Техническая характеристика машин и оборудования

Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов.

Лекция 7.

Техническая характеристика машин и оборудования.

Недостатком действующей системы планово-предупредительных ремонтов является слабая ориентация на техническое обслуживание оборудования в том числе и на диагностику. оборудование нередко ремонтируется преждевременно только потому, что это положено в связи с истечением установленного срока его эксплуатации. Не допустить это может только правильно организованное техническое диагностирование оборудования. Одна из основных задач диагностики технического состояния элементов машины – наиболее полное использование ресурса её основных агрегатов. Прогнозируя остаточный ресурс изделий от момента контроля до его предельного состояния, можно обеспечить разумное управление техническим состоянием машины и полнее использовать ресурс агрегатов при условии сохранения уровня их безотказности в прогнозируемый период.

Метод диагностики и прогнозирования времени наступления ремонта содействует продлению сроков службы оборудования и сокращает излишние работы, связанные с его ремонтом. почти полностью исключаются случаи непредвиденного аварийного выхода оборудования из строя, а так же случаи окончательного выхода из строя оборудования из-за технической невозможности или экономической нецелесообразности его ремонта после аварии. Диагностика повышает ответственность за содержание и эксплуатацию оборудования. Это значительно сокращает общие затраты на ремонт и эксплуатацию оборудования.

1. Основные понятия и определения.

Диагностика – отрасль науки, изучающая и устанавливающая признаки неисправного состояния, а так же методы, принципы и средства, при помощи которых дается заключение о характере и существе неисправностей системы без её разборки и производится прогнозирование её ресурса. Техническая диагностика машин представляет собой систему методов и средств, применяемых при определении технического состояния машины без её разборки. При помощи технической диагностики можно определить состояние отдельных деталей или частей машин, производить поиск неисправностей, вызвавших остановку или ненормальную работу машины.

Техническая диагностика возникла и развивается как раздел теории измерений. Её изучение заключается в изучении и обосновании способов косвенных измерений скрытых параметров механизма по характеру его функционального поведения. Объектом технической диагностики может быть устройство или его элемент. Условимся объект технической диагностики называть механизмом. Простейшим объектом технической диагностики будет кинематическая пара или сопряжение. Механизм можно рассматривать в двух аспектах: с точки зрения структуры и способа функционирования. Каждый из аспектов имеет свои особенности, описываемые своей системой понятий.

Рекомендуемые материалы

Под структурой системы понимается взаимосвязь, взаиморасположение основных частей (элементов), характеризующих устройство и конструкцию системы.

Параметр – качественная мера, характеризующая свойства системы, элемента или явления. Значение параметра – количественная мера параметра. Структура механизма определяется предписываемыми ему функциями (например, кривошипно-шатунный механизм, планетарный механизм и пр.).

При структурном подходе имеют дело с размерами и формой деталей, с зазорами в кинематических парах и сопряжениях и с другими свойствами элементов механизма, обеспечивающими его нормальную работу.

Основным понятием технической диагностики, связанным со структурным аспектом, будет состояние механизма (исправность, работоспособность и т.п.). свойства структуры механизма в некоторый момент времени могут быть охарактеризованы совокупностью, структурных параметров:

Структурный параметр  - качественная мера, характеризующая свойство системы или её элемента (геометрическая форма, размеры, шероховатость поверхности элементов и т.д.). структурные параметры -  переменные величины. При изготовлении механизма они зависят от различных технологических факторов, а в период эксплуатации – от степени износа и разрушения деталей. Чтобы задать начало отсчета параметров, вводят понятие идеального механизма. Под идеальным механизмом подразумевается воображаемая система, структура которой с абсолютной точностью соответствует проекту. В идеальном механизме отсутствуют, какие бы то ни было нарушения и дефекты.

Обозначим значение параметра состояния идеального механизма буквой . Тогда:

будет характеризовать отклонение i-го параметра диагностируемого механизма от параметра его идеального прототипа. Очевидно, что свойства структуры механизма, могут быть охарактеризованы различными наборами параметров. Так свойства подшипника можно задать диаметром вала d, диаметром втулки D и зазором между нимиh. Таким образом, между некоторыми параметрами структуры возможны зависимости вида:

.

Например,  для подшипника такой зависимостью будет:

H=D-d.

Для повышения степени объективности оценки на совокупность параметров структуры накладывается условие минимальности. Совокупность параметров будет минимальной, ни одна из этих величин не может функционально выражаться через значения других параметров, входящих в эту совокупность. Каждый параметр минимальной совокупности может изменятся независимо от других параметров.

Помимо условия минимальности, совокупность параметров, описывающих структуру механизма, также должна удовлетворять условию полноты. Совокупность параметров  будет полной, если значения их величины позволяют принимать однозначные решения о необходимом ремонте и обслуживании механизма.

Очевидно, что набор параметров   и их число, используемое для описания структуры механизма, будут меняться в зависимости от целевой установки при использовании диагностической информации. Так при заводском контроле выпускаемых машин их структура будет характеризоваться набором параметров (размеры, форма, шероховатость поверхности),который отличается от набора параметров при диагностике этих устройств в условиях эксплуатации (безотказность, долговечность, ресурс).

Состоянием механизма называется полная минимальная совокупность параметров , характеризующих отклонение структуры механизма от структуры его идеального прототипа.

При функциональном подходе работающий механизм рассматривается как единая система, порождающая различные процессы: передачу механической энергии, излучение тепла, потребление какой-либо энергии и т.д. Все эти процессы можно охарактеризовать совокупностью выходных параметров S₁, S₂ . . .S_U.

Выходной параметр – качественная мера внешнего проявления свойств системы выходными параметрами являются мощность и крутящий момент, производительность, тормозные усилия и т.д. Величина этих параметров зависит от состояния машины и режима работы (скорости, нагрузки и т.д.). на основании этого выходные параметры механизма будут рассматриваться как функции состояния:

S_i=S_i(x₁,x₂…x_u).

В технической диагностике различают три класса функций состояния: критерий эффективности, ресурс механизма и параметры диагностического сигнала.

2. Критерии эффективности механизма.

Этот класс функций состояния представляет собой числовые характеристики способности механизма выполнять заданную работу. Наиболее часто применяются такие показатели эффективности как КПД, производительность механизма, грузоподъемность и т.д. критерии эффективности механизма в диагностике, чаще встречаются в качестве искомого неизвестного. Если показатели эффективности находятся в допустимых пределах, то обычно этим этапом диагностирования ограничиваются. Если же эффективность механизма по какому-либо критерию ниже допустимого уровня, то диагностирование продолжается до выявления параметров состояния, которые привели к снижению его эффективности. В отличии от параметров состояния  критерии эффективности поддаются непосредственному измерению. Так существуют установки для измерения мощности, расхода топлива и т.д.

Параметры же состояния непосредственно замерить нельзя, т.к. элементы механизма закрыты, и доступ внутрь затруднен.

3. Ресурс механизма.

Этот класс определяется длительностью интервала времени, в течение которого механизм будет исправно функционировать до предельного состояния. Такая функция состояния считается важнейшей характеристикой механизма и всегда является искомой диагностической задачи. Для определения ресурса необходимо знать величину каждого существенного параметра состояния механизма . Для характеристики механизма с точки зрения его ресурса в условия диагностической задачи, включают, наряду со значениями параметров идеального механизма , также критические значения этих параметров .  Предполагается, что при достижении некоторым параметром  критической величины ,  (например, максимально допустимая температура или зазор в сопряжениях), механизм не может дальше использоваться и подлежит ремонту. Если значение хотя бы одного параметра  превышает критическое , то ресурс механизма равен нулю. Номинальная разность  может служить оценкой ресурса механизма.

Прогнозирование технического состояния механизма может быть осуществлено путем определения коэффициента работоспособности, который позволяет оценить не только пригодность проверяемых частей, но и предсказать время их отказа.

0<к_р<1

где  - допустимый зазор;

 - замеренный зазор.

Коэффициент работоспособности к_р  уменьшается с увеличением пробега или наработки механизма. По его величине можно судить об остаточном ресурсе до появления отказа в агрегате.

1. Параметры диагностического сигнала.

Этот класс функций состояния включает в себя числовые характеристика различных выходных процессов, сопутствующих работе механизма и допустимых для непосредственного измерения. Сами по себе процессы, образующие диагностический сигнал, как правило, не имеют существенного значения с точки зрения работоспособности механизма. Однако они служат источником информации о состоянии механизма. Параметрами сигнала, давно используемыми для контроля состояния механизма, являются температура в различных точках, уровень излучаемого шума, цвет масла, прозрачность выхлопных газов и т.д.

Обозначим параметры диагностического сигнала через S₁, S₂ . . .S_ш.  на их совокупность можно положить рассмотренные выше условия минимальности и полноты. Если существуют однозначные функции  для каждого из n параметров x_i , то совокупность параметров S_i=S_i(S₁,S₂…S_ш) полно сточки зрения решаемой задачи. Если  - четные значения параметра состояния в момент времени t, а S₁, S₂ . . .S_ш  - значение параметров сигнала в тот же момент, то совокупность параметров сигнала можно считать полной, при:

-≤ Δi

где ΔI – допустимая ошибка в определении параметра состояния.

Диагностическим сигналом будем называть полную совокупность функции состояния S₁, S₂ . . .S_ш каждая из которых может быть непосредственно измерена на работающем механизме. функции состояния, в частности, диагностический сигнал S₁, S₂ . . .S_ш , снимаемый с механизма, определяется не только его состоянием x₁,x₂…x_n , но и другими переменными, называемыми внешними условиями. Их можно разделить на три группы факторов:

1) Управляющие, которые могут изменяться персоналом, производящим диагностирование, по его усмотрению. К ним относятся, например, установка рычагов управления механизмом.

2) Контролируемые, которые в процессе диагностирования можно измерить, но нельзя изменить. К ним относится состояние среды,  в которой работает механизм (температура им состав воздуха, напряжение и частота тока и др.).

3) Неконтролируемые – это всевозможные функции окружающей среды, контроль которых затруднен. Неконтролируемые факторы вносят погрешность в диагностические решения и поэтому называются помехой.

Диагностические сигналы должны удовлетворять следующим требованиям:

· Доступности и точности измерений.

· Каждое значение измеренного диагностического параметра должно однозначно определять значение структурного параметра, т.е. размеры детали, величину зазора в сопряжении и т.д.

· Должны иметь широкий диапазон изменения диагностического параметра, соответствующего определенному интервалу изменений структурного параметра.

5.  Применяемые методы и средства технической диагностики.

Основой современной технической диагностики является практическая диагностика, при которой в качестве средств диагностирования используются органы чувств человека, определяющими состояние механизма по звуку, световым явлениям, вибрациям, тепловым излучениям, запаху вкусу и т.д., являющимися по существу диагностическими сигналами, косвенно представляющими собой действительное состояние механизма. Качество практического диагноза зависит от субъективных свойств человека, производящего диагноз. В отличии от практической, техническая диагностика используется приборами, дающими возможность более объективно определять состояние машин, а так же воспринимать диагностические сигналы. В зависимости от условий проведения диагностирования применяются следующие виды технической диагностики.

1) Техническая диагностика, проводимая в динамике механизма: по параметрам рабочих процессов (мощность, расход топлива, производительность, давление); по диагностическим параметрам, косвенно характеризующим техническое состояние (температура, шум, вибрация и т.п.).

2) Техническая диагностика, выполняемая в статике механизма – по структурным параметрам (износ деталей, зазор в сопряжениях). В зависимости от вида диагностических параметров применяют следующие методы технической диагностики: измерение потерь на трение в механизмах; определение теплового состояния механизмов; проверку состояния сопряжений; установленных размеров; шума и вибраций в работе механизма; анализ картерного масла и др.

В случае выявления отклонения технического состояния агрегата от установленных норм, приступают к поэлементной диагностике. При этом в первую очередь проверяют механическое состояние деталей, которое в первую очередь определяют работоспособностью механизма (клапаны бурового насоса, опора ротора, поршневая группа ДВС). Глубина диагностики механизма ограничивается получением ответа на вопрос: необходима ли разборка механизма? Существующие методы и средства технической диагностики не дают возможности определить остаточный ресурс систем и узлов оборудования. Для этого пользуются таблицами или номограммами, составленными на основании изучения изменений структурных параметров механизма в прошлом.

6. Средства диагностики технического состояния оборудования.

Служат для фиксирования и измерения величины диагностических признаков. Для этого применяют приборы, приспособления и стенды сообразно характеру диагностических признаков и методам диагностики. Значительное место среди них занимают электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры и т.д.), датчики. В зависимости от полноты и степени механизации технологических процессов диагностику можно проводить выборочно, только для контроля технического состояния отдельных механизмов, или комплексно для проверки сложных агрегатов, таких как двигатель. В первом случае диагностические приборы используются в качестве переносных, во втором случае приборы комбинируют в виде стендов. Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота пользования при минимальной затрате времени. В дальнейшем, помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения в систему диагностических средств, включают комплексы элементарной аппаратуры.

7. Место диагностики в технологическом процессе технического обслуживания.

Диагностика является составной частью технического обслуживания машин. По объему, методам и глубине операций она может быть комплексной и поэлементной.

Комплексная диагностика выявляет нормальное функционирование, эффективность, работоспособность машины в целом. Цель её – определить соответствие норам выходных эксплуатационных показателей. Проверяемых агрегатов (мощность ДВС, производительность насоса и т.д.).

Поэлементная диагностика определяет причину нарушения работы агрегатов обычно по сопутствующим косвенным признакам, например, причину потери мощности двигателя – по компрессии или по прорыву газов в картер; причину потерь в трансмиссии – по вибрациям или нагревам и т.д.

Вообще диагностику проводят на нескольких уровнях:

Бесплатная лекция: "5 Основные тождества алгебры множеств" также доступна.

1) На уровне машины в целом.

2) На уровне её агрегатов.

3) На уровне систем, механизмов и деталей.

Место диагностики в технологическом процессе технического обслуживания машины зависит от развития её методов и средств. Поэтому при решении вопроса о месте диагностики не искать единых, универсальных форм. Необходимо исходить во первых из обеспечения удобства технического обслуживания и ремонта и во вторых из периодичности, обусловленной заданным условием безотказной работы. Введение диагностики в технологический процесс технического обслуживания влечет за собой ряд изменений, требует пересмотра объемов профилактических работ.

Литература:

Авербух, Калашников и др. «Ремонт и монтаж бурового НПО».