Продвинутые датчики вибрации для ППВ: расширение возможностей прогнозного обслуживания и надежности активов

 

Вибрационный анализ — ключевая технология в меняющемся мире ППВ и прогнозного обслуживания.

Возможно, это главная технология для оценки здоровья вращающихся активов в промышленности и раннего предупреждения об ухудшении и надвигающемся отказе.

Обеспечивает высокую доступность активов на протяжении жизненного цикла.

Но что это такое?

Основы вибрации

Просто: вибрация — колебательное движение актива или компонента туда-обратно от положения покоя.

Представьте маятник, отпущенный с высшей точки. Он будет качаться, пока не рассеется энергия вибрации, и вернется в покой.

Единственная разница с вашими активами — вибрация останавливается только при остановке вращательной энергии. Первичный источник энергии — обычно мотор — должен остановиться, чтобы вибрация прекратилась.

Но может ли такое простое явление как вибрация сказать, что не так с вашими активами?

Да!

Измеренные параметры вибрации — амплитуда, RMS и период — позволяют рассчитать и увидеть механические, вращательные и трение силы в активах.

Источник: https://www.motioncontroltips.com/how-is-machine-vibration-defined/

Силы внутри актива вызывают вибрацию, обычно измеряемую на корпусе подшипника. Силы исходят от вращающихся элементов: роторов, шестерен, валов, подшипников, рабочих колес.

Не все силы и вибрация — плохие новости.

Но когда они таковые, используем Быстрое преобразование Фурье (БПФ/FFT) для просмотра во временной и спектральной областях.

Источник: https://www.motioncontroltips.com/how-are-fast-fourier-transforms-used-in-vibration-analysis/

 

Здесь мы видим их индивидуальные частоты и амплитуды — в ускорении или скорости — и связываем паттерны с конкретными дефектами актива.

Какие неисправности оно может обнаружить?

Много потенциальных неисправностей обнаруживает вибрационный анализ, вот несколько:

• Изношенные подшипники
• Кавитация насоса
• Невыравнивание активов
• Износ зубьев шестерен
• Структурные трещины в фундаментах
• Нехватка смазки
• Изношенные приводные ремни
• Резонанс

Любая из этих вызывала значительные простоя или головную боль на вашем заводе?

Держим пари — да!

Преимущества вибрационного анализа и CBM в целом хорошо известны:

• Высокая доступность активов
• Рост производственного выпуска
• Меньше неплановых простоев
• Снижение затрат на обслуживание и жизненный цикл
• Оптимизация человеческих ресурсов
• Сокращение invasивных ППР (капремонты и замены компонентов)
• Улучшение планирования и графирования обслуживания
• Лучшее прогнозирование запчастей
• Информация для анализа первопричин и устранения дефектов

Вибрационный анализ — зрелая технология прогнозного обслуживания, используется почти во всех отраслях. Это go-to технология в нефти и газе, пищепромышленности, бумаге и целлюлозе, металлургии, авто, добыче, авиации, ядерной энергетике, химии и многих других.

А как насчет процесса мониторинга состояния и вибрационного анализа?

Вибрационный анализ

Процесс мониторинга состояния прост и делится на три части: обнаружение, диагноз, прогноз. Посмотрим:

Обнаружение — собираете данные вручную каждые 4 недели или почасово «онлайн» системой, данные можно трендировать. Трендите серьезность вибрации на корпусе подшипника.

Лучшая практика — установить базовые уровни для всех активов. Чтобы знать их нормальные операционные уровни — предполагая, что они в хорошем состоянии.

Когда вибрация превышает предустановленный тревожный уровень (в мм/с или G), время расследовать дальше. Есть международные стандарты для установки тревожных уровней, например серия ISO 10816.

Диагноз — вопрос: что не так с машиной?

Хотя измеряете вибрацию на подшипнике, не значит, что дефект вызывающий функцию — неисправный подшипник. Причин может быть множество. Типичные причины износа подшипников, обнаруживаемые вибрационным анализом:

• Износ подшипника из-за невыравнивания
• Износ подшипника из-за «мягкой ноги»
• Износ подшипника из-за дисбаланса
• Износ подшипника из-за ослабления

Как их находить?

Раньше видели, как сложные сигналы вибрации просматриваются во временной или частотной области. Здесь и проводится анализ. Обе области содержат ценную информацию для диагностики частых неисправностей. Временная область показывает серьезность вибрации во времени. Полезна для диагностики дефектов подшипников, кавитации, дисбаланса, биения вибрации, повреждения зубьев шестерен. Частотная область показывает индивидуальные частоты, составляющие сложную вибрацию. Особенно хороша для диагностики дефектов подшипников, ослабления, дисбаланса, невыравнивания, проблем с ремнями, нехватки смазки, «мягкой ноги» и многого другого.

Прогноз — самый сложный вопрос. Как долго продержится до отказа?

Машины часто сложны и демонстрируют сложное механическое поведение. Никакие две не одинаковы.

Оценка того, как долго прослужит мотор или насос после обнаружения дефекта — очень сложна. Но может основываться на крутизне тренда вибрации. Как быстро растет серьезность вибрации во времени? После обнаружения начального дефекта можно брать более частые измерения — особенно на критичном оборудовании. Также можно оценить оставшийся ресурс, если есть данные прошлых отказов или хорошее понимание конкретной кривой P-F для оборудования. Фаза прогноза сложна, но с хорошими данными и знанием оборудования можно снизить риск неожиданного отказа.

Ключ — фокусироваться на частых проблемах вращающегося оборудования. Упомянутые невыравнивание, износ подшипников, ослабление, дисбаланс — самые частые. Не тратьте слишком много времени на экзотические и редкие случаи.

Представьте: едете на машине. Постепенно за несколько недели она всё сильнее трясется при разгоне. Серьезность вибрации выросла. Везете в гараж, ищут частые проблемы: дисбаланс колес или низкое давление в шинах. Не разбирают коробку передач на предмет отсутствующих зубьев или эксцентричных шестерен.

В этом суть мониторинга состояния: фокус на частых проблемах.

И их точной и быстрой диагностике.

Беспроводные датчики вибрации

Датчики вибрации сильно изменились.

Уходят в прошлое тяжелые, кабельные, внешнее питание, одноосевые акселерометры. Сейчас чаще видите беспроводные, Bluetooth, батарейные, трехосевые датчики. Умеют быть регистраторами данных, «просыпаться» и записывать при превышении порогов вибрации, имеют встроенные тревожные уровни ISO, многие также записывают температуру актива.

Источник: https://www.machinesentry.com/products/hardware/msf-1

 

Традиционные крупные провайдеры мониторинга меняют линейки продуктов и бизнес-модели в эпоху Индустрии 4.0, и много новых молодых игроков вызывает смену старых моделей.

Вибрационный анализ: До и После

Мы знаем, что мониторинг состояния — а именно вибрационный анализ — изменился, верно?

Но посмотрим, как это изменилось в практических терминах.

До — ручной труд был нормой. Сначала разрешения на доступ к некоторым активам из-за рисков безопасности. В большинстве заводов это 15-30 минут вашего времени. В офисе техник загружал «маршрут» в сборщик данных. Затем обходил заводы с кабельным акселерометром и сборщиком данных (обычно тяжелым!). Посещал только высококритичные машины, измерял каждую ось (X, Y, Z) на каждом подшипнике отдельно. Тратил 5-15 минут на машину. С уставшими ногами возвращался в офис и загружал данные в проприетарное ПО на отдельном компьютере. Данные жили только на том компьютере, доступ только у избранных.

Ничего в облаке.

Надеемся, не забыли закрыть разрешение на безопасность.

Аналитик вибрации затем копался в тоннах данных, анализировал вручную и обновлял Excel или Word. Готово — рассылал рекомендации и отчеты планировщикам и супервайзерам.

И надеялся на лучшее!

Через 4 недели повторял цикл.

(4 недели всегда был дефолтным циклом для большинства аналитиков. Не много мысли вкладывали в почему.)

Но теперь всё меняется…

После — процесс стал намного более автоматизированным.

Никаких разрешений на безопасность, мало или никакой ходьбы!

Трехосевые беспроводные датчики постоянно установлены на активе (магнитом, клеем или шпильками), батарея меняется раз в 3 года. Данные идут в локально установленный шлюз, подключенный к заводскому Wi-Fi. Шлюз отправляет данные в облачное ПО, доступное любому с логином из любой точки мира. Вместо сбора каждые 4 недели — настраиваемо, часто до каждых 60 секунд.

Источник: https://www.pruftechnik.com/en-GB/Products-and-Services/Condition-Monitoring-Systems/Online-Condition-Monitoring/

 

Остается опция ручной загрузки данных с беспроводных датчиков через Bluetooth-устройство (планшет/телефон). Преимущество: техник может осмотреть актив визуально, сделать фото и заметки.

Датчик может быть «мобильным» и временно переноситься на другие активы для траблшутинга.

Тревожные уровни можно настроить по ISO или индивидуально на актив. При превышении автоматические email-уведомления уходят ключевым стейкхолдерам о надвигающихся проблемах или необходимости вибрационного анализа/анализа первопричин.

Благодаря экономии масштаба можно мониторить гораздо больше активов, чем в традиционной модели, не только критичные.

Ручной анализ данных все еще распространен, но по мере углубления цифровой трансформации Индустрии 4.0 и ППВ движемся к прогнозному обслуживанию, машинному обучению и ключевой роли алгоритмов в анализе.

Теперь простую категоризацию двух типов датчиков: сканирующие и скрининговые.

Сканирующие датчики

Более дорогие датчики для критичных активов. Обычно содержат само-диагностику и валидацию измерений вибрации. Имеют степень интеллекта и обрабатывают большой объем данных. После валидации отправляют информацию во временной и частотной областях в шлюз и облачное ПО для дальнейшего анализа. Не ставите их на низкокритичные и вспомогательные активы из-за стоимости. Часто имеют встроенные датчики температуры для долгосрочного трендирования температуры рядом с вибрацией.

Скрининговые датчики

Низкой стоимости, для низкокритичных и вспомогательных активов. Хорошо подходят под подход ППВ. Часто записывают только общие значения вибрации и пиковые значения — не информацию во временной и частотной областях. Передают низкий объем данных. Но ключ — благодаря низкой цене их можно поставить на много больше активов, чем сканирующие. Ловят данные на активах, часто игнорируемых — но чей отказ все равно вызывает потери производства, потраченные затраты и организационные головные боли.

Какой рабочий процесс?

Пока мы быстро движемся в цифровую трансформацию и ППВ, рабочий процесс вибрационного мониторинга по сути тот же. Изменилось: меньше времени тратится на ненужный анализ, затраты значительно снизились. Типичный рабочий процесс сегодня:

Этот простой рабочий процесс позволяет сфокусировать ресурсы там, где они нужны.

Больше отдачи за ваши баксы!

Великие экономии за счет автоматизированного сбора данных и фильтрации здоровых активов. Здесь современные, активо-интенсивные и операционно-эффективные компании делают значительные приросты на пути к превосходству, связности и ППВ.

Будьте конкурентоспособны.

И будьте частью современного, данных-ориентированного пути к низким затратам, низким рискам и повышению производительности активов и бизнеса.

Читать далее: Полное руководство по ППВ в обслуживании