Masinate kaitsesüsteemide mõistmine
Masinate kaitse — mida nimetatakse ka seadmete kaitseks või masinate ohutusseadmeteks — tähistab järelevalve- ja juhtimissüsteeme, mis tuvastavad automaatselt ohtlikud töötingimused (vibratsioon (ohutuspiiride ületamine, liiga kõrged temperatuurid, ebanormaalsed rõhud) ning rakendavad kaitsemeetmeid (häired, seejärel automaatne seiskamine), et vältida seadmete katastroofilist kahjustumist, ohuolukordi või keskkonda sattumist. Need süsteemid on konstrueeritud nii, et kahjustuste vältimine on neile tähtsam kui tootmise jätkamine, ning need on ehitatud rikkevabalt: anduri rike või toite kadumine põhjustab masina ohutu seiskumise, selle asemel et lasta masinal pimesi edasi töötada.
Masinate kaitse erineb teadlikult seisundi jälgimine. Seisundi jälgimine võimaldab jälgida seadmete seisukorda hooldustööde planeerimiseks, andes varajasi hoiatusi nädalaid või kuud ette. Kaitsesüsteem aga tagab kohese reageerimise hädaolukorras, lülitades seadme sekundite jooksul automaatselt välja, kui kriitiline künnis ületatakse. Need kaks süsteemi täiendavad teineteist – üks võimaldab planeerimiseks aega võita, teine hoiab ära katastroofi –, kuid need vastavad erinevatele nõuetele.
1. Kaitsesüsteemi komponendid
Andurid (püsipaigaldusega)
- Lähedusandurid laagri suhtes toimuva võlli nihke mõõtmine.
- Kiirendusmõõturid paigaldatud laagrikorpustele.
- Temperatuuriandurid (RTD-d ja termopaarid).
- Rõhu- ja vooluandurid.
- Tõukepoolt jälgivad telgpositsiooniandurid.
- Tavaliselt on andureid rohkem kui vaja – kaks või kolm andurit ühe mõõdetava parameetri kohta.
Seireriistvara
- Spetsiaalne kaitsesüsteemi protsessor.
- Reaalajas signaalitöötlus.
- Hääletusloogika (2/2 või 2/3).
- Releväljundid, mis käivitavad seadme väljalülitamise.
- Hoitakse DCS-ist/PLC-st eraldi, et selle töökindlus ei sõltuks protsessijuhtimisvõrgust.
Lülitusloogika ja täiturid
- Füüsilised kaitselülitid – mitte ainult tarkvarapõhised.
- Solenoidklapid turbiini seiskamiseks.
- Mootorite kaitselülitid.
- Rikkevaba konstruktsioon: voolukatkestuse korral lülitub seade välja.
2. Standard API 670
Turbomasinate nõuded
API 670 on masinate kaitsesüsteemide tööstusstandard:
- See on sisuliselt kohustuslik turbiinmasinate puhul, mille võimsus ületab umbes 10 000 hobujõudu.
- Määrab kindlaks andurite tüübid ja kogused.
- Määrab kindlaks hääletusloogika ja varunduse.
- Määrab äratuse ja väljalülitumise viiteajad.
- Süsteem peab olema protsessijuhtimisest sõltumatu.
Tüüpiline andurite paigutus vastavalt standardile API 670
- Radiaalvibratsioon: kaks XY-lähedusandurite komplekti – neli andurit laagri kohta –, mis registreerivad võlli radiaalvibratsioon.
- Aksiaalne asend: kaks teljelist nihkeandurit.
- Võtmefaasor: kaks faasireferents andurid.
- Laagri temperatuur: kaks temperatuuriandurit iga laagri kohta.
- Kokku: tavaliselt 12–20 kanalit seadme kohta.
3. Kaitse vs. seisundi seire
| Aspekt | Seisundi jälgimine | Kaitsesüsteem |
|---|---|---|
| Eesmärk | Varajane vigade avastamine planeerimiseks | Vältida katastroofilisi kahjustusi |
| Reageerimisaeg | Tunde kuni nädalaid | Sekundid |
| Läved | Madalam (varajane hoiatus) | Kõrgem (otsene oht) |
| Toimingud | Teavitused, töökäsud | Automaatne väljalülitus |
| Keskendumine usaldusväärsusele | Täpsus | Rikkevaba töö |
| Koondamine | Valikuline | Kohustuslik |
Integratsioon
- Kaasaegsed süsteemid ühendavad need kaks funktsiooni ühe platvormi raames.
- Need samad andurid võivad täita korraga nii kaitset kui ka seisundi jälgimist.
- Iga funktsioon kasutab oma töötlemist ja häiretasemed.
- Kaitsemehhanismid jäävad sellest hoolimata sõltumatuks ja kindlaks määratuks.
4. Kaitseparameetrid
Vibratsioon
- Võlli nihke: lähedusanduri mõõtmine, mille tüüpiline lülitusvahemik on umbes 25 mil (635 µm) tipp-tipp.
- Laagrikorpuse kiirus: tüüpiline on väljalülituspiir umbes 0,5–0,6 in/s (12–15 mm/s).
- Kiirendus: kasutatakse kõrgsageduskaitseks.
Nende näitajate mõistlik määramine tähendab nende seostamist tunnustatud raskusastmete tsoonidega; tänapäevane üldine suunis, ISO 20816-1 (mis asendas ISO 10816-1), raamib häire- ja väljalülitusloogika, samal ajal kui masinaspetsiifilised piirid asuvad ISO 20816 seeria vastavates osades — näiteks ISO 20816-3 (varem ISO 10816-3) tavapäraste tööstusmasinate jaoks, ning auruturbiinide ja generaatorite jaoks eraldi ISO 20816-2 vibratsioonipiiride kalkulaator muudab need tsoonid konkreetseteks väärtusteks.
Positsioon
- Aksiaalne asend: takerdumised võlli liigse liikumise tõttu, mis on selle klassikaline tunnusjoon tõukejõud rikke.
- Diferentsiaalne paisumine: rootori kasv võrreldes korpuse kasvuga.
- Ekstsentrilisus: rootori asend laagri kliirens, mis on kasulik termiline kõverdumine aeglasel pöörlemisel.
Temperatuur
- Laagri ja metalli temperatuur (tavaliselt rakendub 110–120 °C juures).
- Laagri õli väljavoolu temperatuur.
- Mootorite ja generaatorite mähiste temperatuurid — a generaatori laagri temperatuuriandur aitab seada realistlikke piire.
5. Hääletamine ja koondamine
2-st 2 (AND-loogika)
- Enne masina väljalülitumist peavad mõlemad andurid ühtima.
- Hoiab ära ühe anduri rikke tõttu tekkivad ekslikud väljalülitused
- Risk: mõlemad andurid peavad töötama – kui mõlemad riknevad, puudub kaitse.
2 kolmest (enamusotsus)
- Kui kaks kolmest andurist annavad sama tulemuse, käivitub väljalülitamine.
- Parim töökindlus, kuna süsteem talub ühe anduri riket.
- Kallim (kolm andurit).
- Eelistatud kriitilised masinad.
Ümbersuunamine ja testimine
- Üksikuid kanaleid saab testimiseks või hoolduseks ajutiselt välja lülitada.
- Kõiki kaitsemehhanisme ei ole võimalik üheaegselt mööda hiilida.
- Ümbersuunamisnuppudel on võtmelukk.
- Ümbersuunamised taastuvad automaatselt pärast kindlaksmääratud aja möödumist.
6. Testimine ja hooldus
Funktsionaalsed katsed
- Süsteemi täielikud perioodilised testid, kord kvartalis kuni kord aastas.
- Simuleerige väljalülitumistingimusi.
- Kontrollige väljalülitamine tegelikult täidab.
- Kasuta kõiki kasutamata kanaleid.
- Dokumenteerige tulemused.
Anduri kalibreerimine
- Igal aastal või vastavalt seadme tehnilistele andmetele.
- Kontrollige rikkelävi.
- Kontrollige süsteemi üldist reageerimisaega.
- Säilitage kalibreerimine andmed.
Süsteemi hooldus
- Hoidke andurid puhtad ja töökorras.
- Kontrollige toiteallikaid.
- Kontrollige relee ja ajami tööd.
- Vajaduse korral uuendage tarkvara ja püsivara.
7. Kuidas kaasaskantav diagnostika täiendab kaitsesüsteemi
Püsivalt paigaldatud turvasüsteem annab teile teada et kui masin on ohus, lülitab see end välja; sellest antakse harva teada miks. Selle põhjusele vastab kaasaskantav diagnostikaseade. Kui kaitseseade reageerib võlli nihke suurenemisele või laagri vibratsioonile, kontrollib insener olukorda kaasaskantava kahekanalilise analüsaatoriga, näiteks Balanset-1A, mõõtmetega 1× nihe, amplituudi ja faasi masina enda laagrites, et eristada tasakaalustamatust nihestusest või lahtisusest – ning juhul, kui põhjuseks on tasakaalustamatus, seda kohapeal parandada ja tulemust kontrollida enne seadme uuesti kasutusele võtmist. Sel viisil vibratsiooni jälgimine, kaitse ja mobiilne tasakaalustamine moodustavad ühtse terviku: kaitse hoiab ära rikke, seisukorra seire ennustab seda ja kohapealne diagnostika kõrvaldab selle.
Masinate kaitsesüsteemid on turvavõrk, mis hoiab ära katastroofilisi rikkeid, lülitades seadmed ohtlike olukordade tekkimisel automaatselt välja. Kui seisukorra seire annab varajasi hoiatusi, mis võimaldavad teha plaanilist hooldust, siis kaitsesüsteemid tagavad kohese hädaolukorra reageerimise, mistõttu on need kohustuslikud kriitilise tähtsusega turbiinmasinate ja kõrge väärtusega pöörlevate seadmete puhul, kus rike võib kaasa tuua tõsiseid tagajärgi tegevusele, ohutusele või keskkonnale.
