Способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга технического состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов. Способ заключается в измерении виброперемещений фундамента в процессе эксплуатации. При этом производят установку не менее двух вибродатчиков вблизи мест креплений электроприводов и насосных агрегатов, по периметру поверхности каждого фундамента на расстоянии от его краев не менее 1/4 ширины каждого фундамента. После запуска вибродатчиков на регистрацию с одинаковой частотой одновременно определяют частоту первой гармоники собственных колебаний каждого фундамента. На этой частоте производят измерения амплитудных значений горизонтальных колебаний фундаментов. Сравнивают эти значения с допустимыми амплитудными значениями горизонтальных колебаний фундаментов. Если измеренное значение превышает допустимое, то вырабатывают бит аварийной остановки электроприводов насосных агрегатов, а если наоборот, то определяют величину запаса рабочего ресурса каждого фундамента. Технический результат заключается в непрерывности мониторинга состояния фундаментов и оперативного выявления дефектов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области мониторинга технического состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов и может быть использовано при эксплуатации насосных станций для своевременного предупреждения аварий насосных агрегатов при транспортировке газа, нефти и продуктов их переработки.

Известен способ определения физического состояния зданий и сооружений (патент RU №2140625, МПК 6 G01M 7/00, опубл. 27.10.2008 г.), в котором измерение колебаний осуществляют трехкомпонентными вибродатчиками, размещаемыми по точкам схемы наблюдения, обеспечивающих регистрацию величин колебаний по координатам X, Y и Z одновременно. Колебания измеряют под воздействием микросейсмического фона естественного и техногенного происхождения, в условиях которого постоянно находится обследуемый объект, определяют частоты и формы собственных колебаний объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции, спектры величин смещений, скоростей и ускорений точек объекта с координатами X, У, Z, декременты затухания (поглощения), передаточные функции грунт - фундамент объекта. На основании этих диагностических признаков устанавливают наличие изменений свойств подстилающего грунта и дефектов в конструкции объекта, возникающих в процессе эксплуатации, а также определяют физическое состояние объекта и оценивают безопасность дальнейшей его эксплуатации, возможность ремонта, реконструкции или необходимость сноса обследованного здания или сооружения.

Применение способа позволяет оценить техническое состояние зданий и сооружений в процессе проведения диагностики на основании анализа показаний вибродатчиков.

Недостатком этого способа является отсутствие возможности непрерывного мониторинга состояния фундаментов электроприводов насосных агрегатов.

Известен способ оценки технического состояния центробежного насосного агрегата по вибрации корпуса (патент RU №2068553, МПК G01M 15/00, F04B 51/00, F04D 29/66, опубл. 27.10. 1996), выбранный в качестве прототипа, в котором вибрацию измеряют в процессе эксплуатации агрегата одновременно по совокупности входящих в него элементов, роторов насоса и двигателя, опорных подшипниковых узлов, соединительной муфты, всасывающего и нагнетательного трубопроводов и фундамента, к которому крепится агрегат. С помощью системы компьютерного мониторинга строят тренды по вибрации в отдельных частотных полосах. Определяют одновременно по ним значения вибропараметров и скорости их изменения. Выделяют быстрый, медленный и знакопеременный тренды, соответствующие процессам быстрой и медленной деградации технического состояния разных узлов агрегата. Используют упомянутые параметры и тренды используют в качестве диагностических признаков, соответствующих совокупности входящих в агрегат элементов. Предварительно обучают систему компьютерного мониторинга, вводя в нее пороговые значения и комбинации диагностических признаков указанной совокупности. Оценку состояния агрегата и его элементов производят комплексно по табличной зависимости путем сравнения текущих и пороговых значений совокупности диагностических признаков и их комбинаций упомянутой совокупности входящих в агрегат элементов. Предупреждают персонал о недопустимом состоянии агрегата визуальной сигнализацией и посредством речевого предупреждения через громкоговоритель. При этом табличную зависимость состояния элементов агрегата от значений диагностических признаков строят предварительно эмпирическим путем в виде базы знаний, содержащей пороговые значения признаков и их комбинаций, обусловленные причинно-следственными связями между ними и элементами агрегата.

Недостатком этого способа является невозможность своевременного выявления дефектов фундаментов электроприводов насосных агрегатов.

Задачей изобретения является своевременное выявление дефектов фундаментов электроприводов насосных агрегатов.

Поставленная задача решена за счет того, что способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов, также, как в прототипе, заключается в том, что в процессе эксплуатации измеряют виброперемещение фундамента, по которому оценивают его техническое состояние путем сравнения текущих и допустимых значений.

Согласно изобретению i вибродатчиков, где i≥2, устанавливают вблизи мест креплений электроприводов и насосных агрегатов, по периметру поверхности каждого фундамента на расстоянии от его краев не менее 1/4 ширины каждого фундамента. После запуска вибродатчиков на регистрацию с одинаковой частотой одновременно определяют частоту f0 первой гармоники собственных колебаний каждого фундамента. На этой частоте производят измерения амплитудных значений горизонтальных колебаний фундаментов A0i, сравнивают эти значения с допустимыми амплитудными значениями горизонтальных колебаний фундаментов A0dop.

Если

A0≥A0dop,

то вырабатывают бит аварийной остановки электроприводов насосных агрегатов, а если

A0i<A0dop,

то определяют величину запаса рабочего ресурса каждого фундамента. Частота запуска вибродатчиков на регистрацию составляет

fрег=Kffm,

где Kf- коэффициент кратности частоты запуска (Kf≥2),

fm - максимальная частота диагностики повреждений электропривода с кратностью частот

m=fm/fr,

где fr - частота вращения механической части электропривода, с временем регистрации измерений

tрег=Kt/f0,

где Kt - коэффициент кратности времени запуска (Kt≥1).

Величину запаса рабочего ресурса фундамента определяют из выражения:

δAj=A0dop-A0i.

Непрерывное измерение амплитудных значений горизонтальных колебаний фундамента позволяет производить мониторинг фундамента в реальном времени. Экспериментально установлено, что оптимальным является размещение вибродатчиков вблизи креплений электроприводов и насосных агрегатов по периметру поверхности каждого фундамента на расстоянии от его краев не менее 1/4 ширины каждого фундамента.

Таким образом, заявляемый способ позволяет своевременно выявлять дефекты фундаментов электроприводов насосных агрегатов и проводить оценку их рабочего ресурса.

На фиг.1 представлена функциональная схема оборудования для мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов газокомпрессорной станции.

В табл.1 представлены результаты мониторинга в виде значений амплитуд горизонтальных колебаний в обозначенных местах расположения 13-ти вибродатчиков фиг.1.

На фиг.2 представлена фотография трещины в теле аварийного фундамента с шириной раскрытия до 3 мм.

На фундаменте 1 (фиг.1) электропривода 2 насосного агрегата 3 газокомпрессорной станции установлено 13 вибродатчиков 4 (ВД1-ВД13), расположенных вблизи мест креплений электропривода 2 и насосного агрегата 3, по периметру поверхности фундамента 1 на расстоянии от его краев не менее 1/4 ширины каждого фундамента, с ориентацией по горизонтали координатой Х и по вертикали координатой Z. Вибродатчики 4 фундамента подключены к входам (на фиг.1 не показаны) регистрирующего микроконтроллерного устройства 5 (МК), связанного с центральным микроконтроллером 6 (М), который в свою очередь подключен к компьютеру 7 газокомпрессорной станции.

При мониторинге нескольких фундаментов электроприводов насосных агрегатов расположение вибродатчиков, связанных со своим регистрирующим микроконтроллерным устройством одинаково. Регистрирующее микроконтроллерное устройство также связано с центральным микроконтроллером 6 (М), подключенным к компьютеру 7.

В качестве вибродатчиков 4 могут быть использованы микроэлектромеханические емкостные преобразователи (Ляпунов Д.Ю. Исследование микроэлектромеханических емкостных преобразователей с пленочными элементами: Автореф. дис. на соискание степени канд. техн. наук. - Томск, 2010. - 24 с,), или пьезоэлектрические акселерометры, например, типа 4382(4383) с усилителями заряда 2634 и блоком питания 2805 датской фирмы «Брюль и Къер» или микромеханические инерционные преобразователи, например, типа ADXL 202. В качестве регистрирующих микроконтроллерных устройств 5 (МК) могут быть выбраны микроконтроллеры типа АТ89С2051 или ADuC814. В качестве микроконтроллера 6 (М) может быть использован микроконтроллер Motorola с тактовой частотой 4 МГц. В качестве компьютера 7 газокомпрессорной станции может быть использован портативный компьютер Dell Inspiron 1501.

При мониторинге фундамента 1 электропривода 2 насосного агрегата 3 показания вибродатчиков 4 одновременно поступают на регистрирующее микроконтроллерное устройство 5 (МК). Частота запуска на регистрацию одинакова и составляет

fрег=Kffm,

где Kf - коэффициент кратности частоты запуска (Kf≥2) согласно теореме Котельникова-Шеннона);

fm - максимальная частота диагностики повреждений подшипникового узла с кратностью частот

m=fm/fr,

где fr - частота вращения ротора электродвигателя, с временем регистрации измерений tрег=Kt/f0,

где Kt - коэффициент кратности времени запуска (Kt≥1) с обеспечением запаса по регистрации частоты первой гармоники горизонтальных колебаний фундамента f0.

Посредством регистрирующих микроконтроллерных устройств 5 (МК) определяют амплитудные значения горизонтальных колебаний фундаментов A0i для каждой i-той точки регистрации на частоте f0 первой гармоники колебаний фундамента. Сравнивают амплитудные значения горизонтальных колебаний каждого фундамента A0i с допустимыми амплитудными значениями горизонтальных колебаний фундаментов, регламентированных СНиП. В случае выявления превышения в i-ой точке измерения амплитудой первой гармоники колебаний фундамента A0i допустимых значений A0dop (A0i≥A0dop) регистрирующие микроконтроллерные устройства 5 (МК) вырабатывают бит аварийной остановки электропривода 2 по состоянию фундамента.

При вводе в эксплуатацию газокомпрессорной станции контроль качества изготовления или восстановления фундаментов в результате ремонтных работ производят по величине запаса

δAj=A0dop-A0i

рабочего ресурса.

Амплитудные значения горизонтальных колебаний фундаментов электроприводов насосных агрегатов и биты аварийной остановки насосных агрегатов 3 с выходов регистрирующих микроконтроллерных устройств 5 (МК) передают в центральный микроконтроллер 6 (M), затем по цифровому каналу связи в компьютер 7 газокомпрессорной станции.

В процессе работы электропривода насосного агрегата производят измерения амплитудных значений горизонтальных колебаний с частотой запуска на регистрацию микроконтроллерных устройств 5 (МК) каждого фундамента. Таким образом, осуществляют непрерывный мониторинг.

Для проверки функционирования установленных на фундаменте вибродатчиков 4 и регистрирующих микроконтроллерных устройств 5 (МК) отдельного неработающего электропривода насосного агрегата учитывают динамическое воздействие от соседних работающих электроприводов насосных агрегатов.

Биты аварийной остановки электропривода 2 по состоянию фундаментов и по текущему техническому обслуживанию насосного агрегата 3 газокомпрессорной установки с выходов регистрирующих микроконтроллерных устройств 5 (МК) передают в центральный микроконтроллер 6 (М), а затем в компьютер 7 газокомпрессорной станции по цифровому каналу связи, который подает сигнал на отключение электроприводов, предотвращая аварийную ситуацию в конструкции фундаментов или насосных агрегатов. Измерения и их анализ производят с заданной периодичностью. Кроме того, с помощью компьютера 7 определяют величину запаса по амплитудным значениям горизонтальных колебаний

δAj=A0dop-A0i,

по которому можно судить об остаточном ресурсе функционирования фундамента.

В таблице 1 представлены результаты мониторинга трех фундаментов электроприводов газокомпрессорной станции п.Володино Томской области. Размеры этих фундаментов были одинаковыми и составляли 3950×3950×1560 мм. Было использовано по 13 вибродатчиков, как показано на фиг.1, расположенных соответственно на трех разных фундаментах электроприводов насосных агрегатов на расстоянии 988 мм от краев фундаментов. Частота запуска регистрирующих микроконтроллерных устройств fper была равна 62 кГц. Частота f0 первой гармоники собственных колебаний фундамента составила 4 Гц. Как показали измерения, амплитуда горизонтальных колебаний фундаментов изменялась в пределах от 0,011 до 0,1097 мм. Шестой вибродатчик первого фундамента ВД6 (табл.1) и второй вибродатчик второго фундамента ВД2 зарегистрировали амплитудные значения горизонтальных колебаний 0,0633 и 0,1097 мм соответственно, что превышает допустимое значение. Согласно таблице 2 СНиП 2.02.05-87 «Фундаменты машин с динамическими нагрузками», предельно допустимое значение амплитуды горизонтальных колебаний составляет 0,05 мм. На фиг.2 представлена фотография визуально видимой трещины в теле аварийного второго фундамента с шириной раскрытия до 3 мм, расположенная в зоне 1/4 ширины фундамента от его края, что показывает аварийное состояние фундамента после 25 лет непрерывной эксплуатации газокомпрессорной станции. Третий фундамент имеет положительный запас рабочего ресурса (табл.1). Ранее обследования этих фундаментов и работы по их усилению на станции не проводились.

Способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов
Таблица 1
Вибродатчик Фундамент 1 Фундамент 2 Фундамент 3
Амплитудные значения горизонтальных колебаний,A0i, мм Величина рабочего ресурса фундамента, δAj, мм Амплитудные значения горизонтальных колебаний, А0i мм Величина рабочего ресурса фундамента, δAj, мм Амплитудные значения горизонтальных колебаний, А0i, мм Величина рабочего ресурса фундамента, δAj, мм
ВД1 0.0183 0,0317 0.0116 0,0384 0.0142 0,0358
ВД2 0.0116 0,0384 0.1097 -0,0597 0.0332 0,0168
ВД3 0.0149 0,0351 0.0183 0,0317 0.0158 0,0342
ВД4 0.0316 0,0184 0.0366 0,0134 0.0142 0,0358
ВД5 0.013 0,0370 0.0116 0,0384 0.0126 0,0374
ВД6 0.0633 -0,0133 0.0149 0,0351 0.022 0,0280
ВД7 0.0168 0,0332 0.0166 0,0334 0.011 0,0390
ВДВ 0.0149 0,0351 0.0116 0,0384 0.02 0,0300
ВД9 0.0166 0,0334 0.0199 0,0301 0.0174 0,0326
ВД10 0.0116 0,0384 0.008 0,0420 0.0126 0,0374
ВД11 0.0216 0,0284 0.016 0,0340 0.022 0,0280
ВД12 0.0149 0,0351 0.008 0,0420 0.0158 0,0342
ВД13 0.0183 0,0317 0.0116 0,0384 0.0174 0,0326

1. Способ мониторинга фундаментов электроприводов насосных агрегатов, заключающийся в том, что в процессе эксплуатации измеряют виброперемещение фундамента, по которому оценивают его техническое состояние путем сравнения текущих и допустимых значений, отличающийся тем, что i вибродатчиков, где i≥2, устанавливают вблизи мест креплений электроприводов и насосных агрегатов, по периметру поверхности каждого фундамента на расстоянии от его краев не менее 1/4 ширины каждого фундамента, после запуска вибродатчиков на регистрацию с одинаковой частотой, одновременно определяют частоту f0 первой гармоники собственных колебаний каждого фундамента, на этой частоте производят измерения амплитудных значений горизонтальных колебаний фундаментов А0i, сравнивают эти значения с допустимыми амплитудными значениями горизонтальных колебаний фундаментов A0dop, если
A0i≥A0dop,
то вырабатывают бит аварийной остановки электроприводов насосных агрегатов, если
A0i<A0dop,
то определяют величину запаса рабочего ресурса каждого фундамента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частота запуска вибродатчиков на регистрацию составляет
fрег=Kffm,
где Kf - коэффициент кратности частоты запуска (Kf≥2),
fm - максимальная частота диагностики повреждений электропривода с кратностью частот,
m=fm/fr,
где fr - частота вращения механической части электропривода, с временем регистрации измерений,
tрег=Kt/f0,
где Kt - коэффициент кратности времени запуска (Kt≥1).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину запаса рабочего ресурса фундамента определяют из выражения:
δAj=A0dop-A0i.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний на ударные воздействия конструкций различного назначения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании объектов машиностроения, стройиндустрии, бытовой техники и других изделий на вибропрочность и виброустойчивость.

Изобретение относится к устройствам для исследования прочностных свойств конструкций, в частности крыла воздушного судна, и может быть использовано для контроля его прочности путем замера вибраций консоли крыла непосредственно в полете.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования стойкости различных изделий, их узлов и приборов к воздействию импульсных инерционных нагрузок.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к технологии испытаний трубопроводов, и направлено на повышение эффективности строительства и/или капитального ремонта трубопровода за счет оптимизации использования имеющихся труб.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга смещений инженерных сооружений и может быть использовано для ведения непрерывного контроля смещений и колебаний элементов конструкций инженерных сооружений с целью ранней диагностики целостности сооружения, а также оперативного обнаружения первичных признаков (предвестников) потери устойчивости сооружения.

Изобретение относится к области исследования зданий и сооружений с расположенными внутри или в непосредственной близости механизмами или агрегатами, являющимися источниками сейсмических колебаний, и анализа для интерпретации полученных сейсмических данных.

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для создания поверочных ударных импульсов, необходимых для осуществления контроля трактов измерения ударных ускорений

Изобретение относится к области определения состояния несущих конструкций антенно-мачтовых сооружений (АМС), оперативного оповещения об изменении их состояния, предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций и может быть использовано в автоматизированных системах мониторинга безопасности несущих конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений

Изобретение относится к области строительства

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для испытаний на комплексное воздействие механического удара и различных физических факторов, в частности к стендам для испытаний изделий на воздействие ударных нагрузок

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к резонансным испытаниям механических конструкций, и обеспечивает экспериментальное определение характеристик собственных колебаний испытываемого объекта и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для создания цуга воздушных ударных волн (ВУВ), подобных возникающим в атмосфере при взрыве сосредоточенных зарядов ВВ, профиль каждой из которых характеризуется крутым ударным фронтом, положительной фазой, в которой давление больше атмосферного, и отрицательной фазой, в которой давление меньше атмосферного

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к вибрационным испытаниям конструкций, и может быть использовано в машиностроении для определения динамических характеристик и динамической устойчивости при испытаниях на вибростойкость и исследованиях поведения конструкций при переменных нагрузках и идентификации распределенных механических систем по экспериментальным данным

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных изделий

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для вибрационных испытаний различных изделий
Наверх