ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ
Система мониторинга использует современные методы диагностики, основанные на расширенном векторе Парка и мгновенной мощности, для обнаружения частых неисправностей и оценки серьезности неисправностей в этом типе оборудования. Это передовое решение, которое позволяет выполнять действия по профилактическому обслуживанию электродвигателей с возможностью обнаружения отказов в компонентах системы на очень ранней стадии. Система Тесламашины использует инновационный алгоритм диагностики неисправностей, которая объединяет самые последние достижения в области мониторинга состояния электродвигателей. В дополнение к традиционному анализу сигнатуры тока двигателя (MCSA), используемому во всем мире, алгоритм также использует гораздо более мощные инструменты для спектрального анализа. Более того, алгоритм также сочетает в себе самые последние научные инновации в этой области, позволяя отличать неисправности ротора от условий колебаний нагрузки. Основные неисправности, которые может обнаружить система Тесламашины, следующие:
Источник питания:
- Дисбаланс напряжения;
- Неисправность преобразователей частоты и устройств плавного пуска;
- Высокие гармонические искажения.
Статор:
- Деградация статора из-за естественного старения обмоток/коротких замыканий и/или проблем в магнитопроводе (горячие точки).
Ротор:
- Простое разграничение колебаний нагрузки и проблем с ротором;
- Деградация ротора из-за обрыва стержней/соединительных колец и/или проблем в магнитопроводе (горячие точки);
- Небаланс пусковых резисторов (в двигателях с обмоткой ротора).
Эксцентриситет/несоосность:
- Эксцентриситет/изгиб ротора;
- Изгиб вала;
- Несоосность двигателя/неуравновешенность ротора;
- Дефекты фундамента: "мягкая лапа"/ослабленные болты.
Проблемы с загрузкой:
- Механические проблемы в системах;
- Сильные колебания нагрузки.
КОМПЛЕКСНАЯ ДИАГНОСИКА И РЕКОМЕНДАЦИИ
НД по методу контроля: ГОСТ ISO 20958-2015 «Контроль состояния и диагностика машин. Сигнатурный анализ электрических сигналов трёхфазного асинхронного двигателя»
На основе собранных и обработанных данных можно сделать вывод, что в течение периода мониторинга не все основные диагностические переменные имеют значения в пределах нормального диапазона, наблюдаются отклонения двух компонентов в условия работы электродвигателя как под нагрузкой, так и при испытаниях на холостом ходу (табл.1). Результаты комплексной диагностики, которая применена для данного электродвигателя, указывают на серьёзные отклонения и дефекты, разрушающие эл.машину, и на немедленное решение этих проблем. Проблемы связаны с установкой двигателя и его конструкцией на имеющемся фундаменте мельницы №5 и возникшими геометрическими смещениями подшипниковых опор, а также недопустимыми отклонениями в воздушном зазоре статора и ротора, недопустимыми значениями зазоров подшипника скольжения в холостой опоре, и биением полумуфты электродвигателя. Возможна внезапная аварийная остановка электродвигателя из-за разрушения подшипников скольжения в опорах.
Детальный отчет
Для целей данного отчета об оценке состояния анализ основан на основных диагностических переменных, а именно (SF), связанных с состоянием источника питания (SFsup), статора (SFsta), ротора (SFrot), эксцентриситета (SFecc) и нагрузки (SFload) в сочетании с уровнем нагрузки двигателя или коэффициентом нагрузки (LF). При возникновении нештатных ситуаций для дальнейшего анализа могут использоваться другие переменные. Этот отчет включает в себя, прежде всего, анализ истории переменных за последний период, где делается общий анализ двигательной активности и обрабатываются записанные основные события. Затем выполняется более подробный анализ компонентов, и их трендов, сигнатурный анализ спектров для нескольких компонентов, где для каждого режима работы рассчитываются некоторые статистические показатели, чтобы выполнить более конкретный анализ тенденций.
Анализ истории мониторинга
На рис. 2 представлены мгновенные результаты истории периода мониторинга пяти фундаментальных диагностических переменных, относящихся к SF пяти основных компонентов системы: источника питания (SFsup), статора (SFsta), ротора (SFrot), эксцентриситета (SFecc).и нагрузки (SFload).
Диагностические переменные (SF) предоставляют информацию о развитии начального отказа с течением времени и для каждого узла привода, являясь наиболее важными переменными для диагностических целей. С глобальной точки зрения полученные результаты могут иметь следующую интерпретацию: SF менее 1% - Нормальная работа без заметных отклонений; SF больше 1% и меньше 2% — уровень предупреждения. Имеется заметная асимметрия, которая может быть связана с переходным процессом в стадии развития; SF больше 2% — уровень тревоги. Существует высокая асимметрия, которая может быть связана с очевидной проблемой или дефектом. Анализируя результаты, представленные на рис. 2, можно заметить, что четыре компонента из пяти демонстрируют в целом устойчивый тренд и значения ниже 1 %, характерные для электроприводов, работающих в нормальных условиях. Тренд эксцентриситета с высокими амплитудными значениями указывает на серьёзные проблемы с изменениями положения ротора в поле статора, как при нагруженном электродвигателе, так и при пусковых режимах (рис.3). Проявляется неустойчивое положение ротора в подшипниковых опорах.
Неустойчивое положение ротора (колебание) проявляется в спектре МСSA (рис.4) при нагрузке 96% от номинальной. Также мы наблюдаем в тренде эксцентриситета и период с низким коэффициентом компонента, что указывает на благоприятные условия положения ротора в поле статора электродвигателя и значительное снижение механических колебаний и соответственно вибрации в подшипниковых опорах.
Анализ спектра позволяет сделать вывод, что ротор электродвигателя совершает частые механические колебания из-за постоянного его смещения в электромагнитном поле. Сигнатурный анализ вольтамперного спектра EPVA (рис.5) также указывает на проблемы ротора. А так же на износ статора и деградацию его обмоток. Оба этих дефекта идентифицированы как развившиеся (промежуточная стадия развития) и требуют незамедлительных ремонтных воздействий. Наблюдается два максимальных пика под нагрузкой и в режиме х.х. с рассоединённой муфтой на частотах 74 Гц и 100 Гц. Низкочастотные колебания указывать могут, в данном случае пик на частоте 74 Гц с максимальной зафиксированной амплитудой до 1,5%, на ослабление элементов подшипников скольжения и наличия утягивания ротора в результате неправильного осевого монтажа. Неправильный взаимный осевой монтаж активных пакетов ротора и статора. Иногда для данного дефекта используется термин: «неправильная установка электромагнитных осевых разбегов». При работе электрической машины, в результате сил магнитного притяжения, сердечник ротора всегда стремится к положению точно под сердечником статора.
Чем больше будет величина осевого смещения, тем больше будет величина осевого усилия, втягивающего ротор внутрь статора (рис.3). Если этому стремлению будут препятствовать неправильно расположенные в осевом направлении подшипники, то в них будут возникать компенсирующие осевые усилия, которые и вызовут осевые вибрации подшипников. Подшипники достаточно быстро могут нагреться и выйти из строя. Также на высокую вибрацию указывают результаты её измерений в опорах электродвигателя.
ВИБРОДИАГНОСТИКА.
Вибродиагностические замеры электродвигателя в опорах проводились в рамках комплексной диагностики в части получения дополнительной информации о выявленном дефекте с помощью спектров виброскорости, огибающей виброускорения. Целью проведения вибродиагностических измерений: 1.получение данных виброскорости и огибающей виброускорения в опорах электродвигателя; 2. сравнение полученных данных с данными электродиагностики; 3. аналитическая обработка данных по вибрации; 4. предоставление выводов и рекомендаций на основании двух методов НК. НД по методу контроля: ГОСТ ИСО 10816-2-2002 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях»
Согласно ГОСТ ИСО 10816-2-2002: Т а б л и ц а 1 - Границы зон вибрационного состояния для машин группы 1. Машины номинальной мощностью более 300 кВт, но не более 50 МВт; электрические машины с высотой оси вращения вала выше 315 мм.
Результаты измерений: 25.05.2022 г. проведена вибродиагностика в опорах эл.двигателя в вертикальном, поперечном направлениях. В осевом направлении измерения не проводились, нет доступа для безопасной установки сенсорного датчика. Анализ спектров показывает отсутствие пиков на частотах связанных с ослаблением жёсткости в опорах электродвигателя и пиков на оборотной частоте. Наблюдаются амплитуды в низкочастотном диапазоне спектра с пиком на частоте 42,5 Гц (рис.6), который идентифицируется как дефект, связанный со смещением (утягиванием) ротора в опорах. Дефект является механическим.
При работе электродвигателя на холостом ходу с рассоединённой муфтой в обоих опорах электродвигателя (рис.7 и 8) в спектрах измеренной вибрации пики на частоте 50 Гц. При установке датчика на активных плитах стали шихтованного сердечника статора в нетангециальном положении датчика и полученных при этом измерениях, наблюдаем в спектрах частоты присущие электромагнитным возмущениям электромагнитной системы из-за постоянных смещений ротора в поле статора (рис.9 и 10).
ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ
Средства измерения: 1. набор калиброванных щупов; 2. индикаторная головка часового типа; 3. микрометр.
01.06.2022 г. специалистами ООО «ТЕСЛАМАШИНЫ» проведены следующие мероприятия: 1. После изъятия пальцев муфты были проведены измерения расстояний между полумуфтами редуктора и двигателя в горизонтальной плоскости (проверка центровки). При первом измерении расхождение составило около 0,8мм по линии окружности диаметра муфты (при допуске не более 0,1мм) При втором измерении после проворачивания одновременно валов электродвигателя и редуктора посредством электропривода валоповоротного механизма и соединения полумуфт пальцами, разница размеров составила 0,4мм в противоположную сторону. Выявлено, что при каждых последующих проворотах валов разница расстояний изменяется. Кроме того, провернуть сочленённые валы на необходимый угол и зафиксировать не представляется возможным из-за инерции барабана мельницы (присущ обратный ход-реверс). Таким образом, проведение центрирования валов данным методом является некорректным.
2. Вскрыты подшипники скольжения электродвигателя, измерены зазоры. (указаны в формуляре зазоров (рис.11)). Значения зазоров превышают пределы допуска, указанные в технической документации. 3. Измерены значения воздушного зазора между статором и ротором. (указаны в формуляре зазоров (рис.11)). Неравномерность воздушного зазора более 10%.. 4. Измерено биение полумуфты электродвигателя. Составило 0,4мм.(указано в формуляре зазоров (рис.11)). Неудовлетворительно. 5. Выявлено, что на выбеге ротор по оси смещается в сторону валоповоротника (под уклон). Упором является передняя галтель вала заднего подшипника скольжения (сторона противоположная приводу). 6. При работе электродвигателя (когда ротор находится в поле статора), осевой зазор в холостой опоре подшипника скольжения между торцом баббитового вкладыша и галтелью вала составляет около 1,0-1,2мм.
ВЫВОД
Полученные результаты мониторинга позволяют сделать вывод, что данный двигатель работает в критических условиях при повышенных уровнях вибрации, которые являются разрушительными для электрической машины в целом. Это подтверждают результаты электродиагностики полученные в динамическом режиме и результаты вибродиагностики. На основе собранных и обработанных данных выполнен глобальный анализ, результаты которого отражёны в разделе данного отчёта. Результаты комплексной диагностики, которая применена для данного электродвигателя, предполагают немедленное решение выявленных проблем. Предполагается, что проблемы такого рода связаны с установкой двигателя и его конструкцией на имеющемся фундаменте мельницы №5.
В результате выполненных демонтажных и монтажных работ по замене электродвигателей, производимых владельцем оборудования, произошло смещение выносных опор на раме, крепящейся к фундаменту в результате её деформации при обтяжке креплений. Осевое смещение подшипниковых опор вызывает при работе двигателя под нагрузкой высокоамплитудные вибрации в опорах и электромагнитные реакции в статоре и роторе, вызванных утягиванием ротора в поле статора. Также на основании полученных вибродиагностических данных установлено, что выявленные гармонические колебания не являются результатом ослаблений жёсткости конструкции (рамы) крепления двигателя.
Кроме этого, при проведении визуально-измерительного контроля выявлены множественные отклонения, описанные в соответствующем разделе данного отчёта. На основании вышеуказанного рекомендуем владельцу оборудования выполнить следующие мероприятия:
1. Выполнить рекомендации по устранению биения полумуфт, произвести центрирование валов электродвигателя и редуктора (указаны в письме от 04.06.2022). После выполнения данных действий должно наблюдаться значительное снижение уровня вибрации на опорах электродвигателя.
2. При остаточной вибрации более 7мм/с произвести осевое смещение статора в сторону редуктора на величину 1,0 мм. При этом проверить и откорректировать величину воздушного зазора между статором и ротором с двух сторон по схеме 9-12-3 с проворотом ротора.
3. При проведении ремонта электродвигателя произвести перезаливку баббитовых вкладышей для достижения номинальных значений зазоров согласно технической документации
4. Произвести геометрические измерения взаимного положения подшипниковых опор и ротора в плоскостях с использованием координатно-измерительной машины типа FARO.
5. Рекомендуем проведение электродиагностики с использованием диагностического комплекса ТЕСЛАМАШИНЫ на остальных приводах цементных мельниц или проблемных эл.машинах предприятия. А также рассмотреть возможность приобретения диагностического комплекса ТЕСЛАМАШИНЫ с обучением и сертификацией ответственных специалистов из числа электроремонтного персонала вашего предприятия.
Благодарю за внимание. Скоро будет интересный кейс на крупном нефтеперерабатывающем предприятии.