Применение триботехнических составов "НИОД" в энергетике.

       Особенности обработки узлов трения энергетического оборудования:

     
      Установлено, что основные виды оборудования на энергетических объектах: вентиляторы, дымососы, сетевые, бустерные и другие насосы, - в основе своей конструкции имеют рабочее колесо, вал которого лежит на двух опорах. Вал исполнительного механизма через муфту связан с валом электродвигателя, который опирается на два подшипника качения или скольжения. Исполнительные механизмы центробежного типа по своей сути являются волчками или гироскопами, поэтому они прецессируют. Прецессия характеризуется частотой, которая тем меньше, чем выше частота вращения волчка (для интересующих нас исполнительных механизмов частота прецессии имеет величину, примерно, равную 0,5 Гц), и перпендикулярной оси волчка силой, вызывающей истирание подшипников.
     Следствием прецессии является отклонение вала исполнительного механизма от конструктивной оси, что вызывает увеличение вибрации вала электродвигателя (особенно, осевой составляющей вибрации) и ускоренный износ подшипников электродвигателя и исполнительного механизма, среди которых наиболее критичен радиально-упорный подшипник сетевого насоса. Износ подшипников исполнительного механизма сопровождается увеличением амплитуды прецессии, что ускоряет износ подшипников электродвигателя. Таким образом, в конструкции машин центробежного типа заложен механизм саморазрушения, который создает значительные проблемы при эксплуатации оборудования. Главная проблема заключается в том, что замена одного из четырех опорных подшипников, не устраняет нарастающую прецессию, которая, в скором времени, приводит к разрушению очередного подшипника. Менять одновременно все подшипники очень дорого, поэтому оптимальным решением проблемы было бы создание саморегулирующегося процесса восстановления подшипников, по мере их износа. Такими возможностями обладает технология ТС "НИОД". Мы уже отмечали, что интенсивность внедрения ТС "НИОД" в поверхности трения пропорциональна локальному давлению, поэтому присутствие ТС в смазке всех подшипников вынуждает колебательную систему, состоящую из двигателя и исполнительного механизма, искать состояние устойчивого равновесия. Все происходит в режиме автоматического иттерационного процесса: изменение размеров в одном подшипнике вызывает реакцию в других, и так продолжается до тех пор, пока размеры и форма деталей подшипников не оптимизируются. Этот процесс можно проследить, измеряя температуру и вибрацию подшипников. Исходя из вышеизложенного, можно определить цель разработки технологии ТС "НИОД" для энергетического оборудования:
     Создание методики построения оптимальной технологической схемы воздействия на подшипники конкретной установки с помощью ТС "НИОД" обеспечивающей приведение всей системы в состояние устойчивого равновесия. Отсюда следует необходимость в разработке совершенной методики вибродиагностики подшипников, с тем, чтобы целенаправленно дозировать воздействие на подшипники, задавая соответствующую концентрацию ТС в смазке для каждого подшипника. Кроме того, необходимо выработать четкие рекомендации по составлению последовательности шагов воздействия на подшипники, поскольку разовое интенсивное воздействие может вызвать слишком бурную и непредсказуемую реакцию. Приведение колебательной системы в состояние устойчивого равновесия позволит также минимизировать отрицательный эффект внешних воздействий, например, при изменении частоты вращения асинхронного двигателя с помощью частотно-регулируемого привода. 
     Дело в том, что при вращении с прецессией у системы может быть более одной резонансной частоты, поэтому важно всеми способами стараться уменьшить последствия попадания на эти частоты при изменении частоты вращения двигателя. В частности, постоянно действующий механизм удерживания зазоров в подшипниках вблизи минимальных значений позволит свести к минимуму амплитуду резонансных колебаний системы. 
     Все приведенные выше положения и предположения явились результатом обработки с помощью технологии АРВО (Антифрикционная Ремонтно-Восстановительная Обработка) узлов трения основных видов оборудования энергетических объектов Москвы и анализа результатов этой обработки. Первые же попытки обработки подшипников сетевых насосов, вентиляторов и дымососов на РТС-4 в г. Зеленограде продемонстрировали эффективность снижения температуры тех подшипников, которые, по каким-либо причинам, нагревались более остальных. Снижение температуры на 6–11 градусов сопровождалось уменьшением вибрации на 2-3 dB. 
      В
таблице №1 строка TN B404 относится сразу к двум подшипникам: опорному подшипнику скольжения с баббитовым вкладышем и стальному радиально-упорному подшипнику качения. Однако столь высокая температура определяется именно радиально-упорным подшипником, который, в полной мере, испытывает последствия прецессии конца вала центробежного насоса.
     При замене радиально-упорного подшипника редко удается с первой попытки выйти на рабочую температуру ниже 62 градусов. В октябре 2000 г. мы наблюдали  как, в ходе второй попытки, температура радиально-упорного подшипника сетевого насоса СН1 на РТС-4 г. Зеленограда начала быстро нарастать
(таблица 2).

Таблица №2

Температура и вибрация подшипников сетевого насоса СН1 на РТС-4.

Дата контроля:    
             Время:
    

24.10.00
08-00

24.10.00
Обработка: 10-00

25.10.00

30.10.00

31.10.00
Дообработка.

17.11.00

Насос

Подшипник качения №1 и опорный подшипник

57.0
град.°C

60.0
град.°C

О  84-86 db

58.0
град.°C

58.0
град.°C

57.0
град.°C

О    82-85 db

57.0
град.°C

О    82-83 db

В      74 db

В         78 db

В         78 db

П      82 db

П        85 db

П    82-83 db

Подшипник качения №2.

36.0
град.°C

36.0
град.°C

О  78-80 db

36.0
град.°C

38.0
град.°C

39.0
град.°C

О        78 db

37.0
град.°C

О        75 db

В      74 db

В        74 db

В        77 db

П   6-78 db

П       75 db

П       77 db

Двигатель

Подшипник  №406.  

29.0
град.°C

29.0
град.°C

О     68 db

30.0
град.°C

30.0
град.°C

31.0
град.°C

О        68 db

29.0
град.°C

О   68-69 db

В     70 db

В       73 db

В       74 db

П      65 db

П       66 db

П       67 db

Подшипник  №407.

34.0
град.°C

34.0
град.°C

О       72 db

35.0
град.°C

36.0
град.°C

38.0
град.°C

О       72 db

32.0
град.°C

О       72 db

В  68-70 db

В  68-72 db

В  68-72 db

П  65-68 db

П       70 db

П       70 db

     В таблице 2 представлены температура в четырех точках и вибрация по направлениям: О -осевое; В - вертикальное;
 П - поперечное (горизонтальное). Температура выведена на пульт в диспетчерской, а вибрацию измеряли с помощью немецкого импульсного шумомера 00.024.
     Обработаны были только подшипники №1 с радиально-упорным подшипником и №2. Подшипники электродвигателя не обрабатывались. Рост температуры радиально-упорного подшипника удалось остановить на уровне 60.5 градусов, после чего она начала снижаться. Поиск положения равновесия колебательной системы проходил довольно сложно, поскольку подшипник №2 исполнительного механизма был сильно изношен и провоцировал усиленную прецессию (признаком прецессии является то, что вибрация в осевом и поперечном направлении не имела фиксированного значения, а периодически изменялась с частотой прецессии от 78 до 80 и от 76 до 78 dB. На радиально-упорном подшипнике вибрация в осевом направлении достигала запредельных значений: 84-86 dB. После дообработки, колебательная система нашла квазиустойчивое положение равновесия, что проявилось в снижении температуры во всех точках, причем температура подшипника №407 снизилась на 2 градуса относительно исходного значения, хотя этот подшипник не был обработан. Полученный результат нельзя считать окончательным, поскольку в вертикальном направлении вибрация усилилась (характерной особенностью воздействия технологии "НИОД" является выравнивание уровня возмущений в разных точках).
      Для дальнейшего успокоения колебательной системы необходимо обработать подшипники электродвигателя. Одновременная обработка всех подшипников бустерного насоса БЭН5А на ТЭЦ №25 позволила более детально проследить процесс успокоения системы. В данном случае, температура подшипников электродвигателя была предельно высокой, а разность температур подшипников исполнительного механизма достигала 90 градусов, т.е. три подшипника из четырех сильно изношены.

Таблица №3

Температура и вибрация подшипников бустерного насоса БЭН5А ТЭЦ-25.

Дата контроля:

22.08.00

18.09.00
Дообработка.

23.11.00

Насос

Подшипник  №3.

Т °C
Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2

51.0
23
3,4
12,7

52.5
13-17
2,4-2,7
4,0

57,0-дообработка
24-27
2,8-3,4
9,9-10,6

Подшипник  №4.

Т °C
Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2

42.0
17
2,5
25,2

42,5
15
2,8-3,1
4,1

38,0
15,9-23
2,1-2,7
14,0-14,8

Двигатель

Подшипник  №1.

Т °C
Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2

67,5
16
3,1
3,7

70,0
20
2,9-3,5
8,2-8,9

63,0
4,2
3,0
3,9

Подшипник  №2.

Т °C
Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2

69,0
12
2,2-3,1
4,1

66,5
12-15
2,4
23,4-24,7

64,0
14-17
2,2-2,8
3,8-4,3

      В таблице 3 приведены значения температуры и вибрации в горизонтальном направлении для всех подшипников. Измерение вибрации проводилось виброметром ВУ 034 фирмы "Диамех". Процесс поиска устойчивого равновесного состояния колебательной системы проходил бурно и продолжается до сих пор. Этот процесс сопровождался временными отклонениями температуры и составляющих вибрации в ту и другую сторону во всех подшипниках. Ожидаемый результат - снижение температуры подшипников электродвигателя на 4.5-5.0 градусов - уже достигнут. После дообработки должна снизиться температура подшипника №3 исполнительного механизма. Представляет практический интерес выяснение возможностей дальнейшего восстановления изношенных подшипников этого насоса.
      В ходе выполнения работы шло непрерывное совершенствование и уточнение методов диагностики и изучения обрабатываемых объектов. Есть и объективные сложности измерений, обусловленные, в частности, тем, что дымососы на ТЭЦ №25 и №26 находятся вне здания, поэтому изменения температуры подшипников трудно выделить на фоне меняющейся температуры воздуха. Наиболее полную картину об особенностях процессов, происходящих в обработанных подшипниках исполнительных механизмов дымососов мы получили с помощью взаимно дополняющих результатов обработки агрегатов на ТЭЦ №26
(таблица 4) и ТЭЦ №25 (таблица 5). Разность температур подшипников ДРГ4А на ТЭЦ №26 была равна 8.5 градусам. Уже через час после обработки разность составила 3 градуса, причем она уменьшилась за счет роста температуры менее изношенного подшипника №4. После некоторых флуктуации, эта разность зафиксировалась, при том, что температура подшипника №4 вернулась к исходному значению. На поиск устойчивого равновесия колебательной системе понадобился месяц. В течение всего этого периода температура воздуха превышала 20 градусов, поэтому колебания внешней температуры не могли повлиять на поведение разности температур подшипников. На ТЭЦ №25 обработка ДРГ7Б проведена в конце августа, поэтому более объективными, для осеннего периода, являются результаты измерения вибрации подшипников. Исходная разность температур подшипников составляла 1.5 градуса, что свидетельствует о примерном равенстве степени их износа. Вследствие этого, восстановление подшипников происходило достаточно равномерно, без заметных флуктуации.
     Необходимо напомнить, что окончательные результаты могут быть получены только после обработки всех подшипников системы, что может занять довольно длительное время, поскольку во многих электродвигателях предусмотрена консистентная смазка подшипников. Заменить обычную смазку смазкой, содержащей ТС "НИОД", можно только во время остановки
двигателя. Но дело того стоит, потому что снижение температуры подшипников означает, что уменьшаются радиальные зазоры, т.е. реально происходит восстановление подшипников. Соответственно, можно ожидать, что увеличение срока службы подшипников будет вызвано не только антифрикционной обработкой и замедлением износа, но и восстановлением ресурса
подшипников.

Таблица №4

Температура подшипников дымососа рециркуляции ДРГ4А ТЭЦ-26.

Дата контроля, время:

21.07.00
12.00

21.07.00
13.00

22.07.00
13.00

24.07.00
13.10

21.07.00
12.00

25.07.00
13.35
08.08.00
08.47
11.08.00
14.35
22.08.00
13.10
Температура:

Подшипник  №3. °C

57,5

58,0 60,0 62,0 57,0 57,0 53,0 57,0 53,0

Подшипник  №4. °C

49,0 55,0 59,0 59,0 51,0 54,0 50,0 52,0 50,0
Таблица №5 Вибрация (вертикальное направление) подшипников дымососа рециркуляции ДРГ7Б ТЭЦ №25.
Дата контроля: 22.08.00. Обработка. 07.09.00. Дообработка. 23.11.00.
Подшипник  №3.
(дальний от рабочего колеса)
Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2
52,0
2,1
36,9
37,9
1,6
19,5
32-41,6
1,4-1,5
16,3-18,4
Подшипник  №3. Вибросмещение мкм.
Виброскорость   мм/с.
Виброускорение мм/с2
28,0
1,6
19,1
24,8
1,6
16,7
15-21
0,9-1,1
3,6-3,8

     В оборудовании центробежного типа, потери энергии, связанные с преодолением трения, достаточно малы. Поэтому нет смысла оценивать прямую экономию энергии как результат применения технологии АРВО. Речь может идти о ресурсосбережении и вторичном энергосбережении, связанном с уменьшением числа ремонтов и замен подшипников.
     В 2000 г. полностью обработан комплект оборудования на РТС-4 в г. Зеленограде. Сравнение эксплуатационных расходов в 1999, 2000 и 2001 году позволит оценить эффективность применения технологии АРВО для дымососов, вентиляторов, сетевых насосов и подобных видов оборудования. Предварительно, мы оцениваем экономию электроэнергии величиной в 0.1% от общего объема потребления.
     В то же время, необходимо отметить то, что не имело аналогов ранее. Речь идет о радикальном изменении подхода к эксплуатации оборудования: от пассивного ожидания аварийной ситуации к активному регулированию работы подшипников и всей динамики агрегатов. В условиях повсеместной изношенности оборудования эффект от применения технологии ТС "НИОД" трудно предсказать. Значительное прямое энергосбережение может быть получено при обработке оборудования, в конструкцию которого входят редукторы, транспортеры, цилиндро-поршневые группы и другие узлы с большими потерями на трение. Еще в 1997 г. Смирнов И.А. и Болотов И.Г. опубликовали результаты четырехлетнего применения ТС "НИОД" на Нерюнгринской ГРЭС. С июля 1993 г. было обработано 384 единицы механизмов и отдельных узлов, в том числе, 203 редуктора, 94 насоса, 85 отдельных подшипниковых и сальниковых узлов, станков и компрессоров. Из них, 47 единиц достаточно долгое время работали в «сухом» режиме (без смазки).
     В химическом цехе были обработаны 25 редукторов одноплунжерных насосов-дозаторов типа НД. В «сухом» режиме редукторы проработали более года, наработав от 2000 до 8000 часов. Экономия электроэнергии составила 18-21%. 
     В сентябре 1993 г. - марте 1994 г. обработаны 27 редукторов РЦД-400(500) шнеков и дробилок трактов шлакоудаления котлов. Из редукторов было слито штатное масло, зубчатые зацепления и подшипники промазаны пластичной смазкой с ТС "НИОД". В этом режиме редукторы проработали 2000-8500 часов. Экономия электроэнергии после обработки составила 8-15%. Были также обработаны редукторы приводов РВП, ленточных транспортеров и питателей; подшипниковые и сальниковые узлы насосов (сетевых, перекачивающих и багерных).
     В дополнение к этой информации, мы рассмотрим результаты обработки двух компрессоров ВУ-8 на предприятии по обработке алмазов ОАО «Алмазный мир». У этих компрессоров два V-образно расположенных цилиндра разного объема, централизованная система смазки. Обработка проводилась путем добавления суспензии с ТС "НИОД" в бак с маслом. Эффективность обработки оценивалась по производительности компрессора (времени накачивания воздуха в ресивер от давления 5 кг/см2 до давления 8 кг/см2) и вибрации в области подшипников коленвала. Фиксировалось давление масла в системе смазки. Результаты измерений представлены в
таблице 6. Компрессор №2 незадолго до обработки прошел капитальный ремонт. Степень износа компрессоров можно сравнить по вибрации и давлению масла.

Таблица №6

Результаты обработки компрессоров ВУ-8 ОАО «Алмазный мир».

Компрессор №1.

Дата замеров. Время накачки ресивера 
от 5 до 8 кг/см2
Давление масла, кг/см2 Вибрация db
24.07.00 13 мин. 10 сек. 0,5 82
07.08.00 Повторная обработка. 7 мин. 50 сек. - -
23.08.00 6 мин. 30 сек. 0,8 80
Компрессор №2.
07.08.00 6 мин. 40 сек. 4,5 75-76
23.08.00 Дообработка в 15.20 6 мин. 30 сек. 5,7 73-74
23.08.00 16.20 6 мин. 25 сек. 5,7 73-74

     Главный итог проведенной обработки заключается в том, что производительность компрессора №1 восстановлена до штатного значения (увеличена в 2 раза), что эквивалентно снижению потребления электроэнергии на 50%. После этого были обработаны 4 компрессора на ТЭЦ №25. Во всех случаях наблюдалось снижение вибрации на 2 dB. Данные, представленные в этом разделе, были получены в 2000 г. в ходе выполнения задания Министерства промышленности, науки и технологий. Они еще недостаточно полны, однако вполне убедительно отражают эффективность технологии АРВО в таких аспектах, как ресурс и энергосбережение, восстановление и продление срока службы узлов трения энергетического и аналогичного оборудования, новые подходы к эксплуатации оборудования.
     Наиболее объективную информацию можно будет получить после обработки полного комплекта оборудования на ряде типовых предприятий энергетического комплекса.

 

Производство ВПК Судоходство РЖД АВТО ТС "НИОД" СК "НИОДОЛ" Контакты