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:   || 2 | 3 |

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

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



ПРАХОВ ИВАН ВИКТОРОВИЧ






ОЦЕНКА ПОВРЕЖДЕННОСТИ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПО ЗНАЧЕНИЯМ ПАРАМЕТРОВ ГАРМОНИК ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДА


Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность»

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2011

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Баширов Мусса Гумерович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ураксеев Марат Абдуллович;

кандидат технических наук

Кондрашова Оксана Геннадиевна.

Ведущая организация ООО «НТЦ Промбезопасность-Оренбург»,

(г. Оренбург).

Защита состоится «27» января 2012 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « 19 » декабря 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Р.Г. Ризванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

На предприятиях нефтегазовой отрасли более трех четвертей отказов оборудова­ния составляют отказы машинных агрегатов, и, соответственно, уровень надежности и безопасности технологических процессов во многом определяется их техническим со­стоянием. Использование оборудования для переработки нефти и газа, работающего с взрывопожароопасными и токсичными средами при избыточном давлении и высо­ких температурах, срок эксплуатации которого значительно превышает нормативный, потенциально опасно и увеличивает вероятность возникновения аварийных ситуаций. При этом аварии могут приводить к человеческим жертвам, отравлениям, загрязнению окружающей среды и большим экономическим потерям, в связи с чем очень важно определять научно обоснованными методами техническое состояние и возможность безопасной эксплуатации оборудования за пределами нормативного срока.

Задача обеспечения промышленной безопасности в условиях продолжающегося физического и морального износа насосного оборудования на опасных производствен­ных объектах РФ обуславливает повышение роли методов и средств диагностики. Одним из перспективных методов оценки технического состояния машинных агрегатов с электрическим приводом является спектральный метод, основанный на анализе взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов, потребляемых двигателем электропривода, с техническим состоянием и режимами работы машинных агрегатов. Исследования физических процессов, протекающих в электроприводах машинных агрегатов в переходных и установившихся режимах, проведенные в последние годы такими зарубежными и российскими учеными, как Altug S., Bayir R., Marques Cardoso A.J., Копылов И.П., Баширов М.Г., Сайфутдинов Д.М., Петухов В.С., Суворов И.Ф., Шикунов В.Н., Косогорин А.Н., Валеев М.А. и др., позволили установить наличие взаимосвязи технического состояния машинных агрегатов с параметрами генерируемых двигателем электропривода высших гармонических составляющих токов и напряжений.





Согласно Федеральному закону « О промыш­ленной безопасности опасных производственных объектов», предприятия и организации обязаны обеспечивать безопасность эксплуатации производственных объектов, защиту личности и общества от аварий и их последствий. Повышение надежности и безопасности технологических процессов нефтегазовых производств представляет несомненный научный и практический интерес как для отдельных пред­приятий, так и для отрасли в целом. В связи с этим исследования, направленные на раз­работку методов, позволяющих оценить техническое состояние насосного оборудова­ния и за счет этого предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли, являются актуальными. Это отражено в паспорте специальности 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность», одним из приоритетных направле­ний которой является разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации технических устройств, сложных технических систем опасных производ­ственных объектов.

Целью работы является повышение безопасности эксплуатации насосных агрегатов нефтегазовых производств разработкой метода, основанного на анализе взаимосвязи уровня поврежденности насосного агрегата с параметрами спектра гармоник токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода.

Реализация цели диссертационной работы осуществлялось путем постановки и решения следующих основных задач:

- анализ влияния технического состояния насосных агрегатов на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли;

- исследование изменения параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов;

- разработка интегрального диагностического параметра, отражающего изменение совокупности параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов;

- исследование динамики изменения интегрального диагностического параметра в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов и установление значений, соответствующих предельным и критическим значениям уровня поврежденности насосных агрегатов;

- разработка метода для оценки уровня поврежденности насосных агрегатов, позволяющего предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли, связанные с их внезапным отказом.

Научная новизна

1 Установлено, что в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов наиболее информативными параметрами, отражающими изменение уровня поврежденности 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 отдельных элементов насосных агрегатов.

2 Для количественной оценки уровня поврежденности насосного агрегата в целом предложен интегральный диагностический параметр поврежденности D, формируемый искусственной нейронной сетью из совокупности параметров 3, 5, 7 и 9 гармонических составляющих токов и напряжений. Экспериментально определены значения интегрального диагностического параметра поврежденности D, соответствующие предельному уровню поврежденности насосных агрегатов.

3 Разработан метод количественной оценки уровня поврежденности насосных агрегатов, позволяющий предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли из-за их внезапного отказа, основанный на использовании интегрального диагностического параметра поврежденности D и метода планирования эксперимента, применяемого для обучения искусственной нейронной сети.

На защиту выносятся

1 Экспериментально полученные зависимости гармонических составляющих токов, напряжений и соответствующих им углов сдвига по фазе от уровня поврежденности насосных агрегатов, применяемых на предприятиях нефтегазовой отрасли.

2 Метод количественной оценки уровня поврежденности насосных агрегатов, основанный на анализе параметров гармонических составляющих токов и напряжений электропривода.

Практическая ценность

Разработанный метод оценки технического состояния насосных агрегатов с электрическим приводом принят к использованию в ОАО «Газпром нефтехим Салават» и используется в учебном процессе в Филиале ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (г.

Уфа, 2007, 2009 г.г.); Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (г. Тольятти, 2007 г.); II Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (г. Казань, 2008 г.); молодежной Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2007, 2009, 2010 г.г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (г.Тольятти, 2009 г.); 16-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2010 г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г. Салават, 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы управления и автоматизации технологических процессов и производств» (г. Уфа, 2010 г.); II Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2010 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 6 публикаций в ведущих научных рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, патент РФ на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 114 наименований, изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков и 34 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе рассмотрены проблемы обеспечения промышленной безопасности технологических процессов на предприятиях нефтегазовой отрасли при отказах насосного оборудования. Проведен анализ статистических данных, отражающих влияние отказов насосного оборудования на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли. Рассмотрены условия эксплуатации и ремонта насосного оборудования, применяемого в нефтегазовой отрасли. Приведена классификация неисправностей насосного оборудования и причины их возникновения. В работе рассмотрены современные методы и средства технической диагностики и мониторинга технического состояния машинных агрегатов. Проведен анализ достоинств, недостатков и возможность применения для диагностирования машинных агрегатов таких распространенных в промышленности методов, как вибрационный, тепловизионный, акустический, магнитный и вихретоковый. Рассмотрены методы диагностики, применяемые для обеспечения необходимого уровня безопасной эксплуатации элементов системы электропривода машинных агрегатов: метод частичных разрядов; измерение сопротивлений и проводимостей диэлектриков и проводников, параметров шума; испытания повышенным напряжением. Вопросам определения технического состояния оборудования посвящены работы Клюева В.В., Болотина В.В., Биргера И.А. и ряда других авторов. Но, несмотря на достигнутые успехи, необходимо признать отсутствие на сегодняшний день на предприятиях нефтегазовой отрасли комплексной системы диагностики насосного оборудования, позволяющей обнаруживать дефекты на ранней стадии развития и отслеживать тенденции их развития для предотвращения внезапного отказа агрегатов.

На сегодняшний день одним из перспективных методов оценки технического состояния насосного оборудования с электрическим приводом является спектральный метод, основанный на анализе взаимосвязи параметров высших гармонических составляющих токов, потребляемых двигателем электропривода, с техническим состоянием и режимами работы насосного оборудования. В отличие от вибрационного метода диагностики, спектральный метод позволяет исключить преобразование механических колебаний в электрический сигнал, определять как механические, так и электрические повреждения, осуществлять удаленный контроль технического состояния насосного оборудования, работающего в труднодоступных местах или во взрывопожароопасных условиях нефтегазовых производств, при этом параметры токов электродвигателя могут быть измерены в местах подключения кабелей питания в распределительных подстанциях. Несмотря на перечисленные достоинства спектрального метода диагностики, для доведения его до широкого практического промышленного применения необходимо решить ряд важных задач, связанных с выделением информативных параметров из широкого спектра гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, распознаванием технического состояния, режимов работы и характерных повреждений насосного оборудования по значениям параметров гармонических составляющих токов и напряжений.

Во второй главе разработаны основные этапы исследований с целью создания метода оценки уровня поврежденности насосных агрегатов нефтегазовых производств, основанного на анализе взаимосвязи изменения параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода в процессе накопления поврежденности насосных агрегатов.

На первом этапе исследования (рисунок 1) рассмотрены физические процессы и явления, протекающие в электродвигателе при возникновении неисправностей в насосных агрегатах, а также произведен анализ современных методов идентификации их технического состояния. Второй и третий этапы описаны в третьей и четвертой главах диссертации.

  Этапы проведения исследований-0

Рисунок 1 – Этапы проведения исследований

Из теорий электрических машин известно, что в симметричной трехфазной обмотке статора электрической машины генерируются гармоники порядка

, (1)

где k = 0,1,2,3,....

Магнитодвижущая сила (МДС) каждой отдельной фазы обмотки статора представляет собой сумму неподвижных в пространстве и пульсирующих во времени всех гармонических составляющих. Результирующая МДС электрической машины для каждой гармонической составляющей в отдельности является суммой соответствующих гармонических составляющих всех трех фаз. При возникновении электрических неисправностей (ухудшение состояния изоляции, изменения сопротивления проводов обмоток, витковые замыкания, межфазные замыкания и однофазные замыкания) нарушаются электрическая и магнитная симметрии обмоток статора и ротора и, как следствие этого, определенным образом нарушается симметрия МДС третьей гармоники в фазных обмотках статора. В этих случаях МДС третьих гармоник в трех фазах статора представляют уже несимметричную систему и их сумма не равняется нулю. В результате этого в пространстве воздушного зазора машины появляется результирующая МДС с частотой 3f1 (f1 – частота сети), индуктирующая в обмотке статора ЭДС с частотой 3f1, а в обмотке ротора – с частотой 3f1s:

; (2)

, (3)

где Еv=3 (ст) – ЭДС третьей гармоники обмотки статора, Еv=3 (рот) – ЭДС третьей гармоники обмотки ротора, w1 – число витков обмотки статора, w2 – число витков обмотки ротора, Коб v=3 – обмоточный коэффициент, s – скольжение, f1 – частота сети, Фv=3 – магнитный поток третьей гармоники.

Возникновение межвитковых и межфазных замыканий в фазных обмотках приводят к определенному увеличению значений третьей гармоники в неповрежденных фазах, так как увеличение тока в короткозамкнутом контуре усиливает несимметрию токов в фазах. Это приводит к росту результирующего потока от токов третьей гармоники и к увеличению ЭДС третьей гармоники обмотки статора и ротора.

Несимметричная система токов обмотки ротора с частотой f1s (при дисбалансе, при повреждениях подшипников и т.д.) может быть разложена на составляющие прямой (гармоники 7, 13, 19...) и обратной (гармоники 5, 11, 17…) последовательностей. При этом ток прямой последовательности создает поле, которое вращается в сторону вращения ротора синхронно с полем статора. Магнитное поле токов обратной последовательности вращается в сторону, обратную вращению ротора. По отношению к обратновращающемуся полю, машина может рассматриваться как обращенный асинхронный двигатель, питаемый со стороны ротора. Таким образом, в статорной обмотке протекают токи, вызванные напряжением сети, и токи, вызванные напряжением, индуктированным обратным полем ротора. Так как частоты этих токов отличаются друг от друга незначительно, в результате сложения их магнитных полей возникает пульсация (биение) малой частоты фазного тока и его гармонических составляющих. При механических повреждениях (дисбаланс, повреждения подшипников) пульсация (биение) малой частоты фазного тока и его гармонических составляющих увеличивается.

Таким образом, состояние механической части насосного оборудования с электрическим приводом может быть оценено по параметрам гармонических составляющих токов и напряжений прямой и обратной последовательностей, а состояние электрической части – по параметрам гармонических составляющих токов и напряжений нулевой последовательности.

На предприятии ОАО «Газпром нефтехим Салават» основную долю оборудования составляют центробежные насосы с асинхронными электродвигателями мощностью от 5,5 до 30 кВт, предназначенные преимущественно для перекачивания водной среды. На основании дефектных ведомостей ООО «Ремонтно-механического завода», выявлены основные виды повреждений этих насосных агрегатов, к которым относятся: неисправности подшипников (повреждения сепаратора, перегрев, несоосность колец, разрушения от дисбаланса, усталостное разрушение поверхности, абразивный износ), дисбаланс ротора электродвигателя и вала насоса, разрушение рабочего колеса, несоосность валов электродвигателя и насосного агрегата, ослабление элементов крепления на фундаменте, ухудшение состояния изоляции обмоток, межвитковые и межфазные короткие замыкания обмоток статора, однофазные замыкания фазы на корпус, обрыв фазы на выводах обмотки статора, обрыв стержней обмотки ротора. Дисбалансы ротора электродвигателя и вала насоса определяются на балансировочном станке модели ВМ3000 согласно ГОСТ22061-76, степень изношенности подшипников и рабочих колес устанавливается с использованием интегрального параметра согласно РД153-39.4.Р-124-02.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 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.