gototopgototop

Сравнительный анализ виброакустических методов оценки технического состояния насосного оборудования атомных электростанций

Окулова Мария Валерьевна – инженер 3 кат. лаборатории вибродиагностики отдела технической диагностики, филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ростовская атомная станция»; ассистент кафедры «Теплоэнергетическое оборудование», Волгодонский инженерно-технический институт Национальный исследовательский ядерный университет Московского инженерно-физического института (ВИТИ НИЯУ МИФИ). (г. Волгодонск)

Веселова Ирина Николаевна - Доцент, к.т.н. кафедры «Теплоэнергетическое оборудование», Волгодонский инженерно-технический институт Национальный исследовательский ядерный университет Московского инженерно-физического института (ВИТИ НИЯУ МИФИ). (г. Волгодонск)

Аннотация: рассматриваются методы, предлагаемые для оценки технического состояния насосного оборудования атомных станций в рамках стратегии ремонта по техническому состоянию.

Ключевые слова: вращающиеся механизмы, техническое состояние, дефекты, вибродиагностика, подшипниковый узел, акустический сигнал, ультразвуковой диапазон.

В настоящее время разрабатываются новые подходы к техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР) оборудования атомных электростанций, к методам оценки надежности и качества ТОиР, внедрение современных систем информационной поддержки управления ресурсом оборудования.

Принятая на Ростовской АЭС концепция ремонта вращающихся механизмов основана на сочетании регламентированного ремонта, ремонта по техническому состоянию и ремонта по факту отказа оборудования.

1. Существующие методы оценки технического состояния вращающихся механизмов АЭС.

1.1. Вибрационный метод обследования подшипниковых узлов как основной метод

В техническом обслуживании насосного оборудования вибрационный мониторинг и диагностика занимают особое место в силу своих возможностей обнаружения изменений состояния задолго до наступления аварийной ситуации. Системы вибрационного мониторинга и вибрационной диагностики чаще всего заменяют всю совокупность средств внешнего контроля, если эти средства не входят в комплекс систем управления.

Известны методы и критерии, позволяющие производить вибродиагностику оборудования [1]. Анализ этих методов и критериев позволил разработать единый подход к диагностированию, который сводится к сравнению текущих виброхарактеристик, описывающих работу оборудования, с их эталонными значениями для бездефектного состояния механизма, а также с эталонными характеристиками, описывающими отдельные дефекты в нем.

Достоинства вибрационного метода диагностирования заключаются в следующем:
- если измерения вибрации подшипниковых узлов проводятся периодически, при стабильной частоте вращения и стандартном режиме работы, достоверность диагноза примерно 90%;
- универсальность метода, т.е. возможность диагностировать разные узлы насосов;
- существует достаточно большое количество методик вибрационного анализа для оценки технического состояния оборудования;
- большая номенклатура измерительных систем.
Анализируя данный метод, можно выделить основные моменты, затрудняющие его практическое применение для диагностирования насосов:
- разная чувствительность метода к дефектам деталей и узлов насоса, зависящая от скорости их вращения;
- необходимость проведения измерений для каждого подшипникового узла в нескольких плоскостях;
- плохая помехозащищённость при проведении измерений;
- сложность обнаружения дефектов на этапе зарождения.

На Ростовской АЭС было проведено виброобследование насосного оборудования химического цеха, переведенных в 2007 году на ремонт по техническому состоянию. Результаты виброобследования представлены ниже.

Таблица 1. Результаты замера СКЗ виброскорости, мм/с

Обозначение

Дата

Направление

Подш.

№1

Подш.

№2

Подш.

№3

Подш.

№4

0UA33D02

04.04.11

В

2,9

1,8

1,8

1,3

П

2,7

3,3

2,4

1,6

О

---

2,4

---

1,1

12.04.11

В

0,8

0,5

1,4

1,1

П

0,2

1,3

1,5

1,7

О

---

1,7

---

0,8

15.04.11

В

1,9

1,4

2,5

1,7

П

3,1

3,6

2,7

2,6

О

---

2,7

---

1,3

0UM14D01

04.04.11

В

1,8

1,7

1,7

1,1

П

2,7

3,1

2,0

1,6

О

---

2,1

---

2,9

12.04.11

В

2,0

1,9

1,6

1,7

П

3,0

3,0

1,7

1,1

О

---

2,9

---

2,3

Рисунок 1. Спектр вибрации 0UM14D01. Подш. № 2 (П)

Рисунок 2. Спектр вибрации 0UА33D02. Подш. № 2 (П)

Общий уровень вибрации ниже установленных норм (4,5 мм/с) соответсвенно вибросостояние насосных агрегатов в целом оценивается как удовлетворительное [4].

На Ростовской АЭС на ряду с общепринятым виброобследованием в течение трех лет практикуется метод оценки технического состояния подшипниковых узлов на основе регистрации и анализа акустического сигнала в ультразвуковом диапазоне. Ультразвуковой метод был применён впервые на насосном оборудовании, находящимся в химическом цехе 1 энергоблока Ростовской АЭС.

1.2. Ультразвуковая диагностика подшипников качения

Ультразвуковой контроль позволяет обнаруживать неисправности на ранних стадиях их возникновения, позволяя заранее определять методы последующей диагностики и планировать соответствующие ремонтные мероприятия.

Ультразвуковой локатор представляет собой универсальный прибор со многими функциями, которые обеспечивают простой, быстрый и точный ультразвуковой контроль различного оборудования.

Ультразвуковой контроль является гораздо более надежным способом обнаружения неисправностей подшипников в начальной стадии.

Ультразвуковые частоты, контролируемые с помощью таких устройств как UltraProbe, преобразуются и воспроизводятся как слышимый звук. Исправный подшипник издаёт равномерный шипящий звук. Наличие на этом фоне щёлкающих или резких звуков свидетельствует о возникновении неисправности подшипника. В определённых случаях повреждённый шарик может издавать щёлкающий звук высокой интенсивности, а однородный резкий звук может свидетельствовать о нарушении целостности канавки.

Громкие шипящие звуки, похожие на звуки исправного подшипника, только носящие более грубый характер, могут означать недостаток смазки.

Кратковременные повышения уровня звука с грубыми и “царапающими” компонентами означает попадание элемента качения на точечный дефект и скольжение (а не качения) по поверхности канавки. При возникновении этих условий следует спланировать более частые проверки состояния подшипника.

Существует два основных метода контроля неисправности подшипников: Сравнительный и Хронологический. Сравнительный метод подразумевает контроль двух (или более) одинаковых подшипников и “сравнение” выявленных различий. При хронологическом методе проводится контроль одного и того же подшипника через определённые интервалы времени, чтобы установить хронологию его состояния. В результате анализа хронологии состояния подшипника, становятся очевидными области износа, проявляющиеся на определённых ультразвуковых частотах. Это позволяет заранее обнаруживать и устранять неисправности.

В таблице 2 приведены данные ультразвукового обследования идентичных подшипниковых узлов насосного оборудования РоАЭС.

Таблица 2. Результаты ультразвукового обследования подшипниковых узлов насосных агрегатов, дБ

Обозначение

Подшипниковые узлы

Дата

1

2

3

4

0UA20D03

27

36

32

34

04.04.2011

0UA31D02

39

41

38

31

12.04.2011

0UA32D02

34

37

39

44

15.04.2011

0UA31D01

42

34

49

36

25.04.2011

0UA33D02

25

28

32

31

04.04.2011

33

35

40

29

12.04.2011

33

38

40

31

15.04.2011

0UM14D01

30

30

42

39

04.04.2011

36

36

43

41

12.04.2011

На подшипнике № 2 насоса ХВО 0UA33D02 зафиксирован повышенный уровень звука. За 10 дней непрерывной работы уровень шума вырос на 10 дБ, что соответствует началу развития повреждения [2].

0UA33D02 - насос химический для перекачки химически активных и нейтральных жидкостей марки Х160/49-2К-СД.

Таблица 3. Рабочие характеристики электродвигателя насоса 0UA33D02

Электродвигатель 0UA33D02

Тип

4А225М2

Мощность, кВт

55

Подача, м3

105

Напор, м

198

Частота вращения, об/мин

2950

На основе полученных данных и в соответствии с рабочими характеристиками насосного агрегата 0UA33D02 был проведен спектральный анализ в соответствии с алгоритмом:
1. В программе регистрации и обработки сигналов строится спектр;
2. Значения спектра экспортируются в Microsoft Excel;
3. В Microsoft Excel строится приведенный график.

На частоте 265,625 Гц зафиксирована гармоника, кратно повторяющаяся на всем диапазоне частот. Данная частота соответствует сложному дефекту – раковина на внутреннем кольце (245,215 Гц) и износ сепаратора (19,173 Гц) [1].

В соответствии с полученными рекомендациями принято решение о выводе насосного агрегата в ремонт и замене подшиприка № 2.

Рисунок 3. Спектр. 0UA33d02. Метод акустического обследования (данные от 04.04.2011 г.)

Рисунок 4. Спектр. 0UA33d02. Подшипник № 2. Метод акустического обследования

Таким образом, метод регистрации и анализа ультразвукового акустического сигнала позволяет с высокой степенью надежности фиксировать дефекты на начальной стадии их развития, что повышает оперативность планирования ремонта и уменьшает вероятность появления внезапных отказов оборудования.

Дальнейшая работа будет направлена на определение порогового значения ультразвукового сигнала, позволяющего фиксировать аномалии в работе насосного оборудования АЭС.

Список литературы:

1. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и  диагностика роторных машин по вибрации: Учеб. пособие. СПб, стр. 59-81 (2000).
2. Организация и проведение акустического (шумового) обследования подшипниковых узлов вращающихся механизмов и агрегатов энергоблоков Ростовской АЭС. И.00.34.03. филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ростовская атомная станция», Волгодонск, стр. 8-10 (2011).
3. Организация ремонта оборудования атомных станций по техническому состоянию. Основные положения. РД ЭО 1.1.2.01.0769 – 2008. ОАО «Концерн Росэнергоатом», Москва, стр. 14-22 (2008).
4. Положение о техническом диагностировании роторного оборудования энергоблоков атомных станций по результатам измерения вибрации. РД ЭО 1.1.2.01.0808-2009. ОАО «Концерн Росэнергоатом», Москва, стр. 9-10 (2009).

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Обозначение

Дата

Направление

Подш.

№1

Подш.

№2

Подш.

№3

Подш.

№4

0UA33D02

04.04.11

В

2,9

1,8

1,8

1,3

П

2,7

3,3

2,4

1,6

О

---

2,4

---

1,1

12.04.11

В

0,8

0,5

1,4

1,1

П

0,2

1,3

1,5

1,7

О

---

1,7

---

0,8

15.04.11

В

1,9

1,4

2,5

1,7

П

3,1

3,6

2,7

2,6

О

---

2,7

---

1,3

0UM14D01

04.04.11

В

1,8

1,7

1,7

1,1

П

2,7

3,1

2,0

1,6

О

---

2,1

---

2,9

12.04.11

В

2,0

1,9

1,6

1,7

П

3,0

3,0

1,7

1,1

О

---

2,9

---

2,3

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его печать и доставку, составляет 350 рублей для России и 420 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость свидетельства о публикации составляет 120 рублей

Реквизиты для оплаты через банк