Bazując na wieloletnim doświadczeniu z obszaru diagnostyki walczaków obrotowych, a w szczególności pieców cementowych, inżynierowie ZMP opracowali
system permanentnego nadzoru kluczowych parametrów tego typu obiektów.
Jako główne założenia do systemu przyjęto:
prostotę jego obsługi po stronie użytkownika oraz innowacyjność i zaawansowanie zaimplementowanych w nim narzędzi analityczno-diagnostycznych, działających w tle, całkowicie niezależnie od woli użytkownika.
W efekcie uzyskano produkt, w tym oprogramowanie, które przystosowane jest do stosowania na urządzeniach typu smartfon, dzięki któremu użytkownik informowany jest bezzwłocznie (poprzez komunikaty SMS) o istotnych nieprawidłowościach i/lub anomaliach w mechanicznym stanie pieca, a po uruchomieniu mobilnej aplikacji może zapoznać się z wybranymi szczegółami, ograniczonymi jedynie do wysoko przetworzonych i wartościowych informacji, tak aby móc podjąć
natychmiastową i trafną reakcję.
geneza i idea pomysłu
Okresowe inspekcje walczaków obrotowych pod kątem oceny ich mechanicznej sprawności wykonywane są z cyklicznością zależną od ważności zadań jakie te obiekty realizują i zależnie od tempa przewidywanych zużyć ich elementów składowych, jednak nie częściej niż co kilka miesięcy, a w przypadkach granicznych - nawet jedynie co kilka lat. Taka częstotliwość daje możliwość oceny stanu obiektu w ściśle określonym punkcie na osi czasu i dla ściśle określonych warunków eksploatacyjnych. Nie daje jednak możliwości oceny ciągłej, w tym w funkcji zmiennych warunków produkcyjnych. Przez to nie daje również, co jest równie istotne, możliwości jednoznacznego genezowania przyczyn i momentu zaistnienia ewentualnych uszkodzeń.
Owe ograniczenie we wnioskowaniu wstecz tj. brak możliwości wychwycenia konkretnego punktu w czasie, w którym nastąpiła inicjacja danego defektu, stanowi podstawowy mankament diagnostyki okresowej, realizowanej sporadycznie i stanowi jej istotną wadę w relacji do monitoringu ciągłego.
Swego rodzaju substytutem ciągłego monitoringu mechanicznego stanu walczaka obrotowego są np. coraz częściej stosowane na piecach obrotowych systemy skanujące temperaturę płaszcza, czy też układy służące do ciągłego pomiaru obwodowej migracji pierścieni biegowych. W pierwszym z przypadków nie uzyskujemy jednak żadnej istotnej zwrotnej informacji o wpływie bieżącego rozkładu temperatur płaszcza na pracę kluczowych mechanicznych elementów pieca. Nie wiemy jaką wartość osiąga wykorbienie geometrycznej osi pieca pochodzące od zaburzeń temperatur i jakimi konsekwencjami to skutkuje w zakresie, zarówno obciążeń płaszcza, jak i obciążeń elementów układu nośnego (pierścieni biegowych, rolek nośnych). Nie mamy również poglądu na wpływ ewentualnego nierównomiernego rozkładu temperatur na obwodzie płaszcza na obciążenia elementów sekcji napędowej. Ich skuteczność ogranicza się więc do oceny stanu wewnętrznej wykładziny oraz pośredniej oceny jakości przebiegu procesu produkcyjnego.
Z kolei w przypadku pomiaru migracji - bardzo często nie jest on powiązany z różnicą pomiędzy temperaturą płaszcza a temperaturą pierścienia biegowego. Nie wyliczane są również naprężenia w materiale płaszcza, czyli skutki towarzyszące nadmiernej migracji (nadmiernemu luzowi podpierścieniowemu - owalizacji) lub braku migracji (wciskowi). Taki układ pomiarowy odnotowuje jedynie brak luzu (wcisk), ale nie informuje użytkownika jakiego rzędu naprężenia ów wcisk powoduje. Tymczasem wiadomym jest,
że w przypadku występowania zakleszczenia pierścienia na płaszczu naprężenia w materiale płaszcza niejednokrotnie przekraczają wartości kilkuset MPa i powodują natychmiastową i trwałą jego deformację, a wręcz degradację,
w tym są jednym z dodatkowych źródeł uszkodzeń wewnętrznego wyłożenia pieca.
Daje to obraz rynku, na którym mamy do wyboru albo możliwość skorzystania z bardzo zaawansowanych i kompleksowych metod oceny mechanicznego stanu walczaka, które z racji wysokich kosztów stosowane są jedynie jednostkowo i przez wyspecjalizowane firmy - co ściśle określony okres, albo wspomaganie się relatywnie ubogimi w informacje systemami - monitorującymi jedynie wybrane, podstawowe parametry obiektu, głównie te związane z procesem produkcyjnym, rzadziej te związane z obszarem mechaniki, na dodatek bez analizy ich wzajemnej korelacji.
Luka ta i kompetencje ZMP stały się więc katalizatorem
do opracowania systemu, który łączy zasadę monitoringu ciągłego wyselekcjonowanych parametrów obiektu z jednoczesnym ich przetwarzaniem na informacje istotne z punktu widzenia mechaniki, a więc z punktu widzenia wytrzymałości poszczególnych komponentów urządzenia, gdzie uzyskane wartości, szczególnie naprężenia można w jednoznaczny sposób przyrównać do wartości granicznych
– dopuszczalnych dla zastosowanego materiału.
budowa i ogólna zasada działania systemu
System zbudowany jest z modułów:
- sterującego (1 szt.), który nadzoruje prędkość obrotową obiektu, inicjuje pomiary w modułach pozostałych, kontroluje poprawność działania tych modułów, gromadzi dane z tych modułów i przesyła je na serwer danych (do ZMP),
- pomiarowego typu PIER (ilość sztuk = ilości podpór walczaka), który zbiera „na wezwanie” modułu sterującego dane z czujników zlokalizowanych na danej podporze, gdzie w standardzie nadzorowi podlegają:
- obwodowa migracja pierścienia względem płaszcza (pośrednio luz podpierścieniowy),
- dynamiczne ugięcia wałów rolek nośnych
(pośrednio tzw. ukryty komponent wykorbienia
geometrycznej osi płaszcza),
- osiowe bicie pierścienia biegowego
(pośrednio jego zwichrowanie i osiowa rozszerzalność
płaszcza pieca),
- osiowe pozycje rolek nośnych
(pośrednio kierunki osiowego oddziaływania rolek
nośnych na obiekt),
- temperatura płaszcza
(wartość średnia i rozkład na obwodzie),
- temperatura pierścienia biegowego,
- temperatury łożysk rolek nośnych
(poprzez pomiar bezpośredni lub pośredni),
- pomiarowego typu GR (ilość sztuk = 1), który zbiera „na wezwanie” modułu sterującego dane z czujników zlokalizowanych na sekcji napędowej, gdzie nadzorowi podlegają:
- promieniowe bicie wieńca
(pośrednio zmienność luzu na zazębieniu
z zębnikiem),
- osiowe bicie wieńca
(pośrednio jego zwichrowanie i osiowa pozycja
względem zębnika),
- drgania z wybranych węzłów łożyskowych
(wartości: RMS i szczytowa oraz wybrane składowe
harmoniczne).
Dane (zmierzone przez moduły pomiarowe_ są przekazywane do i gromadzone w module sterującym, gdzie po ich wstępnym przetworzeniu transmitowane są na serwer danych. Tam, oprogramowanie z wyrafinowanymi algorytmami analitycznymi dokonuje ich dalszego przetworzenia,
w efekcie czego uzyskujemy:
- naprężenia w płaszczu,
- naprężenia w wałach rolek nośnych,
- naprężenia w pierścieniach biegowych,
- naprężenia kontaktowe na styku bieżni pierścieni biegowych i rolek nośnych, w każdym z przypadków z wyodrębnieniem źródła pochodzenia, którym może być:
- obciążenie nominalne,
- wykorbienia geometrycznej osi płaszcza,
- owalizacja przekroju, zależna od luzu podpierścieniowego (dotyczy jedynie naprężeń w płaszczu).
Naprężenia te na bieżąco porównywane są z wartościami dopuszczalnymi dla zastosowanych materiałów i w przypadku przekroczeń tych limitów, system generuje stosowne
komunikaty.
System wylicza również:
- luzy podpierścieniowe, a w przypadku braku luzu oszacowuje wartość wcisku i naprężenia z tym wciskiem związane,
- dynamiczne ugięcia wałów rolek nośnych,
- wartość wykorbienia geometrycznej osi płaszcza (składową ukrytą ekscentryczności) i wartości sił pochodzących od dodatkowych obciążeń generowanych przez to wykorbienie,
- zwichrowanie pierścieni biegowych i wieńca zębatego napędu.
Wartości tych parametrów również przyrównywane
są do wartości dopuszczalnych, gdzie te wyliczane
są głównie z zależności wytrzymałościowych.
Wartości dopuszczalne i ogólne zasady przyjęte do ich wyznaczenia podane są w Instrukcji użytkownika (dostarczanej wraz z systemem), a szczegóły funkcjonowania systemu i jego komponentów oraz aplikacji analitycznej prezentowane są w ramach szkoleń, towarzyszących procesowi wdrożenia systemu dla danego obiektu.
rodzaje komunikatów
System wyposażono w dwa, wzajemnie się uzupełniające, sposoby komunikowania użytkownika o wystąpieniu przekroczeń wartości dopuszczalnych:
- komunikaty SMS,
- komunikaty graficzne generowane w aplikacji (bezpośrednio na smartfonie).
Komunikaty SMS wysyłane są do ściśle zadeklarowanego grona użytkowników (osób wskazanych jako zainteresowanych stanem pieca), gdzie system rozróżnia dwa rodzaje powiadomień:
- tzw. warning / alert SMS – jest to informacja o przekroczeniu ostrzegawczego lub krytycznego poziomu wyznaczonego przez system dla danego nadzorowanego parametru,
- tzw. custom SMS – jest to informacja o przekroczeniu poziomu dla danego parametru, przy czym poziom ten ustalany jest samodzielnie przez użytkownika.
Komunikaty graficzne mają z kolei na celu ułatwić użytkownikowi wyszukanie w aplikacji (na smartfonie) parametrów i momentów w czasie, w których owe przekroczenia wystąpiły.
Dzięki przesłanemu bezpośrednio w komunikacie SMS linkowi, w łatwy sposób można przejść do mobilnej aplikacji, która po identyfikacji użytkownika daje możliwość bardziej szczegółowego wglądu w liczbowe wartości wszystkich kluczowych, poddawanych nadzorowi i wyliczanych parametrów, w tym do podglądu dopuszczalnych limitów.
Wartości nadzorowane (mierzone – wyliczane) ułożone są w kolumnach odpowiadających kolejnym podporom pieca
i wyświetlane są w kolorowych ramkach, gdzie kolor tła
i obwoluty ramki oznaczają odpowiednio:
- białe tło / zielona ramka – brak zastrzeżeń do bieżącej wartości danego parametru;
- białe tło / pomarańczowa ramka – przekroczenie poziomu alertu ostrzegawczego dla bieżącej wartości danego parametru;
- białe tło / czerwona ramka – przekroczenie poziomu alertu krytycznego dla bieżącej wartości danego parametru.
W przypadku naprężeń sumarycznych (całkowitych) wyliczanych dla płaszcza, rolek i pierścieni biegowych, ze względu na nadrzędną istotność tego czynnika, oprócz zmiany koloru ramki następuje również zmiana koloru tła.
Po kliknięciu na daną ramkę z liczbową wartością danego parametru, użytkownik ma możliwość przeglądu danych historycznych w postaci wykresów dniowychy, miesięcznych lub rocznych, na tle limitów wartości dopuszczalnych.
Na każdym wykresie podawana jest również krzywa prędkości obrotowej (czrna linia u góry).
Wykresy w układzie dziennym wzbogacone są o dodatkowe symbole – dymki wskazujące na moment wygenerowania przez system (wysłania) komunikatu SMS (poziom
warning lub alert).
Użytkownik poprzez zmianę ustawień systemu, ale jedynie na swoim indywidualnym profilu użytkownika, ma możliwość wstrzymania emisji komunikatów SMS. Fakt taki pozostaje odnotowany przez oprogramowanie.
zalety systemu, korzyści wynikające z wdrożenia
- natychmiastowa informacja o zagrożeniu uszkodzeniem poszczególnych komponentów obiektu;
- dostęp do danych charakteryzujących mechaniczny stan pieca z dowolnego miejsca na świecie, z wykorzystaniem smartfona lub innego dowolnego urządzenia wyposażonego w przeglądarkę internetową;
- bezpieczeństwo danych przy identyfikacji poszczególnych użytkowników i ich ustawień profilowych;
- prosta budowa aplikacji i czytelność wyświetlanych informacji po stronie użytkownika;
- zautomatyzowanie pomiarów i ich zintegrowanie z wyrafinowanymi metodami analitycznymi, w tym z obliczeniami wytrzymałościowymi (obecnie najbardziej zaawansowany i wyspecjalizowany system do diagnostyki wielopodporowych walczaków obrotowych z punktu widzenia ich mechaniki);
- eliminacja kosztów utrzymania własnej, specjalistycznej komórki diagnostycznej i ograniczenie kosztów wynajmu wyspecjalizowanych firm zewnętrznych przy zapewnieniu ciągłego i merytorycznego monitoringu obiektu;
- relatywnie niskie koszty wdrożenia i utrzymania, przy możliwości etapowego wdrażania systemu;
- możliwość prowadzenia racjonalnej gospodarki częściami zamiennymi i materiałami eksploatacyjnymi, jako efekt obserwacji trendów poszczególnych parametrów walczaka, rzutujących na trwałość jego komponentów;
- pełniejsze poznanie tempa zjawisk rządzących procesami degradacyjnymi (zużycie, rozregulowywanie się układu itp.);
- pełniejsze poznanie zależności pomiędzy poszczególnymi parametrami obiektu a jego stanem mechanicznym (korelacyjna analiza trendów).
przeznaczenie
- wielkogabarytowe, wielopodporowe (ilość pierścieni biegowych >2) walczaki obrotowe typu piece (rozwiązanie standardowe);
- pozostałe walczaki obrotowe, w tym obiekty 2-pod-porowe (rozwiązanie wymagające indywidualnego doboru zakresu monitorowanych i wyliczanych parametrów);
etapy wdrożenia
- kompleksowy audyt obiektu w zakresie układu nośnego, płaszcza i sekcji napędowej, w tym wykonanie niezbędnych bazowych analiz wytrzymałościowych, celem:
- określenia stanu obiektu,
- wyznaczenia limitów wytrzymałości dla jego
poszczególnych komponentów,
- określenia działań regulacyjnych i/lub remontowych
sugerowanych do wdrożenia jeszcze przed implementacją systemu,
- przygotowanie i złożenie wiążącej oferty cenowej
oraz uzgodnienie szczegółów technicznych wdrożenia dla danego obiektu;
- wdrożenie systemu obejmujące:
- instalację i kalibrację czujników pomiarowych,
- adaptację oprogramowania pod potrzeby danego
obiektu,
- uruchomienie systemu,
- szkolenie personelu Klienta z zakresu użytkowania
i interpretacji danych wynikowych oraz z zakresu
poprawności funkcjonowania systemu i zasad jego
samodzielnego serwisowania,
- wsparcie serwisowe i merytoryczne
(w zakresie uzgodnionym w kontrakcie);
- serwis pogwarancyjny
(na warunkach uzgodnionych w kontrakcie).
Ze względu na politykę ochrony własności intelektualnej, powyżej podane treści ograniczone zostały do niezbędnego minimum. Bardziej szczegółowe informacje na temat zasad funkcjonowania i wdrożenia systemu DrSmart przedstawiamy w trakcie bezpośredniej lub zdalnej prezentacji.
W przypadku zainteresowania systemem prosimy o kontakt, celem ustalenia terminu spotkania.