Помощь студентам в учебе
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЭЛЕКТРОПАРАМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ДИАГНОСТИКИ
|
Введение 4
1. Анализ методов и систем контроля технического состояния центробежных насосных
агрегатов 8
1.1 Неисправности, вызывающие отказы и методы контроля технического состояния
центробежных насосных агрегатов 8
1.2 Контроль технического состояния динамического оборудования
электропараметрическим методом диагностики 23
1.3 Методы моделирования объектов контроля для решения задач
электропараметрической диагностики 28
1.4 Решения по аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем
электропараметрического контроля технического состояния динамического оборудования 32
1.5 Выводы по главе 34
2. Экспериментальная оценка технического состояния центробежного насосного
агрегата электропараметрическим методом диагностики 35
2.1 Взаимосвязь диагностического и вибрационного параметров 35
2.2 Экспериментальный комплекс и мероприятия по реализации исследования 36
2.3 Оценка влияния сторонних помех и анализ результатов эксперимента 45
2.4 Выводы по главе 60
3. Имитационное моделирование центробежного насосного агрегата с учетом наличия
механических неисправностей и изменения рабочих и конструктивных параметров 62
3.1 Обоснование реализации имитационного моделирования 62
3.2 Описание модели и параметров моделирования 63
3.3 Обработка результатов моделирования 69
3.4 Проверка адекватности модели 79
3.5 Выводы по главе 82
4 Разработка предложений по аппаратурному обеспечению информационно¬измерительных систем контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов 83
4.1 Общие требования к аппаратурному обеспечению систем контроля 83
4.2 Аппаратурное обеспечение мобильных систем контроля 85
4.3 Аппаратурное обеспечение полустационарных систем контроля 88
4.4 Определение необходимого количества измерений 92
4.5 Выводы по главе 93
Заключение 94
Список использованной литературы 96
Приложение
1. Анализ методов и систем контроля технического состояния центробежных насосных
агрегатов 8
1.1 Неисправности, вызывающие отказы и методы контроля технического состояния
центробежных насосных агрегатов 8
1.2 Контроль технического состояния динамического оборудования
электропараметрическим методом диагностики 23
1.3 Методы моделирования объектов контроля для решения задач
электропараметрической диагностики 28
1.4 Решения по аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем
электропараметрического контроля технического состояния динамического оборудования 32
1.5 Выводы по главе 34
2. Экспериментальная оценка технического состояния центробежного насосного
агрегата электропараметрическим методом диагностики 35
2.1 Взаимосвязь диагностического и вибрационного параметров 35
2.2 Экспериментальный комплекс и мероприятия по реализации исследования 36
2.3 Оценка влияния сторонних помех и анализ результатов эксперимента 45
2.4 Выводы по главе 60
3. Имитационное моделирование центробежного насосного агрегата с учетом наличия
механических неисправностей и изменения рабочих и конструктивных параметров 62
3.1 Обоснование реализации имитационного моделирования 62
3.2 Описание модели и параметров моделирования 63
3.3 Обработка результатов моделирования 69
3.4 Проверка адекватности модели 79
3.5 Выводы по главе 82
4 Разработка предложений по аппаратурному обеспечению информационно¬измерительных систем контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов 83
4.1 Общие требования к аппаратурному обеспечению систем контроля 83
4.2 Аппаратурное обеспечение мобильных систем контроля 85
4.3 Аппаратурное обеспечение полустационарных систем контроля 88
4.4 Определение необходимого количества измерений 92
4.5 Выводы по главе 93
Заключение 94
Список использованной литературы 96
Приложение
Актуальность работы. Ввиду существенной значимости мероприятий по обеспечению надежной и безаварийной работы центробежных насосных агрегатов, составляющих многочисленную группу машин динамического типа и занимающих около 35% всего оборудования предприятий, на производственных объектах различных отраслей промышленности, разработка методической и аппаратурной составляющих методов функциональной диагностики оборудования является важной технологической задачей.
Задача предупреждения внезапных отказов оборудования эффективно решается применением информационно-измерительных систем контроля технического состояния, включающих в себя аппаратуру и программы для осуществления контролей, и, реализующих методы функциональной диагностики, позволяющие выполнять мониторинг технического состояния и определять остаточный оборудования без вывода из эксплуатации.
Функциональная диагностика, закрепленная в требованиях по контролю технического состояния большей части насосного оборудования производственных объектов, реализуется различными методиками, в том числе контролем шумов, смазки, параметрическим контролем, температурным и вибрационным мониторингом, обеспечиваемых значительным объемом теоретических и прикладных разработок, методического, нормативного и аппаратурного обеспечения. При этом реализация диагностики обозначенными методами характеризуется существенными трудозатратами связанными со сложностью обработки диагностической информации для определения технического состояния как машины в целом, так и ее конструктивных элементов, а также с проблематичностью организации информационно-измерительных компонентов систем контроля технического состояния, обуславливаемой необходимостью контакта первичных измерителей с объектом, особенно в процессе диагностики труднодоступных машин, например погружных насосных установок и машин, работающих в условиях воздействий значительных климатических факторов, агрессивных сред и загрязнений.
В современных реалиях производства при стремлении обеспечить достаточные точность и информативность диагностических признаков наряду с сокращением затрат трудовых и финансовых ресурсов при проведении контролей технического состояния динамического оборудования, в том числе центробежных насосных агрегатов, вне зависимости от их труднодоступности, все активнее разрабатывается электропараметрический метод функциональной диагностики основанный на регистрации сигналов токов электродвигателя агрегата и спектральном анализе сигналов с целью оценки диагностических признаков. Преимуществом метода является возможность организации информационно-измерительных систем, позволяющих осуществлять удаленный сбор диагностической информации без непосредственного доступа к объекту контроля. При этом задачи классификации технического состояния и оценки влияния режимов работы оборудования на диагностические параметры при электропараметрическом контроле требуют разработки новых методических решений и предложений по обеспечению этих решений компонентами информационно-измерительных систем контроля технического состояния. Результаты, полученные в рамках разработки темы исследования, направлены на решение вышеуказанных задач, что определяет актуальность работы.
Цель работы. Повышение эффективности информационно-измерительных систем контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов
электропараметрическим методом диагностики
Задачи исследования.
1. Анализ уровня разработки алгоритмов и средств электропараметрического метода контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов.
2. Экспериментальное определение электропараметрических диагностических признаков и пороговых значений диагностических параметров при наличии механических неисправностей в центробежном насосном агрегате.
3. Оценка влияния рабочих и конструктивных параметров насосного агрегата на диагностический признак с помощью методов имитационного моделирования.
4. Разработка предложений по аппаратурному обеспечению измерительных систем электропараметрического контроля технического состояния насосных агрегатов.
Научная новизна.
1. Экспериментально определены зависимости электропараметрического
диагностического параметра от параметра вибрации центробежного насосного агрегата при наличии механических неисправностей и определены пороговые значения диагностического параметра для классификации технического состояния насосного агрегата.
2. Инструментами имитационного моделирования получены зависимости
электропараметрического диагностического параметра от параметра механической неисправности центробежного насосного агрегата при изменении рабочих и конструктивных параметров агрегата.
Основные защищаемые положения.
1. Установленные диагностические признаки механических неисправностей центробежного насосного агрегата и выявленные пороговые значения диагностического параметра, позволяющие классифицировать техническое состояние насосного агрегата в процессе эксплуатации.
2. Определенные по имитационной модели центробежного насосного агрегата зависимости диагностического параметра от параметра имитации механической неисправности, позволяющие учесть влияние рабочих и конструктивных параметров агрегата на значение диагностического параметра при реализации контроля технического состояния.
3. Разработанные предложения по аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем контроля, обеспечивающие возможность оценки технического состояния насосных агрегатов.
Практическая значимость.
1. Создана экспериментальная диагностическая система для исследования электропараметрического метода оценки технического состояния центробежного насосного агрегата консольного типа.
2. Разработаны решения по совершенствованию алгоритмов и аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем оценки механических неисправностей центробежных насосных агрегатов электропараметрическим методом контроля.
Методы исследования и достоверность результатов. Поставленные в работе задачи решены с применением инструментов электропараметрического и вибрационного методов диагностики, методов теории математической статистики, методов теории электромеханики и электро-гидравлических аналогий, методов имитационного моделирования и численных методов. Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием современного сертифицированного аппаратурного и программного обеспечения и использованием методов теории математической статистики при подготовке к эксперименту, при обработке экспериментальных данных, а также при оценке адекватности результатов моделирования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
1. XVII, XVIII, XIX Международных молодежных научных конференциях
«Севергеоэкотех-2016, 2017, 2018» (УГТУ, г. Ухта);
2. Международных семинарах «Рассохинские чтения» (УГТУ, г. Ухта, 2016 г., 2018 г.);
3. II Международной Научно-технической конференции молодежи АО «Транснефть- Север» (АО «Транснефть-Север», г. Ухта, 2017 г.);
4. VII Республиканском молодежном инновационном конвенте «Молодежь- Будущему Республики Коми» (УГТУ, г. Ухта, 2017 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе: 3 - в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов ВАК Минобрнауки России; 1 - в научно-техническом журнале, входящем в базу РИНЦ; 3 - в материалах научно-технических конференций; 1 - в форме описания к патенту на полезную модель.
Задача предупреждения внезапных отказов оборудования эффективно решается применением информационно-измерительных систем контроля технического состояния, включающих в себя аппаратуру и программы для осуществления контролей, и, реализующих методы функциональной диагностики, позволяющие выполнять мониторинг технического состояния и определять остаточный оборудования без вывода из эксплуатации.
Функциональная диагностика, закрепленная в требованиях по контролю технического состояния большей части насосного оборудования производственных объектов, реализуется различными методиками, в том числе контролем шумов, смазки, параметрическим контролем, температурным и вибрационным мониторингом, обеспечиваемых значительным объемом теоретических и прикладных разработок, методического, нормативного и аппаратурного обеспечения. При этом реализация диагностики обозначенными методами характеризуется существенными трудозатратами связанными со сложностью обработки диагностической информации для определения технического состояния как машины в целом, так и ее конструктивных элементов, а также с проблематичностью организации информационно-измерительных компонентов систем контроля технического состояния, обуславливаемой необходимостью контакта первичных измерителей с объектом, особенно в процессе диагностики труднодоступных машин, например погружных насосных установок и машин, работающих в условиях воздействий значительных климатических факторов, агрессивных сред и загрязнений.
В современных реалиях производства при стремлении обеспечить достаточные точность и информативность диагностических признаков наряду с сокращением затрат трудовых и финансовых ресурсов при проведении контролей технического состояния динамического оборудования, в том числе центробежных насосных агрегатов, вне зависимости от их труднодоступности, все активнее разрабатывается электропараметрический метод функциональной диагностики основанный на регистрации сигналов токов электродвигателя агрегата и спектральном анализе сигналов с целью оценки диагностических признаков. Преимуществом метода является возможность организации информационно-измерительных систем, позволяющих осуществлять удаленный сбор диагностической информации без непосредственного доступа к объекту контроля. При этом задачи классификации технического состояния и оценки влияния режимов работы оборудования на диагностические параметры при электропараметрическом контроле требуют разработки новых методических решений и предложений по обеспечению этих решений компонентами информационно-измерительных систем контроля технического состояния. Результаты, полученные в рамках разработки темы исследования, направлены на решение вышеуказанных задач, что определяет актуальность работы.
Цель работы. Повышение эффективности информационно-измерительных систем контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов
электропараметрическим методом диагностики
Задачи исследования.
1. Анализ уровня разработки алгоритмов и средств электропараметрического метода контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов.
2. Экспериментальное определение электропараметрических диагностических признаков и пороговых значений диагностических параметров при наличии механических неисправностей в центробежном насосном агрегате.
3. Оценка влияния рабочих и конструктивных параметров насосного агрегата на диагностический признак с помощью методов имитационного моделирования.
4. Разработка предложений по аппаратурному обеспечению измерительных систем электропараметрического контроля технического состояния насосных агрегатов.
Научная новизна.
1. Экспериментально определены зависимости электропараметрического
диагностического параметра от параметра вибрации центробежного насосного агрегата при наличии механических неисправностей и определены пороговые значения диагностического параметра для классификации технического состояния насосного агрегата.
2. Инструментами имитационного моделирования получены зависимости
электропараметрического диагностического параметра от параметра механической неисправности центробежного насосного агрегата при изменении рабочих и конструктивных параметров агрегата.
Основные защищаемые положения.
1. Установленные диагностические признаки механических неисправностей центробежного насосного агрегата и выявленные пороговые значения диагностического параметра, позволяющие классифицировать техническое состояние насосного агрегата в процессе эксплуатации.
2. Определенные по имитационной модели центробежного насосного агрегата зависимости диагностического параметра от параметра имитации механической неисправности, позволяющие учесть влияние рабочих и конструктивных параметров агрегата на значение диагностического параметра при реализации контроля технического состояния.
3. Разработанные предложения по аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем контроля, обеспечивающие возможность оценки технического состояния насосных агрегатов.
Практическая значимость.
1. Создана экспериментальная диагностическая система для исследования электропараметрического метода оценки технического состояния центробежного насосного агрегата консольного типа.
2. Разработаны решения по совершенствованию алгоритмов и аппаратурному обеспечению информационно-измерительных систем оценки механических неисправностей центробежных насосных агрегатов электропараметрическим методом контроля.
Методы исследования и достоверность результатов. Поставленные в работе задачи решены с применением инструментов электропараметрического и вибрационного методов диагностики, методов теории математической статистики, методов теории электромеханики и электро-гидравлических аналогий, методов имитационного моделирования и численных методов. Достоверность результатов исследования обеспечивается использованием современного сертифицированного аппаратурного и программного обеспечения и использованием методов теории математической статистики при подготовке к эксперименту, при обработке экспериментальных данных, а также при оценке адекватности результатов моделирования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
1. XVII, XVIII, XIX Международных молодежных научных конференциях
«Севергеоэкотех-2016, 2017, 2018» (УГТУ, г. Ухта);
2. Международных семинарах «Рассохинские чтения» (УГТУ, г. Ухта, 2016 г., 2018 г.);
3. II Международной Научно-технической конференции молодежи АО «Транснефть- Север» (АО «Транснефть-Север», г. Ухта, 2017 г.);
4. VII Республиканском молодежном инновационном конвенте «Молодежь- Будущему Республики Коми» (УГТУ, г. Ухта, 2017 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 работах, в том числе: 3 - в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов ВАК Минобрнауки России; 1 - в научно-техническом журнале, входящем в базу РИНЦ; 3 - в материалах научно-технических конференций; 1 - в форме описания к патенту на полезную модель.
1. По результатам анализа уровня разработки электропараметрического метода контроля технического состояния центробежных насосных агрегатов выявлено, что метод, основанный на анализе амплитудно-частотных спектров токов статора электродвигателя позволяет эффективно решать задачи оценки технического состояния оборудования при наличии неисправностей различного характера. Установлено, что по рассматриваемому методу имеется достаточный объем разработок и методического обеспечения. Метод полностью может быть реализован с использованием известного сертифицированного серийно выпускаемого измерительного оборудования и программного обеспечения. При этом по методу требуется проведение дополнительных исследований в связи с недостаточной проработкой аппарата классификации технического состояния оборудования по пороговым значениям диагностических параметров и необходимостью определения диагностических признаков неисправностей в агрегатах с учетом возможных изменений структурных параметров и режимов работы машины.
2. Экспериментально определены значения частот информативных частотных составляющих амплитудно-частотного спектра тока фазы линии питания электродвигателя, которые соответствуют диагностическим признакам нарушения соосности валов и повышенного износа подшипников качения электродвигателя и насоса. По результатам измерений получены функциональные зависимости электропараметрического диагностического параметра от параметра вибрации агрегата и определены пороговые значения диагностического параметра, соответствующие различным видам технического состояния машины.
3. С применением инструментов метода имитационного моделирования, эффективность использования которого при исследовании методов технической диагностики динамического оборудования достаточно обоснована, определены характерные модуляции значений электропараметрического диагностического параметра при возможных изменениях рабочих и конструктивных параметров центробежных насосных агрегатов. По полученным зависимостям диагностического параметра от параметра, имитирующего неисправность, определены относительные угловые коэффициенты и коэффициенты сдвига линий регрессий, что определяет возможность корректировки зависимости при изменении рабочих и конструктивных параметров машины. Проверка адекватности имитационной модели позволила установить соответствие результатов, полученных при моделировании, результатам существующих экспериментальных исследований.
4. С учетом имеющегося уровня разработки электропараметрического метода контроля технического состояния динамического оборудования разработаны предложения по аппаратурному обеспечению мобильных и полустационарных информационно-измерительных систем контроля с общими рекомендациями по выбору измерительного оборудования и компоновке систем.
2. Экспериментально определены значения частот информативных частотных составляющих амплитудно-частотного спектра тока фазы линии питания электродвигателя, которые соответствуют диагностическим признакам нарушения соосности валов и повышенного износа подшипников качения электродвигателя и насоса. По результатам измерений получены функциональные зависимости электропараметрического диагностического параметра от параметра вибрации агрегата и определены пороговые значения диагностического параметра, соответствующие различным видам технического состояния машины.
3. С применением инструментов метода имитационного моделирования, эффективность использования которого при исследовании методов технической диагностики динамического оборудования достаточно обоснована, определены характерные модуляции значений электропараметрического диагностического параметра при возможных изменениях рабочих и конструктивных параметров центробежных насосных агрегатов. По полученным зависимостям диагностического параметра от параметра, имитирующего неисправность, определены относительные угловые коэффициенты и коэффициенты сдвига линий регрессий, что определяет возможность корректировки зависимости при изменении рабочих и конструктивных параметров машины. Проверка адекватности имитационной модели позволила установить соответствие результатов, полученных при моделировании, результатам существующих экспериментальных исследований.
4. С учетом имеющегося уровня разработки электропараметрического метода контроля технического состояния динамического оборудования разработаны предложения по аппаратурному обеспечению мобильных и полустационарных информационно-измерительных систем контроля с общими рекомендациями по выбору измерительного оборудования и компоновке систем.