Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
2015. — 171 с.
Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы(машиностроение
в нефтеперерабатывающей промышленности)
Научный руководитель: д.т.н., профессор Закирничная М.М.
Цель работы: повышение точности оценки
фактического технического состояния центробежных насосных агрегатов
в процессе эксплуатации.
Научная новизна: Получена граница применимости двухмерного непрерывного вейвлет-преобразования в отношении определения несущих оборотных частот до шестой гармоники (до 300 Гц включительно) для центробежных насосных агрегатов,
имеющего частоту вращения вала 3000 об/мин. Предложен критерий для дифференциации основных неисправностей центробежных насосных агрегатов и выявления дефектов, неидентифицируемых при спектральном преобразовании Фурье, в виде качественного и количественного различия по координате Z трехмерного представления результатов непрерывного вейвлет-анализа.
Установлено, что дискретное вейвлет-преобразование вибросигналов позволяет определить амплитудную модуляцию, вызываемую проявлением неисправностей электромагнитного происхождения и неоднородностью воздушного потока в зазоре между ротором и статором электродвигателя, а также идентифицировать медленно развивающиеся (трендовые) сигналы, связанные с дефектами смазки в подшипниках двигателя центробежных насосных агрегатов.
Установлено, что степень однородности, получаемая при мультифрактальной параметризации картин непрерывного вейвлет-
преобразования, является критерием развития неисправностей центробежных насосных агрегатов, диапазоны изменения которого соответствуют зонам технического состояния по нормам, используемым при проведении диагностики центробежных насосных агрегатов на нефтеперерабатывающих предприятиях. Так, значение степени однородности ниже 0,8 при наличии дисбаланса и нарушении жесткости опор соответствует техническому состоянию центробежных насосных агрегатов «отлично», значение степени однородности свыше 1,97 – техническому состоянию «недопустимо»; в то время как для расцентровки степень однородности ниже 0,03 и свыше 1,41, определяет состояния «отлично» и «недопустимо», соответственно.
Практическая ценность результатов: Разработанная методика «Оценка технического состояния насосных агрегатов с применением вейвлет-анализа и мультифрактальной параметризации» внедрена и используется при диагностике и оценке текущего технического состояния парка ЦНА установок газокаталитического, топливного, масляного производств производственной площадки Новойл Филиала ОАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим». Содержание
Насосное оборудование и методы определения его технического состояния
Вибродиагностика как вид неразрушающего контроля технического состояния оборудования
Преобразование Фурье. Спектр вибросигнала
Вейвлет-анализ как средство обработки сигналов
Обнаружение самоподобия в сигнале
Мультифрактальная параметризация вейвлет-картин
Исследование гармонических колебаний с использованием теории вейвлетов и мультифрактальной параметризации
Сравнение свойств вейвлетов для обработки сигнала
Анализ гармонического сигнала
Определение масштабов расположения несущих частот вибросигнала насосного агрегата
Определение влияния степени зашумления вейвлет-картин от наличия в сигнале высокочастотной составляющей
Анализ сигнала с частотной модуляцией
Влияние шумовой составляющей вибросигнала при определении мультифрактальных параметров
Анализ вейвлет-картин развития неисправности дисбаланса
Мультифрактальная параметризация искусственного сигнала
Определение предельного состояния степени однородности
Оценка реальной неисправности. Дисбаланс
Неисправность вида «расцентровка». Моделирование искусственного сигнала
Оценка реальной неисправности. Расцентровка
Моделирование искусственного сигнала. Неисправность вида «нарушение жесткости опор (мягкие опоры)»
Оценка реальной неисправности. Нарушение жесткости опор
Объекты и средства исследований для отработки методики оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов консольного типа
Технические характеристики и описание конструкции насосного агрегата в составе гидравлического стенда
Средства измерения CSI 1900, CSI 2115, CSI 2120, 2130 90
Контрольные точки измерения вибросигнала
Применение программы пост-обработки вибросигналов MASTERTREND
Отработка методики вейвлет-преобразования сигналов насосного агрегата на гидравлическом стенде
Выявление расцентровки по устойчивым гармоникам в вибрационных сигналах Д1В, Д1А
Выявление дисбаланса по устойчивым гармоникам в вибрационных сигналах Н1Г, Н1А
Выявление ослабления жесткости по устойчивой гармонике в вибрационном сигнале Д1В
Обнаружение частотной модуляции сигнала Н1Г
Обнаружение тренда в сигнале Д2Г с помощью дискретного вейвлет-преобразования
Вейвлет-преобразование вибросигналов насосных агрегатов в технологических условиях
Оценка параметров очистки сигнала от шума
Применение результатов двухмерного непрерывного вейвлет-преобразования
Применение трехмерных картин непрерывного вейвлет-преобразования
Выявление неисправности типа нарушения жесткости опор
Обнаружение дисбаланса ротора электродвигателя при совместном влиянии неисправностей
Деградация подшипника
Скол покрывного диска рабочего колеса под влиянием нарушения гидродинамики потока жидкости
Износ соединительной муфты
Коррозионно-эрозионный износ корпуса улитки и разрушение рабочего колеса
Выявление коррозионно-эрозионного износа проточной части
Составление алгоритма комплексного подхода к диагностике ЦНА с применением непрерывного вейвлет-анализа и мультифрактальной параметризации
Научная новизна: Получена граница применимости двухмерного непрерывного вейвлет-преобразования в отношении определения несущих оборотных частот до шестой гармоники (до 300 Гц включительно) для центробежных насосных агрегатов,
имеющего частоту вращения вала 3000 об/мин. Предложен критерий для дифференциации основных неисправностей центробежных насосных агрегатов и выявления дефектов, неидентифицируемых при спектральном преобразовании Фурье, в виде качественного и количественного различия по координате Z трехмерного представления результатов непрерывного вейвлет-анализа.
Установлено, что дискретное вейвлет-преобразование вибросигналов позволяет определить амплитудную модуляцию, вызываемую проявлением неисправностей электромагнитного происхождения и неоднородностью воздушного потока в зазоре между ротором и статором электродвигателя, а также идентифицировать медленно развивающиеся (трендовые) сигналы, связанные с дефектами смазки в подшипниках двигателя центробежных насосных агрегатов.
Установлено, что степень однородности, получаемая при мультифрактальной параметризации картин непрерывного вейвлет-
преобразования, является критерием развития неисправностей центробежных насосных агрегатов, диапазоны изменения которого соответствуют зонам технического состояния по нормам, используемым при проведении диагностики центробежных насосных агрегатов на нефтеперерабатывающих предприятиях. Так, значение степени однородности ниже 0,8 при наличии дисбаланса и нарушении жесткости опор соответствует техническому состоянию центробежных насосных агрегатов «отлично», значение степени однородности свыше 1,97 – техническому состоянию «недопустимо»; в то время как для расцентровки степень однородности ниже 0,03 и свыше 1,41, определяет состояния «отлично» и «недопустимо», соответственно.
Практическая ценность результатов: Разработанная методика «Оценка технического состояния насосных агрегатов с применением вейвлет-анализа и мультифрактальной параметризации» внедрена и используется при диагностике и оценке текущего технического состояния парка ЦНА установок газокаталитического, топливного, масляного производств производственной площадки Новойл Филиала ОАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим». Содержание
Насосное оборудование и методы определения его технического состояния
Вибродиагностика как вид неразрушающего контроля технического состояния оборудования
Преобразование Фурье. Спектр вибросигнала
Вейвлет-анализ как средство обработки сигналов
Обнаружение самоподобия в сигнале
Мультифрактальная параметризация вейвлет-картин
Исследование гармонических колебаний с использованием теории вейвлетов и мультифрактальной параметризации
Сравнение свойств вейвлетов для обработки сигнала
Анализ гармонического сигнала
Определение масштабов расположения несущих частот вибросигнала насосного агрегата
Определение влияния степени зашумления вейвлет-картин от наличия в сигнале высокочастотной составляющей
Анализ сигнала с частотной модуляцией
Влияние шумовой составляющей вибросигнала при определении мультифрактальных параметров
Анализ вейвлет-картин развития неисправности дисбаланса
Мультифрактальная параметризация искусственного сигнала
Определение предельного состояния степени однородности
Оценка реальной неисправности. Дисбаланс
Неисправность вида «расцентровка». Моделирование искусственного сигнала
Оценка реальной неисправности. Расцентровка
Моделирование искусственного сигнала. Неисправность вида «нарушение жесткости опор (мягкие опоры)»
Оценка реальной неисправности. Нарушение жесткости опор
Объекты и средства исследований для отработки методики оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов консольного типа
Технические характеристики и описание конструкции насосного агрегата в составе гидравлического стенда
Средства измерения CSI 1900, CSI 2115, CSI 2120, 2130 90
Контрольные точки измерения вибросигнала
Применение программы пост-обработки вибросигналов MASTERTREND
Отработка методики вейвлет-преобразования сигналов насосного агрегата на гидравлическом стенде
Выявление расцентровки по устойчивым гармоникам в вибрационных сигналах Д1В, Д1А
Выявление дисбаланса по устойчивым гармоникам в вибрационных сигналах Н1Г, Н1А
Выявление ослабления жесткости по устойчивой гармонике в вибрационном сигнале Д1В
Обнаружение частотной модуляции сигнала Н1Г
Обнаружение тренда в сигнале Д2Г с помощью дискретного вейвлет-преобразования
Вейвлет-преобразование вибросигналов насосных агрегатов в технологических условиях
Оценка параметров очистки сигнала от шума
Применение результатов двухмерного непрерывного вейвлет-преобразования
Применение трехмерных картин непрерывного вейвлет-преобразования
Выявление неисправности типа нарушения жесткости опор
Обнаружение дисбаланса ротора электродвигателя при совместном влиянии неисправностей
Деградация подшипника
Скол покрывного диска рабочего колеса под влиянием нарушения гидродинамики потока жидкости
Износ соединительной муфты
Коррозионно-эрозионный износ корпуса улитки и разрушение рабочего колеса
Выявление коррозионно-эрозионного износа проточной части
Составление алгоритма комплексного подхода к диагностике ЦНА с применением непрерывного вейвлет-анализа и мультифрактальной параметризации