Pyörivien voimalaitoskoneiden värähtelyetäkunnonvalvonta

Abstract

Koneet tarvitsevat kunnossapitoa toimiakseen niille tarkoitetulla tavalla. Kunnossapidon eräs osa-alue on kunnonvalvonta, jossa mittaamalla ja analysoimalla pyritään saamaan tietoa koneen todellisesta kunnosta. Eräs yleisimmistä menetelmistä on värähtelykunnonvalvonta. Voimalaitosten pyörivät koneet ovat työssä jaettu turbiini-generaattoreihin ja prosessikoneisiin. Etäkunnonvalvonnalla tarkoitetaan kunnonvalvontaa, jossa mittaus ei vaadi mittaajaan fyysistä läsnäoloa mitattavassa kohteessa, vaan itsenäisesti mittaava järjestelmä siirtää tiedon kunnonvalvonnan asiantuntijan analysoitavaksi. Etävalvonnalla haetaan kustannussäästöjä matkustustarpeen jäädessä pois. Toinen etu on lähes reaaliaikaisesti saatava informaatio koneen kunnosta.

Työn tavoitteena oli arvioida tarjolla olevien värähtelyetäkunnonvalvontajärjestelmien soveltuvuutta voimalaitoskoneiden kunnonvalvontaan. Tarkemmin tutkitut neljä järjestelmää olivat: Valmet DMM, Bently Nevada System 1, Protacon VibLog sekä Petasense. DMM:lle ja VibLogille suoritettiin laitteistotestejä, joissa verrattiin niiden mittaustuloksia oman mittalaitteen tuloksiin. Lisäksi tutustuttiin niiden analyysiohjelmistoihin. Petasensen antureille tehtiin takaisinmaksuaikalaskelma, jota verrattiin paikan päällä tehtävän mittauksen kustannuksiin. System 1 projektin vaiheet on dokumentoitu.

DMM integroituu hyvin Valmetin automaatiojärjestelmään. Tällöin se on myös hintansa puolesta erittäin kilpailukykyinen. Mittaus- ja analyysipuolella siinä on seuraavat puutteet: järjestelmä tallentaa vain yhden kierroksen mittaisen aikasarjan, eikä siinä ole pyörintänopeuden muutosperusteista näytteenottoa. System 1 on yleinen ja hyväksi havaittu turbiini-generaattorien valvontajärjestelmä. Tutkittu ohjelmistoversio mahdollistaa tietyltä aikaväliltä mitatun mittaustiedon analysoinnin, mutta ei jatkuvaa "online" etävalvontaa. Ohjelmisto soveltuu teknisiltä ominaisuuksiltaan määräajoin tehtäviin etäkunnonvalvonta-analyyseihin asiakkaille, joilla on System 1 asennettuna omalla laitoksellaan. VibLog mittalaite on monipuolinen, mutta nykyisellään ohjelmisto ei vastaa vaatimusta helppokäyttöisestä ja joustavasta mittalaitteesta. VibLog voisi soveltua erikseen räätälöidyksi kunnonvalvontasovellukseksi. Petasensen antureille tehty takaisinmaksuaikalaskelma ei puolla järjestelmän hankkimista korvaamaan täysin paikan päällä tapahtuvaa mittaustoimintaa kustannusten noustessa liian korkeiksi. Vian seurantaan ne voisivat soveltua, sillä tällöin korkeammat kustannukset ovat helpommin perusteltavissa.

Tutkitut järjestelmät muodostivat tuoteportfolion aina kevyistä järjestelmistä kiinteisiin asennuksiin tarjottavaksi eri asiakaskohteisiin. System 1:tä lukuun ottamatta järjestelmät eivät suoraan täyttäneet kaikkia teknisiä ja taloudellisia vaatimuksia. Tutkimuksia suositellaan jatkettavan muiden tarjolla olevien etäkunnonvalvontajärjestelmien parissa.

Machines need maintenance in order to function. One area of maintenance is condition monitoring. It can be described as a measurement and analysis which aims to capture information of machine's health. Most widely used method is vibration monitoring. Machines to be monitored are categorized here to turbine-generators and process equipment, such as pumps and fans. Remote monitoring refers to monitoring where the measurement requires no presence of the condition monitoring engineer at the measurement location. Independent system measures and transfers the data to a preferred location to be analyzed. Remote condition monitoring eliminates the need for travel. Another benefit is the availability of near real time information of machine's condition, regardless of time and place.

The aim of the study was to evaluate the applicability of remote vibration condition monitoring systems available on the market for monitoring of power plant machines. Studied systems were: Valmet DMM, Bently Nevada System 1, Protacon VibLog and Petasense. DMM and VibLog were tested by actually measuring with the system. The results were compared to corresponding results measured with own device. Tests also included evaluation of the analysis software. Payback time analysis was performed for Petasense. Results were compared to the costs of in situ measurements. System 1 project was documented.

DMM integrates well with Valmet automation system. In those cases it also has very competitive pricing. However, some relevant technical features are missing: stored time signal is only one revolution, and there is no sampling based on changing speed. System 1 is common and proven turbine-generator monitoring system. Studied version of System 1 allows analysis of historical measurement data but not continuous real time analysis. Version fulfills technical requirements and is suitable for periodical remote condition monitoring analyses for customers who have System 1 installed on their plant. VibLog hardware is versatile, but software does not fulfill the requirements of being flexible and easy to use. VibLog could be suitable as a tailored solution to a specific project. Payback time analysis performed to Petasense suggests that the system is too expensive to replace current in situ measurements. System could be suited for fault development monitoring when higher costs are justified.

Studied systems formed product portfolio ranging from lightweight to permanently installed systems to be offered to customers. Apart from System 1, studied systems did not directly fulfill all of the technical and economical requirements. Thus, it is recommended continue studies with other similar systems available on the market.