Мониторинг вибрации:гибридный подход

У вас есть ежеквартальная или ежемесячная программа мониторинга вибрации на основе маршрута, но у вас все еще возникают сбои. Проблема в том, что мониторинг на основе маршрута обеспечивает только мгновенное считывание. Для многих объектов проблемы могут возникать быстро и часто без предупреждения.

Ярким примером этого является дефект сепаратора подшипника. Дефект клетки может прогрессировать от первого признака до полного отказа подшипника в течение недели или даже дней - и, в зависимости от времени, мониторинг на основе маршрута может не выявить его. Одна из возможностей - перейти на непрерывный мониторинг вибрации. К сожалению, реализация полной программы непрерывного мониторинга вибрации может быть сложной задачей, а для некоторых активов может оказаться излишним. Что ты умеешь?

Решение состоит в применении гибридного подхода, который включает как непрерывный мониторинг вибрации, так и периодический мониторинг на основе маршрута. Используйте правильный инструмент для правильного типа актива. Критические узкие места процесса и средства обеспечения безопасности, такие как вентиляция или охлаждающие вентиляторы, идеально подходят для непрерывного мониторинга (см. Рисунок 1), в то время как объекты с низким уровнем риска или низкоскоростные ресурсы лучше всего подходят для мониторинга на основе маршрута. Этот гибридный подход - эффективный способ улучшить вашу программу технического обслуживания, не нарушая банкротства и не позволяя лучшему стать врагом хорошего.

Рис. 1. Базовый спектр вибрации подшипника (слева), полученный системой онлайн-мониторинга состояния Dynapar OnSite ™, показывает наивысшую амплитуду на основной частоте вращения (красная точка). В спектре, полученном после появления дефекта подшипника (справа), амплитуда основной частоты уменьшилась (красная точка) даже при увеличении 2X и 3X гармоник; высшие гармоники коррелируют с ослаблением подшипников.

Баланс плюсов и минусов

Если в инженерии и есть одна истина, так это то, что не существует единого идеального решения, а есть только лучший подход к данной проблеме. Создание гибридной программы мониторинга начинается с понимания сильных и слабых сторон двух подходов.

Мониторинг на основе маршрута включает снятие показаний вручную через интервалы, определяемые историей актива или экстраполированные из графиков профилактического обслуживания. Это хороший подход для отслеживания большого количества точек. С другой стороны, инструмент мониторинга требует значительных вложений. Для получения точных показаний требуются обученные технические специалисты, как штатные, так и сторонние.

Данные обычно хранятся и управляются локально, и со временем их объем существенно увеличивается. Наконец, для анализа и интерпретации показаний требуются специальные знания, за которые приходится платить, будь то обучение штатного инженера, найм квалифицированного специалиста или работа со сторонней службой надежности.

Для непрерывного онлайн-анализа вибрации используются сетевые датчики, установленные на оборудовании, для сбора данных и их пересылки на локальный сервер или облако для анализа и предупреждений. Частота считывания делает непрерывный онлайн-мониторинг вибрации очень эффективным при обнаружении быстро развивающихся дефектов. Хотя оборудование традиционно было дорогим, новое поколение недорогих облачных систем мониторинга состояния делает эту технологию практичной для более широкого круга активов.

Как всегда, есть компромиссы. Даже применяемый через дискретные промежутки времени, непрерывный онлайн-мониторинг состояния генерирует огромные объемы данных. Однако в большинстве случаев эти данные переносятся в облако для хранения. Удобное в использовании облачное программное обеспечение может использоваться для автоматического запуска предварительно настроенной аналитики данных, что сокращает объем опыта, необходимого для преобразования выходных данных датчиков в полезную информацию.

Правильный инструмент для правильного актива

Идеальный подход к мониторингу для данного актива успешно уравновешивает стоимость мониторинга с вероятностью того, что частота обнаружит проблемы вовремя, чтобы предотвратить незапланированные простои. При выборе способа мониторинга следует учитывать риск, связанный с отказом. Это включает в себя риск возникновения отказа; продолжительность этой неудачи; и влияние этого отказа с точки зрения безопасности человека, окружающей среды и производства в целом. Наконец, рассмотрите доступность активов для ручного чтения и ремонта.

После того, как вы свели эти факторы в таблицу, выберите в приложении подход к мониторингу, который лучше всего подходит для этого приложения.

Следующие объекты хорошо подходят для мониторинга на основе вибрационного маршрута:

Стабильные активы: Активы со средним временем наработки на отказ (MTBF) в год или более можно очень эффективно отслеживать с помощью мониторинга на основе маршрутов на ежемесячной или ежеквартальной основе. Инвестировать в систему для непрерывного сбора данных об этом типе активов - это излишне. Непрерывный онлайн-мониторинг вряд ли значительно увеличит время безотказной работы по сравнению с методами на основе маршрутов. Она увеличится, так это количество данных типа «Я в порядке», которые необходимо собрать, проанализировать и сохранить.

Ресурсы с низким уровнем риска: Если у актива есть прямая резервная единица, запасные части в инвентаре, которые можно быстро установить или которые вряд ли повлияют на общую производительность объекта и / или операции, это можно рассматривать как низкий риск риска. Такие объекты являются хорошими кандидатами для мониторинга на основе маршрутов.

Низкоскоростные ресурсы: Мониторинг на основе маршрута очень эффективен для низкоскоростных вращающихся объектов. Большинство систем непрерывного мониторинга имеют значительный спад на низких и высоких частотах в спектре вибрации. Это ограничивает их эффективность для активов, работающих со скоростью ниже 600 об / мин.

Если вы хотите найти применение, не ищите ничего, кроме промышленных печей, используемых для всего, от поджаривания хлопьев для завтрака до отверждения автомобильной краски. Двигатели, приводящие в действие конвейеры в этих печах, могут работать со скоростью 25 об / мин при переносе тяжелых грузов, подвергая их значительным нагрузкам. Мониторинг на основе маршрута обеспечивает эффективный мониторинг не только вибрации, но и других переменных процесса, чтобы лучше понять общее состояние объекта.

Эти классы активов лучше всего отслеживать с помощью онлайн-мониторинга состояния:

Объекты, которые часто выходят из строя, несмотря на мониторинг на основе маршрутов: Быстро развивающиеся дефекты требуют более частого мониторинга, чем обычно может обеспечить график на основе маршрутов. Если ресурс выходит из строя каждые шесть месяцев или реже, несмотря на регулярные ручные измерения, рассмотрите возможность непрерывного онлайн-мониторинга вибрации. Он обеспечивает лучшую защиту и более экономичное решение, чем подход на основе маршрутов.

Важные активы: Активы, которые являются узкими местами для других операций, должны находиться под постоянным контролем. Например, конвейер, который действует как точка заслонки для всей технологической линии, должен контролироваться, чтобы гарантировать непрерывную работу, если стоимость отказа высока, даже если стоимость актива невысока, его следует считать критическим.>

Например, производственный цех площадью 100 000 квадратных футов, на котором расположена производственная линия крупного производителя продуктов питания, обслуживался одним вентилятором на крыше. Когда он вышел из строя, производство пришлось остановить. Простой ремонт может стоить 120 000 долларов. Катастрофический сбой может превысить 1 миллион долларов. Учитывая критический характер актива, его следовало регулярно контролировать. Из-за снега, льда и других препятствий его проверяли всего несколько раз в год.

Для заблаговременного предупреждения о возникающих дефектах сторонняя служба надежности компании установила непрерывный онлайн-монитор вибрации. Блок начал сбор данных 4 октября. Примерно в середине месяца график тренда среднеквадратичной вибрации для одного из подшипников начал расти, что указывает на дефект подшипника (см. Рис. 2). После консультаций было принято решение продолжить работу с одновременным мониторингом актива, чтобы запланировать ремонт таким образом, чтобы минимизировать влияние на производство.

3 ноября порок резко обострился. Система отправила оповещения. Команда внимательно изучила данные, систему мониторинга до конца смены. В этот момент проблема была слышна. Машина была остановлена ​​и отремонтирована за ночь. Непрерывный мониторинг позволил расширить производство, избегая при этом расходов на катастрофические поломки.

Рис. 2. Данные системы мониторинга состояния Dynapar OnSite показывают резкий скачок в тенденции среднеквадратичной вибрации 24 октября, когда впервые образовался дефект, за которым последовал резкий рост 3 ноября, когда подшипник стал критическим.

Трудно получить доступ к объектам: Непрерывный онлайн-мониторинг вибрации обеспечивает решение для активов, к которым трудно получить доступ для ручного считывания. В недавнем примере намотчик валка бумагоделательной машины часто выходил из строя подшипников в результате изменения постоянной скорости. Мониторинг на основе маршрута нельзя было использовать, потому что рулон не мог быть доступен во время работы машины из соображений безопасности. Постоянное изменение скорости также означало, что простого мониторинга вибрации было недостаточно.

Компания установила систему непрерывного онлайн-мониторинга вибрации с облачным хранилищем данных и аналитикой. Веб-аналитика преобразовала данные временной формы сигнала в среднеквадратичную форму сигнала и спектры вибрации. Используя показания скорости с кодировщика, автоматическая аналитика соответствующим образом масштабировала данные о вибрации.

24 января по уровням вибрации сработало оповещение. Благодаря системе непрерывного мониторинга комбинат смог продержать линию в рабочем состоянии до 5 февраля, когда они заменили подшипник (см. Рис. 3).

Рис. 3. Среднеквадратичный тренд вибрации подшипника намоточного вала показывает появление дефекта (вставка) 24 января (красная стрелка). Уровни вибрации вернулись к исходному уровню после ремонта 5 февраля.

Чтобы добраться до такого актива, как вентилятор градирни или двигатель лифта, могут потребоваться особые меры безопасности (и комфорт с высотой). А мониторинг некоторых активов - просто головная боль, возможно, из-за ограниченного пространства, из-за того, что корпус нагревается до трехзначных цифр летом или из-за того, что для доступа к активу требуется снятие защитных ограждений.

Ресурсы, связанные с безопасностью: Любое оборудование, выход из строя которого представляет риск немедленной травмы или смерти, следует отслеживать с помощью непрерывного онлайн-мониторинга вибрации. Сюда входят активы, отказ которых может нанести непосредственный вред ближайшим операторам, и те, отказ которых может создать опасную ситуацию для персонала и объекта в целом.

Производитель изделий из дерева страдал от частых отказов пылесборников, используемых для улавливания опилок на его производственном предприятии. Улавливание пыли имеет решающее значение для безопасности - распыление опилок по воздуху создает взрывоопасную среду Класса 1 / Раздела I. Когда пылесборники выходят из строя, то же самое происходит и с производством. Операция должна была найти систему раннего предупреждения, которая поможет предотвратить сбой.

Приложение критично как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения производства, поэтому его лучше всего обслуживать с помощью непрерывного онлайн-мониторинга вибрации. Детализация данных не только выявила проблемы и предотвратила сбои, но и помогла диагностировать основную причину. Система мониторинга была настроена на сбор данных о вибрации один раз в час. В течение месяца тренд среднеквадратичной вибрации показал спад.

Когда специалист по надежности просмотрел временную форму волны, он заметил, что шипы, вызванные ударами роликов подшипника о дорожки качения, временно уменьшились на 24-48 часов после смазки, а затем снова увеличились. Чтобы проверить теорию о том, что проблема заключалась в недостаточной смазке, они увеличивали количество смазки, подаваемой каждый месяц. Сбои немедленно исчезли, а производительность улучшилась.

Проблемные объекты: Когда мониторинг на основе маршрута обнаруживает развивающийся дефект, у обслуживающего персонала есть выбор между немедленным ремонтом или отложением ремонта, продолжая отслеживать проблему. Немедленный ремонт позволяет избежать затрат на замену актива, который еще имеет жизнеспособный срок службы, но предполагает рассчитанный риск того, что актив не выйдет из строя между чтениями. Мониторинг на основе маршрута становится все менее рентабельным при увеличении частоты до еженедельной или даже ежедневной. Непрерывный онлайн-мониторинг не только снимает показания с достаточно короткими интервалами, чтобы обнаруживать быстрые изменения состояния, но также может быть настроен на автоматическую отправку предупреждений, когда вибрация превышает определенные пороговые значения.

Ресурсы с переменной скоростью: Некоторые классы оборудования постоянно ускоряются и замедляются, что может вызвать преждевременный выход из строя подшипников. Например, при обработке рулонов наматывающие / разматывающие валы часто выходят из строя из-за этого рабочего режима.

Современные объекты могут иметь сотни, если не тысячи потенциальных точек отказа. Ни один подход к мониторингу состояния не может быть эффективным во всех случаях. Мониторинг на основе маршрутов недостаточен для отслеживания быстро развивающихся дефектов. Даже последнее поколение доступных систем непрерывного онлайн-мониторинга вибрации становится дорогостоящим для большого количества точек. Лучший подход - гибридная стратегия.

Проведите аудит объекта и определите, какие активы являются хорошими кандидатами для непрерывных онлайн-систем, а какие лучше обслуживаются с помощью мониторинга на основе маршрутов. Создав программу гибридного мониторинга, вы можете упростить обслуживание, увеличить время безотказной работы, обеспечить безопасность и максимизировать производительность и прибыльность всей операции.

Об авторе

Дерек Ламмел, специалист по надежности, Dynapar Corporation. Дерек Ламмель, специалист по анализу вибрации категории III, имеет обширный опыт в различных областях профилактического обслуживания с использованием анализа вибрации, термографии, анализа масла и ультразвуковых технологий. Дерек проработал 9 лет в ВМС США, работая за границей в области технического обслуживания авиации в 45-й разведывательной эскадрилье патрульного крыла. Дерек присоединился к Dynapar в 2019 году и является профильным экспертом в области анализа вибрации для продуктов и услуг Dynapar. До прихода в Dynapar Дерек работал в SKF Reliability Systems инженером по надежности в различных отраслях, таких как целлюлозно-бумажная промышленность, производство стали, производство продуктов питания и напитков, а также горнодобывающая промышленность, разрабатывая стратегии прогнозирования для увеличения времени безотказной работы клиентов.