Základne princípy vibrodiagnostiky a jej prínosy pre prax
Základne princípy vibrodiagnostiky spočívajú v dôslednom a správnom meraní a analýze mechanického kmitania strojov a konštrukcií v priemyselnom alebo laboratórnom prostredí. Vibrodiagnostiku je možné stručne porovnávať s EKG vyšetrením ľudského tela v zdravotníctve aj keď vibrodiagnostika meria a analyzuje iný fyzikálny faktor a samozrejme aplikujú sa aj iné metódy merania a analýzy. Ciele sú však spoločné, v prípade EKG je určiť zdravotný stav človeka najmä srdca ako motora ľudského tela (bez chirurgického zásahu) a v prípade vibrodiagnostiky je to určenie technického stavu strojov vrátane rôznych pohonov bez odstavenia stroja z prevádzky a bez demontáže.
Exaktnejší opis základov vibrodiagnostiky je v tvrdení, že vibrodiagnostika je dôsledná a algoritmizovaná analýza zmien dynamických vlastností strojov resp. častí strojov. Je dôležité však zdôrazniť podstatu a ciele vibrodiagnostiky a monitorovania technického stavu strojov. Podstata monitorovania technického stavu strojov je v meraní charakteristických hodnôt mechanického kmitania a v súčasnom porovnaní výsledkov merania s kriteriálnými - limitnými hodnotami určenými technickými normami, výrobcom stroja alebo na základe dlhodobého pozorovania technického stavu sledovaného stroja. Monitorovanie je spravidla zamerané na určenie okamžitého technického stavu, ale nie je zamerané na určenie príčin, ktoré vyvolávajú zmeny dynamických vlastností strojov resp. zmeny technického stavu.
Monitorovanie technického stavu je určené najmä na ochranu a bezpečnosť strojov resp. prevádzkových prostriedkov. Prístroje a systémy určené na monitorovanie technického stavu umožňujú posudzovať technický stav stroja a v prípade havarijného stavu varovať alebo automaticky vypnúť monitorované stroje. Vzhľadom na vážnosť takého rozhodovania monitorovacie systémy majú byť vyrábané, inštalované a prevádzkované v súlade s odporúčaniami technických štandardov t.j. technických noriem. Okrem ochrany majetku resp. technických prostriedkov je dôležité si uvedomiť, že často sa jedná aj o ochranu zdravia a životov ľudí. V prípade, že havária alebo vážne poškodenie strojov spôsobí úraz s trvalým následkom alebo smrťou človeka, nedodržanie odporúčaní technických noriem môže mať aj trestno - právne následky.
Odporúčania týkajúce sa spôsobu merania a miesta uloženia - inštalácie snímačov ako aj kritérií hodnotenia technického stavu sú zakotvené v technických normách najmä ISO, ktoré spravidla majú dlhodobú platnosť. Z hľadiska ich využitia v praxi sú najvýznamnejšie nasledujúce normy:
Mechanické kmitanie na nerotujúcich častiach:
STN / ISO 10816 Mechanické kmitanie – Hodnotenie kmitania strojov meraním na nerotujúcich častiach
Časť 1: Všeobecné pokyny
Časť 2: Veľké stacionárne parné turbogenerátory s výkonom nad 50 MW;
Časť 3: Priemyselné stroje s menovitým výkonom nad 15 kW a menovitými otáčkami od 120 min-1 do 15 000 min-1 pri meraní v mieste trvalého uloženia
Časť 4: Sústavy poháňané spaľovacou turbínou aeroderivátov;
Časť 5: Sústavy strojov vo vodných elektrárňach a čerpacích staniciach
Časť 6: Stroje s vratným pohybom menovitého výkonu nad 100 kW
STN ISO 2954 Mechanické kmitanie strojových zariadení s rotačným a vratným pohybom
Požiadavky na prístroje na meranie mohutnosti kmitania
Mechanické kmitanie na rotujúcich hriadeľoch:
STN ISO 7919 Mechanické kmitanie strojov s nevratným pohybom
Meranie na rotujúcich hriadeľoch a kritéria hodnotenia
Časť 1: Všeobecné pokyny
Časť 2: Veľké stacionárne parné turbogenerátory
Časť 3: Spojené priemyselné stroje (agregáty)
Časť 4: Spaľovacie turbíny
Časť 5: Sústavy strojov vo vodných elektrárňach a čerpacích staniciach
Monitorovacie systémy
Technické prostriedky pre monitorovanie technického stavu strojov a vibračnú diagnostiku, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii na svetovom trhu v zásade možno rozdeliť do nasledujúcich štyroch skupín:
- Kompaktné zabezpečovacie systémy, spriahnuté s trvale nainštalovanými snímačmi, určené na prevádzkovanie v priemyselnom prostredí (tzv. bezpečnostné resp. zabezpečovacie on-line systémy). Systém zaradené do tejto skupiny majú spĺňať odporúčania noriem STN / ISO 10816, STN ISO 7919 alebo API670.
- Kombinované zabezpečovacie a vibrodiagnostické systémy, spriahnuté s trvale nainštalovanými snímačmi, určené na prevádzkovanie v priemyselnom prostredí (tzv. integrované on-line systémy)
- Systémy určené pre analýzu dynamických vlastností resp. na servisnú diagnostiku strojov, ktoré sú spravidla prevádzkované v priestoroch rôznych laboratórií a v skúšobniach
- Systémy umožňujúce vibračnú diagnostiku prostredníctvom pravidelných t.j. opakovaných pochôdzkových meraní v priemyselnom prostredí (tzv. off-line systémy)
Ochrana strojov verzus vibrodiagnostika
Technické a programové prostriedky pre ochranu a monitorovanie technického stavu strojov musia spĺňať príslušné normy pre bezpečnostné systémy, až potom následne využívať široké možnosti a rôzne druhy vibrodiagnostických metód.
Programové prostriedky vibrodiagnostiky
Programové prostriedky vibrodiagnostiky poskytujú najmä nasledujúce služby:
- Zber a vizualizáciu nameraných údajov;
- Archiváciu údajov;
- Nastavenie meraní a riadiacich parametrov;
- Vyhodnotenie nameraných údajov s počítačom podporovanou diagnostikou
- prostredníctvom bázy znalostí (tzv. poradné resp. expertné systémy)
Pri charakteristike resp. hodnotení programových prostriedkov vibrodiagnostiky je potrebné posudzovať nielen grafickú podporu resp. atraktívnosť - farebnosť grafiky, ale aj archivačné možnosti ako aj spoľahlivosť archivovaných údajov. Jedným z najviac uznávaných databázových systémov sú systémy ORACLE. Databáza ORACLE má schopnosť ukladať spoľahlivo údaje po dobu desiatok rokov použitím špeciálneho archivačného algoritmu. Svetoznámy denník „FINANCIAL TIMES“ zverejnil informáciu, že 17 z 20 najväčších svetových bánk používa aplikácie ORACLE, čo je významným dôkazom o mimoriadnej spoľahlivosti uvedeného databázového systému.
Nová stratégia monitorovania technického stavu strojov
Nová stratégia v oblasti posudzovania technického stavu strojov spočíva v tom, že pomocou deskriptorov sa sleduje v čase priebeh a vývoj špecifikovaných porúch, ktoré sú typické pre daný stroj alebo ich komponentov resp. častí. Desktriptory sú skalárne parametre, ktoré sú špecifické pre sledovanie konkrétnych porúch ako je nevývaha, nesúosovosť, poškodenie alebo opotrebenie ložiska, a pod. Veľmi často deskriptory sa získavajú prostredníctvom zložitých metód signálovej analýzy ako napr. súbehová filtrácia, FFT a vektorová analýza. Viac ako 200 skalárnych parametrov získaných v reálnom čase možno použiť na sledovanie trendu a alarm v monitorovacom systéme. Stručný zoznam typických deskriptorov je na obr.3.
Monitorovanie technického stavu strojov prostredníctvom deskriptorov
Typickým predstaviteľom prístrojového vybavenia, ktoré podporuje novú stratégiu monitorovania založenú na špecifických deskriptoroch pre jednotlivé presne definované poruchy stroja, je systém na monitorovanie technického stavu VDAU 6000 od spoločnosti Bruel & Kjaer Vibro (SRN).
Deskripory sú tvorené pre vybrané typy porúch jednotlivých častí strojov, preto veľmi často obsahujú cenné znalosti o monitorovanom stroji a významne redukujú počet meraných údajov a preto sú často využívané na diaľkové monitorovanie („remote monitoring“) prostredníctvom štandardných datakomunikačných sietí ako napr. vrtné plošiny v mori a veterné elektrárne rozmiestnené na veľkom území. Team odborníkov Bruel & Kjaer Vibro úspešne prevádzkuje systém VDAU-6000 na viac ako 5 000 veterných elektrárňach rozmiestnených prakticky na každom kontinente sveta. Z centralizovaného pracoviska nepretržite sledujú technický stav veterných elektrární a konečný užívateľ, prevádzkovateľ dostáva pravidelné správy o technickom stave ale aj o konkrétnych poruchách a problémoch.
Záver
Nová stratégia významne mení pohľad na monitorovanie technického stavu strojov a prináša účinné riešenie zamerané na sledovanie a odhaľovanie širokého okruhu problémov technického stavu strojných zariadení.
Ing. Peter Tirinda, CSc.
Ing. Vladimír Hájek, CSc.
E-mail: bk@bruel.sk
