Техническая диагностика — область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Назначение технической диагностики в обшей системе технического обслуживания — снижение объема затрат на стадии эксплуатации за счет проведения целевого ремонта.
Техническое диагностирование — процесс определения технического состояния объекта. Оно подразделяется на тестовое, функциональное и экспресс-диагностирование.
Периодическое и плановое техническое диагностирование позволяет:
выполнять входной контроль агрегатов и запасных узлов при их покупке;
свести к минимуму внезапные внеплановые остановки технического оборудования;
управлять старением оборудования.
Комплексное диагностирование технического состояния оборудования дает возможность решать следующие задачи:
проводить ремонт по фактическому состоянию;
увеличить среднее время между ремонтами;
уменьшить расход деталей в процессе эксплуатации различного оборудования;
уменьшить объем запасных частей;
сократить продолжительность ремонтов;
повысить качество ремонта и устранить вторичные поломки;
продлить ресурс работающего оборудования на строгой научной основе;
повысить безопасность эксплуатации энергетического оборудования:
уменьшить потребление ТЭР.
Тестовое техническое диагностирование — это диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия (например, определение степени износа изоляции электрических машин по изменению тангенса угла диэлектрических потерь при подаче напряжения па обмотку двигателя от моста переменного тока).
Функциональное техническое диагностирование — это диагностирование, при котором измеряются и анализируются параметры объекта при его функционировании но прямому назначению или в специальном режиме, например определение технического состояния подшипников качения по изменению вибрации во время работы электрических машин.
Экспресс-диагностирование — это диагностирование по ограниченному количеству параметров за заранее установленное время.
Объект технического диагностирования — изделие или его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).
Техническое состояние — это состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями диагностических параметров, установленных технической документацией на объект.
Средства технического диагностирования — аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).
Встроенные средства технического диагностирования — это средства диагностирования, являющиеся составной частью объекта (например, газовые реле в трансформаторах на напряжение 100 кВ).
Внешние устройства технического диагностирования — это устройства диагностирования, выполненные конструктивно отдельно от объекта (например, система виброконтроля на нефтеперекачивающих насосах).
Система технического диагностирования — совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным технической документацией.
Технический диагноз — результат диагностирования.
Прогнозирование технического состояния это определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени, в течение которого сохранится работоспособное (неработоспособное) состояние объекта.
Алгоритм технического диагностирования — совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования.
Диагностическая модель — формальное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования. Диагностическая модель может быть представлена в виде совокупности графиков, таблиц или эталонов в диагностическом пространстве.
Существуют различные методы технического диагностирования:
Визуально-оптический метод реализуется с помощью лупы, эндоскопа, штангенциркуля и других простейших приспособлений. Этим методом пользуются, как правило, постоянно, проводя внешние осмотры оборудования при подготовки его к работе или в процессе технических осмотров.
Виброакустический метод реализуется с помощью различных приборов для измерения вибрации. Вибрация оценивается по виброперемещению, виброскорости или виброускорению. Оценка технического состояния этим методом осуществляется по общему уровню вибрации в диапазоне частот 10 — 1000 Гц или по частотному анализу в диапазоне 0 — 20000 Гц.
Взаимосвязь параметров вибрации
Тепловизиониый (термографический) метод реализуется с помощью пирометров и тепловизоров. Пирометрами измеряется температура бесконтактным способом в каждой конкретной точке, т.е. для получения информации о температурном ноле необходимо этим прибором сканировать объект. Тепловизоры позволяют определять температурное поле в определенной части поверхности диагностируемого объекта, что повышает эффективность выявления зарождающихся дефектов.
Метод акустической эмиссии основан на регистрации высокочастотных сигналов в металлах и керамике при возникновении микротрещин. Частота акустического сигнала изменяется в диапазоне 5 — 600 кГц. Сигнал возникает в момент образования микротрещин. По окончании развития трещины он исчезает. Вследствие этого при использовании данного метода применяют различные способы нагружения объектов в процессе диагностирования.
Магнитный метод используется для выявления дефектов: микротрещин, коррозии и обрывов стальных проволок в канатах, концентрации напряжения в металлоконструкциях. Концентрация напряжения выявляется с помощью специальных приборов, в основе работы которых лежат принципы Баркгаузсна и Виллари.
Метод частичных разрядов применяется для выявления дефектов в изоляции высоковольтного оборудования (трансформаторы, электрические машины). Физические основы частичных разрядов состоят в том, что в изоляции электрооборудования образуются локальные заряды различной полярности. При разнополярных зарядах возникает искра (разряд). Частота этих разрядов изменяется в диапазоне 5 — 600 кГц, они имеют различную мощность и длительность.
Существуют различные методы регистрации частичных разрядов:
метод потенциалов (зонд частичных разрядов Lemke-5);
акустический (применяются высокочастотные датчики);
электромагнитный (зонд частичных разрядов);
Для выявления дефектов в изоляции станционных синхронных генераторов с водородным охлаждением и дефектов в трансформаторах на напряжение 3 — 330 кВ применяется хромотографический анализ газов . При возникновении различных дефектов в трансформаторах в масле выделяются различные газы: метан, ацетилен, водород и т.д. Доля этих растворенных в масле газов чрезвычайно мала, но тем не менее имеются приборы (хромотографы), с помощью которых указанные газы выявляются в трансформаторном масле и определяется степень развития тех или других дефектов.
Для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в изоляции в высоковольтном электрооборудовании (трансформаторы, кабели, электрические машины) применяется специальный прибор — мост переменного тока. Этот параметр измеряется при подаче напряжения от номинального до 1,25 номинального. При хорошем техническом состоянии изоляции тангенс угла диэлектрических потерь не должен изменяться в этом диапазоне напряжения.
Графики изменения тангенса угла диэлектрических потерь: 1 — неудовлетворительное; 2 — удовлетворительное; 3 — хорошее техническое состояние изоляции
Кроме того, для технического диагностирования валов электрических машин, корпусов трансформаторов могут использоваться следующие методы: ультразвуковой, ультразвуковая толщинометрия, радиографический, капиллярный (цветной), вихретоковый, механические испытания (твердометрия, растяжение, изгиб), рентгенографическая дефектоскопия, металлографический анализ.
В условиях эксплуатации необходимо знать техническое состояние каждой конкретной машины.
Отказ машины происходит внезапно, но подготовка этого отказа производится в течение определенного времени: изнашивание деталей, усталостные явления, изменение свойств смазочных материалов и другие процессы зависят от времени и условий эксплуатации.
Для заблаговременного выяснения результатов этих процессов применяют техническое диагностирование машин (от греческого слова «diagnosticos» — способный распознать). Техническое диагностирование позволяет устанавливать техническое состояние машины в данный момент, а также прогнозировать изменение технического состояния машины с целью установления предполагаемого момента отказа.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Для определения возможного момента отказа машины необходимо знание первоначального технического ее состояния и закономерностей процессов, обусловливающих снижение ее работоспособности. Основным затруднением в этой задаче является то, что процессы, снижающие работоспособность машин, зависят от очень большого числа трудно поддающихся учету условий работы. Это приводит к тому, что их действие носит весьма вероятностный характер, не обеспечивающий необходимой точности предсказания.
В то же время периодически проводимые операции диагностирования позволяют осуществлять необходимое уточнение, дающее возможность с достаточной для практики точностью предсказывать момент появления отказа или же приближения к моменту необходимости проведения ремонта.
При проведении технического диагностирования состояния машины необходимо, в „основном определить величину ее разрегулировки и износа деталей. Определение этих величин путем их непосредственного замера вызвало бы необходимость полной разборки машины, что практически невозможно по экономическим и организационно-техническим соображениям.
Диагностирование выполняют только в том случае, если можно определять техническое состояние как самой машины, так и ее деталей и сборочных единиц без разборки, пользуясь только внешними данными. Так, например, неточность изготовления или износ деталей редуктора определяют путем анализа их зависимости от издаваемого редуктором шума и величины его вибрации.
По степени охвата техническое диагностирование разделяется на общее и локальное.
Общая система диагностирования предназначена для выявления степени изменения основных функций машины по сравнению с эталонной машиной, например установление отношения реальных возможностей машины к расчетным.
Выводы общей системы диагностирования используют при комплексной оценке технического состояния машины и для принятия решений о необходимости ее направления в ремонт.
Локальная система диагностирования, т. е. система диагностирования составной части машины, предназначена для выявления и оценки имеющихся в машине конкретных дефектов, что необходимо для быстрого и точного поиска места поломки, а также для своевременного предотвращения отказов.
Результаты технического диагностирования могут быть использованы для решения следующих задач: – определения и устранения причин, вызывающих отказы и разрушение сборочных единиц или аварийные износы деталей; – предсказания процессов изнашивания деталей и на основе их анализа установления вероятного времени наступления отказа машины; – разработки графиков технического обслуживания и ремонта машин.
Техническое диагностирование можно выполнять тремя основными методами: статистическим, граничных испытаний и инструментальным.
При статистическом методе моменты отказа прогнозируют на основе обработки результатов достаточно полной и математически обоснованной информации об отказах как элементов, так и самих машин.
Точность прогнозирования момента отказа для отдельно взятой машины невелика, но для большой группы машин она достаточна, что позволяет ее закладывать в основу составления графиков ППР.
Метод граничных испытаний, основанный на определении прогнозирующих параметров машины или ее элементов в условиях ускоренных (ужесточенных) испытаний, позволяет с достаточной точностью и быстротой устанавливать слабые элементы и типовые дефекты, тем самым существенно дополняя данные статистического метода.
Инструментальный метод, базирующийся на применении диагностирующей аппаратуры, обеспечивает необходимую корректировку данных, полученных первыми двумя методами, за счет установления реального технического состояния машины и его изменения в конкретных условиях эксплуатации.
Из применяемых при инструментальном методе многочисленных способов для общего диагностирования применяют механический и акустический способы, с помощью которых возможна приблизительная оценка технического состояния машины.
Для точной оценки технического состояния открытых сборочных единиц машины с помощью технического диагностирования применяют в основном акустические способы, позволяющие оценить величину износа и разрегулировки кинематических пар; электрические способы, позволяющие проверять электроаппаратуру и некоторые сборочные единицы (например, годность стальных канатов или тормозов); химические способы, которыми оценивают состояние двигателей, смазываемых сборочных единиц и гидравлических систем; спектрографические способы, позволяющие оценить величину износа кинематических пар.
Диагностические посты используют одновременно несколько диагностических методов, результаты которых кодируются и обрабатываются на ЭВМ.
Ниже приводятся основные положения по техническому диагностированию различных систем и сборочных единиц машин.
Диагностирование смазочной системы. Общее диагностирование смазочной системы производят путем контроля температуры, количества и давления масла как на холостом ходу, так и на рабочей скорости, а также технического состояния фильтров и насоса.
Значительное повышение давления свидетельствует о засорении смазочной системы или же о дефекте редукционного клапана, а также об использовании масла повышенной вязкости.
Диагностирование масляного насоса основывается на определении его объемной подачи и развиваемого давления при температуре масла 75—85 °С.
Для диагностирования фильтров грубой очистки рекомендуется использовать устройства, работающие по принципу оценки перепада давления масла до и после фильтра.
Диагностирование пневмо- и гидросистем. Для быстрой дефек-товки неисправностей пневмо- и гидросистем рекомендуется использовать схемы движения потоков и функциональные циклограммы. На схемах движения указывают пути движения сред для каждого цикла системы в виде цифровых, буквенных и условных обозначений. Функциональные циклограммы представляют собой таблицы, в которых с помощью букв указано состояние элементов системы для каждой части цикла машины, что позволяет устанавливать их взаимодействие и последовательность работы.
Поиск дефектов систем значительно облегчают также специальные диагностические поисковые схемы, составляемые по всем основным неисправностям.
Техническое диагностирование гидропривода основывается на анализе изменений объемного КПД (отношение полезной мощности насоса к сумме полезной мощности и мощности, потерянной с утечками), гидравлической мощности (произведения расхода рабочей жидкости на ее давление) и акустического спектра.
Первые два показателя применяют для общего диагностирования сборочных единиц, позволяющего устанавливать степень экономической целесообразности их дальнейшей эксплуатации. Анализ акустического спектра дает возможность локализовать расположение дефектов.
Общее диагностирование гидросистем можно также производить путем замера эффективности ее работы при нормальной загрузке, для чего измеряют продолжительность выполнения соответствующих рабочих движений и сравнивают ее с нормативной продолжительностью.
Диагностирование фрикционов и тормозов. Общее диагностирование фрикционных муфт сцепления можно производить при медленном трогании с места полностью заторможенной машины на полной частоте вращения двигателя. Если двигатель остановился и заглох, то это свидетельствует об удовлетворительном техническом состоянии муфты. Если двигатель не останавливается, то это означает, что муфта пробуксовывает из-за неисправностей: нарушена регулировка, произошло замасливание или износ фрикционных элементов, наблюдается ослабление нажимных пружин.
Диагностирование механизма сцепления проводят путем замера линейкой величины свободного хода педали и определения разности частоты вращения ведущих и ведомых частей механизма при его работе под нагрузкой с помощью стробоскопических лампы или прибора.
Для диагностирования тормозов ходового устройства машин пользуются стендами. Больше всего распространены стенды, позволяющие определять как величину тормозных сил на каждом колесе, так и замедление или тормозной путь каждого колеса. В первом случае замеряют сопротивления, возникающие при торможении колес, а во втором регистрируют максимальное угловое замедление каждого ролика, его тормозной путь и реактивный момент.
При гидравлических тормозах дополнительно оценивают с помощью диаграммописцев зависимость между силой нажатия на педаль и тормозной силой.
Общая оценка технического состояния тормозной системы может быть произведена с помощью десселерометров, работающих на основе регистрации величины максимального замедления при торможении с помощью устройств, учитывающих образующиеся при торможении инерционные силы.
Синхронность действия тормозов проверяют дифференциальными электросекундомерами, позволяющими учитывать разность во времени включения тормозов колес, расположенных на одной оси машины.
Диагностирование тормозов кранов основано на применении блок-схем структурно-следственных связей, обеспечивающих возможность быстрого обнаружения дефектов и разрегулировок. В этих блок-схемах указана взаимосвязь между причинами и следствиями различных повреждений машин.
При локализации дефектов тормозов кранов рекомендуется обращать внимание на тормозные пружины, техническое состояние которых оценивают по развиваемому усилию, регистрируемому с помощью преобразователей давления, а также на сопротивление обмоток катушек электромагнитных тормозов. Начальный зазор в магнитопроводе тормоза замеряют обычным мерительным инструментом. Эллипсность тормозных барабанов определяют с помощью термощупов путем измерения температуры на поверхности обода: максимальная температура обода будет в местах наибольшего трения шкива о тормозные накладки.
Диагностирование гидротолкателей производят способами, применяемыми при контроле гидросистем.
Общее состояние тормозов гусеничной машины легко проверить, устанавливая ее на крутом (20°) склоне. Если в этом положении тормоза удерживают машину, то их признают исправными.
Диагностирование передач. При диагностировании передач определяют техническое состояние подшипников, зубчатых колес, звездочек, цепей, ремней и шкивов.
Диагностирование подшипников качения производят с помощью акустических и механических способов, а также контроля их температуры на ощупь.
Общее диагностирование зубчатых передач осуществляют, проверяя их на легкость включения (для коробки передач), учитывая развиваемый ими шум, измеряя люфты, а также путем количественного и качественного анализа продуктов изнашивания в кар-терном масле.
Диагностирование карданной передачи производят путем замера ее окружного люфта в карданах и шлицевых соединениях.
Диагностирование цепных передач заключается в замере величины изнашивания цепей и звездочек, а также в визуальном осмотре их рабочих поверхностей и замере величины натяжения цепи.
Диагностирование ременных передач проводят, измеряя их натяжение, а также путем визуального осмотра лент, ремней и шкивов.
Диагностирование органов управления и ходового устройства машин. Диагностирование органов управления машин производят путем определения величины износа и люфтов сопряженных деталей, деформации рычагов и тяг, нарушения регулировок.
Диагностирование пневматического ходового устройства машин заключается в определении разрегулировки углов установки колес с помощью стендов и приспособлений. Состояние шин проверяют путем установления величины давления находящегося в них воздуха и сравнения ее с нормативными данными, указанными в паспорте машины. Наличие посторонних металлических предметов в шинах устанавливается портативными металлоиндикаторами.
Для обнаружения утечки воздуха из шин применяют приборы, работающие по принципу преобразования ультразвука в звук, воспринимаемый ухом человека. Воздух, вырывающийся с большой скоростью из небольших отверстий (диаметром менее 0,05 мм), вызывает ультразвук, который и обнаруживается прибором.
Диагностирование гусеничного ходового устройства складывается из установления величины износа гусеничных цепей, качества регулирования их натяжения, определения зазоров в подшипниках, износа направляющих колес опорных роликов и проверки герметичности уплотнений.
Службу технического диагностирования машин организуют с помощью стационарных диагностирующих постов, обслуживающих мобильные строительные машины типа автокранов, погрузчиков на пневматическом ходовом устройстве, автоскреперов и мобильных диагностических станций, предназначенных для обследования малоподвижных машин типа экскаваторов, башенных кранов непосредственно на месте их эксплуатации.
Стационарные диагностирующие посты размещают в отдельных помещениях, в которых предусмотрены две линии: – линия общего диагностирования, располагаемая в составе линий технического обслуживания и призванная определить годность или непригодность машины для дальнейшей эксплуатации без указания ее конкретных неисправностей; – линия углубленной диагностики, размещаемая как продолжение первой линии и предназначенная для установления конкретных причин неисправностей и принятия решения о необходимости направления машины в очередной ремонт.
Порядок проведения диагностирования складывается из сбора и анализа сведений о работе машины, ее визуального осмотра, инструментального исследования и выдачи диагноза.
Результаты диагностирования заносят в специальную карту, в которой указывают (в графе «Состояние») обнаруженные дефекты и (в графе «Заключение») необходимые для их устранения меры. В конце карты механик-оператор, проводящий диагностирование, дает заключение о техническом состоянии машины и в случае необходимости— о направлении машины на внеочередной ремонт или техническое обслуживание.
Мобильные диагностирующие установки, укомплектованные необходимым оборудованием, размещают на автомашинах. С их помощью производят в нерабочее время машин их диагностирование непосредственно на местах эксплуатации; результаты этой операции также заносятся в карту диагностирования.
Данные диагностических анализов и составленные на их основе прогнозы поступают на диспетчерский пункт, на котором корректируют разработанные мероприятия ППР.
Внедрение систем технического диагностирования обеспечивает практически полное использование ресурса работоспособности машин и их сборочных единиц, а также сводит к минимуму сбои в работе в результате непредвиденных выходов машин из строя.
3.3. Техническая диагностика оборудования
3.3.1. Техническое диагностирование (ТД) – элемент Системы ППР, позволяющий изучать и устанавливать признаки неисправности (работоспособности) оборудования, устанавливать методы и средства, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз) о наличии (отсутствии) неисправностей (дефектов). Действуя на основе изучения динамики изменения показателей технического состояния оборудования, ТД решает вопросы прогнозирования (предвидения) остаточного ресурса и безотказной работы оборудования в течение определенного промежутка времени.
3.3.2. Техническая диагностика исходит из положения, что любое оборудование или его составная часть может быть в двух состояниях – исправном и неисправном. Исправное оборудование всегда работоспособно, оно отвечает всем требованиям ТУ, установленных заводом-изготовителем. Неисправное (дефектное) оборудование может быть как работоспособно, так и неработоспособно, т. е. в состоянии отказа.
3.3.3. Оборудование может отказать в связи с изменением внешней среды и по причине физического износа деталей, находящихся как снаружи, так и внутри оборудования. Отказы являются следствием износа или разрегулировки узлов.
3.3.4. Техническая диагностика направлена в основном на поиск и анализ внутренних причин отказа. Наружные причины определяются визуально, при помощи измерительного инструмента, несложных приспособлений.
Методы, средства и рациональная последовательность поиска внутренних причин отказа зависят от сложности конструкции оборудования, от технических показателей, определяющих его состояние. Особенность ТД состоит в том, что она измеряет и определяет техническое состояние оборудования и его составных частей в процессе эксплуатации, направляет свои усилия на поиск дефектов.
3.3.5. По величине дефектов составных частей (агрегатов, узлов и деталей) можно определить работоспособность оборудования. Зная техническое состояние отдельных частей оборудования на момент диагностирования и величину дефекта, при котором нарушается его работоспособность, можно предсказать срок безотказной работы оборудования до очередного планового ремонта, предусмотренного нормативами периодичности Системы ППР, а также необходимость их корректировки.
3.3.6. Заложенные в основу ППР нормативы периодичности являются опытно усредненными величинами, установленными так, чтобы ремонтные периоды были кратными и привязанными к календарному планированию основного производства (год, квартал, месяц).
3.3.7. Любые усредненные величины имеют свой существенный недостаток: даже при наличии ряда уточняющих коэффициентов они не дают полной объективной оценки технического состояния оборудования и необходимости вывода в плановый ремонт. Почти всегда присутствуют два лишних варианта: остаточный ресурс оборудования далеко не исчерпан, остаточный ресурс не обеспечивает безаварийную работу до очередного планового ремонта. Оба варианта не обеспечивают требование Федерального закона № 57-ФЗ об установлении сроков полезного использования основных фондов путем объективной оценки потребности его постановки в ремонт или вывода из дальнейшей эксплуатации.
3.3.8. Объективным методом оценки потребности оборудования в ремонте является постоянный или периодический контроль технического состояния объекта с проведением ремонтов лишь в случае, когда износ деталей и узлов достиг предельной величины, не гарантирующей безопасной, безотказной и экономичной эксплуатации оборудования. Такой контроль может быть достигнут средствами ТД, а сам метод становится составной частью Системы ППР (контроля).
3.3.9. Другой задачей ТД является прогнозирование остаточного ресурса оборудования и установления срока его безотказной работы без ремонта (особенно капитального), т. е. корректировка структуры ремонтного цикла.
3.3.10. Техническое диагностирование успешно решает эти задачи при любой стратегии ремонта, особенно стратегии по техническому состоянию оборудования. В соответствии с этой стратегией работы по поддержанию и восстановлению работоспособности оборудования и его составных частей должны осуществляться на основе ТД оборудования.
3.3.11. Техническое диагностирование является объективным методом оценки технического состояния оборудования с целью определения наличия или отсутствия дефектов и сроков проведения ремонта, в том числе прогнозирования технического состояния оборудования и корректировки нормативов периодичности ремонта (особенно капитального).
3.3.12. Основным принципом диагностирования является сравнение регламентированного значения параметра функционирования или параметра технического состояния оборудования с фактическим при помощи средств диагностики. Под параметром здесь и далее согласно ГОСТ 19919—74 понимается характеристика оборудования, отображающая физическую величину его функционирования или технического состояния.
3.3.13. Целями ТД являются:
контроль параметров функционирования, т. е. хода технологического процесса, с целью его оптимизации;
контроль изменяющихся в процессе эксплуатации параметров технического состояния оборудования, сравнение их фактических значений с предельными значениями и определение необходимости проведения ТО и ремонта;
прогнозирование ресурса (срока службы) оборудования, агрегатов и узлов с целью их замены или вывода в ремонт.
3.3.14. Прогнозирование периодичности текущего и, особенно, капитального ремонта оборудования возможно лишь при одновременном ТД всех или большинства его составных частей.
3.3.15. Как показывает опыт, наиболее эффективное использование преимуществ ТД достигается тогда, когда на предприятии функционирует специальная задача «Диагностика оборудования», обеспеченная компьютерной техникой.
Несмотря на большое разнообразие применяемых для диагностирования оборудования приборов, монтажных схем датчиков, их конструкторского исполнения и т. д., как показывает отечественный и мировой опыт, подходы к внедрению ТД в практику остаются общими. В Приложении 8 кратко рассмотрена методика и приведен один из общих способов организации ТД на предприятии, а в табл. 3.1 указан перечень диагностических устройств, имеющихся в специальных передвижных ремонтных мастерских.
Перечень диагностических устройств, находящихся в передвижных ремонтных мастерских