Dołącz do czytelników
Brak wyników

Odc. 4. – PRAWIE robi znaczącą różnicę… także w nadzorze maszyn wirnikowych

Artykuł | 7 stycznia 2021 | NR 1
0 61

Fakt, że gdy człowiek ma wątpliwości co do swojego zdrowia i mierzy sobie temperaturę, nie oznacza wcale, że dochodzenie do diagnozy medycznej miałoby się ograniczać wyłącznie do pomiarów temperatury. Z tego też względu zastanawia mnie zawsze, dlaczego powiązani z UR specjaliści wielu przedsiębiorstw, zaczynając rozmowę o systemie nadzoru stanu technicznego, prawie natychmiast temat zawężają: „No wiesz, monitoring drganiowy…”.

 

Pewnym wytłumaczeniem takiego podejścia jest obiektywna prawda, że tą drogą pozyskuje się statystycznie najwięcej danych informujących o stanie technicznym oraz fakt, że standardy ISO wiązane z systemami nadzoru online są spopularyzowane przede wszystkim w odniesieniu do pomiarów drgań.

Ale na ISO świat się nie kończy, a do tego i drgania drganiom nierówne. W poprzednim odcinku pokazany został przykład błędnej aplikacji nadzoru drganiowego dla niewielkiego agregatu – niewielkiego, bowiem o mocy ~1MW – która nie przyniesie ROI. Natomiast w tym tekście, pozostając przy tematyce drganiowej, zastanowimy się, czy negatywne skutki finansowe dla UR nie będą znacznie większe, gdy zastosowane w systemie nadzoru czujniki są poprawnie dobrane, ale do maszyny o mocy kilkaset, a nawet tysiąc razy większej nie są optymalnie zamocowane.

Tu chciałoby się sparafrazować powiedzenie Deus meus kosmateus1  na Deus meus OEMus2, gdyż większość użytkowników maszyn traktuje producenta jak Boga, a niestety nie zawsze OEM na takie traktowanie zasługuje. Na tę okoliczność w poprzednim odcinku pewne fakty zostały już przedstawione, a w tym pokażemy kolejne.

 

Drgania w systemach wspomagania UR

Z punktu widzenia popularności zastosowań najczęściej do pomiaru drgań w systemach nadzoru stanu technicznego wykorzystywane są czujniki sejsmiczne mocowane zazwyczaj do zewnętrznych elementów maszyny. W zależności od konstrukcji czujnika generują one sygnał bądź to w dziedzinie przyspieszeń drgań, bądź też w dziedzinie prędkości. Z punktu widzenia ważności zastosowań najważniejsze pomiary drgań są prowadzone dla maszyn krytycznych, które najczęściej są maszynami wirnikowymi z łożyskami ślizgowymi. W takich przypadkach pierwszoplanową rolę odgrywają czujniki bezkontaktowe, z pomocą których prowadzone są pomiary drgań wirników, umożliwiając realizację pomiarów w dziedzinie przemieszczeń drgań.

 

Rys.1. Dwa przykłady zorientowania czujników drgań względnych wału

 

Stosunkowo rzadko realizuje się monitorowanie drgań skrętnych, choć mogą one przyczynić się do poważnych problemów eksploatacyjnych. Drgania skrętne najczęściej występują w agregatach wykorzystujących maszyny tłokowe, a więc takich, które cechują się nierównomiernością obrotu wału, co ma miejsce np. w silnikach wysokoprężnych oraz sprężarkach tłokowych. Mogą one także powodować problemy eksploatacyjne na niektórych agregatach wyposażonych w przekładnie zębata, a także w maszynach wirnikowych z jedną linią wałów, takich, które charakteryzują się wyraźnie skupionymi masami i ze względu na naturę pracy mogą się cechować skokową zmianą momentu obrotowego. Sytuacja taka może mieć miejsce w przypadku napędzanych turbinami generatorów w następstwie zmian w obciążeniu sieci przyczyniających się do pobudzenia drgań skrętnych.

 

Rys.2. Zorientowanie czujników drgań sejsmicznych łożyska oraz drgań względnych wału

 

Drgania wirników są najczęściej mierzone jako drgania względne. Dwa warianty zorientowania czujników zbliżeniowych umożliwiających realizację takich pomiarów pokazano na rys. 1. Natomiast w niektórych przypadkach może pojawić się celowość pomiarów drgań bezwzględnych wirników. Wtedy system pomiarowy wykorzystuje sygnały zarówno z czujników drgań względnych, jak i czujników sejsmicznych. Muszą one być mocowane parami w każdym węźle łożyskowym. Aby pomiar był możliwy, niezbędne jest ich instalowanie współosiowe na dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, tak jak zaleca to czynić najnowszy standard drganiowy ISO-20816-2. Zalecane przez ten standard usytuowanie czujników zostało pokazane na rys. 23. Wygenerowane tą drogą sygnały podlegają (po uprzednim scałkowaniu sygnału z sejsmicznego czujnika prędkości drgań) sumowaniu prowadzącemu do wygenerowania sygnału drgań bezwzględnych wirnika.

Przewiduje się, że w Polsce mogą wystąpić problemy natury mentalnościowej z takim „nowatorskim” usytuowaniem czujników sejsmicznych, bowiem od lat na dużych turbozespołach instalowane one były (jeśli były, bo czasami o nich niesłusznie „zapominano”) typowo na kierunkach PION –POZIOM, tzn. nie były współosiowe z kierunkami pomiarów realizowanych przez czujniki zbliżeniowe. Natomiast bardzo rzadko stosuje się zorientowanie czujników zbliżeniowych, tak jak to pokazano na rys. 1 dla czujników X’Y’, które umożliwia realizację „tradycyjnego” zorientowania czujników sejsmicznych. Takie „tradycyjne” zorientowanie osi czujników sejsmicznych (w płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika: PION – POZIOM oraz czasami dodatkowo POOSIOWO) od lat było sugerowane przez wcześniej obowiązujący standard ISO-10816 (przykład tak zainstalowanych czujników pokazano na rys. 4b).

 

Nie ignorujmy jaskółek, które wiosny nie czynią

Od wielu lat niektórzy specjaliści prezentują stanowisko, że czym turbozespoły mają większe moce, tym większa hipotetycznie celowość nadzoru ich stanu technicznego z pomocą pomiarów drgań bezwzględnych wirników. Taki monitoring wymaga zastosowania systemu czujników jak pokazany na rys. 2 oraz systemu monitorowania drgań umożliwiającego kalkulację drgań bezwzględnych wirnika.

Na tę okoliczność opracowany został roboczy standard ISO [1] będący konsekwencją podejścia zaproponowanego  ok. 15 lat temu przez prof. H. Kankiego [2]. Tak więc ewolucja przejścia od ISO-10816 do ISO-20816-2 poprzedzona była co najmniej od kilkunastu lat dryfem w kierunku pomiarów drgań bezwzględnych wirników w zamian za wcześniej wykorzystywane dla nadzoru stanu technicznego maszyn wirnikowych łożyskowanych ślizgowo drgania względne. Dryf ten nie dotyczy generalnego przejścia dla wszystkich aplikacji od pomiarów drgań względnych wirnika do jego pomiarów drgań bezwzględnych, a ogranicza się jedynie do aplikacji spełniających pewne określone warunki, o których poniżej. W Polsce dryf ten nie wydaje się szerzej zauważony. Jedyne skromne doświadczenia na okoliczność pomiarów drgań bezwzględnych wirników ma EthosEnergy [3]. Zostało ono uzyskane w wyniku wymagań postawionych przez jednego z zagranicznych klientów firmy.

Natomiast już na pewno ten dryf nie został zauważony przez krajowe ENERGOPROJEKTY, które w ramach rozdziału SIWZ-ów dedykowanemu nadzorowi stanu technicznego majątku produkcyjnego mało, że o drganiach bezwzględnych racjonalnie nie wspominają oraz na okoliczność poprawności montażu czujników zbliżeniowych nie czynią koniecznych zastrzeżeń, to dla nadzoru stanu technicznego często formułują szereg zapisów błędnych, a dodatkowo powierzchowna forma edycji wymagań pozostawia firmom budującym nowe bloki duży margines swobodnej i w konsekwencji niekorzystnej dla inwestorów interpretacji zapisów.

 

Czy problem dotyczy tylko dużych turbozespołów?

Podejście omówione w Working draft for ISO/TR 19201... [1] i Guidelines for selecting vibration evaluation methods... [2] opisano w artykule Ocena stanu dynamicznego dużych turbozespołów parowych [4]. Wynika z niego, że celowość pomiaru drgań bezwzględnych wirników jest warunkowana stosunkiem – sztywności dynamicznej kozła łożyskowego do sztywności dynamicznej łożyska. W konsekwencji pomiary drgań bezwzględnych wirnika winny być priorytetowo mierzone także dla niektórych innych maszyn, jak np. dla dużych wentylatorów. Na rys. 3 [1]
pokazano statystycznie spodziewane wartości współczynnika – dla szeregu maszyn oraz wynikające z niego sugestie co do optymalnego typu, mierzonych w celu nadzoru stanu technicznego, drgań.

Na rys. 3 należy patrzeć jak na stan statystycznie oczekiwany dla nowej maszyny. Natomiast w czasie lat jej eksploatacji wymienione sztywności dynamiczne mogą okazać się funkcją czasu i w konsekwencji – nie jest wartością stałą, a jest również funkcją czasu.

 

Rys.3. Typowe wartości współczynnika α dla wybranych maszyn wirnikowych i zalecane w konsekwencji priorytetowe rodzaje pomiarów drgań

 

Analiza SCL

SCL (Shaft Center-Line) jest jedną z analiz diagnostycznych informujących o prawidłowości położenia czopa w luzie łożyska. Analiza SCL realizowana jest na bazie pomiar...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy