Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Решетов Анатолий Анатольевич. Разработка метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Чебоксары, 2004 200 c. РГБ ОД, 61:04-5/4035

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. В условиях, когда по оценке федеральной энергетической комиссии износ оборудования предприятий топливно-энергетического комплекса и машиностроительного профиля Российской Федерации в начале XXI века достиг 70% и более, надежное и безопасное их функционирование без эффективной системы диагностики невозможно. Ежегодно потери от техногенных аварий возрастают в России на 10-30%, при этом ежедневно происходит не менее 2-х техногенных аварий. Все большее значение имеют методы и средства дефектоскопии, интроскопии, структуроскопии, контроля размеров и физико-механических характеристик материалов и узлов, а также вибродиагностики. Взаимосвязанные этапы проектирования, изготовления, эксплуатации, реконструкции или утилизации любого сложного оборудования требуют постановки диагноза неисправного элемента (детали и установления причин дефекта. При этом очень важно вовремя обнаружить и не допустить развития дефектов, приводящих к необратимым катастрофическим последствиям. Именно поэтому разработка методов и средств определения существенных врожденных свойств объектов для диагностики зарождающихся повреждений является актуальной проблемой.

Решение проблемных вопросов неразрушающего контроля и диагностики (НК и Д) началось по направлению разработки, создания и внедрения аппаратных методов и средств контроля, основанных на регистрации различных физических полей и излучений, химических взаимодействий и процессов. При этом уровень чувствительности традиционных методов НК и Д не всегда позволяет выявить преддефектное состояние металла, особенно зоны, где ожидаются повреждения. Используемые в настоящее время в практике ремонтных предприятий топливно-энергетического комплекса и машиностроительного профиля, а также конструкторских организаций по созданию различного оборудования методы диагностики динамической напряженности ориентированы на выполнение спектрального анализа вибраций оборудования. Однако в большинстве случаев такой подход не позволяет решить проблему динамической надежности и безопасности оборудования без применения эффективных аналитических методик. Поэтому важнейшим фактором обеспечения надежности оборудования является разработка и внедрение эффективных аналитических методов, которые должны быть составной частью технической диагностики ' различного оборудования. Традиционные подходы для создания таких методик опираются на использование современных вычислительных средств, которые целесообразно развивать на путях применения показателей чувствительности.

Обзор литературы по НК и Д различного оборудования показал, что аналитических методов распознавания состояния оборудования мало, при этом направление развития вычислительных методов для диагностики является перспективным для комплексного решения проблем промышленной безопасности различных объектов. В целях диагностики механического состояния оборудования необходимо знать, как поведет себя тот или иной узел, а также указать по структуре изделия, в каком месте (местах) определены конфетные повреждения. Очевидно, в первую очередь, следует ожидать выхода из строя узла с высокоэнергоемкими (высокочувствительными к возбуждению) деталями. При этом наибольшая амплитуда отклика "^"і^дту" -< ";у"Д >п ''n,y~rF"^'v

СПтр< о» K3J

ВДр
I БИБЛИОТЕКА

частот дефектного узла Следовательно, возникает потребность в диагностике механического состояния оборудования с помощью соответствующих средств оценки текущей надежности путем разработки вычислительного метода позволяющего предсказывать, какие частотные составляющие появятся в спектре вибраций при возникновении дефектов в соответствующем узле Поэтому автор занялся разработкой эффективного (простого и достаточно точного) компьютерного метода, позволяющего контролировать механическое состояние оборудования, прогнозировать проявление зарождающихся дефектов и их локализовать В результате разработан новый способ диагностики технического состояния оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов, основанный на применении и развитии положений теории чувствительности

Данная научная разработка выполнена за период с 1987 года по 2004 год при работе в ОАО «Дизельпром» (в настоящее время ООО «Чебоксарский завод силовых агрегатов», г Чебоксары), 000 «Волготрансгаз» (г Нижний Новгород), ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им И Н Ульянова» (г Чебоксары), при этом экспериментальная часть разработки выполнена в ОАО «Дизельпром», ОАО «Чувашэнерго» и ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им И Н Ульянова», г.Чебоксары при участии специалистов ФГУП ГНЦ РФ«ЦНИИим. акад. А.Н. Крылова»(г.С-Петербург)

Теоретические, опытные и экспериментальные исследования, выполненные автором за период 1987-2004 гг и обобщенные в данной работе, позволяют утверждать, что методы диагностики должны учитывать не только закономерности протекания механического процесса энергетической установки (имеющей в своем составе дизель, электродвигатель, паровую или газовую турбину), но и влияние электромеханического процесса оборудования Для успешного решения задач диагностики технического состояния оборудования оказалось необходимым, найти способы аналитического его представления в виде единой электромеханической системы, введя в качестве диагностических признаков зарождающихся повреждений энергетические формы (соотношения) его элементов

Теоретико-практическим фундаментом для выполнения указанных исследований являются теоретические, научно-практические и программные разработки Национального технического университета «Харьковский политехнический институт» (дтн Л.И. Штейнвольф, дтн В.Н. Карабан, ктн В.Н. Митин, ктн Ю.М. Андреев, ктн Е.И. Дружинин, ктн А.А. Ларин), ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им акад А.Н. Крылова» (дтн В.И. Попков, дтн В.П. Терских, ктн Г И Бухарина), ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им И Н Ульянова» (дтн А.К. Аракелян, дтн А.А. Афанасьев), дтн Е.Н.Розенвассера, дтн P.M. Юсупова, ФГУП «ЦНИИ экономики, информатики и систем управления» (дтн А.Л. Горелик), ИМАШ им акад А.А. Благонравова РАН (дтн М.Д. Генкин, ктн А.Г. Соколова). ЗАО «НИИ интроскопии МНПО «Спектр» (ктн Ф.Я. Балицкий), члена-корреспондента РАН В В Клюева и РОНКТД, собственные научные, технические и программно-алгоритмические разработки, а также многолетний опыт работы по созданию и диагностированию сложного оборудования

Цель научной разработки и задачи исследования. Главной целью данной работы является теоретическое и практическое решение проблемы распознавания зарождающихся повреждений элементов различного

оборудования, разработка метода и средств определения существенных врожденных свойств объектов для диагностики зарождающихся повреждений.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

  1. Установление существенных свойств энергетического оборудования и введение новых диагностических признаков зарождающихся повреждений.

  2. Теоретическое обоснование предлагаемого метода расчета эпюр энергий электромеханических и гидромеханических систем со многими степенями свободы.

  3. Разработка методики и программно-алгоритмических средств, повышающих достоверность оценки механического состояния оборудования за счет предсказания зарождения дефектов элементов по структуре изделия.

  4. Построение динамических моделей реального энергетического оборудования для его диагностики и практическое подтверждение разработанного метода диагностирования.

Объект исследования - оборудование электромеханических и гидромеханических систем и комплексов со многими степенями свободы.

Предмет исследования. Разработка, создание и внедрение программно-алгоритмических средств диагностики энергетического 'оборудования. В диссертационной работе представлены результаты теоретических, экспериментальных и практических исследований с целью разработки метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности к резонансным возбуждениям, а также ряд практических приложений указанного метода.

Методы исследования:

  1. Исследование и регистрация физических эффектов, предшествующих времени перехода материала и/или изделия в «дефектное» состояние и диагностика зарождающихся повреждений произведены на основе физико-математических методов исследования крутильно-изгибных колебательных процессов оборудования с использованием положений теорий чувствительности и распознавания образов.

  2. Для расширения области применения функций чувствительности свободных частот механических систем на электрические и гидравлические системы в целях их диагностики применяется принцип изоморфизма колебательных процессов в системах различной физической природы (электрических, гидравлических, механических).

  3. Функции чувствительности к накоплению повреждений определяются посредством общего метода построения физико-математических моделей динамических процессов с применением структурных матриц в системах любой физической природы.

  4. Метод Рэлея применяется для записи выражения максимумов магнитной (кинетической) и электрической (потенциальной) энергий, а также определения частот свободных колебаний путем рассмотрения баланса энергии сложных систем.

5 Особенностью получаемых результатов является то, что обычные формы колебаний консервативных (недиссипативных) систем - собственные векторы (формы амплитуд обобщенных координат) исходных систем со многими степенями свободы нормируются по методу плоских вращений Якоби

естественным образом так, что сумма всех относительных магнитных (кинетических) и электрических (потенциальных) энергий элементов равна единице. Это дает непосредственно коэффициенты чувствительности этих элементов к зарождению дефектов.

Научная новизна разработки, по мнению автора, заключается в следующем:

  1. Предложен новый метод диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности к резонансным возбуждениям.

  2. Впервые в качестве диагностических признаков, по которым оценивается текущая надежность оборудования и предсказывается зарождение дефектов, приняты энергетические формы (уровни магнитных и/или кинетических, электрических и/или потенциальных энергий элементов системы) свободных колебаний физико-математической модели диагностируемой конструкции.

  3. Достигнуто углубление уровня технического диагностирования энергетического оборудования при использовании метода спектральной вибродиагностики за счет расширения диагностических признаков и предсказания частотных составляющих, появляющихся в спектре вибраций при зарождении дефектов в соответствующем узле.

  4. Разработанный метод диагностики дает возможность создания многоуровневой системы мониторинга и обслуживания энергомеханического оборудования по состоянию, основанной на определении фактического технического состояния оборудования и проведении ремонта только там и именно тогда, где и когда это действительно необходимо.

Практическая значимость и. реализация работы состоит в том, что разработанный метод диагностики энергетического оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов позволяет исследовать и контролировать (оценить) механическое состояние оборудования, предсказать проявление зарождающихся дефектов по структуре изделия, обнаружить опасные участки конструкций по накоплению усталостных повреждений, локализовать дефекты конструктивно-монтажного характера и предложить экономичные мероприятия по увеличению ресурса энергомеханического оборудования (в том числе с целью решения проблем в рамках единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций).

Научно-исследовательские, программно-алгоритмические, диагностические
и опытно-конструкторские разработки автора созданы на базе многолетнего
опыта работы, который включает деятельность по созданию и диагностике
реальных конструкций, а также практическому приложению разработанного
метода диагностики оборудования по уровням энергетических соотношений его
элементов. В частности, автором предупрежден ряд серьезных техногенных
аварий (определены причины опасных колебаний и/или разрушений)
энергетических установок путем применения разработанного метода диагностики:
ДРА-525 на базе дизеля 8ЧН16.5/18.5 с валопроводом судна МРТК
«Балтика», выпущенный ОАО «Дизельпром» г.Чебоксары (на этапе

проектирования); промышленный трактор D355A с дизелем 6V396 ТС4, выпущенный фирмой «Komatsu». Япония (в ходе ремонтного производства на ОАО «Дизепьпром» г Чебоксары при мобильной замене одного типа двигателя на другой); электронасосная станция СДВ2-215/41-10 + 800В-2.5/100-1 мощностью 3 МВт (МП «Водоканал», г. Новочебоксарск); диагностика причин

опасных повреждений зубчзтой муфты и ротора электрического двигателя установки 2АЗМ-5000/6000-У4 + зубчатая муфта + ПЭ580-185-2 мощностью 5000 кВт (питательный электронасос одной из ТЭЦ РАО «ЕЭС России») и др.

Теоретические исследования, проведенные автором, нашли применение при создании новых и надежных конструкций промышленных тракторов, дизель-генераторов и судовых энергетических установок на базе дизелей семейства ЧН16.5/18.5 ОАО «Дизельпром» (ООО «Чебоксарский завод силовых агрегатов») г. Чебоксары, диагностике основных причин неоднократно имевших место аварий в системе питательный насос с асинхронным электроприводом мощностью 5000 кВт ТЭЦ-2 ОАО «Чувашэнерго» г.Чебоксары, диагностике энергомеханического оборудования ООО «Волготрансгаз» ОАО «Газпром» г. Нижний Новгород, разработке и диагностике погружных центробежных насосов для добычи нефти с асинхронным электроприводом ОАО «Борец» г. Москва и др.

После изготовления опытных образцов упомянутой техники (промышленных тракторов, дизель-генераторов, судовых энергетических установок и другого оборудования) и их экспериментальных испытаний полученные результаты полностью подтвердили исходный теоретический и расчетный материал, в частности по проблеме отстройки структурно-сложных и сравнительно мощных электромеханических систем от опасных резонансов в рабочем диапазоне частот вращения, а также предсказания зарождения дефектов.

Использование разработанного автором способа диагностики позволяет реализовать необходимые технические и конструкторские мероприятия по повышению степени надежности и вибропрочности вращающихся частей энергомеханического оборудования, а также совершенствовать технологию ремонтных работ с целью перехода к диагностике состояния (технологических и эксплуатационных дефектов) оборудования в процессе эксплуатации по уровням спектральных составляющих вибрации и управлению качеством при изготовлении различного оборудования.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Теоретические основы метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности.

  2. Разработанный метод диагностики технического состояния энергетического оборудования на основе показателей чувствительности и соответствующая диагностическая модель

  3. Разработанный алгоритм и программа для оценки механического состояния элементов оборудования электромеханических систем.

  4. Теоретические выводы по вопросам расширения области применения разработанного метода диагностики энергетического оборудования на системы любой физической природы.

  5. Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований ряда реальных энергетических объектов.

Существенные научные результаты, полученные автором: 1 В данной научной работе теория чувствительности развивается путем разработки на основе ее положений нового метода диагностики технического состояния оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов

2. Теоретически обоснован предлагаемый метод расчета эпюр энергий электромеханических систем со многими степенями свободы, позволяющих выявить опасные места ожидаемых повреждений элементов валопроводов и,

таким образом, на стадиях проектирования, ремонта и/или реконструкции энергетического оборудования учесть слабые сечения, подверженные наибольшим перенапряжениям, а также прогнозировать его надежность и выработать рекомендации, гарантирующие исключение возможных повреждений элементов механических конструкций.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III всеросссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г.Чебоксары, 1999 г.), V, VI и VII Всероссийских семинарах «Энергосбережение, сертификация и лицензирование» (г.Чебоксары, 1999, 2000, 2001 г.г.), 3-й Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах - XXI век» (г. Ковров, 2000 г.), 3-й Международной научной конференции «Диагностика трубопроводов» (г.Москва, 2001 г.), XVI российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Г.С.Петербург, 2002 г.), 3-й Международной научной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике» (г. Москва, 2002 г.), 3-й Международной специализированной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г.Москва, 2004 г.). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на расширенных заседаниях кафедр «Теоретическая механика» и «Системы автоматического управления электроприводами» ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (г. Чебоксары).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в числе которых 3 - в трудах вузов, 10 научных работ и докладов на международных и всероссийских научно-технических конференциях, 2 программы для ЭВМ, 1 учебно-методическое пособие.

Структура и объем разработки. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 200 страницах машинописного текста, и содержит 35 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 156 наименований, приложение.

Подобные работы
Яскевич Михаил Михайлович
Разработка электрического метода экспресс-диагностики химического состава чугуна в доменной печи
Лебедева Татьяна Николаевна
Разработка методов акустического контроля прутков из инструментальной стали
Бобаков Дмитрий Александрович
Разработка методов и измерительно-управляющей системы непрерывного активного контроля комплекса геометрических показателей вкладышей подшипников
Осипов Константин Юрьевич
Разработка методов неразрушающего контроля строительных материалов, основанных на явлении механоэлектрических преобразований
Черепанов Игорь Сергеевич
Разработка метода интегрального электрохимического контроля металлических гальванопокрытий
Челноков Андрей Викторович
Разработка методов и средств неразрушающего контроля комплекса характеристик качества многослойных изделий в процессе их производства
Вдовин Александр Александрович
Разработка метода и средств контроля показателя ослабления слабомутных сред по изменению контраста в изображении тест-объекта в виде двух штрихов
Бражкин Борис Сергеевич
Разработка методов и средств контроля сложнопрофильных деталей типа тел вращения
Бахарев Михаил Самойлович
Разработка методов и средств измерения механических напряжений на основе необратимых и квазиобратимых магнитоупругих явлений
Авраменко Сергей Леонидович
Разработка методов и программно-аппаратных средств акустического контроля крупногабаритных строительных изделий из бетона

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net