Способ контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации Российский патент 2023 года по МПК G01L5/16 B63J99/00 

Изобретение относится к системе судового вспомогательного оборудования, в частности, к средствам измерения виброакустических параметров вспомогательного оборудования. Может быть использовано для оценки технического состояния вспомогательных механизмов, а также для установления причин и уровней значений вибрации судовых поршневых компрессоров в эксплуатации.

Одним из шагов развития удаленного управления безэкипажного (автономного) судна, является, в первую очередь, контроль технического состояния судовых технических средств и прогнозирования неисправностей в процессе эксплуатации. Такую задачу можно решить только при помощи безразборных методов и видов неразрушающего контроля без присутствия человека на борту автономного судна. Одним из таких методов оценки и прогнозирования неисправностей технического состояния в процессе эксплуатации является вибродиагностика. В связи с этим вибродиагностика является актуальным видом контроля технического состояния в настоящее время.

Судовые поршневые компрессоры устанавливаются на различных типах морских судов и входят в состав обслуживающих систем главных элементов энергетической установки и вспомогательных систем судна широкого мощностного ряда. Рабочим телом судовых поршневых компрессоров является воздух или фреон. Вал судового поршневого компрессора приводится в движение электродвигателем с помощью клиноременной передачи (ремень) или при непосредственном соединении через муфту. В ременном типе конструкции компрессора момент силы передается от двигателя на приводной коленчатый вал цилиндропоршневой группы через систему шкивов и ремней.

Техническая эксплуатация судовых поршневых компрессоров включает все виды технического обслуживания и ремонта, по которому можно оценить состояние оборудования на основе применения неразрушающего контроля.

Известны технические решения, включающие способы обработки и контроля вибрационных параметров машин их элементов.

Известен способ контроля параметров вибрации судового оборудования патент РФ №2682839 G01L 5/16 «Способ контроля технического состояния судового дизель-генератора в эксплуатации» опуб. 21.03.2019, Бюл. №9. Способ относится к диагностике судового энергетического оборудования в эксплуатации по параметрам вибрации. В способе замеряют параметры вибрации судового дизеля, установленного на мягких опорах. Анализируются параметры вибрации со всех датчиков и при превышении пределов эксплуатационных уровней вибрации в любом из указанных направлениях хотя бы одного из датчиков, меняют режим эксплуатации, до тех пор, пока значения вибрации не войдут в пределы эксплуатационных уровней. Такой способ определяет оптимальный режим эксплуатации, что не приводит к остановке и простою оборудования. Однако в способе решена задача мониторинга судового энергетического оборудования как дизель-генератор.

Известен способ диагностики зарождающихся дефектов механизмов по параметрам вибрации: патент РФ №2680640 G01M 13/04 «Способ вибродиагностики зарождающихся дефектов механизмов» опуб. 25.02.2019, Бюл. №6. Этот способ основан на измерении вибрационных ускорений, их полосовой фильтрации с выделением в усредненных энергетических спектрах огибающих вибрационных ускорений и определении энергетического спектра вспомогательных корабельных механизмов (подшипников, насосов, электродвигателей и других роторных механизмов). В способе применяется решающие правила детектирования многомерных признаков местоположений и амплитудных значений для исправного состояния механизма и их сопоставления с эталонами. Однако, все расчеты, преобразования, правила, сравнивание всех методов и значений различных параметров вибрации не учитывают уже устоявшиеся методы контроля технического состояния судовых механизмов и их конструктивных особенностей.

За прототип принят способ контроля технического состояния судового редуктора в эксплуатации патент РФ №2773562 G01L 5/16, В63Н 23/00 «Способ контроля технического состояния судового редуктора в эксплуатации» опуб. 06.06.2022, бюл. №16. Способ относится к диагностике судового энергетического оборудования в эксплуатации по параметрам вибрации. В способе замеряют параметры вибрации судового редуктора на различных режимах эксплуатации. Анализируются параметры вибрации со всех датчиков и при превышении пределов эксплуатационных уровней вибрации в любом из указанных направлениях хотя бы одного из датчиков, меняют режим эксплуатации, до тех пор, пока значения вибрации не войдут в пределы эксплуатационных уровней. Такой способ определяет оптимальный режим эксплуатации, что не приводит к остановке и простою оборудования. Однако в способе решена задача мониторинга судового энергетического оборудования как редуктор.

Задачей предлагаемого изобретения является контроль технического состояния по параметрам вибрации судового поршневого компрессора в эксплуатации и, как следствие, повышение надежности его в целом.

Для достижения поставленной задачи предложен способ контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации, путем получения и обработки вибросигнала в вертикальном, осевом, поперечном направлениях, значений виброскорости с датчиков, отличающийся тем, что устанавливают датчики на корпусе в местах подшипников коленчатого вала и лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя, установленного на мягких опорах - всего в количестве от 2 до 6 датчиков, получают сигналы в вертикальном, осевом, поперечном направлениях от всех датчиков, которые преобразуют в узкополосные спектры виброскорости, причем, с датчика, установленного в количестве от одного до двух на корпусе в местах подшипников коленчатого вала, преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости в пределах, в которых находятся вибрационные параметры подшипников коленчатого вала поршневого компрессора, с датчиков, установленных в количестве от двух до четырех, на лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости в пределах, которых находятся вибрационные параметры оборотной частоты и ее гармоник поршневого компрессора, при этом, если зафиксированное значение параметров вибрации в любом из указанных направлениях хотя бы с одного датчика превысит пределы эксплуатационных уровней вибрации, то уменьшают нагрузку на поршневой компрессор с шагом 10-15% от существующей нагрузки до того, как зафиксированные значения параметров вибрации во всех указанных направлениях со всех датчиков войдут в пределы эксплуатационных уровней вибрации, при этом замер проводят через 1 -2 минуты и повторяют замер после изменения нагрузки на поршневой компрессор, если нагрузка на поршневой компрессор была изменена.

Технический результат заключается в установлении оптимального режима нагрузки и контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации на основе полученных параметров вибрации, а именно, среднеквадратических значений виброскорости υ_С._K._З. на оборотной частоте вращения и ее гармоник, режимах работы подшипников коленчатого вала и на лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя.

Технический результат достигается совокупностью всех признаков как в ограничительной, так и в отличительной частях формулы изобретения. Установление оптимального режима нагрузки, контроль технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации обеспечивается с помощью полученных параметров вибрации, с датчиков, установленных на судовом поршневом компрессоре, а именно среднеквадратических значений виброскорости υ_С._K._З., на оборотной частоте вращения и ее гармоник, работы подшипников коленчатого вала и самого судового поршневого компрессора.

Предлагаемый способ обеспечивает контроль параметров вибрации судового поршневого компрессора в эксплуатации. Согласно предлагаемому способу, происходит получение вибросигнала в вертикальном, осевом, поперечном направлениях с датчиков, установленных на корпусе в местах подшипников коленчатого вала, лапах судового поршневого компрессора и его приводного электродвигателя.

С датчика, установленного в количестве от одного до двух на корпусе в местах подшипников коленчатого вала судового поршневого компрессора, получают временные сигналы в вертикальном, осевом, поперечном направлениях, преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют среднеквадратические значения виброскорости υ_С._K._З. на соответствующих частотах:

- оборотная частота fo и ее субгармоники и гармоники l/2fo, 2fo коленчатого вала судового редуктора fo=n/60, где п это число оборотов коленчатого вала судового поршневого компрессора, которое меняется от нагрузки судового поршневого компрессора.

С датчиков, установленных в количестве от двух до четырех на лапах судового поршневого компрессора и приводного его электродвигателя получают временные сигналы в вертикальном, осевом, поперечном направлениях, преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют среднеквадратические значения виброскорости υ_С._K._З. на соответствующих частотах:

- оборотная частота fo и ее субгармоники и гармоники l/2fo, 2fo коленчатого вала судового поршневого компрессора fo=n/60, где n - это число оборотов коленчатого вала судового поршневого компрессора, которое меняется от нагрузки судового поршневого компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что установление оптимального режима нагрузки, контроль технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации обеспечиваются с помощью полученных параметров вибрации, с датчиков, установленных на судовом поршневом компрессоре, а именно среднеквадратических значений виброскорости υ_С._K._З., на оборотной частоте вращения и ее субгармоники и гармоники работы подшипников коленчатого вала и самого судового поршневого компрессора.

Изобретение поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 представлена принципиальная схема с указанием мест установки датчиков вибрации на судовом поршневом компрессоре. Привод вала судового поршневого компрессора осуществляется через соединительную муфту.

На принципиальной схеме изображено: 1 - электродвигатель; 2 - поршневой компрессор; 3 - соединительная муфта; 4 - лапы поршневого компрессора; 5 - лапы электродвигателя.

Датчики вибрации установлены в следующих точках элементов: точках т.1, т.2 - на корпусе в местах подшипников коленчатого вала поршневого компрессора; т.3, т.4 - на лапах поршневого компрессора, т.5, т.6 - на лапах электродвигателя.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема с указанием мест установки датчиков вибрации на судовом поршневом компрессоре. Привод вала судового поршневого компрессора осуществляется с помощью клиноременной передачи (ремень).

На принципиальной схеме изображено: 1 - электродвигатель; 2 - поршневой компрессор; 3 - клиноременная передачи (ремень); 4 - лапы поршневого компрессора; 5 - лапы электродвигателя.

Датчики вибрации установлены в следующих точках элементов: точках т.1, т.2 - на корпусе в местах подшипников коленчатого вала поршневого компрессора; т.3, т.4 - на лапах поршневого компрессора, т.5, т.6 - на лапах электродвигателя.

На фиг.3 представлена принципиальная схема токена замеров вибрации, представленного на фиг. 1 и фиг. 2.

На принципиальной схеме изображено: 1 - место и направление замера вибрации; 2 - вид неразрушающего контроля, вибрационный; 3 - датчик вибрации, контактный, крепится на магните; 4 - параметр вибрационного сигнала; 5 - номер параметра вибрационного

На фиг. 4 показан в качестве примера спектр виброскорости, в вертикальном направлении на корпусе подшипника коленчатого вала с указанием соответствующих параметров вибрации поршневого компрессора.

Пример реализации способа контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации.

Нагрузка на судовой поршневой компрессор создается процентным открытием нагнетательного клапана, например, полностью открытий нагнетательный клапан - это 100%, наполовину открытый нагнетательный клапан - 50%. Если в качестве рабочей среды используется воздух, то привод вала судового поршневого компрессора осуществляется через соединительную муфту (фиг. 1). Если в качестве рабочей среды используется фреон, то привод вала судового поршневого компрессора осуществляется с помощью клиноременной передачи (ремень, фиг. 2).

Судовой поршневой компрессор прогрет и работает на холостом ходу. Затем судовой поршневой компрессор нагружают до необходимого установившегося режима эксплуатации, например, 75% от номинальной мощности. Проводится замер параметров вибрации, полученных с датчиков в точках т.1-т.6, установленных на судовом поршневом компрессоре. Если значения параметров вибрации находятся в пределах эксплуатационных уровней, то работа судового поршневого компрессора продолжается на этой нагрузке. Если зафиксированные значения параметров вибрации, хотя бы с одного датчика, превысят пределы эксплуатационных уровней вибрации в любом из указанных направлений, то уменьшают нагрузку судового поршневого компрессора на 10-15% от существующей нагрузки до того, как зафиксированные значения параметров вибрации со всех датчиков войдут в пределы эксплуатационных уровней, при этом замер проводят через 1-2 минуты и повторяют замер после изменения нагрузки на судовой поршневой компрессор, если нагрузка на судовой поршневой компрессор была изменена. Если параметры вибрации превышают пределы эксплуатационных уровней на всех режимах эксплуатации, то судовой поршневой компрессор останавливают.

Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в том, что он может быть использован при эксплуатации судна. Использование предлагаемого изобретения повышает надежность и снижение эксплуатационных расходов, связанных с незапланированным простоем из-за неисправностей элементов и механизмов и самого судового поршневого компрессора в целом.

Изобретение относится к системе судового вспомогательного оборудования, в частности к средствам измерения виброакустических параметров вспомогательного оборудования, и может быть использовано для оценки технического состояния вспомогательных механизмов, а также для установления причин и уровней значений вибрации судовых поршневых компрессоров в эксплуатации. Заявленный способ контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации заключается в получении и обработке вибросигнала в вертикальном, осевом, поперечном направлениях, значений виброскорости с датчиков. При этом устанавливают датчики на корпусе в местах подшипников коленчатого вала и лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя, установленного на мягких опорах в количестве от двух до шести датчиков, получают сигналы в вертикальном, осевом, поперечном направлениях от всех датчиков, которые преобразуют в узкополосные спектры виброскорости с датчика, установленного в количестве от одного до двух на корпусе в местах подшипников коленчатого вала. Затем преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости в пределах, в которых находятся вибрационные параметры подшипников коленчатого вала поршневого компрессора, с датчиков, установленных в количестве от двух до четырех, на лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости, в пределах которых находятся вибрационные параметры оборотной частоты и ее гармоник поршневого компрессора. При этом, если зафиксированное значение параметров вибрации в любом из указанных направлений хотя бы с одного датчика превысит пределы эксплуатационных уровней вибрации, то уменьшают нагрузку на поршневой компрессор с шагом 10-15% от существующей нагрузки до того, как зафиксированные значения параметров вибрации во всех указанных направлениях со всех датчиков войдут в пределы эксплуатационных уровней вибрации, при этом замер проводят через 1-2 минуты и повторяют замер после изменения нагрузки на поршневой компрессор, если нагрузка на поршневой компрессор была изменена. Технический результат – повышение надежности судового поршневого компрессора в эксплуатации по параметрам вибрации. 4 ил.

Способ контроля технического состояния судового поршневого компрессора в эксплуатации путем получения и обработки вибросигнала в вертикальном, осевом, поперечном направлениях, значений виброскорости с датчиков, отличающийся тем, что устанавливают датчики на корпусе в местах подшипников коленчатого вала и лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя, установленного на мягких опорах - всего в количестве от двух до шести датчиков, получают сигналы в вертикальном, осевом, поперечном направлениях от всех датчиков, которые преобразуют в узкополосные спектры виброскорости, причем с датчика, установленного в количестве от одного до двух на корпусе в местах подшипников коленчатого вала, преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости в пределах, в которых находятся вибрационные параметры подшипников коленчатого вала поршневого компрессора, с датчиков, установленных в количестве от двух до четырех, на лапах поршневого компрессора и его приводного электродвигателя преобразуют во всех указанных направлениях в узкополосные спектры виброскорости и фиксируют значения виброскорости, в пределах которых находятся вибрационные параметры оборотной частоты и ее гармоник поршневого компрессора, при этом, если зафиксированное значение параметров вибрации в любом из указанных направлений хотя бы с одного датчика превысит пределы эксплуатационных уровней вибрации, то уменьшают нагрузку на поршневой компрессор с шагом 10-15% от существующей нагрузки до того, как зафиксированные значения параметров вибрации во всех указанных направлениях со всех датчиков войдут в пределы эксплуатационных уровней вибрации, при этом замер проводят через 1-2 минуты и повторяют замер после изменения нагрузки на поршневой компрессор, если нагрузка на поршневой компрессор была изменена.