Mašinų apsaugos sistemų supratimas
Mašinų apsauga — dar vadinama įrangos apsauga arba mašinų sauga — tai stebėjimo ir valdymo sistemos, kurios automatiškai aptinka pavojingas eksploatacines sąlygas (vibracija viršijančias saugias ribas, per aukštą temperatūrą, nenormalų slėgį) ir vykdo apsaugos veiksmus (signalizacijos įjungimą, vėliau automatinį išjungimą), siekiant išvengti katastrofiškos įrangos žalos, pavojų saugai ar išmetimų į aplinką. Šios sistemos pagal savo paskirtį teikia pirmenybę žalos prevencijai, o ne gamybos palaikymui, ir yra sukurtos taip, kad gedimas būtų saugus: jutiklio gedimas arba maitinimo praradimas sustabdo mašiną saugiai, o ne leidžia jai toliau veikti be kontrolės.
Mašinų apsauga sąmoningai skiriasi nuo būklės stebėjimas. Būklės stebėjimas seka įrangos sveikatą, siekiant planuoti techninę priežiūrą, teikdamas išankstinius perspėjimus per savaites ar mėnesius. Apsaugos sistema vietoj to užtikrina skubų avarinį reagavimą, per kelias sekundes įvykdydama automatinį išjungimą, kai tik viršijamas kritinis slenkstis. Abi sistemos papildo viena kitą — viena suteikia laiko planavimui, kita neleidžia įvykti katastrofai — tačiau jos atitinka skirtingus reikalavimus.
1. Apsaugos sistemos komponentai
Sensoriai (nuolat sumontuoti)
- Artumo zondai matuojant veleno poslinkį veleno guolio atžvilgiu.
- Akselerometrai sumontuoti ant guolių korpusų.
- Temperatūros jutikliai (RTD ir termočiftai).
- Slėgio ir srauто davikliai.
- Ašinio padėties davikliai, stebintys atraminį galą.
- Paprastai dubliuojami — du arba trys sensoriai kiekvienam matuojamam parametrui.
Stebėjimo įranga
- Skirtas apsaugos sistemos procesorius.
- Realaus laiko signalo apdorojimas.
- Balsavimo logika (2 iš 2 arba 2 iš 3).
- Relių išėjimai, valdantys išjungimą.
- Laikomas atskirai nuo DCS/PLC, kad jo vientisumas nepriklausytų nuo proceso valdymo tinklo.
Išjungimo logika ir veikikliai
- Hardwire'intos atjungimo grandinės — ne tik programinė įranga.
- Solenoidiniai vožtuvai turbinos avariniam sustabdymui.
- Automatiniai jungikliai variklio avariniam sustabdymui.
- Gedimui saugus projektavimas: maitinimo praradimas sukelia avarinį sustabdymą.
2. Standartas API 670
Turbomachinery reikalavimai
API 670 yra pramonės standartas mašinų apsaugos sistemoms:
- Praktiškai privalomas turbomašinoms, kurių galia viršija maždaug 10 000 AG.
- Nustato daviklių tipus ir kiekius.
- Apibrėžia balsavimo logiką ir redundantiškumą.
- Nustato signalizacijos ir avarinio sustabdymo vėlinimo laikus.
- Reikalauja, kad sistema būtų nepriklausoma nuo proceso valdymo.
Tipinė sensoriaus konfigūracija pagal API 670
- Radialinis virpesys: du XY artimojo efekto jutiklių komplektai — keturi jutikliai vienam guoliui — fiksuojantys veleno’ radialinis virpesys.
- Ašinė padėtis: du aksiālinės išstūmos zondai.
- Klaviatūra: du phase-reference sensors.
- Guolio temperatūra: du temperatūros sensoriai vienam židiniu.
- Iš viso: paprastai 12–20 kanalų vienai mašinai.
3. Apsauga ir būklės stebėsena
| Aspektas | Būklės stebėjimas | Apsaugos sistema |
|---|---|---|
| Tikslas | Ankstyvas gedimų aptikimas planavimui | Užkirsti kelią katastrofiškai žalai |
| Reakcijos laikas | Valandos iki savaičių | Sekundės |
| Slenksčiai | Žemesnis (ankstyvasis įspėjimas) | Didesnis (tiesioginis pavojus) |
| Veiksmai | Pranešimai, darbo užsakymai | Automatinis išsijungimas |
| Patikimumo prioritetas | Tikslumas | Atsparus gedimams veikimas |
| Atleidimas iš darbo | Pasirinktinai | Privalomas |
Integracija
- Šiuolaikinės instaliacijos sujungia abi funkcijas vienoje platformoje.
- Tie patys jutikliai gali vienu metu atlikti apsaugos ir būklės stebėjimo funkcijas.
- Kiekviena funkcija naudoja savo apdorojimo ir aliarmo lygiai.
- Apsaugos grandinės išlieka nepriklausomos ir laidinės, nepriklausomai nuo kitų veiksnių.
4. Apsaugos parametrai
Vibracija
- Veleno poslinkis: artimosios zondų matavimas, kai tipinis išjungimo slenkstis yra apie 25 mils (635 µm) nuo smailės iki smailės.
- Guolio korpuso vibracijos greitis: paprastai išjungimo slenkstis yra apie 0,5–0,6 in/s (12–15 mm/s).
- Pagreitis: naudojamas aukštadažnei apsaugai.
Šių reikšmių protingas nustatymas reiškia jų susiejimą su pripažintomis sunkumo zonomis; šiuolaikinės bendrosios gairės, ISO 20816-1 (kuris pakeitė ISO 10816-1), apibrėžia aliarmo ir išjungimo logiką, o konkrečiai mašinai taikomos ribos pateikiamos atitinkamose ISO 20816 serijos dalyse — pavyzdžiui, ISO 20816-3 (anksčiau ISO 10816-3) įprastoms pramoninėms mašinoms, o garo turbinoms ir generatoriams — atskiras ISO 20816-2 vibracijos ribų skaičiuoklė paverčia tas zonas konkrečiomis reikšmėmis.
Pozicija
- Ašinė padėtis: išjungiamas dėl per didelio veleno judėjimo — klasikinė atraminiai guoliai gedimas.
- Diferencinis plėtimasis: rotoriaus augimas, palyginti su korpuso augimu.
- Ekscentriškumas: rotoriaus padėtį guolio laisvumas, naudinga aptikti terminis išlinkimas at slow roll.
Temperatūra
- Guolių metalo temperatūra (paprastai išjungimo slenkstis 110–120°C).
- Guolio nutekamojo tepalo temperatūra.
- Variklių ir generatorių apvijų temperatūros — generatoriaus guolio temperatūros monitorius padeda nustatyti realistiškas ribas.
5. Balsavimas ir pertekliškumas
2 iš 2 (IR logika)
- Abu jutikliai turi sutapti, kad mašina būtų išjungta.
- Apsaugo nuo atsitiktinių išėjimų dėl vieno jutiklio gedimo
- Rizika: abu jutikliai turi veikti — jei abu sugestų, apsaugos nebūtų.
2 iš 3 (daugumos balsavimas)
- Jei bet kurie du iš trijų jutiklių sutampa, įrenginys išjungiamas.
- Geriausia patikimumas, nes toleruoja vieną sugestusį jutiklį.
- Brangiau (trys jutikliai).
- Preferred for svarbios mašinos.
Apėjimas ir bandymai
- Atskiri kanalai gali būti apeinami testavimo ar techninės priežiūros tikslais.
- Visi apsauginiai kanalai negali būti apeinami vienu metu.
- Apėjimo valdikliai yra apsaugoti raktu.
- Apėjimai automatiškai iš naujo nustatomi po nustatyto laiko.
6. Testavimas ir techninė priežiūra
Funkciniai bandymai
- Periodiniai visos sistemos testai – kas ketvirtį arba kasmet.
- Imituokite suveikimo sąlygas.
- Verify the išjungimas iš tikrųjų įvykdomas.
- Išbandykite kiekvieną nereikalingą kanalą.
- Dokumentuokite rezultatus.
Jutiklio kalibravimas
- Kasmet arba pagal įrangos specifikaciją.
- Verify the trip setpoint.
- Patikrinkite visos sistemos atsako laiką.
- Maintain kalibravimas records.
Sistemos priežiūra
- Laikykite jutiklius švariai ir užtikrinkite jų veikimą.
- Patikrinkite maitinimo šaltinius.
- Patikrinkite relių ir aktuatorių veikimą.
- Prireikus atnaujinkite programinę ir aparatinę įrangą.
7. Kur nešiojamoji diagnostika tinka šalia apsaugos
Stacionariai įrengta apsaugos sistema praneša Jums, kad kad mašina yra pavojingoje būsenoje, ir ją išjungia; retai praneša kodėl. Į šį pagrindinės priežasties klausimą atsako nešiojamoji diagnostika. Kai apsaugos sistema suveikia dėl didėjančio veleno poslinkio ar guolių vibracijos, inžinierius atlieka papildomą tyrimą naudodamas nešiojamąjį dviejų kanalų analizatorių, pavyzdžiui, Balanset-1A, matuojant 1× poslinkis, amplitudę ir fazę mašinos pačiuose guoliuose, kad būtų galima atskirti disbalansą nuo nesukibimo ar laisvumo – o ten, kur priežastis yra disbalansas, jį ištaisyti vietoje ir patikrinti rezultatą prieš grąžinant agregatą į eksploataciją. Tokiu būdu vibracijos stebėjimas, apsauga ir nešiojamasis balansavimas sudaro vientisą grandinę: apsauga užkerta kelią gedimui, būklės stebėjimas jį prognozuoja, o lauko diagnostika jį pašalina.
Mechanizmų apsaugos sistemos – tai saugos tinklas, kuris apsaugo nuo katastrofinių gedimų automatiškai išjungdamas įrangą pasirodžius pavojingoms sąlygoms. Nors būklės stebėjimas teikia ankstyvuosius įspėjimus, kuriais grindžiama planuojama techninė priežiūra, apsaugos sistemos užtikrina skubų avarijos valdymą, todėl jos yra privalomos kritinėms turbomašinoms ir didelės vertės besisukančiai įrangai, kurios gedimas galėtų turėti rimtų eksploatacinių, saugos ar aplinkosauginių pasekmių.
