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/ч |
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).