авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Оценка поврежденности насосных агрегатов по значениям параметров гармоник токов и напряжений электропривода

-- [ Страница 3 ] --

  Гармонический состав-16

  Гармонический состав-17

  Гармонический состав-18

Рисунок 5 – Гармонический состав напряжений и токов, соответствующий предельному состоянию подшипника насоса К80-50-200 со стороны полумуфты

  Зависимость амплитуд 3, 5, 7, 9-19

Рисунок 6 – Зависимость амплитуд 3, 5, 7, 9 гармоник токов и напряжений в фазе А от степени изношенности подшипника насоса К80-50-200 со стороны полумуфты

Однако, установить техническое состояние насосного оборудования по амплитуде только одной из рассматриваемых гармоник токов и напряжений и соответствующих им углов сдвига по фазе практически невозможно из-за отсутствия четкой закономерности её изменения при развитии различных повреждений. Для решения этой задачи необходимо рассматривать совокупность изменения амплитуд 3, 5, 7 и 9 гармоник токов и напряжений в фазах А, В, С и соответствующих им углов сдвига по фазе. Эту задачу можно решить применением современных технических средств спектрального анализа, методов распознавания образов, алгоритмов и программ обработки диагностической информации.

В четвертой главе произведен анализ результатов экспериментальных исследований. Предложен интегральный диагностический параметр, отражающий изменение совокупности параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов, позволяющий количественно оценить уровень поврежденности и предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли из-за их внезапного отказа. Разработаны метод оценки уровня поврежденности насосных агрегатов, основанный на использовании интегрального диагностического параметра, и программно-аппаратный комплекс для реализации этого метода. Приведены результаты испытаний разработанного метода на реальных объектах.

По результатам экспериментальных исследований предложено в качестве диагностических параметров, отражающих изменение уровня поврежденности насосных агрегатов, использовать значения параметров 3, 5, 7 и 9 гармонических составляющих токов и напряжений – коэффициент гармонических составляющих токов КIn, коэффициент гармонических составляющих напряжений КUn, которые представляют собой действующие значения гармонических составляющих, нормированных к действующему значению первой гармоники, и приведенные к периоду значения углов сдвига по фазе ui(n) между соответствующими гармоническими составляющими фазных токов и напряжений. Анализ существующих в настоящее время многопараметровых методов распознавания показал, что наиболее приемлемым для оценки уровня поврежденности насосных агрегатов по значениям параметров генерируемых двигателем электропривода гармоник токов и напряжений является метод искусственных нейронных сетей.

Для оценки уровня поврежденности насосных агрегатов с электрическим приводом разработаны метод (патент РФ на изобретение №2431152) и программно-аппаратный комплекс для реализации этого метода. В состав программно-аппаратного комплекса входят измеритель показателей качества электроэнергии Ресурс-UF2M, персональный компьютер типа ноутбук и специально разработанная на языке программирования «Delphi» программа «Диагностика машинных агрегатов с электрическим приводом на основе анализа параметров генерируемых высших гармонических составляющих токов и напряжений» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009615000). Измеритель показателя качества электрической энергии Ресурс-UF2(M) определяет действующие значения коэффициентов гармонических составляющих тока КIn и напряжения КUn, а также угол между данными величинами ui(n). Разработанная программа позволяет загружать данные с измерителя показателей качества электрической энергии Ресурс-UF2(M), рассчитывать средние значения параллельных экспериментов, сохранять их в базе данных, представлять результат расчета в виде таблицы и графиков, фильтровать данные от помех из сети, определять уровень поврежденности насосных агрегатов по значениям параметров 3, 5, 7 и 9 гармонических составляющих токов и напряжений, обучать искусственные нейронные сети с использованием метода планирования эксперимента. Совокупность нормированных значений диагностических параметров анализируется искусственной нейронной сетью 1, которая выдаёт результат – значение показателей режимов работы и поврежденности элементов насосного агрегата Dm

(8)

где w – весовые коэффициенты нейронной сети для соответствующих диагностических параметров; m = 1,2,3,....17 – количество выходов нейронной сети 1.

Для определения уровня поврежденности всего насосного агрегата предложен интегральный диагностический параметр поврежденности D. Совокупность значений показателей режимов работы и поврежденности элементов насосного агрегата Dm анализируется искусственной нейронной сетью 2, которая выдаёт результат – значение интегрального диагностического параметра поврежденности D

(9)

Для обучения искусственных нейронных сетей, предназначенных для определения значений интегрального диагностического параметра поврежденности D и показателей режимов работы и поврежденности элементов насосного агрегата Dm, необходимо подготовить базу данных. Для используемой нейронной сети 1 с числом входов b = 36, с 36 нейронами в одном скрытом слое, с числом выходов m = 17 и с числом настраиваемых весов L = 3204 число обучающих экспериментов, согласно теореме Колмогорова-Арнольда-Хехт-Нильсена, должно быть в интервале

(10)
.

Для используемой нейронной сети 2 с числом входов b = 17, с числом выходов m = 1 и с числом настраиваемых весов L = 306 число обучающих экспериментов должно быть в интервале . Использование метода планирования эксперимента позволяет уменьшить оптимальное количество обучающих экспериментов для нейронной сети 1 с 12000 до 32 при обеспечении достоверности результата распознавания равной 90,6% и для нейронной сети 2 – с 1500 до 32 при обеспечении достоверности результата распознавания равной 86,5%

Nд=2k-р, (11)

где NД – число экспериментов при использовании дробной реплики дробного факторного эксперимента; k – число факторов, видов повреждений (k = 17); р – реплика от полного факторного эксперимента 217 (р = 12); 2 – число уровней (состояний) каждого фактора.

Алгоритм определения уровня поврежденности насосных агрегатов, основанный на использовании интегрального диагностического параметра представлен на рисунке 7. Структурная схема и внешний вид программно-аппаратного комплекса представлены на рисунках 8 и 9.

  Алгоритм определения уровня-26

Рисунок 7 – Алгоритм определения уровня поврежденности насосных агрегатов, основанный на использовании интегрального диагностического параметра

Для фильтрации гармонических составляющих фазных токов и напряжений, поступающих из сети, применяют углы сдвига по фазе ui(n) между соответствующими гармоническими составляющими фазных токов In и напряжений Un. Если угол сдвига меньше (+900) или больше (-900), то данная гармоническая составляющая поступает из сети и из анализа исключается. Устанавливался нижний предел, определяемый погрешностью средств измерений, равный 0,05 % для коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения KUn и тока KIn. Значения KUn и KIn, меньшие указанных пределов, округлялись до нуля.

  Структурная схема-31

Рисунок 8 – Структурная схема программно-аппаратного комплекса для определения уровня поврежденности насосных агрегатов

Рисунок 9 – Внешний вид программно-аппаратного комплекса для определения уровня поврежденности насосного агрегата с электрическим приводом

Разработанный программно-аппаратный комплекс был испытан в реальных производственных условиях на объектах ОАО «Газпром нефтехим Салават». В качестве объектов исследования были выбраны насосные агрегаты К80-50-200, предназначенные для циркуляции охлаждающей жидкости реактора Р-2 опытного производства, и консольные центробежные насосы, применяемые в цехе № 50 Газохимического завода ОАО «Газпром нефтехим Салават». На рисунке 10 представлено окно программы с результатом диагностирования насосного агрегата К80-50-200. В первом столбце окна программы с результатом диагностирования (рисунок 10) указано обозначение воздействующего фактора (повреждения), во втором столбце – описание фактора в форме, доступной для пользователя, в третьем столбце – значение показателей режимов работы и поврежденности элементов насосного агрегата Dm в процентной шкале. В нижней части окна указан уровень поврежденности насосного агрегата в процентной шкале.

  Окно программы с результатом-33

Рисунок 10 – Окно программы с результатом диагностирования насоса типа К80-50-200

В разработанном методе диагностики, по аналогии с методом вибродиагностики, установлены значения интегрального диагностического параметра, соответствующие трем уровням поврежденности насосных агрегатов: «Повреждение не обнаружено», «Повреждение обнаружено», «Обнаружено критическое повреждение». Интегральный диагностический параметр поврежденности в интервале 0 45% соответствует уровню «Повреждение не обнаружено», в интервале 46 80% – «Повреждение обнаружено», в интервале 81100% – «Обнаружено критическое повреждение». Критическому повреждению соответствует предельное состояние насосного агрегата. За 100% уровень поврежденности насосного агрегата, согласно ГОСТ27.002-89, принято состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима.

По результату обследования насосного агрегата К80-50-200 с использованием разработанного программно-аппаратного комплекса (см. рисунок 10) интегральный диагностический параметр поврежденности D составил 27,85% – «Повреждение не обнаружено», принимается решение о продолжении эксплуатации. Результаты обследования работающих насосных агрегатов с использованием разработанного метода совпали с результатами обследования этих агрегатов с использованием прибора вибрационной диагностики ИДП-03 и заключениями Производственно-диагностического управления (ПДУ) ОАО «Газпром нефтехим Салават» о их техническом состоянии по результатам вибродиагностики.

На основании проведенных исследований могут быть сделаны следующие основные выводы:

1 На безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли существенное влияние оказывает техническое состояние насосных агрегатов. Установлено, что параметры спектра гармоник токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, характеризуют уровень поврежденности элементов насосных агрегатов. Наиболее информативными параметрами, отражающими изменение уровня поврежденности элементов насосных агрегатов, являются амплитуды 3, 5, 7 и 9 гармонических составляющих токов и напряжений и соответствующие им углы сдвига по фазе. Экспериментально определены значения параметров гармоник, соответствующие предельному уровню поврежденности Dm отдельных элементов насосного агрегата.

2 Предложен интегральный диагностический параметр поврежденности D, формируемый искусственной нейронной сетью из совокупности параметров 3, 5, 7 и 9 гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, позволяющий количественно оценить уровень поврежденности насосного агрегата в целом. Экспериментально определены значения интегрального диагностического параметра поврежденности D, соответствующие предельному уровню поврежденности насосных агрегатов.

3 Разработан метод, позволяющий предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли из-за внезапного отказа насосных агрегатов, основанный на количественной оценке уровня поврежденности агрегатов по совокупности параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода.

4 Для обучения искусственной нейронной сети предложено использовать метод планирования эксперимента, позволивший при заданной достоверности определения значения интегрального диагностического параметра поврежденности D уменьшить на 2 порядка число обучающих опытов.

5 Разработан алгоритм обеспечения безопасности эксплуатации насосных агрегатов нефтегазовых производств на основе количественной оценки уровня поврежденности насосного агрегата по значению интегрального диагностического параметра D.

6 Разработанный метод оценки уровня поврежденности насосных агрегатов с электрическим приводом принят к использованию в ОАО «Газпром нефтехим Салават» и используется в учебном процессе в Филиале Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе:

Свидетельство о государственной регистрации программы:

1 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009615000. Диагностика машинных агрегатов с электрическим приводом на основе анализа параметров генерируемых высших гармонических составляющих токов и напряжений / И.Р. Кузеев, М.Г. Баширов, И.В. Прахов, Э.И. Имамутдинов (Россия). – №2009615000; Заявлено 16.06.2009, № 2009613824. Опубл. 14.09.2009.

Патент:

2 Патент на изобретение №2431152. Способ диагностики механизмов и систем с электрическим приводом / И.Р. Кузеев, М.Г. Баширов, И.В. Прахов, Э.М. Баширова, А.В. Самородов (Россия). – № 2431152; Заявлено 23.11.2009, № 2009143292/28; Опубл. 10.10.2011. Бюл. №28.

В рецензируемых журналах из списка ВАК:

3 Прахов, И.В. Экспериментальное исследование и разработка спектрального метода диагностики на основе параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых асинхронным электродвигателем при различных режимах работы // Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2008. – № 4-5. – С.106-109.

4 Прахов, И.В. Методы оценки технического состояния нефтегазового насосно-компрессорного оборудования / И.В. Прахов, М.Г. Баширов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – М.: Изд-во НПП КАТС, 2010.– №3. – С. 12-17.

5 Прахов, И.В. Влияние режимов работы и характерных повреждений насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом на генерирование высших гармонических составляющих токов и напряжений / И.В. Прахов, М.Г. Баширов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – М.: Изд-во НПП КАТС, 2010. – №4. – С. 18-21.

6 Баширов, М.Г. Определение технического состояния насосно-компрессорного оборудования по значениям параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода / М.Г. Баширов, И.В. Прахов, А.В. Самородов // Фундаментальные исследования. – М.: ИД «Академия Естествознания», 2010. – №12. – С. 200-206.

7 Прахов, И.В. Анализ взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, с режимами работы и характерными повреждениями машинных агрегатов / И.В. Прахов, М.Г. Баширов, А.В. Самородов // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – М.: ВИНИТИ, 2011. – №1. – С.62-69.

8 Прахов, И.В. Повышение эффективности использования искусственных нейронных сетей в задачах диагностики насосно-компрессорного оборудования применением теории планирования эксперимента / И.В. Прахов, М.Г. Баширов, А.В. Самородов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводродного сырья. – М.: Обракадемнаука, 2011. – №2. – С. 14-17.

В других изданиях:

9 Баширов, М.Г. Современные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / М.Г. Баширов, И.В. Прахов // ПРИКАСПИЙСКИЙ ЖУРНАЛ: управление и высокие технологии. Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2010. – №3 (11). – С. 7-13.

10 Шикунов, В.Н. Исследование влияния характерных неисправностей асинхронных электродвигателей на гармонический состав токов и напряжений // В.Н. Шикунов, Э.М. Усманов, И.В. Прахов // Труды Стерлитамакского филиала Академии наук Республики Башкортостан. Серия «Физико-математические и технические науки». – Уфа: Изд-во «Гилем», 2007. – Вып. 5. – С. 98-99.

11 Прахов, И.В. Исследование влияния неисправностей элементов электропривода на параметры генерируемых высших гармонических составляющих токов и напряжений / И.В. Прахов, А.В. Самородов, Е.В. Спасенков, Э.М. Баширова, Р.Т. Юлбердин // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (г. Тольятти, 12-15 мая 2009 г.). В 3-х ч. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2009. – Ч.2. – С. 246 – 249.

12 Прахов, И.В. Исследование взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, с характерными повреждениями насосно-компрессорного оборудования / И.В. Прахов, А.В. Самородов, Э.М. Баширова // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Шестнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – Том 2. – С. 142-143.

13 Самородов, А.В. Разработка интегрального критерия оценки уровня безопасности электропривода машинных агрегатов / А.В. Самородов, И.В. Прахов, Э.М. Баширова // Тинчуринские чтения: материалы докладов 5-й молодежной Междунар. науч-конф. В 4-х т. – Казань: Изд-во КГЭУ, 2010. – Том 3. – С.126-127.

14 Баширов, М.Г. Спектральный метод диагностики насосно-компрессорного оборудования с электрическим приводом / М.Г. Баширов, И.В. Прахов // Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2010: сборник научных трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф. – Одесса: Черноморье, 2010 – Том 4. Технические науки. – С. 14-16.

15 Баширов, М.Г. Определение ресурса безопасной эксплуатации насосно-компрессорного оборудования на основе использования метода спектральной диагностики / М.Г. Баширов, И.В. Прахов, А.В. Самородов // Нефтепепеработка - 2011: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г.Уфа, 25 мая 2011 г.). – Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2011 – С. 297-298.



Pages:     | 1 | 2 ||
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.