Новости Основы Диагностика Средства Литература О сайте

ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Нагорный В.М. к.т.н., доц. каф. «Общей механики и динамики машин» Сумского Государственного Университета,
г. Сумы, Украина, тел. +38 (054) 333594, E-mail: marts@omdm.sumdu.edu.ua
Черевко А.А. аспирант каф. «Общей механики и динамики машин», СумГУ,
тел. +38 (054) 333594, E-mail: marts@omdm.sumdu.edu.ua

Скважинное оборудование, основу которого составляют электроцентробежный насос и погружной электродвигатель, опускаемые в скважину на колонне насосно - компрессорных труб (рис. 1), недоступно для непосредственного инструментального контроля. Поэтому традиционно диагностирование приходится проводить на основе незначительных по объему косвенных данных (давлению и расходу жидкости и силе тока, подаваемого на привод).

Основу оборудования составляют электроцентробежный насос и погружной электродвигатель, опускаемые в скважину на колонне насосно - компрессорных труб (рис. 1).

Рис. 1. Схема погружного агрегата и размещения на нем точек виброконтроля
1 - Погружной агрегат; 2 - Колонна насосно-компрессионных труб

Информативность этих данных можно увеличить за счет повышения точности проводимых измерений и определения частотного спектра измеряемого сигнала. Рассмотрение этой информации с учетом физики отказа машин позволит прогнозировать момент фактически потребной остановки оборудования на ремонт и указывать причину этого ремонта.

Традиционные измерения следует дополнить измерениями вибраций колонны насосно-компрессорных труб, вызываемых потоком протекающей по ней жидкости. Частотный состав пульсирующего давления жидкости содержит информацию об источнике этих пульсаций - электронасосном агрегате. Методы анализа этого спектра обычны для вибродиагностики и позволяют, при условии проведения периодических измерений, указывать с большой долей вероятности сроки и причину ремонта контролируемого оборудования.

В качестве примера подобной оценки технического состояния скважинного оборудования были проведены еженедельные в течении 9-ти месяцев замеры вибраций колонны насосно-компрессорных труб погружного электронасосного агрегата 1ЭЦВ14-210-300Х. Измерения проводились с помощью прибора VIBROPORT, а полученный сигнал записывался на магнитную ленту. После оцифровки сигнал обрабатывался компьютерной программой, в результате работы которой получался спектр вибрационного сигнала (рис. 2), график изменения информационных гармоник во времени (рис. 3), а по результатам анализа данной информации ставился диагноз состояния электронасосного агрегата (протокол диагностирования приводится).

Рис. 2. Спектр вибрационного сигнала

Анализ спектров показал, что он содержит гармонические составляющие, соответствующие кинематической схеме агрегата, т.е. содержит гармоники на частотах, совпадающих с:

  • оборотной частотой (fоb = 50 Гц);
  • второй оборотной частотой (Fras = 2х fоб);
  • подшипниковой частотой насоса (Fp nas = fобх8);
  • подшипниковой частотой двигателя (Fdv = fобх12);
  • частотой роликовой муфты (Fm = fобх12);
  • лопаточной частотой насоса (Fkol = fобх7);
  • лопаточной частотой двигателя (Fkdv = fобх7).

Используемый в программе диагностики алгоритм рассматривает временной тренд уровня информационной гармоники как сумму трендов, обусловленных развитием усталостной трещины и износом трущихся пар. Данный тренд аппроксимируется суммой аналитических зависимостей, отражающих физику износа пар трения и развития трещин. Искомый ресурс является параметром этих зависимостей.

Пример подобного суммарного тренда и его составляющих для лопаточной гармоники, реагирующей на дефект рабочего колеса насоса, приведен на рис. 3.

Оценка текущего состояния проводится с помощью алгоритма, построенного по индуктивному принципу - от частного к общему. Диагностирование начинается с оценки степени развития дефектов отдельных узлов агрегата, на которых находятся контрольные точки.

Далее ставится локальный (точечный) диагноз в точке контроля, а затем на основе этих локальных диагнозов ставится диагноз узла в целом (узел может иметь более одной точек контроля), и на основе диагнозов узлов ставится диагноз агрегата в целом.

Этот диагноз излагается в кратком заключении протокола, а локальные диагнозы и оценка степени развития дефектов излагается в Приложениях к заключению.

Оценка степени развития контролируемных дефектов осуществляется путем расчета величины классифицирующей функции (дискриминантной, решающей и т.п.), аргументами которой являются безразмерные параметры, описывающие относительное изменение уровня информационной гармоники, отвечающей за данный дефект (Аотн) и относительной скорости изменения уровня информационной гармоники (Vотн). Эти параметры приведены к безразмерному виду, путем деления их фактических величин, соответственно, на предельно допустимый уровень гармоники (Апр.) и опорную скорость (Vопор). В классифицирующую функцию эти параметры входят в виде слагаемых с весовыми коэффициентами, изменяющимися от нуля до единицы и характеризующими степень влияния на оценку состояния дефекта степени изменения величины информационной гармоники и скорости её изменения.

Рассчитав фактическое значение классифицирующей функции, сравниваем его с её эталонными значениями. Эталонные значения функции изменяется от нуля до единицы, имея ряд промежуточных значений, отличающихся, так же, как и граничные значения норм виброактивности ISO 2372, на величину, порядка, 1,56 (точно - корень пятой степени из десяти). И, в зависимости от того, в какой эталонный интервал попадает фактическое значение функции, выдается одно из следующих сообщений:

  • дефект отсутствует;
  • степень развития дефекта ниже средней;
  • степень развития дефекта средняя;
  • степень развития дефекта выше средней;
  • степень развития дефекта недопустимая.

Эти сообщения дополняются указанием наработки до оптимальной остановки на ремонт и до предельной степени развития дефекта; о доле, приходящейся в развитии дефекта на прочность (развитие трещины в силовых элементах) и на износ пар трения, характеристикой скорости развития дефекта.

Далее, по величине суммарного уровня вибрации, приведенного к безразмерному виду, путем деления его на предельно допустимую по нормам ISO 2372 величину и максимального значения классифицирующей функции, характеризующей дефект, имеющий наибольшую степень развития, ставят локальный диагноз в точке контроля:

  • узел в точке контроля исправен;
  • узел в точке контроля работоспособен;
  • узел в точке контроля требует осмотра;
  • узел в точке контроля требует ремонта.

Затем, на основе локального наихудшего диагноза, ставится диагноз узлу в целом:

  • узел исправен;
  • узел работоспособен;
  • узел требует осмотра;
  • узел требует ремонта.

И, наконец, на основе наихудшего диагноза отдельных узлов, ставится диагноз агрегату в целом:

  • агрегат исправен;
  • агрегат работоспособен;
  • агрегат требует осмотра;
  • агрегат требует ремонта.

Во всех случаях диагноз сопровождается указанием наработки до оптимальной остановки на ремонт и наработки до отказа и причину отказа и ремонта, соответственно.

При постановке диагноза принята достаточно жесткая концепция «слабого звена», в результате этого диагноз на более высоком иерархическом уровне ставится на основе наихудшего диагноза, полученного на более низком уровне. Это оправдано для оборудования опасных производств (АЭС, химпредприятия и т.п.). Для городского коммунального хозяйства и т.п. можно использовать менее жесткие правила, когда диагноз на более высоком уровне ставится на основе усредненного по тем или иным правилам диагноза, полученного на предыдущем более низком иерархическом уровне.

Приведенный в протоколе диагноз получил подтверждение при ремонте агрегата после его фактической остановки из-за заклинивания ротора двигателя, происшедшей при наработке агрегата, указанной в протоколе.

Проведение параллельно, принятых для скважин и традиционных для вибродиагностики измерений, позволяет создать несколько вариантов достоверных методик оценки фактического технического состояния скважинного оборудования, использующих либо уточненные традиционные измерения, либо комбинацию традиционных и принятых в вибродиагностике методов измерения и их анализа.

Рис. 3. Изменение за время эксплуатации агрегата лопаточной гармоники,
реагирующей на дефект рабочего колеса насоса
ПРОТОКОЛ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АГРЕГАТА N 150 от 30.06.2004 г.


Агрегат подлежит ремонту 
по причине неудовлетворительного состояния 
 в точке контроля, где установлен датчик dk
-наработка агрегата до ремонта
составляет:-0.22 - -0.34 cут.
-наработка агрегата до его отказа
составляет: 4.32 - 6.85 cут.

Более полная информация приведена в Приложениях

ПРИЛОЖЕНИЕ 1



ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТОВ
УЗЛА МАШИНЫ, ГДЕ УСТАНОВЛЕН ДАТЧИК dk
на 30.06.2004 г.


           Дисбаланс:
-степень развития дефекта - ниже средней, 
-степень поврежденности - 26.2 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 0.0 %
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 100.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 81.27 - 129.00 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 90.09 - 143.00 cут.,


           Расцентровка:
-степень развития дефекта - предельная, 
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 0.0 %
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 100.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - быстрая, 
-степень поврежденности -100 %
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 0 ... -0.2 сут.
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 4.32 - 6.85 cут.,



           Износ рабочих колес:
-дефект отсутствует, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 81.27 - 129.00 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 90.09 - 143.00 cут.,


           Износ подшипников насоса:
-степень развития дефекта - ниже средней, 
-степень поврежденности - 40.5 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 40.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - предельная, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 60.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 81.27 - 129.00 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 90.09 - 143.00 cут.,


           Износ подшипников двигателя:
-степень развития дефекта - средняя, 
-степень поврежденности - 46.8 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 90.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - предельная, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 10.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 8.52 - 13.53 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 8.55 - 13.56 cут.,


           Прочие дефекты:
-степень развития дефекта - ниже средней, 
-степень поврежденности - 28.8 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 50.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - предельная, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 50.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 62.78 - 99.66 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 70.63 - 112.11 cут.,

ПРИЛОЖЕНИЕ 2



ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТОВ
УЗЛА МАШИНЫ, ГДЕ УСТАНОВЛЕН ДАТЧИК zk
на 30.06.2004 г.


           Дисбаланс:
-дефект отсутствует, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 32.93 - 52.27 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 48.55 - 77.06 cут.,


           Расцентровка:
-степень развития дефекта - средняя, 
-степень поврежденности - 47.5 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 90.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - предельная, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 10.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 3.80 - 6.04 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 8.55 - 13.56 cут.,


           Износ рабочих колес:
-степень развития дефекта - выше средней, 
-степень поврежденности - 65.0 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 0.0 %
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 100.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 81.27 - 129.00 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 90.09 - 143.00 cут.,


           Износ подшипников насоса:
-степень развития дефекта - ниже средней, 
-степень поврежденности - 40.8 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 10.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - быстрая, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 90.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - быстрая, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 14.92 - 23.68 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 20.25 - 32.14 cут.,



           Износ подшипников двигателя:
-дефект отсутствует, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 81.27 - 129.00 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 90.09 - 143.00 cут.,


           Прочие дефекты:
-степень развития дефекта - ниже средней, 
-степень поврежденности - 32.8 %
-доля прочности в развитии дефекта составляет: 60.0 %
-скорость развития дефекта из-за прочности - предельная, 
-доля износа сопряжений в развитии дефекта составляет: 40.0 %
-скорость развития дефекта из-за износа сопряжений - медленная, 
-наработка узла машины до остановки на ремонт 
 составляет: 41.82 - 66.38 cут.,
-наработка узла машины до его отказа из-за
 развития дефекта составляет: 48.56 - 77.08 cут.,




ДИАГНОЗ УЗЛА МАШИНЫ В ТОЧКЕ УСТАНОВКИ ДАТЧИКА zk
на 30.06.2004 г.


Узел машины в работоспособном состоянии. 
 Ресурс ограничивает: - Расцентровка
из-за повышенной скорости развития !
-наработка узла машины до ремонта
составляет: 3.80 -  6.04 cут.
-наработка узла машины до его отказа
составляет: 8.55 - 13.56 cут.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  1. Л.М. Замиховский, В.П. Калявин. Техническая диагностика погружных электроустановок для добычи нефти. - Снятын: Прут Принт, 1999 - 234 с.
  2. Надежность установок погружных центробежных насосов для добычи нефти. Цинтихимнефтемаш. Москва 1983
  3. Вибрации энергетических машин. Справочное пособие. Под ред. д-ра техн. наук проф. Н.В. Григорьева. Л., "Машиностроение", 1974. 464 с. С.442 - 454
  4. М.Д. Генкин, А.Г. Соколова. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1987.-288 с. С.168 - 183
В начало статьи
 
 Ваши отзывы и предложения ждем по адресу: mail@vibration.ru Cайт поддерживается ООО «ИНКОТЕС»