с 274 до 14.

На нефтеперерабатывающем комбинате затраты на проведение технического обслуживания электродвигателей снизилось на 75%. На бумажной фабрике экономия в течение первого года составила не менее $250000, что в десять раз перекрыло расходы предприятия на закупку аппаратуры для мониторинга механических колебаний.

На атомной электростанции в течение одного года были достигнуты экономия в $3 миллиона США за счет снижения затрат на проведение технического обслуживания и дополнительное увеличение доходов в размере $19 миллионов США за счет сокращения простоев.

Эти данные получены фирмой "Брюль и Къер" при внедрении систем мониторинга состояния машинного оборудования. Следует отметить, что самые современные средства технической диагностики, особенно автоматизированные, представляют собой новое поколение еще более эффективных систем, не требующих специальной подготовки обслуживающего персонала, что позволяет получить гораздо больший экономический эффект.

Повышенное внимание, уделяемое средствам технической диагностики специалистами по изготовлению и эксплуатации машин, механизмов и оборудования во многих отраслях промышленности, объясняется тем, что внедрение таких средств позволяет:

предупреждать аварии,

повышать безотказность машин и оборудования,

увеличивать их долговечность, надежность и ресурс,

повышать производительность и объем производства,

прогнозировать остаточный ресурс,

снижать затраты времени на ремонтные работы,

сокращать эксплуатационные затраты,

уменьшать количество обслуживающего персонала,

оптимизировать количество запасных деталей,

снижать затраты на страхование.

Таким образом, безопасная эксплуатация, повышение надежности и значительное увеличение ресурса машин, механизмов и оборудования невозможны в настоящее время без широкого применения методов и средств технической диагностики. Внедрение средств технической диагностики позволяет отказаться от обслуживания и ремонта по регламенту и перейти к прогрессивному принципу обслуживания и ремонта по фактическому состоянию, что дает значительный экономический эффект.

В развитии средств оценки технического состояния машин и оборудования можно выделить 4 основных этапа:

контроль измеряемых параметров,|

мониторинг контролируемых параметров,

диагностика машин и оборудования,

прогноз изменения их технического состояния.

При контроле машин и оборудования достаточно информации о величинах измеряемых параметров и зонах их допустимых отклонений. При мониторинге контролируемых параметров необходима дополнительная информация о тенденциях изменения измеряемых параметров во времени. Еще больший объем информации требуется при диагностике машин и оборудования: определить место возникновения дефекта, идентифицировать его вид и оценить степень его развития. И наиболее сложной задачей является прогноз изменения технического состояния, позволяющий определить остаточный ресурс или период безаварийной работы.

В "Настоящее время под термином «мониторинг технического состояния» понимается весь комплекс процедур оценки состояния машин или оборудования:

*защита от внезапных поломок,

предупреждение об изменении технического состояния оборудования,

обнаружение на ранних этапах зарождающихся дефектов и определение места их появления, вида и степени развития,

прогноз изменения технического состояния оборудования.

2. Основной принцип технической диагностики

Оценка и прогноз технического состояния объекта диагностики по результатам прямых или косвенных измерений параметров состояния или диагностических параметров и составляет суть технической диагностики.

Само по себе значение параметра состояния или диагностического параметра еще не дает оценки технического состояния объекта.

Чтобы оценить состояние машины или оборудования необходимо знать не только фактические значения параметров, но и соответствующие эталонные значения.

Разность между фактическим ф и эталонным эт значениями диагностических параметров называется диагностическим симптомом.

= эт - ф

Таким образом, оценка технического состояния объекта определяется отклонением фактических значений его параметров от их эталонных значений. Следовательно, любая система технической диагностики (рис. 1) работает по принципу отклонений (принцип Солсбери).

Рис. 1. Функциональная схема технической диагностики

Погрешность, с которой оценивается величина диагностического симптома, в значительной степени определяет качество и достоверность диагноза и прогноза контролируемого объекта. Эталонное значение указывает, какую величину будет иметь соответствующий параметр у исправного хорошо отрегулированного механизма, работающего при такой же нагрузке и таких же внешних условиях.

Математическая модель объекта диагностики может быть представлена набором формул, по которым рассчитываются эталонные значения всех диагностических параметров. Каждая формула должна учитывать условия нагрузки объекта и существенные параметры внешней среды.

3. Термины и определения

Основные термины и определения технической диагностики регламентированы действующими стандартами, например, российским ГОСТом "Техническая диагностика. Основные термины и определения". Некоторые из устоявшихся терминов еще не вошли в соответствующие регламентирующие документы. Ниже приведены лишь наиболее часто употребляемые термины и определения.

Техническое состояние - совокупность свойств объекта, определяющих возможность его функционирования и подверженных изменению в процессе производства, эксплуатации и ремонта.

Работоспособный объект - объект, который может выполнять возложенные на него функции.

Зарождающийся дефект - потенциально опасное изменение состояния объекта в процессе его эксплуатации, при котором значение информативного параметра (или параметров) не вышло за пределы допусков, задаваемых в технической документации.

Дефект - изменение состояния объекта в процессе его изготовления, эксплуатации или ремонта, которое потенциально может привести к уменьшению степени его работоспособности.

Неисправность - изменение состояния объекта, приводящее к уменьшению степени его работоспособности.

Отказ - изменение состояния объекта, исключающее возможность продолжения его функционирования.

Параметры состояния - количественные характеристики свойств объекта, определяющие его работоспособность, заданные технической документации на изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Мониторинг - выполняемые без вмешательства в функционирование объекта процессы измерения, анализа и прогнозирования контролируемых параметров или характеристик объекта с отображением их во времени, сравнением с ретроспективными данными и с пороговыми значениями.

Защитный мониторинг - мониторинг, обеспечивающий в случае возникновения аварийной ситуации прекращение функционирования объекта.

Прогнозирующий мониторинг - мониторинг с прогнозом изменения контролируемых характеристик объекта на время, определяемое длительностью прогноза.

Диагностика (диагностирование) - процесс определения состояния объекта.

Тестовая диагностика - процесс определения состояния объекта по его реакции на внешнее воздействие определенного типа

Функциональная (рабочая) диагностика - процесс определения состояния объекта без нарушения режима его функционирования.

Диагностические показатели - значения параметров или характеристик объекта, совокупность которых определяет состояние объекта.

Диагностический признак - свойство объекта, качественно отражающее его состояние, в том числе и появление различных видов дефектов.

Диагностический сигнал - контролируемая характеристика объекта, используемая для выявления диагностических признаков. По диагностическому сигналу могут классифицироваться виды мониторинга и диагностики, например, тепловой или вибрационный мониторинг и диагностика.

Диагностический параметр - количественная характеристика измеряемого диагностического сигнала, входящая в совокупность показателей состояния объекта.

Диагностический симптом - это разность между фактическим и эталонным значениями диагностического параметра.

Диагностика в пространстве состояний - процесс определения состояния объекта по результатам непосредственного измерения параметров состояния.

Диагностика в пространстве признаков - процесс определения состояния объекта по результатам измерения диагностических параметров, определяющих диагностические признаки, в том числе косвенно связанные с параметрами состояния объекта.

Диагностическое правило - совокупность диагностических признаков и параметров, характеризующих появление в объекте определенного вида дефектов или неисправностей, и пороговых значений, разделяющих множества бездефектных объектов и объектов с разной величиной дефекта.

Диагностическая модель - совокупность диагностических правил по всем потенциально опасным дефектам в объекте диагностики.

Алгоритм диагностики - совокупность предписаний по выполнению определенных действий, необходимых для постановки диагноза в соответствии с конкретной диагностической моделью объекта.

Диагноз - заключение о состоянии технического объекта.

Прогноз - заключение о степени работоспособности объекта в течение прогнозируемого периода, вероятности его отказа за этот период или об остаточном ресурсе объекта.

Технические средства мониторинга - средства, предназначенные для измерения и анализа контролируемых характеристик объекта, а также для прогноза их возможных изменений.

Программное обеспечение для мониторинга - программное обеспечение для поддержки баз данных выполняемых для мониторинга измерений и/или для управления этими измерениями.

Технические средства диагностики - средства, предназначенные для измерения диагностических параметров и постановки диагноза.

Система мониторинга и диагностики - совокупность объекта, технических средств мониторинга и диагностики, а также (при необходимости) оператора и эксперта, обеспечивающая постановку диагноза и прогноза состояния объекта.

Автоматическая диагностика - процесс определения состояния объекта диагностики без участия оператора по данным измерений, выполненных техническими средствами диагностики либо с помощью оператора, либо автоматически.

Программы автоматической диагностики - программное || тспечение, позволяющее заменить эксперта персональным компьютером при решении типовых диагностических задач.

4. Разделы технической диагностики

Техническая диагностика вращающегося оборудования - это направление науки и техники, находящееся на стыке многих областей знаний. Для разработки и эксплуатации систем диагностики вращающегося оборудования необходимо иметь знания и практические навыки в таких областях, как:

теория машин и механизмов, позволяющие описать работу объекта диагностики и выбрать основные виды диагностических сигналов;

методы формирования и распространения диагностических сигналов в объекте диагностики, позволяющие оптимизировать объем диагностических измерений;

методы определения влияния дефектов на функционирование объекта диагностики и на свойства диагностических сигналов, позволяющие выбирать и оптимизировать диагностические признаки различных дефектов и неисправностей;

теория сигналов и теория информации, позволяющие получать максимум диагностической информации при минимуме измерений;

теория и техника измерений и анализа сигналов, позволяющие оптимизировать качество диагностических измерений;

теория распознавания состояний, позволяющая с максимально возможной достоверностью определять состояние объекта и идентифицировать дефекты по результатам диагностических измерений;

методы автоматизации различных процессов, позволяющие автоматизировать измерения и анализ диагностических сигналов, постановку диагноза и составление отчетных материалов;

компьютерная техника и операционные системы, позволяющие эксплуатировать современные технические средства диагностики. В технической диагностике можно выделить два взаимосвязанных и взаимопроникающих направления - теория распознавания и теория контролеспособности (рис.2).

Рис.2. Структура технической диагностики

Теория распознавания позволяет решить основную задачу технической диагностики, а именно, распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации. Она изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, обычно это задачи классификации.

Алгоритмы распознавания часто основываются на диагностических моделях, которые устанавливают связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве диагностических сигналов.

Одной из проблем распознавания являются правила принятия решений (исправен объект или не исправен), что всегда связано с риском ложной тревоги и пропуска цели.

Для решения диагностических задач, а именно, определения исправен объект или нет, целесообразно использовать методы статистических решений.

В технической диагностике кроме теории распознавания следует выделить еще одно важное направление - теорию контроле-способности. Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку своего технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов.

Контролеспособность обеспечивается конструкцией изделия и системой технической диагностики.

К важнейшим задачам теории контролеспособности можно отнести изучение и разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль состояния, который предусматривает обработку диагностической информации и формирование управляющих сигналов, разработку алгоритмов поиска неисправностей, диагностических тестов, минимизации процесса установления диагноза и т.д.

В технической диагностике вращающегося оборудования абсолютное большинство диагностических задач решается методами виброакустической диагностики, в которой вопросы контролеспособности объекта являются наиболее сложными, а необходимые для диагностики разделы знаний в большинстве случаев не входят и дисциплины, традиционно читаемые инженерам-механикам.

Для практического освоения виброакустической диагностики, и первую очередь, необходимо изучить:

влияние дефектов на шум и вибрацию машин и механизмов,

методы и средства измерения и анализа шума и вибрации,

методы обнаружения и идентификации дефектов по сигналу вибрации и шума.

5. Основные этапы технической диагностики

Первым этапом оценки технического состояния любого объекта является определение номенклатуры дефектов, которые представляют наибольшую опасность для его функционирования и должны обнаруживаться в процессе диагностики. Для ее решения проводятся специальные исследования причин наиболее частых отказов объектов диагностики или их аналогов, а также тех изменений параметров состояния, которые измеряются в процессе предремонтной дефектации аналогичных объектов, отработавших межремонтный ресурс.

Второй этап - это определение совокупности максимально возможных параметров состояния, диагностических признаков и диагностических параметров, которые могут быть измерены для определения технического состояния объекта.

(Избыточность параметров в этой совокупности необходима для того, чтобы выбрать из всех возможных параметров те, которые наиболее доступны для измерения, имеют минимальные ошибки определения диагностических симптомов и позволяют обнаруживать дефекты на стадии их зарождения.)

Как правило, вторая задача решается на основе многочисленных опубликованных результатов исследований влияния дефектов на разные параметры состояния и диагностические параметры сигналов контролируемых объектов.

Следующий, третий этап оценки технического состояния - это оптимизация совокупности измеряемых параметров состояния и диагностических параметров. Эта совокупность должна отражать развитие всех дефектов, определяющих ресурс контролируемого узла или машины в целом. При этом желательно, чтобы каждый параметр из выбранной совокупности зависел бы преимущественно от одного вида дефекта. При выборе параметров предпочтение отдается тем, которые в значительной степени зависят от дефектов и слабо от режимов и условий работы, наиболее доступны для измерения, имеют минимальные ошибки определения диагностических симптомов и позволяют обнаруживать дефекты на стадии их зарождения.

Для оценки технического состояния объекта необходимо определять для каждого параметра не только его эталонное значение, которое характеризует состояние бездефектного объекта, но и его пороговые значения, характеризующие состояние объекта с дефектом определенной величины, т.е. определяющие допустимую величину изменения данного контролируемого параметра.

Таким образом, значение параметра состояния или диагностического параметра, соответствующее состоянию объекта с дефектом определенной величины, принято называть пороговым значением (пороговым уровнем) параметра при этом виде дефекта. Параметр состояния или диагностический параметр может иметь несколько, например, три пороговых значения, характеризующих, соответственно, зарождающийся, средний и сильный дефекты.

Эталонные значения параметров состояния и диагностических параметров могут определяться различными способами. Один из них - расчетный с использованием математической модели объекта.

Математическая модель объекта может представлять собой набор формул, по которым рассчитываются эталонные значения всех выбранных параметров для конкретного режима работы объекта с учетом конкретных внешних условий. В нее же входят и формулы, определяющие пороги допустимых значений этих же параметров при появлении тех или иных дефектов.

Еще один способ определения эталонных и пороговых значений - это определение их по результатам непосредственных измерений параметров состояния или диагностических параметров. При этом эталонные и пороговые значения могут определяться как по измерениям одних и тех же параметров группы одинаковых дефектов, работающих в одинаковых режимах и внешних условиях, так и по периодическим измерениям каждого из этих параметров у одного объекта.

Пороговые значения дефектов - это термин, который используется для определения пороговых значений величин диагностических параметров, характеризующих диагностические признаки дефекта конкретного вида. Пороговые значения дефектов также могут определяться различными способами. Один из них - расчетный с использованием математической модели объекта диагностирования, если в модель включены соответствующие формулы для расчета влияния дефектов на параметры состояния или диагностические параметры. Пороговые значения дефектов могут определяться и по результатам экспериментальной оценки эталона параметра бездефектного объекта диагностики эт и статистической величины ошибки измерения эталона, например 2 , где -| среднеквадратическое отклонение параметра. Это значение, например эт +2 и может быть принято за пороговое значение дефекта в том случае, если имеется априорная информация о диапазоне изменения величины диагностического параметра в зависимости от величины дефекта и известно, что этот диапазон в несколько раз превышает ошибку измерения эталона. Еще один способ определения пороговых значений дефектов - экспериментальное многократное моделирование дефектов в однотипных объектах диагностики со статистической оценкой величины соответствующего диагностического симптома.

В технической диагностике, как уже упоминалось, в зависимости от ошибки измерения диагностического симптома может использоваться несколько пороговых значений дефектов. Если погрешность измерения симптома велика, чаще всего используется два порога - порог допустимых отклонений диагностического параметра от эталона (порог появления дефекта) и порог аварийного отклонения диагностического параметра от эталона. При использовании чувствительных к появлению дефектов диагностических параметров, позволяющих достаточно точно определять величины дефектов, количество порогов может быть больше, например пороги слабого, среднего и сильного дефекта, а также порог аварийного отклонения состояния объекта. Следует отметить, что практически во всех случаях величины порогов, определяемые как расчетными, так и экспериментальными способами, требуют корректировки в процессе адаптации технических систем диагностики к условиям их работы.

После решения третьей, наиболее сложной с практической точки зрения задачи, оптимизации диагностических параметров с построением эталонов и пороговых значений, необходимо выбрать методы и технические средства измерений и анализа диагностических сигналов, а также, если это возможно, параметров состояния объекта диагностики. На этом этапе также осуществляется выбор точек контроля диагностических параметров и режимов работы объекта во время диагностирования. Основной задачей этого выбора является минимизация затрат на диагностические измерения без потерь качества диагностики, т.е. с сохранением минимальной вероятности пропуска дефектов в процессе диагностирования.

Следующий этап - создание диагностической модели, т.е. совокупности диагностических параметров и правил их измерения, их эталонных значений и пороговых значений дефектов. Кроме этого в диагностическую модель входят правила принятия решений в тех случаях, когда одним и тем же дефектам соответствует группа различных признаков и параметров и, что не менее сложно, когда один и тот же признак или параметр отвечает за появление разных дефектов в различных режимах работы объекта диагностики.

Современные системы диагностики кроме оценки состояния объекта дают возможность прогноза его работоспособности. Для этого анализируются тренды, представляющие собой зависимость диагностических симптомов от времени.

На рис.3а представлен тренд, характеризующий четыре этапа изменения характеристик вибрации, что соответствует четырем этапам жизненного цикла машины или оборудования. Первый этап Т 1 - приработка машины, второй Т 2 - нормальная работа, третий Т 3 -развитие дефекта, четвертый Т 4 - этап деградации (устойчивое развитие цепочки дефектов с момента, когда появляется потребность к обслуживании или ремонте объекта, до момента возникновения аварийной ситуации).

Наибольшая практическая сложность для решения задач диагноза и прогноза состояния машин возникает на первом этапе. Это обусловлено возможностью появления специфических дефектов изготовления и монтажа машины, многие из которых после приработки исчезают, что затрудняет дальнейшую оценку ее состояния.

Существует два основных вида прогнозирования состояния объектов диагностики. Первый - по тренду, построенному в результате аппроксимации ретроспективных данных диагностических симптомов с дальнейшей экстраполяцией аппроксимирующей функции.

В этом случае прогнозирование требует знания предельного значения диагностического симптома пр и фактической кривой тренда, который совсем не обязательно бывает линейным и может характеризоваться большим разбросом точек. При условии монотонности тренда остаточный ресурс может быть оценен в первом приближении как интервал времени с момента последнего измерения диагностического параметра до момента времени, соответствующего точке пересечения тренда с линией, характеризующей предельное значение диагностического симптома пр (рис.3,6).

Рис. 3. Тренды:

а - типовая зависимость величины диагностического симптома от времени; б - тенденция развития диагностического симптома во времени, построенная по ретроспективным данным с дальнейшей экстраполяцией аппроксимирующей зависимости (* - экспериментально полученные данные ); в - зависимость изменения диагностического симптома от времени, построенная с момента нормальной работы машины до выхода ее из строя; г - зависимость диагностического симптома от времени с момента развития первого дефекта до полного выхода машины из строя

Второй вид прогнозирования - по заранее известному тренду, построенному с момента начала нормальной работы однотипных машин до полного их выхода из строя, т.е. по всему жизненному циклу подобных машин (рис.3,в). Тогда остаточный ресурс в первом приближении может быть оценен как разность времени t пр, соответствующего предельному значению диагностического симптома пр, и времени t изм, соответствующего значению диагностического симптома изм на момент измерения диагностического параметра.

Во многих практических случаях тренды могут быть немонотонными. Так, на рис.3,г представлен тренд, участок I которого характеризует развитие одного дефекта, на участке II наблюдается стабилизация уровня вибрации и на участке III производная изменения уровня вибрации увеличивается в результате появления еще одного дефекта. В этом случае достоверный прогноз состояния объекта и оценка остаточного ресурса возможны только на последнем участке развития цепочки дефектов.

6. Функциональная и тестовая диагностика

По тем действиям, которые производятся с объектом, техническую диагностику можно разделить на функциональную (рабочую) и тестовую.

Функциональная диагностика осуществляется без нарушения режимов работы объекта, т.е. при выполнении им своих функций. Все измерения или другие виды оценки параметров состояния и диагностических параметров, анализ результатов и принятие решения выполняются до того, как по результатам оценки состояния формируется, если это необходимо, результирующее воздействие на объект, например, прекращается его работа или он переводится на другой режим функционирования (рис.4).

По способу получения диагностической информации функциональная диагностика подразделяется на вибрационную, тепловую, электрическую и т.п. Тестовая диагностика - это определение состояния объекта по результатам его реакции на внешнее воздействие. Отличительной особенностью этого вида диагностики является использование источника внешнего воздействия, например, генератора тестовых сигналов (рис.4).

Рис.4. Схема основных операций функциональной и тестовой диагностики

Если генератором тестовых сигналов является источник определенного вида излучений, например акустических, рентгеновских, электромагнитных и других, то такой вид тестовой диагностики часто называют дефектоскопией.

Генератором тестовых сигналов (воздействий) может быть и система управления объектом, а самим воздействием - включение (выключение) объекта, переход на другой режим и т.п. Диагностическая информация в этом случае содержится в переходных процессах, сопровождающих смену режима работы объекта.

К тестовым воздействиям с диагностической тоски зрения можно отнести все виды неразрушающих испытаний объектов, например, испытания повышенным напряжением электрических машин, аппаратов и сетей на предмет обнаружения нарушений изоляции, испытания оборудования на предельных нагрузках или давлениях, тепловые испытания и т.д.

Тестовая диагностика существовала уже в начале XX века и представляла собой основной вид технической диагностики, оставляя за функциональной диагностикой лишь решение отдельных задач, и в первую очередь, задач аварийной защиты технических систем. Функции аварийной защиты выполняли средства контроля таких параметров состояния объекта, которые, с одной стороны, значительно изменялись на начальных стадиях развития аварийной ситуации, а, с другой стороны, были доступны для измерения простейшими средствами контроля.

Во второй половине XX века стали интенсивно развиваться методы и технические средства мониторинга технических систем, которые, не нарушая режимов работы, обеспечивали слежение и глубокий анализ многих характеристик и свойств этих систем. Вместе с мониторингом стала развиваться и функциональная диагностика, которая взяла на себя функции интерпретации причин обнаруживаемых при мониторинге изменений характеристик и свойств технических систем.

И лишь в последнее десятилетие XX века глубокая функциональная диагностика технических объектов получила стимул для интенсивного развития. Он связан с реальным переводом технических объектов, и особенно машин и оборудования, с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию. Для реализации такого перевода потребовались новые методы и средства технической диагностики, которые смогли бы обеспечить глубокую профилактическую диагностику объектов с долгосрочным прогнозом состояния. Естественно, что методы функциональной диагностики стали основой для разработок в этой области и лишь в редких случаях к ним добавлялись наиболее эффективные из методов тестовой диагностики технических систем.

Профилактическая (превентивная) диагностика технических систем, объединяющая лучшие из достижений функциональной и тестовой диагностики, по своим задачам во многом похожа на медицинский контроль профессиональной пригодности людей, работающих в опасных условиях, и включающий в себя кроме периодического общего контроля их здоровья, еще и раннюю диагностику, и предупреждение профилактических заболеваний. Задачи такой диагностики несколько отличаются от задач мониторинга и тестовой диагностики, а их решение требует разработки более тонких методов и более эффективных средств массового диагностического обслуживания. В последние годы в технической диагностике этим вопросам уделяется наибольшее внимание.

7. Методология технической диагностики

Методология диагностики технических объектов включает в себя описание их бездефектных состояний и состояний с различными видами дефектов, выбор контролируемых параметров состояния и/или диагностических сигналов, оптимизацию диагностических параметров и средств их измерения и, наконец, составление алгоритмов постановки диагноза и прогноза.

При составлении подобных алгоритмов необходимо классифицировать возможные состояния объектов. Чаще всего эти состояния разбиваются на два подмножества - работоспособные и неработоспособные.

Для подмножества работоспособных состояний «оставляются алгоритмы определения и прогноза степени работоспобности объекта, поиска дефектов, а для подмножества неработоспособных состояний - только алгоритмы поиска неисправностей (дефектов). В таком случае процесс формирования технического диагноза может быть представлен в виде структурной схемы (рис.5).

Виброакустическая диагностика имеет свою особенность - она дает наиболее эффективные результаты в основном тогда, когда объект может функционировать и в нем формируются колебательные силы, возбуждающие вибрацию и/или шум.

Именно поэтому в виброакустической диагностике множество состояний объекта разбивается минимум на два подмножества - множество бездефектных состояний и множество состояний с дефектами (неисправностями), при которых объект остается работоспособным, но степень его работоспособности снижается. Те же состояния, когда объект теряет работоспособность, исключаются из рассмотрения в виброакустической диагностике и ими занимаются обычно в рамках другой области техники, называемой дефектацией.

Рис.5. Процесс формирования технического диагноза

Алгоритмы диагностики составляются при следующих допущениях.

Объект может находиться в конечном множестве состояний S, разделяемом на два подмножества S 1 (бездефектные состояния, различающиеся, например, режимами работы объекта) и S 2 (состояния с различными видами дефектов, при которых объект остается работоспособным).

Каждое состояние из подмножества S 2 отличается степенью или запасом работоспособности. Состояние объекта характеризуется совокупностью диагностических показателей d 1 , d 2 ,…, d k , которая представляет собой вектор состояния D:

D = (d 1 , d 2 ,…, d k).

Диагностические показатели могут представлять собой параметры или характеристики.

В качестве параметров могут быть использованы, например, уровень вибрации или акустического шума, давление, сопротивление изоляции, температура и т.п. В качестве характеристик могут быть использованы показатели, характеризующие форму кривой, например огибающая спектра сиг нала вибрации или шума ("маска"), затухание, крутизна и т.п.

Условие работоспособности задают областью работоспособности исходя из следующих предположений:

вектор состояний оборудования определен,

существует номинальный вектор состояний,

отклонения вектора состояний от номинального допускают только в определенных пределах,

допустимые отклонения определяют область работоспособности.

Условия работоспособности задают по-разному для случае использования в качестве диагностического показателя параметров или характеристик.

Если в качестве диагностического показателя используете один параметр, то условия работоспособности задаются неравенствами, ограничивающими его значение с одной или с двух сторон.

Таким образом, объект работоспособен, если все неравенств выполняются:

d i > d iн, d i < d iв,

d iн < d i < d iв,

где d i , d i н и d i в - соответственно, текущее, нижнее допустимое и верхнее допустимое значения диагностического параметра.

Каждый из диагностических показателей состояния d j может определяться по совокупности диагностических параметров d ji , … , d j 1:

d j = d ji , … , d j 1

Для каждого диагностического параметра d i существует номинальное значение d 0 i , область допустимых отклонений 0 i и предельное отклонение (порог опасного изменения параметра) i пр, при превышении которого объект считается неработоспособным и должен быть остановлен.

Объект считается бездефектным, если для каждого параметра выполняется неравенство

| d i - d 0 i | ? d 0 i ,

качество диагностика мониторинг эталонный

где 0 i - порог допустимого отклонения.

Объект считается неработоспособным, если хотя бы для одного| из параметров выполняется неравенство

| d i - d 0 i | > i пр,

где i пр - порог опасного изменения параметра.

Во всех других случаях объект имеет ограниченную работоспособность.

В качестве диагностических показателей могут использоваться не только параметры, но и характеристики объекта у = f(х), где x и у - входная и выходная переменные соответственно. В последнем случае условие работоспособности объекта определяется отклонения р (f , ) текущей характеристики f (х) объекта от номинальной (х):

где р - фиксированный параметр, определяющий критерий принятия решения о степени отклонения текущей характеристики от номинальной.

При р= 1 выражение дает оценку среднего отклонения (критерий среднего отклонения) :

При р=2 получим среднеквадратическое отклонение, т.е большее отклонение будет иметь больший вес (критерий средне-квадратического отклонения):

При р = основной вклад в выражение вносит только одно максимальное отклонение (критерий равномерного приближения) :

x (a , b )

В общем случае условие работоспособности представляется в виде

где - допустимое отклонение.

Если характеристики у = f (х) оцениваются по точкам на ограниченном интервале значений входной переменной х а, b , то условие работоспособности задают в виде неравенств для каждой точки:

Полагают, что объект работоспособен, если последние неравенства выполняются для всех без исключения точек, входящих в диапазон (а, b).

Сложные объекты в целом оцениваются как работоспособные при условии работоспособности каждого его узла или структурной единицы.

В случаях ограниченной работоспособности контролируемого объекта при любой степени (запасе) его работоспособности задами ми диагностики являются идентификация и прогноз развития имеющихся дефектов, определение интервала безаварийной работы или остаточного ресурса объекта.

8. Выбор диагностического сигнала

Оценить состояние оборудования можно по величинам свойств: механических (износ, деформация, перемещение и т.п.); электрических (напряжение, ток, мощность и др.); химических состав газов, смазки и т.п.), а также по излучению энергии (тепловой, электромагнитной, акустической и т.п.).

Эти величины, преобразованные, как правило, в электрические сигналы, обрабатывают специальные технические средства, а оператор принимает решение об изменении режима работы, о возможности дальнейшего использования оборудования, о мерах, которые необходимо принять для поддержания надежности, а при полной автоматизации оператор получает рекомендации, что делать.

При выборе диагностического сигнала для решения такой сложной задачи, как оценка технического состояния машины или оборудования с определением места возникновения дефекта, идентификацией вида дефекта и степени его развития, а также прогнозирование изменения технического состояния объекта, требуется большой объем диагностической информации.

Такие диагностические сигналы, как температура, давление, напор жидкости, наличие металлических частиц в смазке и т.п., можно характеризовать практически только одним параметром - их величиной (если не говорить о присущих большинству сигналов таких параметрах, как, например скорость их изменения, инерционность и т.п.).

Значительно больший объем диагностической информации содержится в акустическом или гидродинамическом шуме и вибрации - это их общий уровень, уровни в определенных полосах частот, соотношения между этими уровнями, амплитуды, частоты и начальные фазы каждой составляющей, соотношения между амплитудами и частотами и т.д.

Таким образом, именно сигналы вибрации и шума в наибольшей степени удовлетворяют требованию, предъявляемому к диагностическим сигналам для решения задач глубокой диагностики и прогноза состояния машин.

Еще одним важным обстоятельством в пользу выбора вибрации машин и оборудования в качестве диагностического сигнала является то, что дополнительные колебательные силы, возникающие из-за дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его появления.

Вибрация практически без потерь распространяется до точки ее измерения, и, поскольку машина «прозрачна» для вибрации, появляется возможность исследовать колебательные силы, действующие в работающей машине. Это позволяет диагностировать ее на рабочем месте, без остановки и разборки.

10.Теоритические основы вибрадиагностики

Вибрационная диагностика -- метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта.

Вибрационная диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта.

Диагностические параметры: При вибрационной диагностике как правило исследуются временной сигнал или спектр вибрации того или иного оборудования. Также применяется кепстральный анализ (кепстр -- анаграмма слова спектр ).

При вибрационной диагностике анализируются виброскорость , виброперемещение , виброускорение .

В качестве диагностических параметров могут выступать следующие:

· ПИК -- максимальное значение сигнала на рассматриваемом интервале времени;

· СКЗ -- среднее квадратическое значение (действующее значение ) сигнала для рассматриваемой полосы частот;

· ПИК-фактор -- отношение параметра ПИК к СКЗ;

· ПИК-ПИК -- (Размах ) разница между максимальным и минимальным значением сигнала на рассматриваемом интервале времени;

· SPM - метод ударных импульсов, основанный на использовании специального датчика с резонансной частотой 32 кГц и алгоритма обработки ударных волн малой энергии, генерируемых подшипниками качения вследствие соударений и изменений давления в зоне качения этих подшипников (Эдвин Сёхль, SPM Instrument, Швеция, 1968г.);

· EVAM - Аббревиатура EVAM является сокращением от "Evaluated Vibration Analysis Method", что в переводе означает "Метод анализа вибрации с оценкой состояния". Метод EVAM® объединяет в себе различные общепризнанные методики анализа вибросигналов вместе с программными средствами практической оценки состояния оборудования на основе результатов такого анализа. Поддерживается программно и аппаратно, как и метод SPM, оборудованием и ПО производства фирмы SPM Instrument AB (Швеция)

· SPM-M: пик-фактор на резонансной частоте акселерометра (ООО Бифор) (1980г.)

· RPF: пик-фактор высших частот вибрации механизмов (1982г.)

· VСС - контроль степени кондиции смазки (1995г.)

· ARP: распределение амплитуд импульсов сухого трения в узлах машин (2001г.)

· Entropy- вибрационно-энтропийная оценка состояния узлов машин (2002г.)

Из датчиков вибрации наиболее часто применяются акселерометры (вибропреобразователи ускорения)пьезоэлектрические датчики .

Применение метода: Наибольшее развитие метод получил при диагностировании подшипников качения. Также вибрационный метод успешно применяется при виброиспытании изделий и диагностике колёсно-редукторных блоков на железнодорожном транспорте.

Заслуживают внимания виброакустические методы поиска утечек газа и в гидрооборудовании. Суть этих методов заключается в следующем. Жидкость или газ, дросселируя через щели и зазоры, создаёт турбулентность, сопровождающуюся пульсациями давления, и, как следствие, в спектре вибраций и шума появляются гармоники соответствующих частот. Анализируя амплитуду этих гармоник, можно судить о наличии (отсутствии) течей.

Интенсивное развитие метода в последние годы связано с удешевлением электронных вычислительных средств и упрощением анализа вибрационных сигналов.

Преимущества:

· метод позволяет находить скрытые дефекты;

· метод, как правило, не требует сборки-разборки оборудования;

· малое время диагностирования;

· возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения.

· снижение ожидаемого риска возникновения аварийной ситуации при эксплуатации оборудования.

Недостатки:

· особые требования к способу крепления датчика вибрации;

· зависимость параметров вибрации от большого количества факторов и сложность выделения вибрационного сигнала обусловленного наличием неисправности, что требует глубокого применения методов корреляционного и регрессионного анализа.

· точность диагностирования в большинстве случаев зависит от числа сглаженных (осреднённых) параметров, например числа оценок SPM.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие и характеристика методов неразрушающего контроля при проведении мониторинга технического состояния изделий, их разновидности и отличительные черты. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений, определение их эффективности.

курсовая работа , добавлен 14.04.2009


Исследование возможности контроля технического состояния оборудования по его вибрации. Назначение и возможности систем вибрационного контроля на примере переносного диагностического комплекса ВЕКТОР–2000, диагностируемые узлы и обнаруживаемые дефекты.

дипломная работа , добавлен 29.10.2011


Характеристика критериев надежности газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Классификация отказов оборудования, диагностика деталей, омываемых маслом. Изучение методов исследования текущего технического состояния ГПА в период эксплуатации.

диссертация , добавлен 10.06.2012


Основные сведения о квалиметрии. Разработка методики и алгоритма оценивания качества. Определение эталонных и браковочных значений показателей свойств, относительного уровня качества, коэффициента весомости экспертным методом, комплексной оценки качества.

курсовая работа , добавлен 10.06.2015


Задачи технического диагностирования объектов нефтяной и газовой промышленности. Обследование технических объектов. Применяемые методы контроля и ДТС. Устройство, принцип работы и техническая характеристика компрессора. Оценка показателей надежности.

курсовая работа , добавлен 09.04.2015


Основные требования автоматизированных систем управления взвешиванием и дозированием. Выбор и техническая характеристика исполнительных механизмов. Разработка структурной схемы системы управления и электрических схем подключения средств автоматизации.

курсовая работа , добавлен 15.04.2015


Определение основных показателей надежности технических объектов с применением математических методов. Анализ показателей надежности сельскохозяйственной техники и разработка мероприятий по ее повышению. Организации испытания машин на надежность.

курсовая работа , добавлен 22.08.2013


Отказы и неисправности коробки передач. Перегрев коробки передач. Субъективные методы диагностирования техники. Процесс определения технического состояния объекта диагностирования по структурным параметрам. Диагностические приборы и приспособления.

курсовая работа , добавлен 02.09.2012


Причины, задачи и содержание экспертизы. Срок службы оборудования, возможность его продления. Определение соответствия параметров технического состояния оборудования нормируемым значением, мест и причин порчи. Оценка достоверности работы экспертов.

презентация , добавлен 03.01.2014


Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.

– важный процесс, который должен регулярно проводиться на промышленных предприятиях.

Качественное и своевременное осуществление операций, выполненное согласно нормативным документам, способно предотвратить потенциальные поломки и неполадки специализированного оснащения.

Диагностика технологического оборудования выполняет множество функций и задач.

Одной из приоритетных для данного процесса является обеспечение безопасной и качественной работы станков, аппаратов и машин на отечественных предприятиях. Диагностика также обеспечивает надежность объекта.

Качественно проведенное обследование гарантирует сокращение расхода материальных ресурсов предприятия на обслуживание, а также во время проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР).

Выполнение диагностики станков, инструмента, машин дает возможность оценить реальное состояние оснащения на данный момент.

Диагностика также выявляет точное место локации потенциальной или уже существующей неполадки. Оценивая показатели работоспособности оборудования, можно установить мощность и эффективность его трудовой эксплуатации.

С помощью общей оценки технического состояния техники составляется прогноз на его дальнейшее использование и определяется точное время его максимальной эксплуатации на производстве.

К диагностическим параметрам относятся два вида: прямые и косвенные. При этом первые характеризуют непосредственно нынешнее состояние объекта, а вторые говорят о функциональной зависимости прямых параметров.

Методы диагностики технологического оборудования

Диагностика технологического оборудования происходит посредством различных методов, в частности:

• органолептических;


• вибрационных;


• акустических;


• тепловых;


• магнитно-порошковых;


• вихревых;


• ультразвуковых;

Все эти методы широко распространены при оценке состояния объектов на промышленных предприятиях.

При этом важно помнить, что диагностика технологического оборудования имеет свои недостатки. Одним из них является пропуск неполадки при исследовании. Это в дальнейшем может стать причиной поломки оборудования или привести к получению производственных травм рабочих.

Еще одним большим недостатком технологической диагностики является возникновение большой вероятности, что тревога была ложной и потенциальные угрозы для работы оборудования отсутствуют.

Осмотр агрегатов требует, прежде всего, времени. При этом все оборудование остается не рабочим, что приводит к простаиванию.

Оснащенность материально-технической базы имеет важное значение для каждого предприятия. Особенно тщательно нужно следить за исправностью оборудования, своевременной заменой расходников. Это способствует эффективному функционированию предприятия.

Планово-предупредительные работы на всех организациях осуществляются путем регулярных проверок согласно всем требованиям нормативных документов.

Современные методы диагностирования технологическое оборудование на выставке

Представит лучшие образцы металлообрабатывающей техники, а также инновационные технологии в сфере обработки металлоизделий. В том числе будут обсуждаться современные методы диагностирования технологического оборудования.

Традиционно выставка состоится в международном комплексе «Экспоцентр».

Ведущие отечественные и заграничные специалисты представят последние разработки, расскажут о проблемах и перспективах развития отрасли.

Приложение 8

Техническая диагностика оборудования

Общие положения

Цели, задачи и основные принципы технического диагностирования (ТД) оборудования рассмотрены в разделе 3.3. В данном Приложении кратко рассмотрена методика и приведен один из общих способов организации ТД на предприятии.

Требования к оборудованию, переводимому на техническое диагностирование

В соответствии с ГОСТ 26656-85 и ГОСТ 2.103-68 при переводе оборудования на стратегию ремонта по техническому состоянию в первую очередь решается вопрос о его приспособленности для установки на нем средств ТД.

О приспособленности находящегося в эксплуатации оборудования к ТД судят по соблюдению показателей надежности и наличию мест для установки диагностической аппаратуры (датчиков, приборов, монтажных схем).

Далее определяют перечень оборудования, подлежащего ТД, по степени его влияния на мощностные (производственные) показатели производства по выпуску продукции, а также на основе результатов выявления «узких мест» по надежности в технологических процессах. К этому оборудованию, как правило, предъявляются повышенные требования надежности.

В соответствии с ГОСТ 27518-87 конструкция оборудования должна быть приспособлена для ТД. Согласно ГОСТ 26656-85 под приспособленностью к ТД понимается свойство оборудования, характеризующее его готовность к проведению контроля заданными методами и средствами ТД.

Для обеспечения приспособленности оборудования к ТД его конструкция должна предусматривать:

возможность доступа к контрольным точкам путем вскрытия технологических крышек и люков;

наличие установочных баз (площадок) для установки виброметров;

возможность подключения и размещения в закрытых жидкостных системах средств ТД (манометров, расходометров, гидротесторов в жидкостных системах) и подключение их к контрольным точкам;

возможность многократного присоединения и отсоединения средств ТД без повреждения устройств сопряжения и самого оборудования в результате нарушения герметичности, загрязнения, попадания посторонних предметов во внутренние полости и т. д.

Перечень работ по обеспечению приспособленности оборудования к ТД приводится в техническом задании на модернизацию переводимого на ТД оборудования.

После определения перечня оборудования, переводимого на ремонт по техническому состоянию, подготавливается исполнительная техническая документация по разработке и внедрению средств ТД и необходимой модернизации оборудования. Перечень и очередность разработки исполнительной документации приведены в табл. 1.

Таблица 1

Перечень исполнительной документации на диагностирование

Выбор диагностических параметров и методов технического диагностирования

Определяются параметры, подлежащие постоянному или периодическому контролю для проверки алгоритма функционирования и обеспечения оптимальных режимов работы (технического состояния) оборудования.

По всем агрегатам и узлам оборудования составляется перечень возможных отказов. Предварительно проводится сбор данных об отказах оборудования, оснащаемого средствами ТД, или его аналогов. Анализируется механизм возникновения и развития каждого отказа и намечаются диагностические параметры, контроль которых, плановое техническое обслуживание и текущий ремонт могут предотвратить отказ. Анализ отказов рекомендуется проводить по форме, представленной в табл. 2.

Таблица 2

Форма для анализа отказов и выбора диагностических параметров, методов и средств технического диагностирования

По всем отказам намечаются диагностические параметры, контроль которых поможет оперативно отыскать причину отказа, и метод ТД (табл. 3).

Таблица 3

Методы технического диагностирования

Определяется номенклатура деталей, износ которых приводит к отказу.

Определяются параметры, контроль которых необходим для прогнозирования ресурса или срока службы деталей и соединений.

На практике получили распространение диагностические признаки (параметры), которые можно разделить на три группы:

параметры рабочих процессов (динамика изменения давления, усилия, энергии), непосредственно характеризующие техническое состояние оборудования;

параметры сопутствующих процессов или явлений (тепловое поле, шумы, вибрации и др.), косвенно характеризующие техническое состояние;

параметры структурные (зазоры в сопряжениях, износ деталей и др.), непосредственно характеризующие состояние конструктивных элементов оборудования.

Составляется сводный перечень диагностируемых отказов, возможные причины отказов, предшествующие отказу неисправности и т. д.

Исследуется возможность сокращения числа контролируемых параметров за счет применения обобщенных (комплексных) параметров:

устанавливают диагностические параметры, характеризующие общее техническое состояние деталей оборудования, технологического комплекса, линии, объекта в целом, их отдельных частей (агрегатов, узлов и деталей);

устанавливаются частные диагностические параметры, характеризующие техническое состояние отдельного сопряжения в узлах и агрегатах.

Для удобства и наглядности методов и средств ТД разрабатываются функциональные схемы контроля параметров технологических процессов и технического состояния оборудования.

экономическую эффективность процесса ТД;

достоверность ТД;

наличие выпускаемых датчиков и приборов; универсальность методов и средств ТД.

Проводятся исследования выбранных диагностических признаков для определения диапазонов их изменения, предельно допустимых значений, моделирования отказов и неисправностей.

Выбираются средства ТД. При необходимости составляется заявка на создание (приобретение) средств ТД, датчики, приборы, монтажные схемы и т. д.

Разрабатывается технология ТД, технические требования к диагностическому оборудованию.

По результатам анализа отказов оборудования разрабатываются мероприятия по повышению надежности оборудования, в том числе разработка средств ТД.

Средства технической диагностики

По исполнению средства ТД подразделяют на: внешние – не являющиеся составной частью объекта диагностирования;

встроенные – с системой измерительных преобразователей (датчиков) входных сигналов, выполненных в общей конструкции с оборудованием диагностирования как его составная часть.

Внешние средства ТД подразделяют на стационарные, передвижные и переносные.

Если принято решение о диагностировании оборудования внешними средствами, то в нем должны быть предусмотрены контрольные точки, а в руководстве по эксплуатации средств ТД необходимо указать их расположение и описать технологию контроля.

В оборудование встраиваются средства ТД, информация от которых должна поступать непрерывно или периодически. Эти средства контролируют параметры, выход значений которых за нормативные (предельные) значения влечет за собой аварийную ситуацию и зачастую не может быть предсказан заранее в периоды технического обслуживания.

По степени автоматизации процесса управления средства ТД подразделяют на автоматические, с ручным управлением (неавтоматические) и с автоматизированно-ручным управлением.

Как правило, автоматические средства ТД содержат источники воздействий (в системах тестового диагноза), измерительные преобразователи, аппаратуру расшифровки и хранения информации, блок расшифровки результатов и выдачи управляющих воздействий.

Средства ТД с автоматизированно-ручным управлением характеризуется тем, что часть операций ТД выполняется автоматически, осуществляется световая или звуковая сигнализация или принудительное отключение привода при достижении предельных значений параметров, а часть параметров контролируется визуально по показаниям приборов.

Возможности автоматизации диагностирования значительно расширяются при использовании современной компьютерной техники.

В технические задания на разработку средств ТД, встраиваемых в гибкие производственные системы, рекомендуется включать требования обеспечения автоматического диагностирования оборудования с глубиной поиска дефекта (отказа) до основного узла.

При создании средств ТД для технологического оборудования могут применяться различные преобразователи (датчики) неэлектрических величин в электрические сигналы, аналого-цифровые преобразователи аналоговых сигналов в эквивалентные значения цифрового кода, сенсорные подсистемы технического зрения.

К конструкциям и типам преобразователей (датчиков), применяемых для средств ТД, рекомендуется предъявлять следующие требования:

малогабаритность и простота конструкции, приспособленность для размещения в местах с ограниченным объемом размещения аппаратуры;

возможность многократной установки и снятия датчиков при минимальной трудоемкости и без монтажа оборудования;

соответствие метрологических характеристик датчиков информационным характеристикам диагностических параметров;

высокая надежность и помехоустойчивость, включая возможность эксплуатации в условиях электромагнитных помех, колебаний напряжений и частоты питания;

устойчивость к механическим воздействиям (удары, вибрации) и к изменению параметров окружающей среды (температура, влажность);

простота регулирования и обслуживания.

Заключительным этапом создания и внедрения средств ТД является разработка документации.

эксплуатационная конструкторская документация;

технологическая документация;

документация на организацию диагностирования.

Эксплуатационная конструкторская документация – это руководство по эксплуатации на объект диагностирования по ГОСТ 26583-85, которое должно включать руководство по эксплуатации средства ТД, в том числе конструкцию и описание устройств сопряжения с объектом.

В руководстве по эксплуатации задают режимы работы оборудования, при которых производится диагностирование.

Технологическая документация на ТД включает:

технологию выполнения работ;

очередность выполнения работ;

технические требования на выполнение операций ТД. Основным рабочим документом является технология ТД данной модели (типа) оборудования, которая должна содержать: перечень средств ТД;

перечень и описание контрольно-диагностических операций;

номинальные допустимые и предельные значения диагностического признака;

характеристики режима работы при проведении ТД.

Кроме эксплуатационной, технологической и организационной документации на каждый переводимый объект разрабатываются программы прогнозирования остаточного и прогнозируемого ресурса.

Прогнозирование остаточного ресурса с помощью математических моделей

Аппаратный поиск неисправностей, рассмотренный выше, необходим не только для устранения отказов, но и для прогнозирования остаточного и прогнозируемого ресурсов. Прогнозирование – это предсказание технического состояния, в котором объект окажется в некоторый будущий период времени. Это одна из важнейших задач, которую приходится решать при переходе на ремонт по техническому состоянию.

Сложность прогнозирования заключается в том, что приходится привлекать математический аппарат, который не всегда дает достаточно точный (однозначный) ответ. Тем не менее, без него обойтись в этом случае нельзя.

Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для организации планово-предупредительного ремонта объектов по техническому состоянию (вместо обслуживания по срокам или по ресурсу). Непосредственное перенесение методов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно из-за различия моделей, с которыми приходится работать: при диагностировании моделью обычно является описание объекта, в то время как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции технических характеристик объекта во времени. В результате диагностирования каждый раз определяется не более чем одна «точка» указанного процесса эволюции для текущего момента (интервала) времени. Тем не менее, хорошо организованное диагностическое обеспечение объекта с хранением всех предшествующих результатов диагностирования может дать полезную и объективную информацию, представляющую собой предысторию (динамику) развития процесса изменения технических характеристик объекта в прошлом, что может быть использовано для систематической коррекции прогноза и повышения его достоверности.

Математические методы и модели для прогнозирования остаточного ресурса оборудования описаны в специальной литературе.

Прогнозирование остаточного ресурса методом экспертных оценок

При расчете остаточного ресурса чаще всего возникают трудности, связанные с отсутствием объективной информации, необходимой для принятия решений по методу, рассмотренному в предыдущем разделе. В большинстве случаев такие решения принимаются на основе учета мнений квалифицированных специалистов (экспертов) путем проведения экспертного опроса. При этом экспертные заключения дает рабочая группа, общее мнение которой формируется в результате дискуссии.

Существует несколько способов экспертной оценки, а именно: непосредственной оценки, ранжирования (ранговой корреляции), попарного сопоставления, баллов (балльных оценок) и последовательных сопоставлений. Все эти способы отличаются один от другого как подходами к постановке вопросов, на которые отвечают эксперты, так и проведением экспериментов и обработки результатов опроса. Вместе с тем их объединяет общее – знания и опыт специалистов в данной области.

Наиболее простым и объективным способом экспертной оценки являет способ непосредственной оценки, который широко применяется для определения остаточного ресурса на основе диагностирования технического состояния оборудования. Достоинством этого способа является высокая точность результатов расчета, а также возможность одновременного прогнозирования ресурса сразу по нескольким типам (образцам) оборудования.

Для экспертной оценки ресурса оборудования на предприятии создается постоянно действующая рабочая группа, которая разрабатывает необходимую документацию, организует процедуру опроса экспертов, обрабатывает и анализирует полученную информацию.

Руководителем рабочей группы должно быть ответственное лицо, осуществляющее, по мере необходимости, определение остаточного ресурса оборудования и дающее заключение о продолжительности работы без остановки на капитальный ремонт на определенное время (до очередного текущего ремонта). Он согласовывает с главным механиком (энергетиком) предприятия состав рабочей группы, составляет программу, принимает участие в опросе экспертов, анализирует предварительные результаты. При наличии на предприятии лаборатории ТД (как основного звена при переводе на стратегию ремонта по техническому состоянию) руководителем рабочей группы назначается заведующий этой лаборатории.

В состав рабочей группы помимо непосредственных исполнителей целесообразно включать технических работников ОГМ и ОГЭ, старших механиков, механиков (мастеров) цехов, стаж которых по эксплуатации и ремонту данного оборудования составляет не менее пяти лет. В состав рабочей группы не следует включать начальников цехов, отделов, служб и т. д., авторитетные суждения которых могут повлиять на объективность экспертных оценок, а также на окончательное решение рабочей группы.

В обязанности рабочей группы входит:

подбор специалистов-экспертов;

выбор наиболее приемлемого метода экспертных оценок и в соответствии с этим разработка процедуры опроса и составления опросных листов;

проведение опроса;

обработка материалов опроса;

анализ полученной информации;

синтез объективной и субъективной информации с целью получения оценок, необходимых для принятия решений.

Руководитель рабочей группы перед организацией экспертного опроса должен представить экспертам максимально возможное количество объективных данных по диагностированию всех агрегатов, узлов, соединений и деталей по каждой единице оборудования, имеющихся в распоряжении рабочей группы, паспорта, ремонтные журналы и другую техническую документацию за весь срок службы оборудования. Путем проведения инструктажа необходимо информировать экспертов об источниках возникновения данного вопроса, путях решения сходных вопросов в прошлом на других предприятиях и оборудовании, т. е. повысить квалификацию (информативность) экспертов в данном вопросе.

При отработке экспертных опросных листов следует особое внимание обратить на правильность задаваемых вопросов. Вопросы должны быть краткими (да, нет), не должны допускать двойного толкования.

При формировании экспертной группы следует учитывать, что основной параметр экспертной группы – согласованность мнений экспертов – зависит от ряда факторов: информативности экспертов, взаимоотношений между ними, организационных аспектов опросных процедур, их сложности и т. д. Число экспертов, входящих в группу, зависит от их информативности и должно составлять от 7 до 12 экспертов, в отдельных случаях 15–20 человек.

Для организационного оформления рабочей экспертной группы издается приказ по предприятию, в котором указываются задачи группы, руководитель и члены группы, сроки заполнения экспертных листов, срок окончания работы.

Для проведения экспертного опроса подготавливаются специальные опросные листы.

При организации экспертного опроса рабочая группа должна учитывать, что эксперту, как любому человеку, трудно без значительной ошибки выносить решения в случаях, когда имеется более семи альтернатив, например, назначать вес (значительность) более чем семи свойствам (показателям). Поэтому нельзя представлять экспертам список из нескольких десятков свойств (показателей) и требовать от них назначить веса этим свойствам (показателям).

В тех случаях, когда требуется оценить большое количество свойств (факторов, показателей, параметров), их необходимо предварительно разделить на однородные группы (по функциональному назначению, принадлежности и др.) так, чтобы число показателей, входящих в однородную группу, не превышало 5–7.

После ознакомления экспертов с состоянием исследуемого вопроса руководитель рабочей группы раздает им опросные листы и пояснительные записки. При этом наиболее авторитетный сотрудник рабочей группы разъясняет экспертам те положения опросного листа, которые недостаточно хорошо ими поняты.

Получив заполненный опросный лист, руководитель рабочей группы при необходимости задает эксперту вопросы для уточнения полученных результатов. Это позволяет выяснить, правильно ли поняты экспертом вопросы опросного листа и действительно ли ответы соответствуют его истинному мнению.

В процессе опроса сотрудники рабочей группы не должны высказывать эксперту свои суждения о его ответах, чтобы не навязывать ему своего мнения.

После обработки результатов опроса проводится ознакомление каждого эксперта со значениями оценок, назначенными всеми другими экспертами, входящими в экспертную группу.

Каждый эксперт, ознакомившись с анонимными мнениями других экспертов, вновь заполняет опросный лист.

Допускается проведение и открытого обсуждения результатов опроса. Каждый эксперт при этом имеет возможность кратко аргументировать свои суждения и критиковать другие мнения. Для исключения возможного влияния служебного положения на мнение экспертов желательно, чтобы эксперты высказывались в последовательности от младшего к старшему (по служебному положению).

В подавляющем большинстве случаев двух туров опроса бывает вполне достаточно для принятия обоснованного решения. В случаях, когда требуется повысить точность оценок путем увеличения объема статистической выборки (количеством ответов), а также при низкой согласованности мнений экспертов, экспертный опрос может быть проведен в три тура.

Результатом опроса является определение искомого параметра прогнозирования на основе анализа ответов экспертов.

Полученный по экспертным оценкам показатель следует рассматривать как случайную величину, отражением которой является индивидуальное мнение эксперта.

Когда значение какого-либо показателя неизвестно, относительно него у специалиста-эксперта всегда имеется интуитивная информация. Естественно, что эта информация в известной мере является неопределенной, а степень неопределенности зависит от уровня знаний и технической эрудиции специалиста-эксперта. Задача рабочей группы заключается в том, чтобы извлечь эту неясную информацию и придать ей математическую форму.

Эксплуатация оборудования неразрывно связана с оценкой его технического состояния. Техническое состояние объекта – это совокупность его свойств, которые характеризуются в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями структурных параметров, установленных технической документацией на объект диагностирования. .

Техническая диагностика – область знаний о распознавании состояния технических систем (объектов), исследующая формы проявления технического состояния, разрабатывающая методы и средства его определения. .

К основным задачам технической диагностики можно отнести следующие:

Определение состояния технической системы;

Прогнозирование изменения ее состояния;

Определение места и причин поломок.

Алгоритм технического диагностирования (контроля) устанавливает состав и порядок проведения элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов. .

Можно выделить два метода проведения технической диагностики (прямой и косвенный), которые, в свою очередь, делятся на множество способов, различающихся, как правило, по типу применяемых средств технического диагностирования. Остановимся более подробно на диагностике косвенными методами.

Косвенные методы диагностирования основываются на определении структурных параметров технического состояния сборочных единиц машин по косвенным параметрам. Диагностирование косвенными методами не требует разборки машины. Многие методы осуществляются за счет преобразования механических величин в электрические специальными приборами.

В общем случае косвенные методы диагностирования можно разделить на несколько групп (Рис.1).

Рис.1. Методы косвенной диагностики

Акустический шум и колебания механизмов, лежащие в основе виброакустической диагностики, используются для оценки технического состояния механизмов уже довольно долгое время. Колебательные процессы имеют огромное значение в современной технике. В основе виброакустической диагностики лежит получение информации об относительном и абсолютном смещении деталей машины, распределение пульсаций в рабочих узлах, акустическая эмиссия материала и т.д. Большинство дефектов, влияющих на ресурс механизма, изменяют параметры виброакустического сигнала, поэтому именно использование виброакустической диагностики во многих случаях может служить основным методом контроля.

Присутствие колебаний может быть как неотъемлемым признаком исправного функционирования оборудования, а может быть нежелательным явлением. Таким образом, вибрация может быть как полезной, так и вредной.

Вредное действие вибрации приводит к изнашиванию отдельных узлов оборудования (осей, валов щеток электромоторов и т.д.). В качестве выявляемых повреждений, как правило, выступает зазор между деталями, служащий причиной их соударения во время работы. Этот процесс реализуется путем распространения упругих волн акустического диапазона, возникновения вибрации и ударных импульсов. Значения вибрации показывают степень нарушения нормальной передачи динамических сил через техническую систему. Для нормальной работы машины характерен низкий уровень вибрации. С увеличением зазоров происходит увеличение вибрации ближайшего к дефекту подшипника и повышение колебаний в других подшипниковых узлах. Подшипниковый узел становится элементом, передающим динамические усилия от места дефекта на корпус устройства.

В последнее время техника для измерения вибрации шагнула на новый уровень. С виброметрией связаны области электроакустики, электроники, радиотехники, автоматики, вычислительной техники и т.д., созданы новые приборы для измерения вибрации.

Виброакустический метод диагностики хорошо зарекомендовал себя, и в настоящее время для определения состояния оборудования достаточно значения параметров вибрации и использования специальных таблиц. Как пример, можно привести таблицу оценки технического состояния машины по значению среднеквадратичной виброскорости.

Таблица 1. Оценка технического состояния машин по значениям среднеквадратичной виброскорости, мм/с .

Характеристика группы машин	Техническое состояние
	«хорошее»	«допустимое»	«плохое»	«аварийное»
Отдельные части двигателей и машин, соединенные с агрегатом и работающие в обычном для них режиме (например, серийные электрические моторы мощностью до 15 кВт)	до 0,7	0,7-1,8	1,8-4,5	более 4,5
Машины средней величины (например, электромоторы мощностью от 15 до 875 кВт)	до 1,1	1,1-2,8	2,8-7,1	более 7,1
Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися частями, установленные на массивных фундаментах, относительно жестких в направлении измерения вибрации	до 1,8	1,8-4,5	4,5-11,2	более 11,2
Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися частями, установленные на массивных фундаментах, относительно податливых в направлении измерения вибрации (например, газовые турбины с выходной мощностью более 10 МВт).	до 2,8	2,8-7,1	7,1-18	более 18

Оценка состояния машины по виброакустическим признакам ведется с помощью датчиков вибрации, шумомера или стетоскопа. Амплитуда колебаний дает информацию о динамике работы кинематической пары и размере дефекта, а частота – об источнике колебаний.

Магнитоэлектрические методы диагностирования основаны на регистрации изменения магнитного потока в диагностическом датчике, взаимодействующего с контролируемым механизмом. В основе магнитных методов лежит регистрация магнитных полей рассеивания, возникающих в зоне дефектов, и на определении магнитных свойств диагностируемых объектов.

Основными методами магнитноэлектрической диагностики механизмов являются:

Магнитопорошковый;

Феррозондовый;

Вихретоковый;

Электроискровой;

С использованием датчиков Холла.

Как правило, с помощью магнитоэлектрической диагностики не только выявить дефект в изделии, но и определить его размеры и местонахождение. Некоторые типы приборов способны обнаруживать дефекты, определять глубину их и координаты относительно плоскостей изделия. С помощью магнитопорошкового метода могут быть обнаружены различные трещины, непровары сварных соединений и другие дефекты шириной несколько микрометров. Метод также подходит для контроля объектов с немагнитным покрытием.

Параметром, указывающим на присутствующую в механизме неисправность, может выступать температура, отражающая протекание рабочего процесса. С помощью тепловой диагностики выявляются:

Деформации, вызываемые неравномерностью нагрева;

Состояние тормозов, подшипниковых узлов, муфт и др.

Методы измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные, которые также подразделяются по физическим эффектам, положенным в основу их принципа действия.

К контактным методам термометрии относится действие термометров, термопар и терморезисторов. К бесконтактным – пирометров и тепловизоров.

Работа температурных датчиков, как правило, основывается на принципе преобразования измеряемой температуры в электрическую величину. Это обусловлено удобством передачи электрических величин на расстояние и их универсальностью.

Можно заметить, что диагностирование по косвенным признакам обычно проводится с помощью аналоговых электромеханических измерительных приборов. В общем случае они имеют следующую структурную схему (рис.2):

Рис.2. Структурная схема аналогового электромеханического измерительного прибора.

Измерительная цепь прибора позволяет преобразовать измеряемую величину Х в промежуточную величину У, связанную с измеряемой величиной. Измерительный механизм служит для преобразования электромагнитной энергии в механическую, которая необходима для выдачи информации об измеряемой величине.

Цифровые измерительные приборы действуют несколько иным образом: преобразуют измеряемую величину в дискретную форму, после чего подвергают цифровому кодированию и выдают результат на отсчетном устройстве.

Рассмотрим возможное применение косвенных методов диагностирования в сфере бытовых машин и приборов.

Для определения дефектов бытовой холодильной техники, как правило, применяют портативную диагностическую аппаратуру. Использование современных контрольно-измерительных приборов дает возможность повысить качество ее контроля и, как следствие, с большей точностью диагностировать причины отказов при эксплуатации.

Появление неисправности в холодильнике обычно характеризуется каким-либо отклонением в показателях его работы – расходе электроэнергии, температуре и т.д. Выявление такого отклонения является первым этапом проверки холодильника. После этого необходимо найти причину и место дефекта. Так как появление неисправности зачастую приводит к нарушению процесса теплообмена между частями холодильного агрегата и окружающей средой, расположение дефекта можно установить по характерным признакам, таким как шум, повышение температуры и т.п.

Во время работы компрессора вследствие сжатия паров хладагента и нагрева обмоток электродвигателя выделяется тепло, что приводит к увеличению температуры фреона, металлических частей компрессора и масла в его кожухе. Тепло от нагретых областей частично отводится в окружающую среду через стенки кожуха. При прохождении по нагнетательной трубке пары хладагента охлаждаются, что приводит к постепенному уменьшению температуры поверхности трубки. Следовательно, нагрев поверхности трубки в месте ее соединения со змеевиком конденсатора должен быть намного ниже, чем в месте ее выхода из кожуха компрессора.

Распространенным дефектом бытового холодильника можно считать утечку фреона, диагностируемую, как правило, с помощью галоидного течеискателя. Сторону нагнетания холодильного агрегата в этом случае проверяют при работающем, а сторону всасывания – при отключенном мотор-компрессоре. В качестве альтернативы этому методу контроля можно предложить использование тепловизора. Тепловизоры достаточно полно отражают температурное поле эксплуатируемого оборудования, координатно или визуально указывают на конкретные горячие (или – холодные) места, которые могут быть источником опасных дефектов, потерь энергии, коротких замыканий и т.д. Некоторые тепловизоры способны измерить температуру этих «горячих» точек и дать необходимую информацию для цифрового анализа.

Тепловизоры эффективно используются и для диагностики электрических сетей и оборудования. Возникающее избыточное сопротивление тока вызывает заметное повышение температуры в проблемных местах. Это может вызывать повреждения проводки и оборудования. Ранняя диагностика неполадок в электрических сетях позволяет предотвратить снижение производительности электросети и потери электроэнергии на ненужное производство тепла.

Шум при работе холодильника возникает по причине наличия в нем движущихся механизмов. Уровень звука холодильного агрегата не должен превышать 45 дБА на расстоянии 1 м или уровня звука образца-эталона. Шум должен быть равномерным, без дребезжаний.

Анализ звуков, возникающих при работе компрессора, позволяет диагностировать в нем различные неисправности. Например, металлический стук при работе компрессора, сопровождающийся вибрацией шкафа, может указывать на расшатанность опорных элементов, неисправность компрессора и касание незакрепленными трубопроводами деталей шкафа. Причиной повышения вибрации в холодильном агрегате также может служить износ подшипников скольжения, что приводит к заклиниванию двигателя при его пуске. Нормальной работе подшипников соответствует монотонный и шелестящий шум. Диагностику неисправностей в таком случае целесообразно проводить с применением вибродатчика и шумомера, а по полученным результатам делать вывод о состоянии холодильника.

На сегодняшний день значительная часть отказов бытовых холодильников связана с выходом из строя мотор-компрессоров. Как правило, в таком случае возвращение холодильного агрегата в работоспособное состояние проводится путем замены компрессора.

Неисправности мотор-компрессора, диагностируемые путем измерения виброакустических характеристик холодильного агрегата:

Нарушение подвески компрессора в кожухе;

Нарушение сопряжений трущихся пар.

Примеры выявления неисправностей виброакустическим способом можно проследить и у других бытовых приборов. Например, сильная вибрация, скрежет и шум при работе пылесоса указывают на износ подшипников и выработку смазки. Причиной возбуждения колебаний зачастую выступает неуравновешенность роторов. Посторонние звуки при стирке белья указывают неисправности активатора стиральной машины: износ оси, касание стенки бака и т.д. Сильный шум и вибрация при вращении барабана указывают на неисправность командоаппарата, ослабление крепления противовесов.

Представим процесс измерения вибрационных характеристик машины в виде структурной схемы.

В общем случае ее можно изобразить в виде следующих блоков:

Объект измерения;

Вибропреобразователь;

Блок обработки;

Устройство отображения полученной информации (дисплей).

Рис.3 Структурная схема процесса измерения вибрации (в общем случае)

Вибропреобразователь служит для преобразования механических вибраций в электрический сигнал, блок обработки – для расшифровки этого сигнала.

Представим полученную схему в более развернутом виде.

Рис.4 Структурная схема процесса измерения вибрации (в развернутом виде): 1 – объект измерения; 2 – крепление; 3 – датчик вибрации; 4 – кабель; 5 – электрический вход; 6 – согласование сигнала; 7 – частотная коррекция; 8 – дополнительное преобразование и корреция сигнала; 9 – отображение результата измерения

С помощью крепления на диагностируемую поверхность устанавливают датчик вибрации. Посредством соединительного кабеля данные от датчика поступают в блок согласования сигнала, а оттуда – в блок частотной коррекции, где производится частотный анализ для получения информации о спектре вибрации. После этого происходит коррекция сигнала и вывод результата измерения на дисплей (или иное средство отображения).

К факторам, оказывающим влияние на виброакустическое поле машины, стоит добавить возбуждение резонансных колебаний в случае совпадения вынужденных частот с собственными. Как результат воздействия множества факторов виброакустические характеристики механизма при нормальном техническом состоянии подвержены колебаниям, вследствие чего диагностику нужно проводить с учетом нестабильности результатов.

Методы синтеза диагностических признаков зарождающихся дефектов обеспечивают высокую достоверность не только процедур оценки текущего технического состояния объекта диагностирования, лежащих в основе технологии эксплуатации машин по состоянию, но и процедур прогнозирования работоспособности узлов, лимитирующих ресурс механического оборудования. . Сравнивая прямые и косвенные методы диагностики, нельзя не отметить очевидные достоинства последних: возможность контроля оборудования во время его работы, отсутствие необходимости разборки механизма и выявление зарождающихся неисправностей на начальной стадии, не дожидаясь сбоя в работе.

Как недостаток метода, можно указать высокую стоимость некоторых из приборов, требуемых для его применения. В то же время нужно отметить, что косвенная диагностика, выявляя дефекты на ранних стадиях их развития, позволяет предотвратить поломку оборудования, что, напротив, способствует уменьшению затрат за счет отсутствия необходимости в покупке новой техники. Применение косвенной диагностики дает возможность проводить безразборный контроль работы оборудования, что обеспечивает сокращение его простоев. Не стоит забывать и о том, что исследование и измерение параметров работы машины может принести пользу как способ изучения функционирования сложного механизма и служить основой для дальнейшего его совершенствования. Таким образом, диагностика бытовых машин и приборов по косвенным признакам может выполнять не только функцию наблюдения и контроля за состоянием оборудования, но и способствовать изобретательской деятельности. Дальнейшее совершенствование датчиков и применение их в интерактивном режиме позволит диагностировать неисправность при первых признаках ее появления.

Количество просмотров публикации: Please wait