Машины разговаривают с нами – нужно лишь суметь их услышать

Как метод акустической эмиссии меняет отношение к оборудованию и обслуживанию сложных систем

Мониторинг состояния оборудования и процессов – хорошо известное людям явление. Мы постоянно сканируем окружающую среду при помощи органов чувств, реагируем на неожиданные звуки, свет, движения, сравниваем то, что наблюдаем в данный момент, с тем, что наблюдали минуты, часы или дни назад.

Резкие изменения звука, такие, как неожиданный гудок автомобиля или скрип тормозов, крики птиц и животных, служат для человека предупреждением.

Для мониторинга окружающей среды люди традиционно используют специальных помощников – например, собак, которые, имея более острый слух, предупреждают лаем о приближении других людей или животных.

В индустриальном мире мониторинг приобрел практическое значение – это процесс наблюдения за текущим состоянием и прогнозирование будущего состояния механизмов в эксплуатационном режиме.

В России, к примеру, существует система прогностики ПРАНА, непрерывно и ежесекундно отслеживающая состояние энергоблоков по всей стране. К ней уже подключено 3,2 ГВт генерирующих мощностей.

Методы "акустического" обследования, которые все еще имеют место на некоторых энергообъектах

Однако глубокое погружение в мир звуков – акустику, открывает перед мониторингом и прогнозированием совершенно новые возможности. Контроль состояния агрегатов выполняется квалифицированными специалистами, которые, эксплуатируя механизмы, постепенно узнают, как они звучат в разных режимах. Анализируя источник звука, можно определить причину отклонения от нормы и предупредить поломку отдельных элементов и всего механизма.

Но когда механизм не один, а десятки и сотни, то на помощь приходят высокоточные диагностические системы мониторинга, с помощью которых специалисты могут эффективно контролировать и предсказывать работу сразу целого ряда систем.

Методы, используемые для мониторинга технического состояния ротационного оборудования, зависят от особенностей их работы и возможности для проведения предиктивной аналитики. Профессионалы знают, что низкочастотный вибрационный мониторинг является основным диагностическим способом контроля ответственного оборудования в режиме реального времени. Существенный рост низкочастотной вибрации – следствие возникновения развивающихся дефектов. Каждый из этих дефектов имеет свои частоты и свои признаки, по которым его можно обнаружить до наступления аварийной ситуации. К сожалению, стадия развития дефекта, когда его могут обнаружить датчики вибрации, зачастую наступает за несколько минут или секунд до аварии. В такой ситуации персонал станции может просто не успеть корректно отреагировать и снизить уровень опасности.

Нехитрое приспособление из прошлой эпохи - обычная железная труба, используемая для прослушивания оборудования

Это происходит из‑за того, что развивающиеся дефекты на ранних стадиях излучают высокочастотные сигналы, которые не воспринимаются обычными акселерометрами, так как акселерометры улавливают вибрацию на низких частотах. Поэтому для обнаружения развивающихся дефектов на ранних стадиях применяется другой метод – метод акустической эмиссии (АЭ).

АЭ-метод существенным образом расширил возможности мониторинга и прогностики, главным источником сигналов для которых ранее была Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), установленная на оборудовании, а иногда и собственные уши персонала, обслуживающего агрегаты станции.

Одно их главных преимуществ использования АЭ-метода – возможность его точечного применения, так как высокочастотные сигналы быстро затухают при распространении. Этот эффект позволяет работать с хирургической точностью и контролировать состояние только диагностируемого узла, в отличие от низкочастотной вибрации, которая распространяется на весь агрегат.

В области высоких частот основными источниками сигналов являются трение и микроудары, возбуждающие негармоничные колебания. Силы трения, возбуждающие высокочастотные сигналы, при отсутствии дефектов стационарны. Поэтому в бездефектных узлах высокочастотные сигналы постоянны во времени.

При возникновении микротрещин, при разрыве масляной пленки или при загрязнении смазки изменяется характер сигналов. Возникают всплески высокочастотных импульсов, которые улавливаются датчиками акустической эмиссии.

Проект мнемосхемы фундамента энергоблока

Для возбуждения вибрации требуется достаточно большая энергия, поэтому при вибромониторинге обнаруживаются только уже существенно развившиеся дефекты. А вот для возбуждения высокочастотных АЭ-сигналов энергии требуется существенно меньше. Реагируя на высокочастотные всплески энергии, АЭ-датчики могут обнаружить зарождение дефекта за один-два месяца до перехода контролируемого узла в предаварийное состояние, когда датчики вибрации только начинают реагировать.

Размеры дефектов линейно связаны с энергией АЭ-сигнала, которая выделяется при контакте поверхностей трения в подшипниковом узле. Зная предельные значения сигналов от дефектов и скорости роста дефектов, можно не только определить тип дефекта, но и спрогнозировать время безаварийной эксплуатации контролируемого элемента. Это и является главным преимуществом предиктивной аналитики перед обычной диагностикой!

Спектр применения АЭ-метода в проекте ПРАНА не ограничивается ротационным оборудованием. С помощью этой технологии ПРАНА «научилась» контролировать состояние железобетонных конструкций фундаментов энергетического оборудования. К примеру, фундамент энергоблока № 6 ТЭЦ-3 города Павлодар (Казахстан) будет оснащен системой мониторинга целостности на основе АЭ-метода, а также набором датчиков для определения температуры, деформации, углов наклона, вибрации и линейного перемещения. С помощью этих данных ПРАНА сможет выявлять образование скрытых дефектов, которые еще не вышли на поверхность. К таким дефектам относятся: усталостные трещины, деградация бетона под действием вибрации от турбо­агрегата, отрыв арматуры от бетона. Данные о состоянии сооружения будут учитываться при анализе работы основного оборудования энергоблока, что еще больше повысит эффективность решения.

Вот таким образом наука, давшая нам возможность «слушать и слышать» мир вокруг на ином уровне, позволяет предсказывать поломки и аварии сложного оборудования на объектах, от стабильной работы которых зависят десятки, а то и сотни тысяч людей, здоровье, а иногда и жизни персонала электростанций и предприятий промышленности. Новые методы взаимодействия с технологическими системами позволяют переосмыслить подход к работе и обслуживанию оборудования, само отношение к технике, которая предстает перед нами как живой организм, сообщающий нам о своем самочувствии. Метод АЭ-мониторинга стал тем мудрым «переводчиком», который сделал непростой, но живой язык машин понятным для нас, дал нам возможность вовремя врачевать их недуги.

Источник: Энергетика и промышленность России