Автоматизация насосной станции - виброконтроль

Введение

Существует огромное количество типов и видов насосных станций, в данной работе я буду рассматривать Насосные станции перекачки нефти.
Насосная станция перекачки нефти – вспомогательное оборудование для беспрерывного перекачивания сырья на предприятиях химического производства, нефтепереработки, системах подготовки нефти.
Насосные станции состоят из следующих элементов:
Блок-бокса модульного типа или стальной рамы;
Насосы для перекачки нефти (основные и резервные агрегаты). Насосы как правило оснащены:
защитой от «сухого хода»;
контролем фаз;
защитой по питающему напряжению;
датчиками температуры подшипников и обмотки электродвигателя;
датчиками вибрации;
Трубопроводы, оснащенные запорной арматурой. В последнее время запорную арматуру снабжают электроприводами для автоматизации работы станции;
Автоматизированная система управления технологическим процессом на базе микропроцессорных контроллеров. Которая позволяет организовать как непосредственное управление процессом, так и удаленное управление из диспетчерского пункта;
Вспомогательные системы:
Системы основного и аварийного освещения;
Система вентиляции и отопления;
Система ограничения доступа;
Система пожаротушения и пожарной сигнализации;
Эффективность предприятий, эксплуатирующих значительное количество насосных станций, находится в сильной зависимости от состояния этого оборудования, которое задействовано в основных технологических процессах. Поэтому без прогноза безотказной работы сложно представить надежное и современное предприятие. Наибольшее внимание чаще всего уделяется состоянию узлов и компонентов, которые способны при отказе привести к неприятным последствиям, в том числе и к заметным экономическим потерям, в составе насосной станции это - насосы и подшипники.
Задачи контроля и мониторингасостояния этих узлов, а также их диагностики и прогноза остаточного ресурса в большей степени эффективно могут решаться по наиболее контролируемым параметрам вибрации.
Какие типы автоматизированной система виброконтроля существуют? Как связаны виброконтроль и сервисное обслуживание оборудования и что это даст предприятию?
Именно эти вопросы будут рассмотрены ниже.

Что такое вибрация?
Вибрация в первую очередь – это любая система механического характера, внешний источник энергии на которую не действует вовсе, со временем приходит в состояние равновесия. В случае присутствия внешнего воздействия система выходит из состояния равновесия, она начнет совершать колебательные движения. Колебания механических систем называются вибрацией, колебания в любой среде, например в жидкости либо газе называются шумом. Вибрация, также как и шум, по своей характеристике может оказывать неприятное воздействие на окружающий мир, технические системы и человека.
Существует два вида колебаний механических систем:
Импульсные;
Собственные.
Рисунок 1
Импульсное, кратковременное воздействие, например, удар - колебания будут затухающие,см рис 1.

fx=А0 е-βxcos⁡(ωx+φ0)

А0 – начальная амплитуда; β – коэффициент затухания; ω – частота;


Рисунок 2
Собственное колебание системы, которое характеризует определенные свойства, см рис 2. В обычном случае это будут вынужденные гармонические колебания, которые характеризуются частотой и амплитудой. Характеристики колебаний вынужденного характера, в том числе и простейших, определяют не только свойствоколебательной силы, но также и свойства механической системы. Колебательная возможна иметь случайную характеристику, к примеру – сила трения. Эта сила, даже тогда, когда ее оценивают во времени, как постоянную, всё равно вызывает стационарные во времени колебания случайного характера, которые имеют постоянную мощность.
Для измерения случайной и периодической вибрацию в одинаковых единицах, чаще всего нужно использовать определенный подход. Случайные колебания характеризуют не мощностью, а именно среднеквадратичным значением мощности, а для описания гармонической вибрации в этом случае переходят от амплитуды к среднеквадратичному значению амплитуды, и уже среднеквадратичное значение вибрации, которое включает в себя и случайные, и периодические компоненты, называют – уровнем вибрации.
Вибрация любого объекта как правило является сложнейшим колебательным процессом, который представляет собой сумму разнообразных составляющих различной частоты. Составляющие вибрации с низкими частотами, диапазон – ниже 10-20Гц, принято называть инфразвуковой вибрацией. Вибрацию с частотами от 10-20Гц до 500-1000Гц, принято называть низкочастотной, и вибрацию в диапазоне от 500-1000Гц до 4-8кГц, в диапазоне частот с максимальной чувствительностью человеческих органов слуха – называют среднечастотной. Далее высокочастотная вибрация, в звуковом диапазоне до 15-20кГц, выше по частоте диапазон ультразвуковой вибрации, верхняя частота которой не ограничивается и поэтому может составлять несколько сотен или даже тысяч кГц.
Вибрация реальных объектов включает в себя компоненты не только разной частоты, но также и разной пространственной формы

. Формы колебаний объектов конечных размеров на каждой из частот могут быть совершенно разными, они зависят в первую очередь от инерционных и упругих свойств объекта и от пространственного распределения действующих колебательных сил на конкретной частоте. Для оценкидостаточно выделить наиболее сильные простейшие составляющие одной частоты из всех сложных колебаний, характеризующие свойства колебательной системы. Простейшие формы колебаний разделяются на типы, которые определяются видом деформации элементов механической системы, к примеру, продольные и поперечные, либо пространственной формой колебательной силы, к примеру вращательные и поступательные.
В последние годы чаще всего средства контроля вибрации используются в режиме информационного накопления, при использовании внешних баз данных. В этом режиме можно решать также и несколько дополнительных задач – обнаружения трендов и скачков вибрации, которые характеризуют тенденции медленного изменения уровня вибрации, и в том числе краткосрочного прогноза данных изменений. Но это уже задачи вибрационного мониторинга объектов, расширение которого идет обычно по пути разделения анализа вибрации по частотам с последующим прогнозом и анализом поведения развития отдельновзятых вибрационных составляющих.
Основных видом анализа вибрации в задачах контроля состояния вращающегося оборудования является в первую очередь узкополосный спектральный анализ двух процессов – собственно изменение мощности вибрации на ультразвуковых и высоких частотах и вибрации на различных частотах. Диагностирование проводится по определяемым в итоге такого анализа свойствам как действующих в объекте колебательных сил, также и механических характеристик системы колебаний. И чем крупнее контрольный объект, тем большее внимание в диагностике будет уделено анализу характеристик колебательной системы.

Измерительные средства
Существуют два различных методаизмерений, бесконтактные системы, применяемые для измерения виброперемещения, и датчики, для которых необходим контакт с вибрирующим объектом. При применении датчиков контактного типа существует опасность что он окажет влияние на характер вибрации. При этом контакт должен быть достаточно жестким, чтобы отслеживать вибрацию в соответствующем диапазоне частот. Для достижения этого подвижные массы вибропреобразователя должны быть как можно меньше.
Контактные датчики, чаще всего пьезоэлектрические. Именно они позволяют проводить все необходимые измерения с большой точностью в диапазоне низких частот и также относительно больших амплитуд вибрации, но как сказано выше в силу своей высокой инерционности, которая приводит к искажению формы сигнала делает невозможным измерение вибрации малой амплитуды и высокой частоты, именно при таких условиях датчик может вносит ещё одну ошибку в измерениях.
Контактные датчики на построенные на базе резонанса имеютменьшую инерционностью по сравнению с описанным выше. Самое главное в методе заключается в перемене параметров СВЧ резонатора, резонатор представляет из себя два зеркала, одно из них фиксировано, а другое механически связано с объектом исследования. Измерение при малых вибрационных амплитудах производится путем регистрации изменения выходной мощности при включении резонатора по проходной схемы или отраженной мощности, в случае оконечного включения. Для этого требует источник питания постоянной мощности с высокой стабильностью частоты возбуждения. При измерение больших вибрационных амплитуд измеряется смещение частоты резонанса, а это можно сделать с высочайшей точностью.
Преимущество методов бесконтактного характера измерения вибрационных параметром заключается прежде всего при отсутсвии воздействия на объект исследования и пренебрежительно небольшая по размерам инерционность.
Все методы бесконтактного характера вибрационного изменения основаны на облучении объекта различными типами излучения электромагнитным или звуковым.
Ультразвуковой метод фазометрии отражается в измерении текущего значения разности фаз опорного сигнала и сигнала, который отражен от объекта исследования.
В качестве положительных характеристик метода можно подчеркнуть компактность аппаратуры и недорогую стоимость, отсутствие ограничения снизу на диапазон частот, небольшое время измерения, высочайшую точность измерения вибраций низких частот.
Поскольку большое затухание ультразвука в воздушной среде, зависимость от состояния атмосферы и уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации является отрицательной характеристикой ультразвуковой фазометрии были разработаны методы с применением электромагнитного излучения в оптическом диапазоне.
Методы оптические можно разделить на две группы:
методы, которые основаны на регистрации эффекта Допплера;
методы, которые основаны на голографическом эффекте.
Существенным недостатком методов из первой группы – это высокие требования к качеству поверхности объекта исследования