Диагностика судового гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ СУДОВЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

Современные методы диагностирования гидросистем.

Конструктивные особенности гидропривода (СГП) (рис.1.1), оказывающие значительное влияние на функционирование систем и механизмов судна. Наметившаяся тенденция к усложнению судового гидропривода [СГП] делают актуальным повсеместное применение диагностики.

Рис. 1 - Принципиальная схема гидропривода: 1 - электродвигатель; 2 - насос; 3 - трубопровод; 4 - предохранительный клапан; 5 - бак; 6 - гидроцилиндр; 7 - поршень; 8 - груз; 9 - распределитель; 10 - дроссель

Характерными неисправностями СГП: является: нарушение герметичности системы; износ сопряжений в насосах, гидромоторах, распределителях и гидроцилиндрах; засорение фильтров; загрязнение и обводнение рабочей жидкости. Все перечисленные неисправности влияют на функционирование всего СГП, продолжительность выполнения технической операции устройства сопряженного с СГП, а так же оказывает влияние на эффективность функционирование всего судна в целом.

Одним из факторов повышения эффективности работы СГП и оборудования которое он обеспечивает, сокращения расходов на их эксплуатацию является широкое внедрение систем технической диагностики.

Диагностирование систем СГП производят с целью:

- оценки технического состояния гидроагрегатов и правильности настройки клапанной аппаратуры;

- поиска причин отказов и локализации дефектов в элементах гидропривода;

- прогнозирования ресурса работы.

Применение систем технической диагностики позволяет безразборным способом при минимальных затратах времени определять неисправности машины. Как показывает практика поиск неисправностей обычно занимает в среднем до 50 % общего времени ремонтных работ.

Использование систем технической диагностики позволяет получить:

- наиболее полную информацию, необходимую для оптимальной регулировки эксплуатируемых СГП,

- обеспечивающей выполнение ремонтной работы при наименьшем потреблении ресурсов.

Это означает, что даже при существующем уровне надежности СГП техническая диагностика создает условия для значительного повышения коэффициента его использования за счет:

- сокращения времени ремонта,

-ощутимого уменьшения затрат на их эксплуатацию, исключения аварийных ситуаций.

По как показывает опыт по результатам обследований СГП, находящихся в эксплуатации (плиложение А), большую половину отказов элементов СГП можно своевременно предотвратить.

Различают два метода диагностирования:

Функциональное - предусматривающее контроль оборудования без вывода его из эксплуатации (рис. 4). В качестве контрольных режимов назначают эксплуатационные режимы работы оборудования.

Тестовое - предусматривает вывод ОД из эксплуатации и контроль параметров при подаче на ОД специального внешнего воздействия (наблюдают за реакцией ОД).

Функциональное диагностирование

Рис. 2

Основное достоинство функционального диагностирования в том, что для его реализации не нужны специальные генераторы воздействий. Здесь нужно определить характер необходимой информации о функционировании ОД, выбрать точки в объекте для съёма и момент съёма информации.

ФД можно осуществлять по конечному результату, т.е. по выходу объекта, причем выходную реакцию на рабочие воздействия оценивают одномерно или многомерно. Многомерность характерна для диагностирования дискретных объектов и оценки состояния по диагностических характеристикам, одномерность, как правило, для оценки диагностических параметров. Технологическое оборудование и технологические процессы диагностируют по качеству продукции.

ФД осуществляют, также наблюдая за результатом отдельной операции (выходом блока). Оценивают реакцию блока (структурной единицы - СЕ) на входное воздействие или результат операции (при производстве - качество промежуточного продукта). Третья (средняя) колонка на рис. 4 показывает диагностирование, осуществляемое по алгоритму функционирования объекта.

Здесь фиксируют только последовательность выполнения всех операций или только временные интервалы и продолжительность выполнения операций, или то и другое.

В колонках 4 и 5 показана оценка состояния ОД по различным внешним признакам.

Выбор способа диагностирования определяют специфика объекта и особенности построения алгоритма функционирования.

Функциональное диагностирование, например ГД, предусматривает получение необходимых данных без его разборки и вывода из эксплуатации. В процессе эксплуатации дизеля на определенных режимах работы измеряют заранее определенный спектр параметров, называемых информативными. ФД предполагает индивидуальную оценку состояния конкретного дизеля от начала функционирования на обкаточном или сдаточном стендах и до конца эксплуатации. При этом через определенные, обоснованно выбранные промежутки времени проводят необходимые измерения. Все измерения первичных параметров должны происходить при одних и тех же внешних определяющих показателях работы. Как правило, это фиксированные эффективная мощность и обороты коленчатого вала.

Иногда это В4 и п, иногда а и п. При переходе с режима на режим, необходимо дождаться равновесного состояния.

Для систем ФД возможны две группы исполнения:

- сбор информации на установке, а обработка на ЭВМ, расположенной в отрыве от установки (например в порту у судовладельца);

- сбор и обработка информации непосредственно на судне.

Тестовое диагностирование

Тестовое диагностирование осуществляют как при функционировании объекта, так и в тех случаях, когда объект не выполняет своих рабочих функций. Для тестового диагностирования используют как рабочие входы (входы, предназначенные для введения рабочих воздействий), так и входы, специально организованные для диагностирования. То же относится и к съёму информации о реакции объекта на тестовое воздействие.

Рис. 3

Выполнение ТД требует специальных генераторов, которые вырабатывают тестовые воздействия, подаваемые в ОД и стимулирующие его реакцию. По степени отклонения реакции объекта от номинальной при тестовом воздействии судят о состоянии ОД.

ТД осуществляют одиночным воздействием, например, одиночным импульсом (т.е. в результате одной элементарной проверки), или многократным воздействием (серией импульсов), т.е. в результате совокупности элементарных проверок (рис. 5). Многократное воздействие характерно для ТД дискретных объектов.

Одномерный показатель (случай) - когда оценивают один показатель. Многомерный - более одного показателя. К многомерным относится случай, когда на выходе ОД оценивают один выходной сигнал, но по нескольким показателям (например, амплитуда, частота).

Для сложного объекта (из нескольких СЕ) можно использовать сочетания разных методов при диагностировании различных элементов. Можно применять для одного объекта и ФД и ТД.

Для определения технического состояния СГП используются как субъективные (органолептические), так и объективные методы с использованием измерительных средств.

Органолептические методы диагностирования (осмотр, прослушивание и другие) позволяют оценивать качественные признаки технического состояния гидропривода. Учитывая простоту и доступность их проведения, а при определенном навыке и получение некоторой относительной количественной оценки технического состояния, эти методы находят широкое применение на практике.

В настоящее время все шире используются объективные методы диагностирования гидроприводов, предусматривающие применение специальных приборов, стендов и другого оборудования, позволяющие количественно и с достаточной точностью измерять диагностические параметры, определять техническое состояние гидропривода.

К основным параметрам гидросистемы, которые могут характеризовать ее техническое состояние, относятся:

-полезная мощность и развиваемое усилие,

-объемный КПД,

-продолжительность рабочего цикла,

-концентрация продуктов износа в рабочей жидкости,

-максимальное развиваемое давление,

- интенсивность нагрева и установившаяся температура рабочей жидкости и др.

Все эти параметры представляют собой определенные физические величины и характеризуют соответствующие методы диагностирования гидроприводов.

Рассмотрим существующие методы диагностирования СГП:

- Временной метод.

В качестве диагностических параметров используется время выполнения отдельных операций и продолжительность всего рабочего цикла. Время выполнения рабочего цикла для судового крана является параметром, непосредственно связанным с его производительностью, и поэтому однозначно определяет техническое состояние гидропривода в целом. Метод легко реализуется, поскольку не требует использования какой-либо диагностической аппаратуры, и диагностирование может проводить сам механик судна. Однако точность низка, так как практически невозможно обеспечить одинаковые условия работы в каждом цикле, и квалификация судомеханика и его психологическое состояние во время диагностирования тоже вносят определенную погрешность.

- Силовой (мощностной) метод.

Техническое состояние гидропривода определяется по величине полезной мощности, то есть по величине усилия, развиваемого на выходном звене гидродвигателя, и скорости перемещения выходного звена. Таким образом, для СГП определяется полезная мощность гидропривода каждого исполнительного механизма (стрелы крана, штока цилиндра балера руля, силовых цилиндров механизма открытия люков и т.д.). Для определения усилия на выходном звене используют специальные нагружающие устройства. Недостатком метода является то, что нагружающие устройства достаточно сложны и их применение практически возможно только в стационарных условиях.

- Гидростатический (статопараметрический) метод.

Этот метод, получивший широкое распространение, основан на измерении параметров установившегося задросселированного потока рабочей жидкости. В качестве диагностических параметров используют давление, расход, утечки рабочей жидкости, коэффициент подачи, объемный КПД. Метод может быть использован для оценки технического состояния всех сборочных единиц гидросистемы. К его недостаткам относится большая трудоемкость (необходимо разъединение трубопроводов и рукавов в системе и установка датчиков непосредственно в поток рабочей жидкости). Кроме того, для поддержания номинального давления в гидросистеме при диагностировании необходимо предусмотреть специальное нагружающее устройство.

Гидродинамический метод (метод переходных характеристик).

Этот метод основан на анализе реакции гидросистемы на мгновенные изменения давлений в ней. Ударная волна, проходя по конкретному участку системы, несет информацию обо всех гидравлических сопротивлениях на этом участке. Переходный процесс представляет собой динамический режим работы, при котором проявляется уровень технического состояния. Одним из достоинств метода является возможность создания мгновенного изменения давления в системе без помощи каких-либо устройств, за счет режима самонагружения. Недостатком является сложность оценки технического состояния отдельных гидроэлементов, так как существует значительное взаимное влияние их друг на друга в динамическом режиме работы. Кроме того, метод неприемлем для аксиально-поршневых насосов, которые во время работы создают пульсации давления, являющиеся помехой.

Акустический метод.

Диагностическим параметром являются акустические шумы. Определяются внутренние негерметичности гидросистемы по шуму перетекающей рабочей жидкости. Метод отличается универсальностью и реализуется с применением накладных датчиков. К недостаткам следует отнести сложность анализа полученной информации из-за множества шумовых помех.

Вибрационный метод.

Это разновидность акустического метода. Он основан на анализе параметров вибраций диагностируемого объекта; имеет большую информативную емкость. Осуществляется при помощи накладных датчиков: позволяет определять по вибрации при работе, техническое состояние отдельных элементов гидропривода в основном подшипников, зубчатых передач. Однако и в этом методе трудно выделить полезную информацию из общего фона вибраций при диагностировании в условиях эксплуатации.

- Тепловые методы.

Основаны на измерении и оценке величины температуры на поверхностях сборочных единиц. Данный параметр характеризует эффективность преобразования энергии в гидроприводе. Наиболее эффективным является термодинамический метод, который позволяет путем измерения перепадов температур рабочей жидкости на входе и выходе гидроэлемента определять его полный КПД. Для измерения температуры применяются накладные датчики. К недостаткам относится необходимость точного измерения перепадов температур и обеспечения при диагностировании определенного перепада давления на входе и выходе гидроагрегата, что не всегда возможно в условиях эксплуатации.

- Методы анализа состояния рабочей жидкости.

Диагностическими параметрами являются количество и состав абразива и продуктов износа в рабочей жидкости, отобранной из гидросистемы. При использовании этих методов отсутствует необходимость нагружения диагностируемой машины. Методы позволяют обнаружить износ в его начальной стадии. К недостаткам относятся сложность локализации неисправности, применение дорогостоящей аппаратуры и большая продолжительность диагностирования, связанная с отправкой отобранных проб рабочей жидкости в пункты ее диагностирования.

Каждый из рассмотренных методов может в той или ином виде применяться при диагностике СГП во время эксплуатации судна.

Судовая практика диагностирования гидропривода

Как было сказано ранее параметрами контроля СГП, в целом являются: продолжительность выполнения отдельных операций или рабочего цикла; температура рабочей жидкости и темп ее нарастания; количественное и качественное изменения рабочей жидкости; полный КПД системы.

Наиболее широко для оценки общего состояния гидропривода применяется метод сравнения продолжительности выполнения отдельных операций или цикла с номинальными и предельными значениями. В условиях эксплуатации измерение мощности связано с большими трудностями, и диагностирование СГП с учетом ее значений применяется, как правило, только при приемо-сдаточных испытаниях при постройке судна или после его ремонта.

В практике диагностирования судовых устройств как правило используют методы которые позволяют избежать разборки гидропривода при диагностировании.

Таким методом чаще всего является термодинамический и акустический.

Термодинамический метод диагностирования сборочных единиц гидропривода позволяет определить КПД по разности температур на входе и выходе проверяемого объекта. При замере разности температур на внешних поверхностях элементов контролируемого объекта выбираются характерные точки генерации тепла.

Акустический метод основан на том обстоятельстве, что в процессе эксплуатации гидропривода при износе деталей насоса он начинает генерировать акустические шумы, резко отличающиеся от шумов исправного гидронасоса. При этом акустические шумы каждой составляющей части насоса зависят от геометрических размеров, зазоров в узлах трения и неравномерности потока жидкости. Источником информации о техническом состоянии отдельных частей гидронасоса служит амплитуда генерирующих ими колебаний, изменяющаяся при постоянных начальных условиях в зависимости от значений структурных параметров. На точность измерения показателей приборов виброакустической диагностики оказывают шум и вибрация на судах. Основными источниками шума и вибрации на судне являются движители (гребные винты), двигатели, передачи, электрические машины, насосы и т.д. Помимо рассмотренных влияний отдельных подсистем друг на друга большое значение имеет изменение гидродинамического сопротивления судна. Увеличение сопротивления судна вследствие обрастания чем подводной части, разница в загрузке, волнения моря, мелководье ведут к изменению характеристик гребного винта, следовательно, к изменению нагрузки на двигатель и параметров его работы. Достаточная глубина под килем судна предотвращает отражение звука от грунта и обеспечивает равномерную нагрузку гребного винта. В связи с этим при движении судна на мелководье изменяются результаты виброакустических измерений. На рис. 30 показана зависимость уровня шума от глубины воды под. килем судна.

Рис. 4 - График зависимости уровня шума от глубины: 1 - на мелководье; 2 - на большой глубине



На точность приборов измерения также оказывает меняющихся во время рейса климатических условий. Максимальное значение на температуру СГП оказывает температура внешней среды и относительная влажность. Так, например, температура работающего гидроматора в тропиках выше на 3 - 8%, чем в средних широтах и на 8 - 15% по сравнению с северными широтами.

Следовательно, отклонения температуры, обусловленные неисправностью, должны всегда превосходить отклонения от нормы, вызванные внешними воздействиями.

Таким образом, проведенный анализ показывает, что хотя в настоящее время и существуют довольно большое количество контроля и диагностики СГП но многие из них не приемлемы, из за сложности применения, необходимой аппаратуры и оборудования, а также наличия подготовленного персонала.

В основном применяется метод акустического и видро контроля. Помехи, вызываемые эксплуатацией судна, значительно снижают точность этого метода. Устранение этого недостатка может быть достигнуто за счет применения дополнительного метода диагностики - температурного. Оценка возможности применения для диагностики СГП метода температурного контроля и стало целью дипломной работы. Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

1) исследования диапазона возможного применения пирометра, а также его точности измерения температур судовых механизмов.

2) проведение сравнительного эксперимента по оценки точности диагностики состояния подшипниково узла гидро насоса,

3) Проведение анализа полученных результатов,

4) разработку методики применения пирометра при диагностике СГП.



ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ТЕМПЕРАТУРНОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СГП

Инфракрасный пирометр назначение принцип действия, точность измерения (рис. 5).

Первый образец инфракрасного термометра был создан в конце 1988 года. Пирометр (инфракрасный термометр) - прибор для бесконтактного измерения температуры. Инфракрасные термометры относятся к группе приборов неразрушающего контроля, что позволяет проводить измерение температур без непосредственного контакта с измеряемой поверхностью, как в случае контактными электронными термометрами. Их использование гарантирует безопасность при диагностике дефектов и мониторинге различных процессов, а также помехоустойчивость в процессе измерения для получения объективных и точных результатов.

Были разработаны специальные инфракрасные термометры (пирометры), позволяющие измерять температуру в труднодоступных, горячих, вращающихся или опасных местах.

Рис. 5 - Современный пирометр



Принцип работы пирометра.

Любой инфракрасный термометр является диагностическим инструментом для проведения технического обслуживания, обеспечивающим достаточную точность измерения температуры.

Принцип действия бесконтактного термометра заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.

Разновидности приборов:

Односпектральные. Такие приборы принимают излучения только в одном спектральном диапазоне. Односпектральные приборы в свою очередь подразделяются на радиационные (мощность теплового излучения переводится в температуру) и яркостные (в диапазоне красного света измеряются яркости эталонного объекта и объекта измерения).

Мультиспектральные. Также их называют цветовыми или пирометрами спектрального отношения.

Измерение температуры современными приборами имеет ряд преимуществ перед обычными термометрами. Измерения, возможно, проводить без остановки производства или технического процесса. Все измерения температуры производятся с безопасного расстояния. При этом присутствует значительное увеличение производительности труда работников благодаря быстроте измерений.



Рис. 6 - Использование пирометра для диагностики судового гидроагрегата

Сравнительная характеристика основных моделей пирометров.

Радиационный пирометр

Производство пирометров различного конструктивного исполнения и назначения освоено многими предприятиями России.

По техническим параметрам отечественные пирометры не уступают лучшим зарубежным образцам.

Выбор при закупке типа пирометра зависит прежде всего от возможной области его применения и связанных с этим факторов (табл.П.1.0-2). Так, для дистанционного контроля контактных соединений (КС) токоведущих частей и электрооборудования могут применяться пирометры с широким и малым углом визирования.

Таблица 1 - Характеристики современных пирометров

Модель (AR)	300	350	842A	872D	872A	892	922
Измеряемая t, ?С	от -32 до +300	от -50 до +480	от -50 до +550	от -50 до +1050	от -18 до +1500	от +200 до +1800	от +200 до +2200
Показатель визирования	1:12	1:12	1:12	1:20	1:50	1:80	1:80
Точность, ?С	±2	±2	±2	±3	±2	±2	±2
t экспл, ?С	от -25	до +55		от -15 до +50	от -10	до	+50
Коэф. Тепл. Излучения	0.95	0.95	от 0.10 до 1.00,	от 0.10 до 1.00,	от 0.10 до 1.00,	от 0.10 до 1.00,	от 0.10 до 1.00,
Спектр, мкм	8-14	8-14	8-14	8-14	8-14	8-14	8-14
Питание	9В "	Крона"
Размеры, мм	140х80х38	140х80х38	175х100х49	220х134х60	220х134х60	220х134х60	220х134х60
Вес, г	130	130	170	480	480	480	480

Таблица 2

В первом случае при угле визирования 1:60 пирометры могут применяться в электроустановках 0,4-20 кВ и обеспечивать работоспособность в условиях влияния электромагнитных полей.

Пирометры с малым углом визирования (1:200, 300) целесообразно использовать при контроле КС в ОРУ 110-220 кВ как в сочетании с тепловизором на пировидиконе, так и отдельно.

При использовании совместно с тепловизором на пировидиконе такой пирометр должен работать при температурах до минус 10 °С, иметь малую массу, оптический визир, устройство запоминания максимальных показаний.

При измерениях температуры КС с помощью пирометра необходимо учитывать угол визирования, который он обеспечивает.

В тех случаях, когда контролируемое КС находится на удаленном расстоянии или размеры его малы, может возникнуть ситуация, при которой в зону измерения наряду с контролируемым объектом попадет участок окружающей его внешней среды (воздух и т.д.) с иной температурой (рис. 7).

- объект измерения

tокр - температура окружающего воздуха;

tоб - температура объекта измерения

Рис. 7

Температура внешней среды в этом случае может внести существенную погрешность в результаты показания пирометра, особенно если измерение температуры контролируемого объекта осуществляется на фоне неба, температура которого в зависимости от его состояния (облачность, ясное небо) может достигать минус (50-70) °С.

В качестве иллюстрации на рис.П.1.0-2 показаны результаты применения пирометра HPN (ГДР) с углом визирования 1:30, с гарантированной дальностью измерения - 1 м. Погрешность измерения пирометра существенно возрастает при повышении температуры нагрева объекта по мере его удаления.



Рис. 8 - Погрешность измерения пирометра HPN в зависимости от расстояния и от объекта измерения: Lном - гарантированная дальность измерения прибора

Конструкция радиационного пирометра должна обеспечивать как минимум:

- спектральный диапазон 8... - 14 мкм;

- диапазон измерения температур от -10 °С до +200 °С;

- температуру окружающей среды от -5 °С до +50 °С;

- угол визирования 1:200 (1:120);

- температурную чувствительность -0,5... -1,0 °С;

- погрешность измерения -1... -2 °С;

- индикацию значений измеряемых температур - цифровую;

- установку коэффициента излучения;

- возможность измерения текущей и максимальной температур с их фиксацией;

- быстродействие < 2 с;

- наличие оптического визира или лазера;

- небольшую массу (менее 1 кг);

- малую потребляемую мощность.

Аналогичные результаты были получены специалистами фирмы "Инфраметрикс" (США) при тепловых испытаниях болтовых КС.

Повышение температуры нагрева в процессе испытаний носило постепенный характер в течение года (с января 1990 г. по январь 1991 г.), а затем наступал период резкого повышения тепловыделения (рис. 9).

Рис. 9 - Процесс развития дефекта (нагрева) в болтовом контактном соединении

На графике показана динамика повышения температуры нагрева болтового контактного соединения в течение 14 мес (с января 1990 г. по март 1991 г.) при протекании по нему тока нагрузки 200 А.

Пересчет к температуре Цельсия может быть выполнен исходя из отношения:

°С = .



ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Каждое тело посылает в соответствии со своей температурой тепловое излучение, которое в окружающей среде в большинстве случаев находится в инфракрасном спектральном диапазоне.

Для того чтобы из этого излучения определить температуру излучающего тела, необходимо знание его коэффициента излучения.

Коэффициентом излучения является число между 0 и 1, он указывает, как велика интенсивность излучения по отношению к интенсивности излучения "абсолютно черного тела" той же самой температуры.

Таблицы коэффициентов излучения часто дают только ориентировочные значения примерных измерений, так как для точного указания общих коэффициентов излучения требуется указание условий, которые ведут к их определению.

Ими являются, в первую очередь, температура тела и угол излучения.

Существуют три часто применяемых метода измерения общего коэффициента излучения:

1. Одновременно с измерением излучения с помощью теплового датчика определяется действительная температура поверхности в одной точке.

При измерении излучения на пирометре сначала устанавливается коэффициент излучения =1,0.

В результате этого на шкале пирометра появляется температурное значение, которое меньше, чем действительная температура, которая определяется прикасающимся тепловым датчиком.

Это обстоятельство объясняется тем, что установленный коэффициент излучения не соответствует действительному коэффициенту излучения тела, который должен быть определен. Если на пирометре установочный регулятор для коэффициента излучения перемещается в направлении более маленьких значений , показание пирометра будет все больше приближаться к действительной температуре.

При достижении действительного коэффициента излучения тела обе температуры совпадают.

Установленный теперь коэффициент излучения после переключения функционального выключателя на может быть считан на шкале пирометра.

Внедрение приборов инфракрасной техники (ИКТ) в энергетику является одним из основных направлений развития высокоэффективной системы технической диагностики, которая обеспечивает возможность контроля теплового состояния электрооборудования и электроустановок без вывода их из работы, выявления дефектов на ранней стадии их развития, сокращения затрат на техническое обслуживание за счет прогнозирования сроков и объемов ремонтных работ.

Тепловизионный контроль электрооборудования и воздушных линий электропередачи предусмотрен РД 34.45-51.300-97 "Объем и нормы испытаний электрооборудования".

Для обеспечения единых технических требований к условиям и порядку проведения ИК-диагностики электрооборудования и оценки результатов измерений ОАО "Фирма ОРГРЭС" разработаны Основные положения. При разработке настоящего РД учтены результаты работ по инфракрасной диагностике, проводившихся ОАО "Фирма ОРГРЭС" и рядом энергосистем, использованы информационные материалы фирм "Инфраметрикс" (США), "АГЕМА" (Швеция).

В Основных положениях рассмотрены погрешности при ИК-контроле и способы их устранения, конструктивные особенности электрооборудования, связанные с протеканием тепловых процессов при его работе, приведены нормы оценки теплового состояния токоведущих частей, термограммы характерных неисправностей электрооборудования, указаны основные принципы выбора приборов инфракрасной техники, способы метрологической поверки пирометров и др.

Настоящие РД рассчитаны на специализированный инженерно-технический персонал, обладающий необходимыми знаниями в области ИК-диагностики.

Предложения по совершенствованию РД просьба направлять в ОАО "Фирма ОРГРЭС" по адресу: 105023, Москва, Семеновский пер., д. 15.

Принцип организации системы инфракрасной диагностики в общем виде представлен на рис.1-1 и включает в себя комплекс взаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций и их информативность.

Система инфракрасной диагностики энергетического оборудования и технологических сооружений

Рис. 10



Регламент проведения ИК-диагностики (1) включает в себя периодичность и объем измерений контролируемого объекта или совокупности объектов.

Периодичность ИК-диагностики электрооборудования РУ и ВЛ определена лабораторией ИКТ с учетом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних и других факторов и отражена в соответствующих рекомендациях.

Операция по проведению ИК-диагностики (2) должна выполняться приборами ИКТ, обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающем оборудовании.

Выявление дефекта (3) должно осуществляться по возможности на ранней стадии развития, для чего прибор ИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряда неблагоприятных факторов, могущих наблюдаться в эксплуатации (влияние отрицательных температур, запыленности, электромагнитных полей и т.п.). При анализе результатов ИК-диагностики (4) должна осуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей его развития и сроков восстановления.

После устранения выявленного дефекта (5) необходимо провести повторное диагностирование (6) для суждения о качестве выполненного ремонта.

Базу данных (8) для ответственных объектов (трансформаторы, выключатели, разрядники) желательно закладывать в компьютер, с тем чтобы она отражала не только результаты ИК-диагностики, но и всю информацию о данном объекте, включая тип, срок службы, условия эксплуатации, режимы работы, объемы и виды ремонтных работ, результаты профилактических испытаний и измерений и другие сведения, позволяющие на основании рассмотрения всего комплекса факторов, заложенных в память компьютера, судить о техническом состоянии объекта.



ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИНФРАКРАСНОМ КОНТРОЛЕ

Инфракрасный (ИК) контроль желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), предпочтительно перед восходом солнца, при минимальном воздействии ветра в период максимальных токовых нагрузок, лучше весной - для уточнения объема ремонтных работ и (или) осенью - в целях оценки состояния электрооборудования перед зимним максимумом нагрузки. При проведении ИК-контроля должны учитываться следующие факторы:

- коэффициент излучения материала;

- солнечная радиация;

- скорость ветра;

- расстояние до объекта;

- значение токовой нагрузки;

- тепловое отражение и т.п.

При проведении инфракрасного обследования электрооборудования существенное значение имеет выявление и устранение систематических и случайных погрешностей, оказывающих влияние на результаты измерения.

Систематические погрешности заключены в конструкции измерительного прибора, а также зависят от его выбора в соответствии с требованиями к совершенству измерения (разрешающей способности, поля зрения и т.п.).

Случайными погрешностями, возникающими при проведении ИК-контроля, могут являться: воздействие солнечной радиации, выбор излучательной способности и др.

Ниже рассмотрены виды погрешностей, возникающие при ИК-контроле электрооборудования, и способы их устранения.



ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

Коэффициент излучения материала в общем виде зависит от длины волны, угла наблюдения поверхности контролируемого объекта и температуры.

Для металлов в отличие от газообразных и жидких веществ спектральный коэффициент излучения изменяется весьма слабо (табл. 3).

Таблица 3 - Коэффициенты излучения материалов

Вид материала	Состояние поверхности	Температура, °С	Коэффициент излучения, мкм
1	2	3	4
алюминий	анодированный	100	0,55
	необработанная поверхность	20-50	0,06-0,07
	окисленный	50-500	0,2-0,3
	полированный	50-100	0,04-0,06
бронза	необработанная	50-100	0,55
	полированная	50	0,1
железо	ржавое	20	0,61-0,85
	необработанное	20	0,24
	окисленное	100	0,74
	оцинкованное	30	0,25
	полированное	400-1000	0,14-0,38
латунь	окисленная	200-600	0,6
	полированная	100	0,03
медь	полированная	20-100	0,02-0,05
	с тонкой окисной пленкой	20	0,037
	оксидированная	100-200	0,6-0,73
	электролитическая, полированная	20-100	0,05
	на токосъемниках, блестящая	20-100	0,3
	на токосъемниках, матовая или оксидированная	20-100	0,5
свинец	блестящий	250	0,08
	серый, окисленный	20	0,28
сталь	заржавленная	20	0,69
	легированная	500	0,35
	нержавеющая	20-700	0,16-0,45
	оксидированная	200-600	0,8
	оцинкованная	20	0,28
	полированная	100	0,07
краски масляные	матовая черная	100	0,98
	разных цветов	100	0,92-0,94

Коэффициент излучения помимо вышесказанного зависит также от угла наблюдения. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40) градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов.

За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной.

Так, при длине волны излучения 10 мкм при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а при наблюдении по касательной становится зеркалом Е = 0. В электроустановках различие в углах наблюдения может возникнуть при проведении ИК-контроля под углом токоведущей шины (рис.2-1).

Рис. 11

На участках А и С наблюдение осуществляется по нормали к плоскости шины, на участке В будет превалировать отражательная способность материала, что будет искажать картину теплового изображения.

Коэффициенты излучения металлов с ростом температуры обычно увеличиваются (см. табл.2-1).

Обычно коэффициент излучения зависит от состояния поверхности металла.

Поскольку токоведущий узел электрического аппарата или установки может включать в себя несколько компонентов из разнородных металлов, поверхности которых окрашены, имеют окисные пленки или разную степень обработки поверхности, т.е. различные коэффициенты излучения, при инфракрасном контроле могут возникнуть предположения о перегревах на участках с повышенными коэффициентами излучения.

В подобных случаях целесообразно провести пофазное сравнение результатов измерения, оценить состояние поверхности перегретого участка (точки) с помощью бинокля, выяснить объем ремонтных работ, проводившихся на данном токоведущем узле, и т.п. В том случае, если коэффициент излучения контролируемого объекта известен, его фактическая температура может быть определена по формуле

,

где Трад - радиационная температура, измеренная ИК-прибором;

Е - коэффициент излучения контролируемой поверхности.

В практике может возникнуть необходимость в определении коэффициента излучения контролируемого объекта или его узла.

Для этого на участок контролируемой поверхности наносится покрытие из матовой черной краски или наклеивается кусок ленты для фотошаблонов, коэффициенты излучения которых близки к единице.

После того как покрытие или лента приобретает температуру объекта, осуществляется измерение Тфакт.

Измерив температуру Трад неокрашенного участка, по приведенной выше формуле можно определить его коэффициент излучения (приложение 3).

СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Солнечная радиация нагревает контролируемый объект, а также при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впечатление о наличии высоких температур в местах измерения.

Эти явления особенно проявляются при использовании ИК-приборов со спектральным диапазоном 2-5 мкм.

Для исключения влияния солнечной радиации рекомендуется осуществлять ИК-контроль в ночное время суток (предпочтительно после полуночи) или в облачную погоду. При острой необходимости измерение в электроустановках при солнечной погоде рекомендуется производить для каждого объекта поочередно из нескольких диаметрально противоположных точек.

ВЕТЕР

Если ИК-контроль осуществляется на открытом воздухе, необходимо принимать во внимание возможность охлаждения ветром контролируемого объекта (контактного соединения). Так, превышение температуры, измеренное при скорости ветра 5 м/с, будет примерно в два раза ниже, нежели измеренное при скорости ветра 1 м/с. В диапазоне скоростей 1-7 м/с справедлива формула

,



где Т1 - превышение температуры при скорости ветра V1;

Т2 - то же при скорости ветра V2.

Измерения при скорости ветра выше 8 м/с рекомендуется не проводить.

При пересчетах полученных значений превышения температуры можно помимо формулы пользоваться коэффициентами коррекции (табл. 4).

Таблица 4

Скорость ветра, м/с	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0
Коэффициент коррекции	1,0	1,36	1,64	1,86	2,0	2,23	2,4	2,5

Следует отметить, что зачастую сила ветра при ИК-диагностике бывает переменной, поэтому указанный пересчет может привести к дополнительным погрешностям.

ТЕПЛОВАЯ ИНЕРЦИЯ

При переменной нагрузки приходится считаться с тепловой инерцией контролируемого объекта. Так, тепловая постоянная времени для контактных узлов аппаратов составляет порядка 20-30 мин,

ДОЖДЬ И СНЕГ

Дождь, туман, мокрый снег в значительной степени охлаждают поверхность объекта, измеряемого с помощью ИК-прибора, и в определенной мере рассеивают инфракрасное излучение каплями воды; ИК-контроль допускается проводить при небольшом снегопаде с сухим снегом или легком моросящем дождике.



ТЕПЛОВОЕ ОТРАЖЕНИЕ

В ряде случаев, особенно при ИК-контроле токоведущих частей, расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др. (рис.2-2).

Рис. 12 - Влияние теплового отражения

Последнее проявляется при контроле токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражательной способностью.

В результате термографическая съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение.

Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ИК-обследование объекта под различными углами зрения и изменением местоположения оператора с ИК-прибором. При необходимости на время измерения отключается освещение объекта и т.п.



НАГРЕВ ИНДУКЦИОННЫМИ ТОКАМИ

В токоведущих частях электроустановок, обтекаемых значительными токами (например, шины генераторного напряжения), зачастую наблюдаются нагревы, обусловленные индукционными токами, циркулирующими в магнитных материалах. В качестве последних в токоведущих шинах могут быть пластины шинодержателей, крепежные болты, близко расположенные металлоконструкции и т.п. Нагревы от индукционных токов, если они расположены вблизи контактных соединений, могут создавать ложное впечатление о перегреве последних.

Съемка осуществлялась тепловизором со спектральным диапазоном 2-5 мкм. На термограмме виден очаг нагрева ножа разъединителя дальней фазы и тепловое отражение на поверхности фарфорового изолятора средней фазы.

Нагрев контакта ножа разъединителя 110 кВ

ВЛИЯНИЕ ДАЛЬНОСТИ ИК-КОНТРОЛЯ

Существенное значение при ИК-контроле имеет расстояние до контролируемого объекта ввиду рассеяния и поглощения ИК-излучения в атмосфере за счет тумана, снега и других факторов.

Особенно это влияние сказывается при использовании тепловизоров, работающих в спектральном диапазоне 2-5 мкм.

При использовании пирометров необходимо, чтобы площадь наблюдения по возможности соответствовала площади контролируемого объекта. В противном случае на результаты измерения будет оказывать влияние температура окружающей среды.

Глубинные локальные тепловыделения создают слабый нагрев на поверхности, которая удовлетворяет нормам по значению превышения температуры. Поэтому допустимость глубинных локальных тепловыделений определяется по значению расчетной мощности нагрева исходя из следующих соображений.

По известным в процессе проведения испытаний стали статора значениям:

t1 - суммарное время нагрева, ч;

t2 - время от момента отключения питания намагничивающей обмотки до момента термографической съемки, ч;

T0 - превышение температуры в локальном тепловыделении сразу после отключения нагрева, °С;

T2 - превышение температуры в локальном тепловыделении в момент съемки, т.е. через время t2 после отключения питания намагничивающей обмотки, °С - определяется глубина залегания дефекта и мощность тепловыделения в очаге нагрева.

Для этого вычисляется отношение .

Для найденного значения отношения и времени t2 по кривым рис.3-1 определяют ориентировочную глубину залегания дефекта, выбирая кривую, с которой наиболее точно совпадает точка пересечения координат.

Рис. 13 - График определения глубины залегания очага нагрева



По значению t1 и найденному значению глубины залегания дефекта rx определяют параметр т (рис.3-2). Тогда мощность тепловыделения в дефекте определяется как: Вт. Найденное значение Рх не должно превышать 100 Вт.

Рис. 14 - График определения параметра т

гидропривод неисправность пирометр отражение

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ДИАГНОСТИКЕ СГП

Простейшие методы диагностики гидросистем машин

Строительно-дорожные, коммунальные и другие машины, как правило, работают в тяжелых эксплуатационных условиях. При этом большинство отказов происходит из-за неисправности компонентов гидравлических систем. Выход из строя гидропривода машины требует быстрой "постановки диагноза" и немедленного принятия решений.

Предлагаемые в статье методы диагностики достаточно подробно и наглядно описывают процедуры поиска, определения и устранения неисправностей в гидросистеме и могут послужить практическим пособием для предприятий, эксплуатирующих технику с гидроприводом.

Техническое обслуживание гидросистем. машин должно осуществляться высококвалифицированными специалистами с помощью высокоточных диагностических приборов, выводящих сведения о неполадках на компьютер. Последний должен указывать методы устранения неисправностей. Такой подход находит все более широкое применение.

Однако, даже если рядом нет грамотного специалиста, а из средств диагностирования имеются только простые приборы измерения, определить причины неисправности гидросистемы можно достаточно точно и быстро, используя логический метод их нахождения. При этом необходимо хорошо понимать основные принципы гидравлики и знать основы работы и устройства каждого элемента гидропривода.

Как остановить машину?

Если возникшая неисправность привела к потере функций машины, или (и) негативно сказывается на безопасности ее эксплуатации, или наносит вред окружающей среде (например, обрыв рукава высокого давления), то машину следует немедленно остановить.

Для обеспечения безопасности при остановке машины необходимо провести следующие мероприятия:

* опустить все подвешенные рабочие органы машины или зафиксировать их механическим способом;

* сбросить давление во всей гидросистеме;

* разрядить все гидроаккумуляторы;

* снять давление с преобразователей давления;

* выключить электрическую управляющую систему;

* отключить электрическое питание.

При этом следует учесть, что рабочие жидкости, используемые в гидроприводах, являются малосжимаемыми по сравнению с газом и при снижении давления расширяются незначительно. Однако в тех местах гидросистемы, где может находиться сжатый газ (из-за недостаточной деаэрации или при подключенном гидроаккумуляторе), уменьшать давление следует очень осторожно.

Как подойти к поиску неисправности?

Неисправности гидравлической системы можно разделить на два вида:

* неисправности, не влияющие (безусловно, до определенного времени) на функционирование машины, - функциональная неполадка в гидросистеме (например, повышение утечки, температуры и т.п.);

* неисправности, влияющие на функционирование машины, - функциональная неполадка в машине (например, снижение производительности).

Поиск разных видов неисправностей выполняется по разным алгоритмам.

Возможны случаи, когда одна и та же неисправность (например, насоса) может привести к функциональной неполадке и в машине (снизив производительность), и в гидросистеме (повысив уровень шума).

Опыт показал, что поиск неисправностей предпочтительно начинать с основных проблем и прорабатывать тестовые процедуры, учитывая такие признаки, как повышение температуры, шума, утечки и т.п., в качестве "путеводных нитей".

При этом решающее значение имеет здравый смысл, так как определенные симптомы могут непосредственно указать на проблемную область. Струя масла, вытекающая из-под уплотнения гидроцилиндра, указывает, где находится проблемная область.

Однако некоторые симптомы являются не столь очевидными. Если в каком-либо узле имеет место утечка потока при переходе от высокого давления к низкому, то в нем происходит локальное выделение тепла, что не всегда удается сразу же обнаружить.

С чего бы вы ни начинали поиск, на определенные вопросы необходимо получить ответ до того, как начнете действовать. Если имеется сообщение о какой-либо проблеме, то необходимо собрать как можно больше фактической информации. Возможно, эта проблема уже имела место и зафиксирована в эксплуатационных документах. В этом случае можно сэкономить много времени. Следует проверить, не проводились ли в системе незадолго до возникновения неисправности какие-либо работы по техническому обслуживанию или настройке. Следует определить точную природу неисправности: возникла она внезапно или развивалась постепенно, в течение продолжительного времени, на работу каких частей машины она влияет.

Как определить простейшие неисправности?

Определить неисправности можно двумя способами:

* с помощью органов чувств;

* с помощью приборов и инструментов.

Простейшие неисправности гидравлической системы можно определить с помощью органов чувств - увидев, ощутив, услышав, - причем очень быстро. На практике многие проблемы решаются именно таким способом, без применения каких-либо инструментов.

Научитесь видеть!

Что вы видите? Где вы видите? Причина неисправности

Подтекание рабочей жидкости. В местах соединений элементов .

Слабая затяжка резьбовых соединений.

- Разрушение уплотнительных элементов (манжет, колец)

Вспенивание рабочей жидкости. В масляном баке. Подсос воздуха во всасывающей гидролинии.

- Низкий уровень рабочей жидкости в баке

Недостаточная скорость выполнения операций Рабочие органы машины

Большие утечки рабочей жидкости.

Недостаточная подача насоса.

Недостаточное усилие при выполнении операций.

Рабочие органы машины.

Большие утечки рабочей жидкости в системе.

Неправильная настройка предохранительного клапана.

Научитесь слышать!

Что вы слышите? Где вы слышите? Причина неисправности.

Шум при работе насоса Насос.

Кавитация во всасывающем трубопроводе.

Несоосность валов насоса и приводной установки.

Износ приводных редукторов и муфт.

Шум и стук при работе клапанных аппаратов Клапан - Засорен клапан.

Сломана пружина.

Разрегулирован клапанный узел.

Научитесь ощущать!

Что вы ощущаете? Где? Причина неисправности.

Нагрев рабочей жидкости до температуры более 60 °С. На трубопроводах. Низкий уровень рабочей жидкости в баке.

- Засорены фильтры.

- Засорен сапун.

- Неисправен гидромотор (износ поршней и распределителя, выход из строя подшипников).

Нагрев гидрораспределителей. На корпусе гидрораспределителя и прилегающих к нему трубопроводах слива рабочей жидкости. Неисправен гидрораспределитель (износ золотников, неисправность клапанов).

Если с помощью органов чувств не удалось выявить неисправность, то необходимо использовать приборы: манометры, расходомеры и т.п.

Как подойти к поиску более сложных неисправностей?

Перед тем как начинать поиск неисправностей, нужно четко знать, какие параметры гидравлической системы необходимо измерить, чтобы получить информацию о месте нахождения неисправности, и с помощью каких специальных инструментов, приборов и оборудования это сделать.

Измеряемые параметры.

Для нормального функционирования машины на ее рабочий орган должна быть передана определенная сила (крутящий момент) с определенной скоростью и в определенном направлении. Соответствие этих параметров заданным и должен обеспечить гидропривод, преобразующий гидравлическую энергию потока жидкости в механическую энергию выходного звена. Правильная работа рабочего органа зависит от параметров потока - расхода, давления и направления.

Следовательно, для проверки работы гидравлической системы необходимо проверить один или несколько из этих параметров. Для принятия решения о том, какие параметры надо проверить, необходимо получить полную информацию о неисправности.

Часто сообщение о неисправности в машине состоит из довольно неточной информации, например: "недостаточная мощность". Мощность зависит как от усилия на выходном звене, так и от его скорости, т.е. от двух параметров. В этом случае для принятия решения о том, какой параметр нужно проверить, следует задать более целенаправленные вопросы: привод работает слишком медленно или он не развивает требуемого усилия или крутящего момента?

После определения сути неисправности (недостаточная скорость или сила, неправильное направление движения рабочего органа) можно определить, отклонение какого параметра потока (расхода, давления, направления) от требуемого значения привело к этой неисправности.

Хотя процедура поиска неисправности основана на контроле расхода, давления и направления потока, имеются и другие параметры системы, которые можно измерить как с целью локализации неисправного узла, так и для определения причин его неисправности:

* давление на входе в насос (вакуумметрическое) - для выяснения неисправностей во всасывающих линиях;

* температура - обычно более высокая температура одного

из узлов системы (по сравнению с температурой остальных) является верным признаком того, что имеет место утечка;

* шум - при систематических и рутинных проверках шум является хорошим индикатором состояния насоса;

* уровень загрязнения - при неоднократном появлении отказов гидросистемы следует проверить загрязненность рабочей жидкости для определения причин неисправности.

Специальные приборы, инструменты и оборудование.

В гидравлической системы давление обычно измеряется манометром или вакуумметром, а расход - расходомером. Кроме этого, для специалиста по диагностике могут быть полезны и другие приборы и инструменты:

* преобразователь давления и самописец - если точность измерения давления должна быть выше точности, которую обеспечивает манометр, а также если необходимо измерить давление при переходном процессе или при действии реактивных возмущений со стороны внешней нагрузки (преобразователь давления выдает переменное напряжение, зависящее от приложенного давления);

* градуированный сосуд и секундомер - при измерении очень малых расходов, например утечек, с их помощью можно получить большую точность, чем при измерении расходомером;

* температурный датчик или термометр - для измерения температуры в гидравлическом баке можно установить температурный датчик (часто его совмещают с индикатором уровня рабочей жидкости), причем рекомендуется пользоваться датчиком, выдающим сигнал тревоги, как только температура рабочей жидкости становится слишком низкой или слишком высокой;

...