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 |

Разработка адаптивных средств выявления неисправностей и стратегии обслуживания гидроагрегатов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЛОГЛАЗОВ Алексей Владимирович

Разработка адаптивных средств выявления неисправностей и стратегии обслуживания гидроагрегатов

Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Глазырин Владимир Евлампиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Манусов Вадим Зиновьевич

кандидат технических наук,

Гурова Елена Геннадьевна

Ведущая организация: Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» — СибНИИЭ, г. Новосибирск

Защита состоится: 10 ноября 2011г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан « ­­08 » октября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент И.П. Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гидроэлектростанции являются важной частью генерирующих мощностей в составе Единой энергетической системы России. Они обеспечивают устойчивую работу энергосистемы в связи с высокой мобильностью гидроагрегатов и размещением на гидроэлектростанциях резервных мощностей, имеющих малое время мобилизации. Также к преимуществу ГЭС следует отнести их высокую эффективность, основанную на использовании возобновляемой гидроэнергии. Большинство гидроэлектростанций России отработало длительный срок, 25 лет и более, и вероятность появления неисправностей их оборудования увеличилась. Используемые в настоящее время средства контроля состояния гидроагрегатов либо устарели, либо не в полной мере удовлетворяют современным требованиям. Этими проблемами в значительной степени определяется необходимость внедрения эффективных микропроцессорных средств постоянного контроля и диагностирования оборудования.

Техническое диагностирование гидроагрегата во время работы и при периодических обследованиях относится к профилактическим мероприятиям по поддержанию работоспособности машины и предотвращению аварийных ситуаций.

При этом одной из самых важных проблем является определение дефектов на ранней стадии развития. Решение этой проблемы позволит обеспечить высокий коэффициент готовности, сократить время простоя, снизить затраты на ремонты, продлить срок службы основного оборудования, а также предотвратить аварийные ситуации.





К настоящему времени по проблеме выявления и устранения дефектов в гидроагрегатах написано много трудов. Исследован характер процессов развития дефектов, разработаны методы выявления дефектов при помощи осмотров, испытаний, измерений, а также посредством контроля отдельных параметров, таких как температура и вибрация. Исследования в области технического диагностирования, а также разработки стратегий обслуживания гидроагрегатов продолжаются и в настоящее время.

Для получения информации о состоянии гидроагрегата широко используется контроль биений вала. На сегодняшний день на некоторых станциях уже работают аналоговые системы контроля биений с использованием индукционных датчиков. Недостатком этих систем можно считать несовершенные технологии сбора и обработки информации. В настоящее время появились микропроцессорные устройства мониторинга параметров, входящие в систему мониторинга и диагностирования гидроагрегата. Эти устройства осуществляют мониторинг и передачу на диспетчерский уровень некоторых интегральных параметров движения вала гидроагрегата. По полученным данным технический персонал станции выполняет оценку состояния оборудования. Таким образом, процесс определения технического состояния и выявления дефектов гидроагрегата не является автоматическим.

В связи с этим является актуальной задача разработки на базе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) ГЭС адаптивных средств непрерывного технического диагностирования, позволяющих определять текущее состояние гидроагрегата и выявлять дефекты на ранней стадии развития.

Целью работы является исследование и разработка моделей, методов и средств непрерывного контроля технического состояния гидроагрегатов по данным биений вала, а также построение адаптивной системы выявления дефектов гидроагрегатов.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

  • разработка методики оценки вибрационного состояния гидроагрегатов при непрерывном автоматическом контроле;
  • разработка методов и средств измерения и преобразования сигналов виброперемещений вала гидроагрегата;
  • разработка методики вычисления биений вала гидроагрегата;
  • определение набора дефектов, выявление которых возможно по данным о биениях вала;
  • разработка методики технического диагностирования гидроагрегатов по биениям вала;
  • разработка принципов построения систем непрерывного контроля технического состояния и технического диагностирования гидроагрегатов на основе данных о вибрации;
  • проверка работоспособности системы непрерывного контроля технического состояния на Новосибирской ГЭС;
  • проверка системы технического диагностирования гидроагрегатов (выявление дефектов) средствами математического моделирования.

Объект исследования. Вертикальный гидроагрегат зонтичного типа с поворотно-лопастной турбиной.

Предмет исследования. Модели систем непрерывного технического контроля состояния и технического диагностирования вертикальных гидроагрегатов.

Методы исследования. Разработанные в диссертации научные положения используют системный подход к техническому диагностированию гидроагрегатов и основываются на применении теоретических и экспериментальных методов исследования в этой области. Поставленные задачи решены с использованием методов математического анализа, теоретической механики, теоретических основ электротехники, цифровой обработки сигналов, теории искусственных нейронных сетей, теории нечетких множеств.

Достоверность и обоснованность основных научных положений и выводов работы подтверждается теоретическими обоснованиями, проверками на математической модели, совпадением результатов расчета параметров дефектов для агрегатов Новосибирской ГЭС и данных послеремонтных измерений и испытаний. Адекватность системы контроля технического состояния подтверждается совпадением полученных значений биений вала с результатами вибрационных испытаний на гидроагрегатах Новосибирской ГЭС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • произведён анализ влияния дефектов гидроагрегата на вибрацию его конструктивных узлов;
  • предложен новый подход к проведению контроля технического состояния и технического диагностирования гидроагрегатов;
  • разработан алгоритм вычисления амплитуд и фаз гармонических составляющих биений вала гидроагрегата;
  • разработана новая методика технического диагностирования (определения дефектов механической и электрической частей) гидроагрегата.
    Данная методика использует в качестве исходных данных результаты измерений биений вала. Выявление дефектов осуществляется при помощи гибридной экспертной системы, которая построена на правилах, полученных с помощью модели вращения ротора генератора, и может дополняться правилами, получаемыми при эксплуатации гидроагрегата. Гибридная экспертная система построена на основе теорий нечетких множеств и искусственных нейронных сетей. Применение нечеткой логики позволяет решать задачи, имеющие неточный характер, а нейросетевая реализация дает возможность обучения системы. Произведен выбор режимов гидроагрегата, по которым должно производиться сравнение результатов диагностирования для однозначного определения дефектов;
  • разработаны принципы построения и алгоритмы работы систем непрерывного контроля технического состояния и технического диагностирования гидроагрегатов по данным о биениях вала.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

  • разработаны принципы построения систем непрерывного контроля технического состояния и технического диагностирования гидроагрегатов по биениям вала, позволяющих повысить надежность и срок службы гидроагрегатов за счет выявления дефектов на ранней стадии развития в процессе эксплуатации;
  • разработаны алгоритмы замера сигнала биений вала и преобразования данного сигнала в форму, удобную для передачи по каналу последовательной связи;
  • разработаны аппаратные и программные средства контроля биений вала гидроагрегата.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • методологические основы технического диагностирования гидроагрегатов по вибрационным параметрам;
  • методика непрерывного контроля технического состояния гидроагрегата по данным о вибрации;
  • методика определения дефектов механической и электрической частей гидроагрегата, построенная на основе нечеткой логики и искусственных нейронных сетей, использующая в качестве исходных данных измерения биений вала вблизи направляющих подшипников;
  • принципы построения систем непрерывного контроля технического состояния и технического диагностирования гидроагрегатов на основе данных о вибрации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры электрических станций НГТУ; на всероссийской научной конференции молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации» в 2007, 2008, 2009 и 2010 гг. в г. Новосибирске; на международной научно-технической конференции «Энергосистема: Исследование свойств, Управление, Автоматизация», проводившейся Институтом Автоматизации Энергетических Систем в мае 2009 в г. Новосибирске; на днях науки НГТУ в 2009, 2010 гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 научная статья в рецензируемом научном журнале, входящем в перечень рекомендованных изданий ВАК РФ; 1 статья в сборнике научных трудов; 6 работ, опубликованных в сборниках международных и всероссийских конференций.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 5 приложений. Список использованных источников содержит 78 наименований. Основное содержание диссертации изложено на 157 страницах, содержит 10 таблиц и иллюстрируется 41 рисунком.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность проблем, возникающих при техническом диагностировании гидроагрегатов ГЭС, и обоснована необходимость их решения; сформулированы цель и задачи исследования, положения научной новизны, отражена практическая ценность результатов, описана структура диссертации в целом.

В первой главе «Техническое диагностирование агрегатов гидроэлектростанций» рассмотрены общие принципы технического диагностирования агрегатов гидроэлектростанций. Систематизированы дефекты гидроагрегата и способы их выявления. Сделан анализ современного состояния средств и методов диагностирования гидроагрегатов. По результатам анализа выделены проблемы, возникающие при контроле технического состояния и диагностировании, а также предложены пути их решения.

Выделено 7 основных групп дефектов гидроагрегата. Сформулированы причины возникновения дефектов:

  • старение материалов и износ конструктивных узлов гидроагрегатов;
  • недостатки проектирования и производства;
  • недостатки транспортировки, хранения и монтажа;
  • неудовлетворительные техническая эксплуатация и ремонты;
  • применение недоброкачественных материалов;
  • перегрузки (длительные и/или кратковременные), превышающие значения, определяемые технической документацией;
  • выход параметров окружающей среды за допустимые пределы, установленные технической документацией.

Создание единой модели выявления дефектов не представляется реальным. Намного реальнее выглядит создание систем диагностирования по отдельным параметрам с дальнейшей интеграцией с АСУТП ГЭС. Обозначена необходимость применения комплексного диагностирования для объективной оценки состояния.

Анализ современного состояния используемых систем виброконтроля и диагностирования гидроагрегатов показал, что все существующие системы позволяют контролировать текущее состояние гидроагрегата, а некоторые позволяют осуществлять мониторинг. При этом вся тяжесть анализа текущего состояния лежит на персонале станции, который на основании текущих значений вибрационных параметров и на основании результатов мониторинга должен оценить состояние гидроагрегата.

Более детальное диагностирование гидроагрегатов в настоящее время осуществляется по результатам периодических испытаний, во время которых измеряются также такие параметры, которые не охватываются постоянно действующими системами. Этот подход обладает тем недостатком, что часть параметров контролируется через большие промежутки времени. Поэтому этот метод не позволяет своевременно выявлять ухудшение состояния гидроагрегата и, соответственно, выявлять тенденцию изменения состояния гидроагрегата.

Для осуществления непрерывного диагностирования требуется автоматическая система контроля, охватывающая все необходимые для диагностирования точки контроля, обеспечивающая сбор и первичную обработку информации и дополненная автоматическими средствами определения технического состояния и характера изменения этого состояния во времени. Это позволит, помимо оценки текущего технического состояния, определять вид и опасность имеющихся и возникающих дефектов, а также тенденцию их развития.

Показана важность контроля параметров вибрации в общей системе мониторинга и диагностирования.

Приведена методика оценки вибрационного состояния гидроагрегата. Полная оценка вибрационного состояния гидроагрегата осуществляется по измеренным вибрациям опорных конструкций гидроагрегата, биениям вала, вибрациям стальных конструкций и лобовых частей обмоток статора.

Оценка вибрации опорных узлов гидроагрегата производится по размаху виброперемещения в зависимости от частоты вращения ротора от 1 Гц до 30 Гц. Сигнал вибрации всегда имеет сложную форму. Следовательно, чтобы оценить такую вибрацию, ее необходимо разложить на гармонические составляющие. Это можно выполнить, используя разложение в ряд Фурье. При этом оценка осуществляется как по отдельным гармоникам, так и по суммарному размаху виброперемещения. Из всех оценок выбирается худшая.

Вибрация стальных конструкций статора гидрогенератора содержит несколько составляющих. Основная гармоническая составляющая, имеющаяся в данной вибрации, имеет частоту 100 Гц.

Оценку уровня биения вала гидроагрегата следует производить сравнением результатов измерения с предельными значениями, которые устанавливаются на основе рекомендаций заводов-изготовителей гидротурбины и гидрогенератора и опыта эксплуатации и указанными в стандарте организации ГЭС.

На основании методики оценки состояния гидроагрегатов и проведенного анализа отечественных и зарубежных систем виброконтроля и вибродиагностики сформулированы основные требования к разрабатываемым системам контроля технического состояния и технического диагностирования.

Вторая глава «Разработка методики непрерывного контроля технического состояния гидроагрегата по данным о вибрации» посвящена определению вибропараметров движения вала гидроагрегата и контролю технического состояния по этим параметрам.

В главе рассмотрены основные принципы контроля технического состояния гидроагрегатов. Сбор данных о состоянии оборудования может быть непрерывным или периодическим. Непрерывный сбор данных обеспечивает персонал информацией о техническом состоянии в режиме реального времени. Периодический сбор данных проводится через определенный промежуток времени либо после ремонта перед вводом в эксплуатацию оборудования.

Завершающим и самым ответственным этапом контроля технического состояния является оценка состояния оборудования по измеренным параметрам. При такой оценке полученные значения параметров сравнивают с несколькими значениями: с номинальным значением параметра, определяемым его функциональным назначением; значением, полученным в ходе предыдущего обследования; предельно допустимым значением, превышение которого может привести к аварии.

Сравнение с номинальным значением позволяет вычислить, насколько текущее значение отклоняется от номинального, характерного для данного типа оборудования.

Сравнение контролируемого параметра со значениями, полученными в предыдущие обследования, позволяет проследить тренд его изменения. А это, в свою очередь, может быть использовано не только для определения технического состояния, но и для определения дефектов оборудования.

Сравнение с предельно допустимым значением позволяет определить оборудование (элементы и отдельные узлы), эксплуатация которых недопустима. Такое сравнение необходимо производить не только при периодических обследованиях, оно должно осуществляться непрерывно в режиме реального времени.

Обозначены режимы работы гидроагрегата при измерении и оценке вибрации. Измерение вибрации и биения вала в нескольких режимах позволяет оценить уровень вибрации и установить, какие возмущающие силы – механические, гидравлические или электрические – вызывают повышенную вибрацию.

Характерным признаком наличия механических возмущающих сил является наличие вибрации после закрытия направляющего аппарата при останове агрегата.

Характерным признаком наличия гидравлических возмущающих сил является исчезновение или значительное снижение вибрации при переводе гидроагрегата в режим синхронного компенсатора с освобождением от воды камеры рабочего колеса.

Характерным признаком наличия электромагнитных возмущающих сил является увеличение вибрации при подаче возбуждения на холостом ходу агрегата.

Принцип замера вибропараметров. Рассмотрены средства замера вибропараметров. В качестве средств замера выбраны бесконтактные вихретоковые датчики. Вихретоковый датчик представляет собой металлический зонд с диэлектрическим наконечником, в который заключена катушка индуктивности, на одном конце и отрезком коаксиального кабеля на другом.



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.