Помощь студентам в учебе
Система контроля и автоматической диагностики гидроагрегата
|
Аннотация 9
Введение 13
1 Состояние проблемы контроля и диагностики гидроагрегатов. Постановка
задачи исследования 15
2 Вибрация в гидроагрегатах 17
2.1 Основы ВИБРАЦИИ 17
2.1.1 Некоторые положения теории колебаний 17
2.1.2 Методы измерения вибраций 21
2.2 Силы, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ВИБРАЦИЮ В ГИДРОАГРЕГАТАХ 24
2.2.1 Силы, вызывающие вибрацию в гидроагрегатах в установившемся
режиме: 24
2.2.2 Силы, вызывающие вибрацию в гидроагрегатах в неустановившемся
режиме: 25
2.3 ВЛИЯНИЕ ЖЁСТКОСТИ ОПОРНЫХ ЗАКРЕПЛЕНИЙ НА ВИБРАЦИЮ
ГИДРОАГРЕГАТА 27
2.3.1 Радиальная жесткость подшипников 27
2.3.2 Осевая жесткость гидроагрегатов 29
3 Стационарная система вибрационного контроля 31
3.1 ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ВИБРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ 31
3.2 ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ 32
3.3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ СТАЦИОНАРНОГО ВИБРОКОНТРОЛЯ
ГИДРОАГРЕГАТА 33
3.4 ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 34
3.5 МЕСТО УСТАНОВКИ ДАТЧИКОВ 40
3.6 ОБРАБОТКА ДАННЫХ 42
3.7. ОБЗОР СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ 45
4 Техническая диагностика гидроагрегатов 51
4.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОАГРЕГАТОВ 51
4.2 Состояния ГИДРОАГРЕГАТОВ 53
4.2.1 Виды состояний 53
4.2.2. Границы состояний гидроагрегатов 54
4.3 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОАГРЕГАТА 55
мкм 56
4.4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГИДРОАГРЕГАТА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ И ОЦЕНКЕ ВИБРАЦИИ 58
4.5 ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКТИВНЫХ УЗЛОВ ГИДРОАГРЕГАТА И ИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ
ПРИЗНАКИ 59
4.6.1 Низкочастотные вибрации 63
4.6.2 Вибрации с частотой 0 , 5 /о б 64
4.6.3 Динамические силы и вибрации оборотной частоты/ о б 64
4.6.4 Вибрации двойной оборотной частоты 2 /о б 66
4.6.5 Вибрация лопастной /л о п и двойной лопастной частоты 2 /л о п 66
4.6.6 Собственная частота осевых колебаний /с о б 67
4.6.7 Вибрации лопаточной частоты /л о п ат 68
4.6.8 Вибрации сегментной частоты/с е гм 68
4.6.9 Собственные колебания ротора агрегата 69
4.6.10 Высокочастотные вибрации 69
5 Система автоматической диагностики 70
5.1 АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ 70
5.2 МОДЕЛЬ ГИДРОАГРЕГАТА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ 73
5.3 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ В СКАД 74
5.4 ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ 78
Заключение 80
Список использованных источников
Введение 13
1 Состояние проблемы контроля и диагностики гидроагрегатов. Постановка
задачи исследования 15
2 Вибрация в гидроагрегатах 17
2.1 Основы ВИБРАЦИИ 17
2.1.1 Некоторые положения теории колебаний 17
2.1.2 Методы измерения вибраций 21
2.2 Силы, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ВИБРАЦИЮ В ГИДРОАГРЕГАТАХ 24
2.2.1 Силы, вызывающие вибрацию в гидроагрегатах в установившемся
режиме: 24
2.2.2 Силы, вызывающие вибрацию в гидроагрегатах в неустановившемся
режиме: 25
2.3 ВЛИЯНИЕ ЖЁСТКОСТИ ОПОРНЫХ ЗАКРЕПЛЕНИЙ НА ВИБРАЦИЮ
ГИДРОАГРЕГАТА 27
2.3.1 Радиальная жесткость подшипников 27
2.3.2 Осевая жесткость гидроагрегатов 29
3 Стационарная система вибрационного контроля 31
3.1 ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ВИБРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ 31
3.2 ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ 32
3.3 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ СТАЦИОНАРНОГО ВИБРОКОНТРОЛЯ
ГИДРОАГРЕГАТА 33
3.4 ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 34
3.5 МЕСТО УСТАНОВКИ ДАТЧИКОВ 40
3.6 ОБРАБОТКА ДАННЫХ 42
3.7. ОБЗОР СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ 45
4 Техническая диагностика гидроагрегатов 51
4.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОАГРЕГАТОВ 51
4.2 Состояния ГИДРОАГРЕГАТОВ 53
4.2.1 Виды состояний 53
4.2.2. Границы состояний гидроагрегатов 54
4.3 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОАГРЕГАТА 55
мкм 56
4.4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГИДРОАГРЕГАТА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ И ОЦЕНКЕ ВИБРАЦИИ 58
4.5 ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКТИВНЫХ УЗЛОВ ГИДРОАГРЕГАТА И ИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ
ПРИЗНАКИ 59
4.6.1 Низкочастотные вибрации 63
4.6.2 Вибрации с частотой 0 , 5 /о б 64
4.6.3 Динамические силы и вибрации оборотной частоты/ о б 64
4.6.4 Вибрации двойной оборотной частоты 2 /о б 66
4.6.5 Вибрация лопастной /л о п и двойной лопастной частоты 2 /л о п 66
4.6.6 Собственная частота осевых колебаний /с о б 67
4.6.7 Вибрации лопаточной частоты /л о п ат 68
4.6.8 Вибрации сегментной частоты/с е гм 68
4.6.9 Собственные колебания ротора агрегата 69
4.6.10 Высокочастотные вибрации 69
5 Система автоматической диагностики 70
5.1 АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ 70
5.2 МОДЕЛЬ ГИДРОАГРЕГАТА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ 73
5.3 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ В СКАД 74
5.4 ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ 78
Заключение 80
Список использованных источников
В ходе эксплуатации гидроагрегатов на гидроэлектростанциях основной задачей является обеспечение их надежной работы.
Задача обеспечения надежности решается путем профилактических мер контроля и испытаний гидроагрегатов для раннего выявления и устранения дефектов, развитие которых может привести к аварийным отключениям агрегатов. Однако применяемые в настоящее время методы и средства обнаружения дефектов, особенно в режиме реального времени, не имеют достаточной эффективности, так как в них не в полной мере используются современные возможности.
В последние годы в нашей стране и за рубежом активизировались исследования и разработки по усовершенствованию существующих и созданию новых методов и средств обнаружения дефектов гидроагрегатов для построения на их основе комплексных систем технической диагностики и прогнозирования состояния гидроагрегатов в условиях эксплуатации. Подобные системы уже созданы и успешно функционируют в ряде отраслей техники. Они позволяют своевременно выявлять и устранять дефекты на ранней стадии их развития, в результате чего сокращается число и длительность вынужденных (аварийных) простоев механизмов.
Работы по созданию систем диагностики и прогнозирования состояния гидроагрегатов гидроэлектростанций находятся пока еще в начальной стадии. Для успешного их продвижения вперед необходимы глубокое изучение и систематизация причин и процессов возникновения и развития дефектов и их признаков, а также, что не менее важно, ускорение разработок и организация промышленного производства ряда отсутствующих в настоящее время датчиков и устройств для выявления указанных дефектов.
Одной из основных проблем современной гидроэнергетики является также создание эффективного контроля вибрационного состояния гидроагрегатов, находящихся в эксплуатации. Наиболее актуальным решением здесь является внедрение на ГЭС систем автоматической технической диагностики гидроагрегатов, которые позволяют выявлять дефекты и неисправности оборудования на ранней стадии их развития.
Для получения информации о состоянии гидроагрегата широко используется контроль вибрации. На сегодняшний день на некоторых станциях уже работают аналоговые системы контроля вибрации. Недостатком этих систем можно считать несовершенные технологии сбора и обработки информации. Дальнейшее улучшение эксплуатационных качеств устройств контроля, основанных на аналоговых принципах, невозможно из-за быстрого их усложнения, резкого увеличения времени их разработки и удорожания. Относительно недавно появились микропроцессорные устройства мониторинга параметров, входящие в систему мониторинга и диагностирования гидроагрегата. Эти устройства осуществляют мониторинг и передачу на диспетчерский уровень некоторых интегральных параметров движения вала 13
гидроагрегата. По полученным данным технический персонал станции выполняет оценку состояния оборудования. Таким образом, процесс определения технического состояния и выявления дефектов гидроагрегата не является автоматическим. При этом сами устройства контроля технического состояния являются недостаточно проработанными, поскольку формируют информацию только об амплитуде вибрации. В связи с этим является актуальной задача разработки автоматических систем технического диагностирования гидроагрегатов, позволяющих определять текущее состояние гидроагрегата и выявлять дефекты на ранней стадии развития. Кроме того, желательно, используя микропроцессорные средства, реализовать алгоритмы, позволяющие не только осуществлять определение состояния гидроагрегата, но и предусматривать воздействие на сигнал в случае превышения вибрацией заданного значения тем самым организовать контроль за вибрационными параметрами.
Задача обеспечения надежности решается путем профилактических мер контроля и испытаний гидроагрегатов для раннего выявления и устранения дефектов, развитие которых может привести к аварийным отключениям агрегатов. Однако применяемые в настоящее время методы и средства обнаружения дефектов, особенно в режиме реального времени, не имеют достаточной эффективности, так как в них не в полной мере используются современные возможности.
В последние годы в нашей стране и за рубежом активизировались исследования и разработки по усовершенствованию существующих и созданию новых методов и средств обнаружения дефектов гидроагрегатов для построения на их основе комплексных систем технической диагностики и прогнозирования состояния гидроагрегатов в условиях эксплуатации. Подобные системы уже созданы и успешно функционируют в ряде отраслей техники. Они позволяют своевременно выявлять и устранять дефекты на ранней стадии их развития, в результате чего сокращается число и длительность вынужденных (аварийных) простоев механизмов.
Работы по созданию систем диагностики и прогнозирования состояния гидроагрегатов гидроэлектростанций находятся пока еще в начальной стадии. Для успешного их продвижения вперед необходимы глубокое изучение и систематизация причин и процессов возникновения и развития дефектов и их признаков, а также, что не менее важно, ускорение разработок и организация промышленного производства ряда отсутствующих в настоящее время датчиков и устройств для выявления указанных дефектов.
Одной из основных проблем современной гидроэнергетики является также создание эффективного контроля вибрационного состояния гидроагрегатов, находящихся в эксплуатации. Наиболее актуальным решением здесь является внедрение на ГЭС систем автоматической технической диагностики гидроагрегатов, которые позволяют выявлять дефекты и неисправности оборудования на ранней стадии их развития.
Для получения информации о состоянии гидроагрегата широко используется контроль вибрации. На сегодняшний день на некоторых станциях уже работают аналоговые системы контроля вибрации. Недостатком этих систем можно считать несовершенные технологии сбора и обработки информации. Дальнейшее улучшение эксплуатационных качеств устройств контроля, основанных на аналоговых принципах, невозможно из-за быстрого их усложнения, резкого увеличения времени их разработки и удорожания. Относительно недавно появились микропроцессорные устройства мониторинга параметров, входящие в систему мониторинга и диагностирования гидроагрегата. Эти устройства осуществляют мониторинг и передачу на диспетчерский уровень некоторых интегральных параметров движения вала 13
гидроагрегата. По полученным данным технический персонал станции выполняет оценку состояния оборудования. Таким образом, процесс определения технического состояния и выявления дефектов гидроагрегата не является автоматическим. При этом сами устройства контроля технического состояния являются недостаточно проработанными, поскольку формируют информацию только об амплитуде вибрации. В связи с этим является актуальной задача разработки автоматических систем технического диагностирования гидроагрегатов, позволяющих определять текущее состояние гидроагрегата и выявлять дефекты на ранней стадии развития. Кроме того, желательно, используя микропроцессорные средства, реализовать алгоритмы, позволяющие не только осуществлять определение состояния гидроагрегата, но и предусматривать воздействие на сигнал в случае превышения вибрацией заданного значения тем самым организовать контроль за вибрационными параметрами.
В ходе диссертационного исследования были изучены основы вибрации для представления общей картины исследования, разобрана тема вибраций в гидроагрегатах, в ходе чего было выявлено, что по данным вибрации гидроагрегатов можно определять дефекты. Также были рассмотрены системы вибрационного контроля, которые необходимы для сбора вибрационных параметров и их контроля. На сегодняшний день системы контроля достаточно хорошо справляются со своей задачей, но в ряде случаев не могут обеспечить полную безопасность оборудования, при этом они не определяют наличие дефекта, а реагирую на уже развитый дефект, привлекший к превышению контролируемого параметра.
Для определения дефектов на ранней стадии развития была поставлена задача создания системы автоматической диагностики, так как реализация такой системе в полной мере не представляется возможной, учитывая все параметры агрегата (вибрацию, температуру, гидромеханические параметры) было решено упростить задачу, описав систему автоматической диагностики определяющей дефекты по параметрам биения вала. Для реализации СКАД было предложено использование экспертной системы гибридного типа. В такой системе используется комбинация математических решений:
1. Применение теории нечетких множеств, для определения стадии развития дефекта;
2. Применение нейронных сетей для самообучения системы.
Для обучения системы было также предложена упрощенная математическая модель вращающейся части гидроагрегата с помощью, которой искусственные нейронные сети получают информацию о дефектах, которые на ней будут моделироваться.
Главным преимуществом системы автоматической диагностики, является определение дефекта на ранней стадии развития, что дает возможность спланировать текущий ремонт гидроагрегата и исключить аварийные остановы гидроагрегата. При дальнейшем развитии и совершенствование таких систем, будет возможен переход от капитальных ремонтов с определенным периодом к ремонтам по состоянию, что позволить сократить значительные экономические затраты.
На сегодняшний день существует ряд проблем по созданию таких систем. Одной из основных проблем проектирования системы автоматической диагностики, является создание математической модели со всем зависимостями, в ближайшее время возможно будут разработаны, компьютерные программы способные реализовать такие модели. Кроме вышеупомянутой проблемы существую проблемы с измерениями параметров, а именно с измерением низкочастотной вибрацией. Исходя из вышесказанного, можем сделать вывод, что сегодня создание полноценной системы автоматической достаточно затруднительно.
Для определения дефектов на ранней стадии развития была поставлена задача создания системы автоматической диагностики, так как реализация такой системе в полной мере не представляется возможной, учитывая все параметры агрегата (вибрацию, температуру, гидромеханические параметры) было решено упростить задачу, описав систему автоматической диагностики определяющей дефекты по параметрам биения вала. Для реализации СКАД было предложено использование экспертной системы гибридного типа. В такой системе используется комбинация математических решений:
1. Применение теории нечетких множеств, для определения стадии развития дефекта;
2. Применение нейронных сетей для самообучения системы.
Для обучения системы было также предложена упрощенная математическая модель вращающейся части гидроагрегата с помощью, которой искусственные нейронные сети получают информацию о дефектах, которые на ней будут моделироваться.
Главным преимуществом системы автоматической диагностики, является определение дефекта на ранней стадии развития, что дает возможность спланировать текущий ремонт гидроагрегата и исключить аварийные остановы гидроагрегата. При дальнейшем развитии и совершенствование таких систем, будет возможен переход от капитальных ремонтов с определенным периодом к ремонтам по состоянию, что позволить сократить значительные экономические затраты.
На сегодняшний день существует ряд проблем по созданию таких систем. Одной из основных проблем проектирования системы автоматической диагностики, является создание математической модели со всем зависимостями, в ближайшее время возможно будут разработаны, компьютерные программы способные реализовать такие модели. Кроме вышеупомянутой проблемы существую проблемы с измерениями параметров, а именно с измерением низкочастотной вибрацией. Исходя из вышесказанного, можем сделать вывод, что сегодня создание полноценной системы автоматической достаточно затруднительно.