ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ПОДВИЖНЫХ ЧАСТЕЙ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

На сегодняшний день основным средством поддержания в рабочем состоянии насосно-компрессорного оборудования (НКО) является планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта. Интервалы между обслуживаниями и ремонтами, их объем и содержание формируются на этапе проектирования оборудования. При этом не учитываются особенности конкретной конструкции, реальные условия эксплуатации, в частности стохастический характер нагрузок на НКО и качество обслуживания, а рассматриваются тип, модификация НКО, характер эксплуатации и т.п. [1]

Из вышеизложенного следует, что надежная эксплуатация производственных комплексов является одной из важнейших проблем, разрешить которую можно только путем реализации обслуживания НКО по состоянию.

Газоперекачивающий агрегат (ГПА) представляет собой насосно-компрессорное оборудование (НКО) с системой датчиков для контроля состояния оборудования, особенно подвижных частей НКО. Как показывает мировая практика [2], порядка 24 – 34 % аварийных остановок НКО происходит из-за повреждений подшипниковых узлов агрегатов (дефекты тел качения и скольжения). Возникновение тех или иных неисправностей влечёт за собой отказ агрегата и, как следствие, нарушение технологического процесса, возникновение аварийных ситуаций, останова оборудования, экономических потерь и экологического ущерба [3].

Так как диагностика осуществляется для оборудования, работающего в активной (газоконденсатной) среде, проверить достоверность диагностики на реальных агрегатах становится затруднительно. Для моделирования аварийных ситуаций была разработана имитационная модель, которая позволяет изменять такие параметры вибрации, как амплитуда, частота, сдвиг по фазе и постоянная составляющая вибрации. В разработанной имитационной модели можно устанавливать нужное количество насосов или компрессоров (модулей), датчиков на подшипниковых узлах (каналы) и изменять их значения вручную. Пример реализации показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Генератор вибрации подшипниковых узлов

Таким образом, имитационная модель позволяет проверить достоверность диагностики подвижных частей НКО не изменяя реальные показатели вибрации на. 

На рисунке 2 представлен сигнал с датчика вибрации.

Рисунок 2. Вибродиаграмма вертикальной вибрации задней опоры газотурбинного двигателя

Анализ вибродиаграммы показывает наличие четырех составляющих сигнала, позволяющих принять следующее описание модели вибрации:

,                                              (1)

где  - функции тренда – средних значений по большим интервалам усреднения;

 - циклические компоненты с определенным периодом повторения;

 - локальные особенности (аномалии) разного порядка;

  - флюктуаций значений более высокого порядка (шумов) вокруг всех вышеперечисленных составляющих функции.

Предложены диагностические признаки состояния оборудования НКО: вибрация подвижных частей, давление в сосудах и полостях цилиндров, температура оборудования, ударные импульсы. Наиболее информативным признаком является вибрация, т. е. по коэффициентам ДПФ можно говорить о состоянии подвижных частей НКО.

Для выявления аномалий в (1) широко используются методы спектрального анализа [4]. Наименьшие вычислительные ресурсы требует преобразование Фурье.

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) — один из распространенных инструментов спектрального анализа сигналов, широко применяемый в самых разных отраслях науки и техники. При этом разработано множество быстрых алгоритмов для реализации ДПФ [5]. Так, дискретное оконное преобразование Фурье имеет вид:

где S(k) – k - ый отсчет выходного спектра,

       k -  индекс спекрального отсчета ДПФ (k=0…N-1),

       s(n) – n - ый отсчет входной последовательности,

       n – индекс временного отсчета сигнала,

        – коэффициенты ДПФ.

В вибродиагностике целесообразно использовать оконное преобразование Фурье с прямоугольным весовым окном вида:

при максимальном уровне боковых лепестков частотной характеристики: 13 дБ.

В соответствии со стандартами [6] выделяют три состояния подшипника:

- исправное;

- требует принятия решения;

- недопустимое (требуется остановить НКО).

Была разработана система диагностики НКО, которая позволяет определяет состояние оборудования в соответствии с указанными стандартами. При изменении параметров вибрации в имитационной модели в программе, реализующей диагностику оборудования соответствующие блоки оборудования окрашиваются в цвета: зеленый – исправное, желтый – требует принятия решения, красный – недопустимое состояние оборудования. Пример работы показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Диагностика оборудования на основании имитационной модели вибрации подшипниковых узлов

Из вышеизложенного следует, что надежная эксплуатация производственных комплексов является одной из важнейших проблем, разрешить которую можно только путем реализации обслуживания НКО по состоянию. Таким образом, была разработана система диагностики НКО, которая определяет состояние оборудования в соответствии со стандартами [6] и позволяет осуществить переход на техническое обслуживание подвижных частей НКО по состоянию. Также была разработана имитационная модель вибрации подшипниковых узлов, которая позволяет проверить достоверность работы диагностической системы, что позволяет в дальнейшем ввести систему в эксплуатацию.

Список литературы:

1. Костюков, В.Н. Материалы семинара: Современные концепции выбора и технического обслуживания компрессорного оборудования на нефтеперерабатывающих химических предприятиях / В.Н. Костюков, А.П. Науменко – Москва: ООО «НТЦ при Совете главных механиков», 2013. –205 с.
2. Агишев, В. Н. Определение остаточного ресурса насосно-компрессорного оборудования / Агишев В. Н., Трунин О. Н., Кушнаренко В. М.   // Вестник ОГУ. 2009. №9. – С 132-134.
3. Самородов, А.В. Диагностика и прогнозирование остаточного ресурса взрывозащищенного электропривода насосно-компрессорного оборудования // Главный энергетик. - 2010. - №4.- С. 49-51.
4. Шевчук В.А., Сравнение методов диагностики асинхронного двигателя/ В.А. Шевчук, А.С. Семёнов // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4 – С. 419-423.
5. Принципы выявление дефектов подшипников качения с помощью анализа вибрации: / Прогрессивные технологии и оборудование в электронике и машиностроении.: дисс. ... канд. техн. наук / Шурыгин В. О.– Воронеж: ВГТУ, 2011. - 98-105 с.
6. ГОСТ ИСО 10816-3-2002. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт и номинальной скоростью от 120 до 15000 мин (-1). – Введ. 2007–11–01.– Москва: Стандартинформ, 2007. – 11с.