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:     | 1 || 3 |

Разработка адаптивных средств выявления неисправностей и стратегии обслуживания гидроагрегатов

-- [ Страница 2 ] --

Датчики биений вала устанавливаются на нескольких уровнях вблизи вала, что позволяет контролировать биения вала в нескольких сечениях. В каждом сечении устанавливается два датчика во взаимно перпендикулярных направлениях: верхний бьеф – нижний бьеф (ВБ-НБ), правый берег – левый берег (ПБ-ЛБ). Контроль осуществляют вблизи направляющих подшипников генератора и турбины. Устанавливается 4-6 датчиков на агрегат, это зависит от числа подшипников гидроагрегата.

Входным параметром вихретокового датчика является величина зазора между диэлектрическим наконечником и электропроводящим объектом.

На вход датчика подается сигнал переменного тока, сгенерированный органом тестирования. Ток, действующий в катушке, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушку датчика, изменяя ее активное и индуктивное сопротивления. Параметры меняются при изменении зазора между контролируемым объектом и торцом датчика.

Ток, пропускаемый через катушку индукционного датчика, имеет синусоидальную форму. Изменение величины зазора («биений вала») происходит на оборотной частоте и кратных ей гармоник. По этой причине выделяется необходимый спектр сигнала оборотной частоты и её гармонических составляющих при помощи средств предварительного преобразования и фильтрации аналогового сигнала.

Определение биений вала. Сигнал напряжения биения вала гидроагрегата можно представить в виде модулированного сигнала, определяемого выражением:

,

где является суммой гармонических составляющих.

В сигнале присутствуют следующие гармоники: основная гармоника, которая соответствует оборотной частоте , где – число пар полюсов; гармоника, определяемая числом лопастей гидротурбины , где – число лопастей; гармоники кратные оборотной частоте, вносящие дополнительные искажения сигнала. Для вычисления вибропараметров вала гидроагрегата, аналоговый сигнал биений вала преобразовывается в цифровой вид.

В результате получается цифровой сигнал, соответствующий зазору между вихретоковым датчиком и валом гидроагрегата.

Точный расчет амплитуд и фаз гармонических составляющих необходим для построения достоверных характеристик изменения биения вала во времени. Если при этом рассматривать каждый датчик в отдельности, то мы будем иметь неполную картину состояния гидроагрегата. Для решения этой проблемы необходимо приводить гармонические составляющие всех датчиков к одному моменту времени, то есть определять начальные фазы каждой гармоники. Это позволит совместно анализировать информацию о биениях от всех датчиков и осуществлять более четкое диагностирование гидроагрегата.

Чтобы вычислить биения, цифровой сигнал напряжения биений необходимо преобразовать в зазор между вихретоковым датчиком и валом гидроагрегата. Для этого необходимо осуществить калибровку используемых датчиков биения.



Для анализа вибрационного состояния гидроагрегата использовано спектральное представление сигнала биений, а именно его амплитудный спектр. Для получения спектральной характеристики сигнала биений используют различные математические алгоритмы, в основе которых лежит преобразование Фурье. В качестве метода вычисления спектра сигнала биений, соответствующего зазору между датчиком и валом гидроагрегата при реализации алгоритма вычислений амплитуд и начальных фаз гармонических составляющих, целесообразно использовать дискретное преобразование Фурье.

Вычисление амплитуд и фазовых сдвигов гармонических составляющих биений вала может быть выполнено по следующему алгоритму.

  1. Расчет сигналов биений вала на заранее заданном интервале времени , .
  2. Разложение каждого из рассчитанных сигналов биений в ряд Фурье на интервале .
    1. Определение амплитуд гармонических составляющих сигнала
    2. биений.
    3. Определение фаз гармонических составляющих сигнала биений.
  3. Прибавление к фазам гармонических составляющих соответствующих фаз запаздывания.

Запись данных. Переход к пункту 1.

Программная реализация методики непрерывного контроля технического состояния гидроагрегата. Разработанный алгоритм реализован в многозадачной операционной системе (ОС) реального времени, которая обеспечивает его надежную и бесперебойную работу. ПЭВМ, осуществляющая реализацию алгоритма вычисления биений вала и осциллографирование необходимых параметров, работает под управлением операционной системы QNX Neutrino.

Разработанные алгоритмы были реализованы на языке С++. Структура программного пакета представляется в виде нескольких процессов и нескольких потоков. Всего в данном пакете выполняется три процесса: расчет биений вала; прием рассчитанных данных и передача их в окно вывода; прием рассчитанных данных и передача их в систему диагностирования.

В третьей главе «Разработка методики технического диагностирования гидроагрегата по биениям вала» произведено математическое моделирование дефектов и предложена модель гибридной экспертной системы выявления дефектов по биениям вала.

Техническое диагностирование на основе данных о вибрации подвижной части гидроагрегата должно предусматривать выявление дефектов на ранней стадии их развития. Для осуществления такого диагностирования необходимо: во-первых, иметь оперативные и достоверные данные о состоянии агрегата; во-вторых, правильно интерпретировать полученную информацию о состоянии для выявления дефектов.

Для получения оперативных данных можно использовать систему, реализующую предложенный во второй главе алгоритм вычисления амплитуд и фаз гармонических составляющих биений вала гидроагрегата. Данная система позволяет в режиме реального времени получать, обрабатывать и передавать данные о биениях вала. Таким образом, одни и те же данные будут использоваться как для определения состояния агрегата (контроль технического состояния), так и для выявления дефектов на ранней стадии развития (техническое диагностирование).

Математическое моделирование дефектов произведено при помощи модели движения ротора гидроагрегата. При расчете биений вала ротор рассматривается как незакрепленное твердое тело. Для математического описания положения ротора в пространстве используются две системы координат и (рис.1).

Движение ротора описывается шестью обыкновенными дифференциальными уравнениями. Переменными в данных уравнениях являются проекции результирующей силы и результирующего момента. При этом силы, которые действуют на вращающуюся часть гидроагрегата, находятся в зависимости от скорости ее вращения и поступательного движения, и от положения ротора в пространстве. Следовательно, уравнения можно решить только численным методом. При численном решении уравнений движения ротора расстояния между датчиками и валом () определяется в определенный момент времени ().

 Системы координат, используемые для-13

Рис.1. Системы координат, используемые для описания положения ротора

Рассчитаны силы, действующие на вращающуюся часть гидроагрегата.

  1. Сила тяжести вращающейся части гидроагрегата.
  2. Силы со стороны направляющих подшипников и сегментов подпятника.
  3. Силы тяжения, вызванные механической асимметрией ротора.
  4. Электромагнитные силы, действующие на ротор гидрогенератора:
  • электромагнитный момент;
  • силы электромагнитного небаланса, вызванные нарушением формы воздушного зазора между ротором и статором.
  1. Силы давления воды, действующие на рабочее колесо гидротурбины:
  • вращающий момент;
  • вертикальная сила давления воды;
  • силы гидравлического небаланса.
  1. Силы трения, возникающие при вращении гидроагрегата.

Выбраны дефекты, которые возможно выявлять по данным о биениях вала. Данные дефекты были заданы в математической модели вращения ротора при помощи следующих параметров:

  • механический дисбаланс ротора;
  • электромагнитный дисбаланс ротора;
  • износ опорных поверхностей подшипников (появление макронеровностей;
  • излом линии вала во фланцевом соединении валов генератора и турбины;
  • разрыв линии вала во фланцевом соединении валов генератора и турбины;
  • механический дисбаланс рабочего колеса турбины;
  • гидравлический дисбаланс рабочего колеса турбины, отклонение рабочего колеса от осевого положения, нарушения в водоподводе и рассогласование углов установки лопастей турбины.

Гибридная экспертная система выявления дефектов. В данной работе предложена гибридная экспертная система, механизм рассуждения которой базируется на математической модели исследуемого объекта и на опыте эксплуатации реального объекта. Диагностическими признаками дефектов агрегата при этом являются повышения биений вала в точках, в которых установлены датчики биений.

В работе предложены следующие принципы технического диагностирования гидроагрегатов по биениям вала:

  • отбор дефектов, которые можно выявить, используя данные о биениях вала;
  • определение биений вала, соответствующих отдельным дефектам, при помощи математической модели движения ротора;
  • создание системы, способной по биениям вала определять дефекты.

В экспертной системе для выявления дефектов гидроагрегата в качестве входных параметров используются значения биений вала, измеренные вблизи направляющих подшипников.

Экспертная система представлена в виде иерархической системы. Это делает возможным получение на выходе данных о наличии определенного дефекта. Суть такого представления заключается в том, что в ней выход одной базы знаний подается на вход другой базы знаний.

Первый уровень иерархии экспертной системы строится на основе правил, полученных при помощи математической модели вращения ротора. Входными параметрами этого уровня являются биения вала. Выходными параметрами для первого уровня экспертной системы будут:

  • неуравновешенная масса на роторе генератора ();
  • угол в горизонтальной плоскости между направлением действия массы и осью ();
  • величина неподвижной относительно статора силы тяжения, действующей на ротор генератора ();
  • угол в горизонтальной плоскости между направлением действия силы и осью ();
  • величина неподвижной относительно ротора силы тяжения, действующей на ротор генератора ();
  • угол в горизонтальной плоскости между направлением действия силы и осью ();
  • амплитуда синусоидальной выпуклости зеркального диска подпятника (); амплитуда синусоидальной вогнутости рассматривается, как амплитуда выпуклости с обратным знаком ();
  • угол максимума выпуклости/вогнутости в горизонтальной плоскости относительно оси ();
  • уклон оси вала турбины относительно оси вала генератора ();
  • угол между плоскостью уклона вала турбины и осью ();
  • смещение оси вала турбины относительно оси вала генератора во фланцевом соединении ();
  • угол между направлением смещения и осью ();
  • неуравновешенная масса на рабочем колесе турбины ();
  • величина неподвижной относительно статора силы тяжения, действующей на рабочее колесо турбины ();
  • угол в горизонтальной плоскости между направлением действия силы и осью ();
  • величина неподвижной относительно ротора силы тяжения, действующей на рабочее колесо турбины ();
  • угол в горизонтальной плоскости между направлением действия силы и осью ().

Второй уровень иерархии выполняется в виде экспертной системы, входными параметрами которой являются выходные параметры первого уровня, т.е. 17 параметров, рассмотренные выше. Выходными параметрами являются степени проявления дефектов:





  • степень проявления механического дисбаланса ротора;
  • степень проявления электромагнитного дисбаланса ротора;
  • степень износа опорных поверхностей подшипников;
  • степень уклона и искажения линии вала гидроагрегата;
  • степень излома и разрыва линии вала во фланцевом соединении валов генератора и турбины;
  • степень проявления механического дисбаланса рабочего колеса турбины;
  • степень проявления гидравлического дисбаланса рабочего колеса турбины, а также отклонения рабочего колеса от осевого положения, нарушения в водоподводе и рассогласование углов установки лопастей турбины.

Третий уровень также является экспертной системой, входными параметрами которой являются степени проявления отдельных дефектов, а выходным – общий уровень наличия дефектов по агрегату. Общий вид иерархической экспертной системы приведен на рисунке 2.

Каждый уровень иерархии состоит из определенного количества экспертных модулей (ЭМ). Каждый модуль представляет собой отдельную экспертную систему, работа которого основана на собственной базе правил. Такой модуль имеет несколько входов и один выход.

 Структура иерархической экспертной-45

Рис. 2. Структура иерархической экспертной системы для выявления дефектов по биениям вала

Метод выявления дефектов по биениям вала. Знания, которые используются при оценке диагностических признаков, скорее базируются не на отношениях между отдельными данными и конкретными гипотезами, а на отношениях между классами данных и классами гипотез. Это связано с тем, что процесс выявления дефектов относится к задачам такого типа, решение которых имеет многозначный и неточный характер. Для формирования суждений о таких категориях и принадлежащих к ним объектах целесообразно использовать теорию нечетких множеств.

В каждом нечетком экспертном модуле всех трех уровней реализован нечеткий логический вывод. Нечетким выводом служит аппроксимация зависимости между входными переменными и выходной на основе лингвистических высказываний типа «Если – то» и логических операций над нечеткими множествами. Основу нечеткого логического вывода составляет композиционное правило Заде.

Нечеткий вывод решения происходит за четыре (иногда за три) шага:

– фаззификацию;

– реализацию нечеткого вывода;

– принятие решения (композицию);

– дефаззификацию.

Первым этапом нечеткого вывода является фаззификация. На этом этапе при помощи функций принадлежности всех термов входных лингвистических переменных и на основании четких значений входных лингвистических переменных определяются степени уверенности в том, что выходная лингвистическая переменная принимает конкретное значение. Для нечетких экспертных модулей всех трех уровней в качестве функций принадлежности приняты кусочно-линейные функции треугольной формы.

В процессе нечеткого вывода подключается база знаний, в которой записаны правила вида «Если – то», полученные при помощи моделирования, а также посредством исключений, которые возникают в процессе эксплуатации агрегата. На основании набора правил вычисляется значение истинности для предпосылки каждого правила на основании конкретных нечетких операций.

Все нечеткие множества, заданные для каждого терма каждой выходной лингвистической переменной, объединяются вместе. В результате формируется единственное нечеткое множество, которое определяет каждую выводимую лингвистическую переменную. Чаще всего используются функции MAX или MIN.

Деффазификация или приведение к четкости производится при помощи метода центра тяжести:



Pages:     | 1 || 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.