Odc. 13 – Trochę w lewo, mocno w prawo, pod prąd… i wcale

​​

Na przestrzeni lat można mówić kolejno o trzech generacjach UR [1], [2]:

• generacja I: reaktywne UR – podejmowanie działań w momencie wystąpienia awarii,
• generacja II: prewencyjne UR – realizacja działań o charakterze planowo-zapobiegawczym,
• generacja III: prognostyczne UR – proaktywne poszukiwanie rozwiązań ograniczających potrzeby w zakresie UR.

Tematyka cyklu „Czarny Humor” koncentruje się na środkach technicznych wspomagających ocenę stanu technicznego i tejże tematyki dotyczy także niniejsza publikacja, a precyzyjniej – mowa w niej będzie o ewolucji w monitorowaniu ekscentryczności.

Można się zastanowić, jak zdefiniować ewolucję systemów wspomagających nadzór stanu technicznego. Jest to ciągły proces polegający na stopniowych zmianach funkcjonalności wykorzystywanych
w tym celu środków technicznych. Proces, który jest stymulowany z jednej strony potrzebami wynikającymi z ewolucji UR, a z drugiej szeroko rozumianym rozwojem techniki, umożliwiającym wprowadzanie coraz bardziej wyrafinowanych rozwiązań konstrukcyjnych systemów monitorowania, a także możliwościami rozszerzania ich funkcjonalności o nowe rodzaje sensorów czujników wykorzystywanych do nadzoru stanu technicznego. Systemy nadzoru nowej generacji dają nie tylko możliwość wcześniejszego rozpoznania pogarszania się stanu technicznego środka produkcji, ale także prowadzą do bardziej komplementarnego jego monitorowania. Oznacza to, że współcześnie możliwe jest wykrywanie wielu odstępstw od normalnego stanu technicznego. Omówienie ewolucji systemów nadzoru wykorzystywanych dla maszyn wirnikowych zawarto w tekście „Zależność między strategią utrzymania ruchu, rodzajem systemu monitorowania i niezawodnością maszyn wirnikowych” [3].

Postęp w aspekcie technik nadzoru stymuluje także ewolucję aktów normatywnych wykorzystywanych w UR. W tym zakresie sytuacja wygląda odmiennie w różnych krajach świata. Rezultaty zaangażowania Polskiego Komitetu Normalizacji w proces adaptacji i wdrażania aktów pomocnych UR omówiono w tekście „Przygotowanie inwestycji bloku energetycznego dla lepszego utrzymania ruchu w przyszłości” [4]. Z przeprowadzonej analizy wynika, że odzwierciedlenie w polskich normach znajduje jedynie ~10% wartościowych aktów prawnych wygenerowanych przez wiodące światowe organizacje normalizacyjne. Tę złą sytuację dodatkowo pogarsza fakt, że nawet w tym skromnym zakresie wiedza specjalistów (dotycząca aktów normalizacyjnych), którzy powinni decydować o UR w licznych krajowych przedsiębiorstwach, także jest marginalna. W konsekwencji mają oni ograniczoną zdolność pozytywnego wpływu na realizowane modernizacje i inwestycje w zakresie dotyczącym systemów oceny stanu technicznego [5].

Wprowadzenie

Miara statycznej deformacji wału/wirnika elastycznego to ekscentryczność. Deformacja ta jest szczególnie groźna w skutkach dla maszyn z wirnikami elastycznymi po osiągnięciu przez nie prędkości obrotowej bliskiej pierwszej częstotliwości drgań rezonansowych. W strefie obrotów rezonansowych wirniki podlegają dodatkowo odkształceniu dynamicznemu prowadzącemu do wzrostu utraty prostolinijności osi wału. Deformacja dynamiczna będzie tym większa, im większa jest niewywaga, a znaczącym jej komponentem może okazać się niepożądana deformacja statyczna. W konsekwencji, kiedy osiągnięta zostaje strefa drgań rezonansowych wirnika, wzrost poziomu drgań prowadzący do dynamicznej deformacji jego kształtu jest skorelowany z zaawansowaniem ekscentryczności, tzn. wzrost drgań będzie mniejszy
w przypadku małej ekscentryczności i duży w przypadku jej większych wartości. Ta deformacja osi wirnika po przekroczeniu pewnej wartości granicznej deformacji będzie prowadzić do poważnego uszkodzenia maszyny.

W celu zapobieżenia takim destrukcyjnym scenariuszom w systemach monitorowania stanu technicznego maszyn (przede wszystkim z gorącymi wirnikami) realizowany jest pomiar ekscentryczności włączany do systemu zabezpieczeń. Monitorowanie ekscentryczności powinno być dobrze znane wszystkim specjalistom zajmującym się wspomaganiem UR turbin parowych, gazowych, a także gorących pomp. Dobrze znane, bowiem historia stosowania tego monitorowania sięga w naszym kraju przynajmniej lat 80.
W ramce numer 1 podano zalecenia firmy GE na okoliczność minimalnej odległości płaszczyzny pomiarowej od węzła łożyskowego. Wytyczne te są przestrzegane przez wielu producentów turbin.

W źródłach [6] i [7] dokonano omówienia wymagań stawianych monitorowaniu ekscentryczności oraz pokazano przykłady diagnostycznego wykorzystania tego pomiaru.

W ramce numer 2 sformułowano kilka pytań. Przed przystąpieniem do lektury dalszej części tekstu proszę spróbować na nie odpowiedzieć.

#1 Tradycyjne podejście do lokalizacji czujnika monitorowania ekscentryczności

W tradycyjnym podejściu do pomiaru ekscentryczności wymaga się lokalizacji czujnika w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału, daleko od stojaka łożyskowego. Im czujnik jest zlokalizowany dalej, tym wyraźniejsza jest statyczna deformacja wirnika i w konsekwencji (pamiętając o tym, że każdy pomiar jest realizowany z określoną...