Основные причины и факторы риска повреждений элементов двигателя, необходимость проведения их периодической диагностики. Механизм определения работоспособности электрической машины в данный момент времени и выявление дефектов ее отдельных узлов.
Повышение технического ресурса систем ответственного назначения обеспечивается за счет перехода к техническому обслуживанию по состоянию. Эксплуатация находящегося в неудовлетворительном техническом состоянии электромеханического оборудования приводит: · к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса; Согласно литературе переход к техническому обслуживанию по состоянию принесет выгоду, эквивалентную стоимости 30% общего парка электрических машин. Переход на технологию обслуживания «по состоянию» позволяет: контролировать реальное текущее техническое состояние двигателя и качество его ремонта; уменьшить финансовые и трудовые затраты при эксплуатации оборудования; продлить межремонтный период и срок службы двигателя; сократить потребность в запасных частях; избавиться от внезапных остановок производства; планировать сроки и содержание технического обслуживания и ремонта. Вопросы диагностики тесно связаны с критериями работоспособности электрических машин, анализ которых позволяет поставить диагноз о техническом состоянии электрической машины.На сегодняшний день асинхронные двигатели (как отечественные, так и зарубежные) применяющиеся в современном производстве являются, как правило, дорогостоящим оборудованием, причем их запас прочности закладываемый изготовителем гораздо ниже, чем у аналогов выпущенных ранее. Простои в работе, по причине отказов оборудования, и последующий ремонт этого оборудования соответственно тоже обходится дорого для предприятия, в итоге увеличивает затраты и повышет себестоимость готовой продукции. Как показывает практика, применение систем диагностирования и прогнозирования при проведении промышленной экспертизы оборудования, при выполнении выданных рекомендаций, реально позволяет повысить ресурс оборудования с сохранением заданных характеристик и одновременно с этим полноценно показывает необходимость замены устаревшего оборудования новым.
Введение
Затраты на ремонт и техническое обслуживание электромеханического оборудования составляют значительную часть общих эксплуатационных затрат предприятий. Поэтому особую важность имеют вопросы, связанные с оценкой текущего состояния используемого электрооборудования, своевременной диагностикой аварийных и предаварийных режимов его работы, оценкой остаточного ресурса.
Повышение надежности достигается за счет раннего обнаружения дефектов и неисправностей, что позволяет устранить их во время технического обслуживания и исключить отказы во время работы. Повышение технического ресурса систем ответственного назначения обеспечивается за счет перехода к техническому обслуживанию по состоянию. Эксплуатация находящегося в неудовлетворительном техническом состоянии электромеханического оборудования приводит: · к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса;
· к значительным (до 3-5%) косвенным непродуктивным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным энергопотреблением (при той же полезной мощности)
Согласно литературе переход к техническому обслуживанию по состоянию принесет выгоду, эквивалентную стоимости 30% общего парка электрических машин. Ресурс таких систем должен определяться по наиболее слабым экземплярам изделия и, соответственно, требует достаточного объема статистических данных по аналогичным системам.
Переход на технологию обслуживания «по состоянию» позволяет: контролировать реальное текущее техническое состояние двигателя и качество его ремонта; уменьшить финансовые и трудовые затраты при эксплуатации оборудования; продлить межремонтный период и срок службы двигателя; сократить потребность в запасных частях; избавиться от внезапных остановок производства; планировать сроки и содержание технического обслуживания и ремонта. При эксплуатации по фактическому состоянию контроль технического состояния выполняется с определенной периодичностью, а момент начала ремонта и объем восстановления определяются техническим состоянием электрооборудования. Задачей в данном случае является установление и изучение признаков, характеризующих наличие дефектов для предсказания возможных отклонений в режимах работы обследуемых объектов. Для организации такого обслуживания необходимы средства, позволяющие оценить состояние оборудования на данный момент времени, проследить изменение состояния за последнее время и осуществить прогноз на ближайшее будущие.
Диагностика асинхронных двигателей
В настоящее время двигатели переменного тока являются крупнейшими потребителями электрической энергии. Согласно последним исследованиям, они потребляют свыше 80% всей вырабатываемой в стране электроэнергии.
Однако в процессе эксплуатации по различным причинам могут возникать повреждения элементов двигателя, что в свою очередь приводит к преждевременному выходу его из строя. Своевременно выявить возникающие неисправности помогает периодическая диагностика состояния оборудования.
Цель диагностики - определение работоспособности электрической машины в данный момент времени и выявление дефектов ее отдельных узлов. Важно не только определение характера дефекта, но и точного места его нахождения. На базе данных, получаемых при диагностических испытаниях, делается вывод о соответствии машины ТУ и о тех мерах, которые необходимо предпринять для того, чтобы машина соответствовала этим условиям. Кроме того, диагностика дает данные, необходимые для осуществления ремонтных работ или изменения характера эксплуатации.
Вопросы диагностики тесно связаны с критериями работоспособности электрических машин, анализ которых позволяет поставить диагноз о техническом состоянии электрической машины. Сказанное не означает, что все критерии работоспособности являются диагностическими параметрами. Необходимо выявить наиболее информативные (в смысле выявления и обнаружения дефектов и их расположения) из критериев работоспособности и из электромагнитных параметров электрических машин (напряжение, ток, момент и др.).
Прогнозирование технического состояния означает определение будущего состояния электрической машины на основании изучения тех факторов, от которых это состояние зависит. Прогнозирование может осуществляться как в процессе разработки, так и в период эксплуатации машины. В последнем случае целью прогнозирования является своевременное обнаружение неблагоприятного состояния машины и разработка рекомендаций по повышению уровня его надежности.
Многочисленные исследования характера повреждений двигателей переменного тока позволили получить следующие статистические данные: · повреждения элементов статора - 38%;
· повреждения элементов ротора - 10%;
· повреждения элементов подшипников - 40%;
· другие повреждения - 12%.
Во многих производствах внезапный выход из строя двигателя может привести к непоправимым последствиям. Кроме того, эксплуатация находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии электродвигателей приводит как к прямым финансовым потерям, связанным с непрогнозируемым выходом из строя оборудования и вызванным этим нарушением технологического процесса, так и к значительным (до 5-7%) косвенным непродуктивным затратам электроэнергии, обусловленным повышенным электропотреблением (при той же полезной мощности). Поэтому и возникает необходимость диагностики состояния двигателя в процессе его работы.
Среди узлов двигателей наибольшее количество отказов приходится на обмотку статора, подшипники, систему охлаждения ротора и статора, железо статора, вал ротора. Большая часть отказов асинхронных двигателей (АД) связана с пробоем изоляции обмотки статора изза снижения ее электрической прочности. Главными причинами повреждения изоляции обмотки являются: старение, недостатки эксплуатации, дефекты изготовления или ремонта, механические повреждения изоляции и витковые замыкания.
Техническими средствами диагностики и измерительными приборами, без которых невозможно осуществить текущее обслуживание и ремонт АД, оснащены только те предприятия, на которых имеются соответствующие электротехнические службы. Но и эти, применяемые на предприятиях, технические средства и устройства не способны дать точную оценку состояния изоляции обмотки и используются, как правило, для определения степени ее увлажнения, установления причин отказа и поиска имеющихся дефектов. Все существующие в настоящее время методы диагностики, контроля и оценки состояния изоляции можно разделить на две большие группы: разрушающие методы и неразрушающие методы. К группе разрушающих методов оценки состояния изоляции относятся испытания изоляции импульсным напряжением, повышенным переменным напряжением промышленной частоты и выпрямленным напряжением. Разрушающие методы диагностики дают возможность получить наиболее полную информацию о состоянии изоляции. Но применение этих методов в реальных условиях эксплуатации электродвигателей сопряжены с определенными трудностями. Во-первых, разрушающие методы диагностики дорогостоящи по применяемой аппаратуре, во-вторых, двигатель после испытаний теряет работоспособность и к дальнейшей эксплуатации не пригоден. Поэтому эти методы используются в основном на предприятиях, выпускающих электрические машины. Более приемлемы для применения в условиях реального производства неразрушающие методы диагностики, которые состоят из двух групп: неэлектрические и электрические. Неэлектрические методы, основанные на использовании физико-химических свойств изоляции, применяются, главным образом, для диагностики турбогенераторов и других мощных электрических машин. Для реализации этих методов необходимы специальные лаборатории и соответствующее оборудование.
Для диагностики состояния электрической изоляции АД непосредственно на производстве, в условиях реальной эксплуатации, применяются методы, основанные на воздействии электрического тока. К основным электрическим методам диагностики состояния изоляции относятся методы, основанные на оценке следующих показателей: проводимости изоляции, абсорбции, поляризация изоляции и саморазряда, диэлектрические потери, резонансных свойств контура, электрической емкости. Однако, данные методы не получили широкого распространения ни в промышленности, ни в сельском хозяйстве. Одной из основных причин этого является то, что все они не позволяют адекватно оценить состояние междувитковой изоляции обмоток. Кроме того, технические средства, реализующие вышеперечисленные методы диагностики, либо громоздкие и дорогостоящие, либо имеют низкую точность измерения и неудобны для использования в реальных производственных условиях. Это является еще одной немаловажной причиной, сдерживающей внедрение методов и средств диагностики в производство.
Следовательно, актуальной научной и технической задачей является создание новых методов технической диагностики, учитывающих весь комплекс параметров наблюдаемых электрических сигналов и их спектров. Предлагаемая система диагностики базируется на нескольких взаимодополняющих методах, которые дают возможность определить наибольшее количество самых опасных для данного оборудования дефектов. Оценка технического состояния производится на основе многофакторного анализа: зависимостей напряжения и тока от времени, потребляемых электродвигателем; мгновенных мощностей каждой фазы; спектрального анализа полученных сигналов напряжения, тока и мощности; коэффициентов не симметрии (тока, напряжений, мощности); коэффициентов гармоник (тока и мощности); отдаваемой мощности электропривода; задания выходной координаты; величины потерь электрической энергии. По результатам анализа определяется техническое состояние АД и оценивается остаточный ресурс путем сравнения с эталонными сигналами, полученными на заведомо исправном агрегате. Результатом применения данного метода является повышение эффективности обнаружения дефекта на ранней стадии возникновения, что позволит планировать рациональные сроки проведения ремонтов оборудования, снизит затраты связанные с ТОИР, а также затраты связанные с повышенным энергопотреблением неисправного или предотказного оборудования. Все это позволит повысить энергоэффективность работы электромеханического оборудования и приведет к снижению потребляемых энергоресурсов при производстве продукции. Важный аспект многофакторного анализа заключается в том, что состав признаков технического состояния или их весомость может меняться в зависимости от стадии развития дефекта и от срока службы оборудования. Задача спектральной диагностики требует не только знания текущего гармонического состава электрических сигналов двигателя, но и требует знания эталонного сигнала полученного на заведомо исправном двигателе в том же режиме работы, а также определенной информации о конструктивных параметрах двигателя. Решением этой проблемы может стать применение адаптивных систем на основе искусственных нейронных сетей, которые позволят эффективно определять причину и виды повреждения, работать с зашумленными данными, избавляя от необходимости применения промежуточных электронных фильтров от помех или фильтрации математическими методами, а также адаптироваться к конкретному типу оборудования. Нейронные сети также в некоторой степени позволят проводить оценку ресурса без наличия эталонных сигналов. В основе построения системы безэталонной диагностики ЭМО лежит нейросетевой классификатор, который обеспечивает гибкую и стабильную базу знаний о классах возможных дефектов, эффективно оперирует с векторами данных большой размерности, обладает способностью адаптировать архитектуру сформированной сети к решению новых задач и дает возможность получить высокую достоверность. Как видно из сказанного выше, проблема диагностики технического состояния ЭМО является актуальной. Имеется большое количество методов диагностики, а также методов анализа результатов диагностики, однако в настоящее время ни один из этих методов не является универсальным, что определяет актуальность комбинированных методов диагностики, использующих в качестве диагностических параметры различной физической природы.
В случае, когда есть прямой доступ к электрооборудованию при исследованиях и испытаниях, кроме электрических параметров сети, в измерительном комплексе предусматривается возможность контролировать неэлектрическую величину, такую как вибрация.
Причин вибрации множество, наиболее встречающиеся из них: дисбаланс;
эксцентриситет;
износ деталей машин;
скрытый дефект детали;
внутренние напряжения конструкции;
электромагнитные влияния;
воздействие иных внешних факторов.
Измерение параметров вибрации для проведения диагностирования целесообразно осуществлять портативными средствами виброметрии. Измерительная аппаратура должна обеспечивать измерение СКЗ виброскорости в пределах 0,1-100 мм/с в диапазоне частот 10-1000 Гц, а также пикового значения виброперемещения в пределах 3-300 мкм в диапазоне частот 1-200 Гц.
Типовая обработка результатов измерений вибрации электродвигателей включает в себя: вычисление спектра сигнала, преобразование спектра сигнала для получения спектров виброскорости и виброперемещения, вычисление среднеквадратических значений уровня сигналов в заданных полосах частот, сравнение диагностических параметров с пороговыми уровнями и со значениями предыдущих измерений.
Применение методов виброакустической диагностики, обеспечивающих бездемонтажный контроль качества изготовления и ремонта машинного оборудования, упрощает технологию контроля качества, экономит рабочее время, снижает стоимость оборудования. Исключение сборочно-разборочных работ не только устраняет затраты рабочего времени на сам ремонт и отладку после него, но и предотвращает нанесение механизму ущерба, причиняемого переборками, нарушающими приработку деталей.
В предремонтный период проведение диагностических мероприятий позволяет локализовать неисправность, оценить степень повреждения, целесообразность и объем ремонтных работ, остаточный моторесурс неповрежденных узлов, а также проверить качество проведения ремонта.
Использование методов виброакустической диагностики в эксплуатационный период жизни машины обеспечивает эксплуатацию не по заранее назначенному ресурсу, а по фактическому техническому состоянию, что продлевает срок службы, уменьшает стоимость эксплуатации за счет экономии рабочего времени, запасных частей и горюче-смазочных материалов.
Помимо вышеописанных измерений, настоятельно рекомендуется проведение мониторинга приложенного к электродвигателю напряжения, что позволяет определить его несимметрию, наличие высших гармонических составляющих и импульсов перенапряжений (что возможно при работе с частотными регуляторами скорости вращения), т.е. тех факторов, которые напрямую влияют на срок службы и экономичность работы двигателя. Хорошо известно, что первые два из вышеупомянутых факторов приводят как к перегреву обмоток статора, так и к повреждению подшипников изза возникновения высокочастотных вращающих моментов обратной последовательности.
Выполнение такой работы позволит провести полномасштабную натурную диагностику и анализ условий работы парка электродвигателей и связанных с ними механических устройств, существенно сократить как затраты, связанные с отказами оборудования, так и непродуктивные затраты электроэнергии.
Вывод
двигатель работоспособность электрический
Проанализировав вышеизложенные материалы о применении методов диагностирования АД, я сформулировал некоторые выводы: 1. На сегодняшний день асинхронные двигатели (как отечественные, так и зарубежные) применяющиеся в современном производстве являются, как правило, дорогостоящим оборудованием, причем их запас прочности закладываемый изготовителем гораздо ниже, чем у аналогов выпущенных ранее. Т.е. вечная машина никому не нужна - таковы условия современного рынка.
2. Простои в работе, по причине отказов оборудования, и последующий ремонт этого оборудования соответственно тоже обходится дорого для предприятия, в итоге увеличивает затраты и повышет себестоимость готовой продукции.
3. В то же время морально и физически устаревшее и изношенное оборудование не соответствующее современным требованиям приводит к увеличению затрат.
4. Существующие методы диагностирования и прогнозирования состояния АД пока не идеальны и не дешевы, но вполне способны отобразить полноценную картину происходящих и предстоящих процессов в машине.
5. Как показывает практика, применение систем диагностирования и прогнозирования при проведении промышленной экспертизы оборудования, при выполнении выданных рекомендаций, реально позволяет повысить ресурс оборудования с сохранением заданных характеристик и одновременно с этим полноценно показывает необходимость замены устаревшего оборудования новым.
6. С каждым годом методы диагностирования и прогнозирования совершенствуются, параллельно с этим разрабатываются новые образцы диагностирующего оборудования, бесспорно повышающие качественный показатель диагностики в целом.
7. Развитие систем диагностирования и прогнозирования позволяет изменить систему ППР или вообще от нее отказаться в пользу систем ремонтов по техническому состоянию (РТС).
8. В конечном итоге, применение систем диагностирования и прогнозирования вполне эффективно и целесообразно, затраты на эти мероприятия во всяком случае не превышают затрат на аварийный ремонт оборудования неожиданно вышедшего из строя.
Список литературы
1. http://kulibin.org/projects/show/567/ Диагностика и оценка остаточного ресурса электромеханического оборудования
