Razumevanje sistemov za zaščito strojev
Zaščita strojev - imenovana tudi zaščita opreme ali varovanje strojev, se nanaša na sisteme spremljanja in nadzora, ki samodejno zaznajo nevarne pogoje delovanja (vibracije prekoračitev varnih mejnih vrednosti, previsoke temperature, nenormalni tlaki) in izvajanje zaščitnih ukrepov (alarmi, nato samodejni izklopi), da se preprečijo katastrofalne poškodbe opreme, ogrožanje varnosti ali izpusti v okolje. Po zasnovi ti sistemi dajejo prednost preprečevanju škode pred ohranjanjem proizvodnje in so izdelani tako, da so varni pred okvarami: napaka senzorja ali izguba energije privede stroj do varne zaustavitve, namesto da bi mu omogočili, da nadaljuje z delovanjem na slepo.
Zaščita strojev se namerno razlikuje od spremljanje stanja. Spremljanje stanja spremlja stanje opreme in omogoča načrtovanje vzdrževanja, saj daje zgodnja opozorila v nekaj tednih ali mesecih. Namesto tega zaščitni sistem zagotavlja takojšen odziv v sili in v nekaj sekundah izvede samodejno zaustavitev, ko je presežen kritični prag. Oba sistema se dopolnjujeta - eden pridobi čas za načrtovanje, drugi prepreči udarec -, vendar odgovarjata na različne zahteve.
1. Sestavni deli zaščitnega sistema
Senzorji (trajno nameščeni)
- Bližinske sonde merjenje premika gredi glede na ležaj.
- Akcelerometri nameščeni na ohišja ležajev.
- Temperaturni senzorji (RTD in termočleni).
- Prenosniki tlaka in pretoka.
- Senzorji aksialnega položaja, ki opazujejo potisni konec.
- Običajno so redundantni - dva ali trije senzorji na merjeni parameter.
Strojna oprema za spremljanje
- Poseben procesor za zaščitni sistem.
- Obdelava signalov v realnem času.
- Logika glasovanja (2-out-of-2 ali 2-out-of-3).
- Relejski izhodi, ki ukazujejo izklop.
- Je ločen od DCS/PLC, tako da njegova celovitost ni odvisna od omrežja za nadzor procesov.
Logika izklopa in aktuatorji
- Ožičeni izklopni tokokrogi - ne samo programska oprema.
- Elektromagnetni ventili za izklop turbin.
- Odklopniki za motorne sprožilce.
- Varnostna zasnova: izguba napajanja povzroči izklop.
2. Standard API 670
Zahteve za turbinske stroje
API 670 je industrijski standard za sisteme za zaščito strojev:
- Za turbinske stroje z močjo nad približno 10.000 KM je to dejansko obvezno.
- Določa vrste in količine senzorjev.
- Opredeljuje logiko glasovanja in redundanco.
- Nastavi čas za alarm in zakasnitev sprožitve.
- Zahteva se, da je sistem neodvisen od nadzora procesa.
Tipična konfiguracija senzorja po API 670
- Radialne vibracije: dva kompleta XY sond - po štiri sonde na ležaj -, ki zajemajo gred radialno nihanje.
- Osni položaj: dve sondi za aksialni premik.
- Tipkovnica: dva fazna referenca senzorji.
- Temperatura ležaja: dva temperaturna senzorja na ležaj.
- Skupaj: običajno 12-20 kanalov na napravo.
3. Zaščita proti spremljanju stanja
| Vidik | Spremljanje stanja | Zaščitni sistem |
|---|---|---|
| Namen | Zgodnje odkrivanje napak za načrtovanje | Preprečite katastrofalno škodo |
| Odzivni čas | Ure do tedne | Sekunde |
| Pragovi | Nižje (zgodnje opozorilo) | Višja (neposredna nevarnost) |
| Dejanja | Obvestila, delovni nalogi | Samodejni izklop |
| Osredotočenost na zanesljivost | Natančnost | Varno delovanje v primeru okvare |
| Redundanca | Neobvezno | Obvezno |
Integracija
- Sodobne naprave združujejo obe funkciji v eni platformi.
- Isti senzorji lahko hkrati služijo za zaščito in spremljanje stanja.
- Vsaka funkcija uporablja lastno obdelavo in alarmne ravni.
- Zaščitne poti ostanejo neodvisne in trdno ožičene ne glede na to.
4. Parametri zaščite
Vibracije
- Premik gredi: merjenje s sondo, pri čemer je tipična pot okoli 25 mils (635 µm) od vrha do vrha.
- Hitrost ležajnega ohišja: običajno je potovanje približno 0,5-0,6 in/s (12-15 mm/s).
- Pospešek: se uporabljajo za visokofrekvenčno zaščito.
Smiselna določitev teh številk pomeni, da jih je treba povezati s priznanimi območji resnosti, kar je sodobno splošno vodilo, ISO 20816-1 (ki nadomešča starejši standard ISO 10816), ki vključuje razmišljanje o alarmu in izklopu, za parne turbine in generatorje pa poseben ISO 20816-2 kalkulator mejnih vrednosti vibracij ta območja pretvori v konkretne vrednosti.
Položaj
- Osni položaj: izleti zaradi pretiranega gibanja gredi, ki je klasičen znak potisni ležaj odpoved.
- Diferencialna ekspanzija: rast rotorja glede na rast ohišja.
- Ekscentričnost: položaj rotorja znotraj zračnost ležaja, ki je uporaben za prepoznavanje termični lok pri počasnem premetavanju.
Temperatura
- Temperatura kovine ležaja (običajno 110-120 °C).
- Temperatura olja za izpust ležaja.
- Temperature navitja na motorjih in generatorjih - a naprava za spremljanje temperature ležaja generatorja pomaga postaviti realne meje.
5. Glasovanje in odpuščanje
2-out-of-2 (logika AND)
- Oba senzorja se morata strinjati, preden se naprava sproži.
- Preprečuje lažne izklope zaradi okvare enega samega senzorja
- Tveganje: oba senzorja morata delovati - če oba odpovesta, ni zaščite.
2 od 3 (večinsko glasovanje)
- Katera koli dva od treh senzorjev, ki se strinjajo, povzročijo izklop.
- Najboljša zanesljivost, saj prenese en okvarjen senzor.
- Dražje (trije senzorji).
- Prednostno za kritična oprema.
Obvoz in testiranje
- Posamezne kanale lahko obidete za testiranje ali vzdrževanje.
- Vseh zaščitnih kanalov ni mogoče nikoli obiti hkrati.
- Krmilniki bypassa so zaklenjeni s ključem.
- Po določenem času se obvodi samodejno ponastavijo.
6. Testiranje in vzdrževanje
Funkcionalno testiranje
- Redni preskusi celotnega sistema, četrtletno do letno.
- Simulirajte pogoje potovanja.
- Preverite zaustavitev dejansko izvede.
- Izvedite vse odvečne kanale.
- Dokumentirajte rezultate.
Kalibracija senzorja
- Letno ali v skladu s specifikacijami opreme.
- Preverite nastavljena vrednost izklopa.
- Preizkusite celoten odzivni čas sistema.
- Vzdrževanje kalibracija zapisi.
Vzdrževanje sistema
- Senzorje vzdržujte čiste in delujoče.
- Preverite napajalnike.
- Preverite delovanje releja in aktuatorja.
- Po potrebi posodabljajte programsko in vdelano programsko opremo.
7. Kako se prenosna diagnostika ujema z zaščito
Trajno nameščen zaščitni sistem vam pove. to je stroj v nevarnosti in ga sproži; redko vam pove. zakaj. Na to vprašanje o vzroku je mogoče odgovoriti s prenosno diagnostiko. Ko zaščitni sprožilec opozori na naraščajoč premik gredi ali vibracije ležaja, inženir nadaljuje s prenosnim dvokanalnim analizatorjem, kot je npr. Balanset-1A, ki meri 1× premik, amplitudo in fazo v lastnih ležajih stroja, da se neuravnoteženost loči od neskladja ali ohlapnosti - in če je vzrok neuravnoteženost, da se jo odpravi na kraju samem ter preveri rezultat, preden se enota vrne v obratovanje. Na ta način spremljanje vibracij, zaščita in prenosno uravnoteženje tvorita kontinuum: zaščita preprečuje okvaro, spremljanje stanja jo napoveduje, diagnostika na terenu pa jo odpravlja.
Sistemi za zaščito strojev so varnostna mreža, ki preprečuje katastrofalne okvare s samodejnim izklopom opreme, ko se pojavijo nevarne razmere. Medtem ko spremljanje stanja zagotavlja zgodnja opozorila, ki spodbujajo načrtovano vzdrževanje, pa zaščitni sistemi zagotavljajo takojšen odziv v sili, zaradi česar so obvezni pri kritičnih turbinskih strojih in visoko vredni rotacijski opremi, kjer bi okvara lahko imela hude operativne, varnostne ali okoljske posledice.
