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 | 4 | 5 |

Информационно-метрологическое сопровождение жизненного цикла машин и механизмов на базе прецизионного хронометрического анализа фазы рабочего цикла

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 006.91;621.002.56.

ПРОНЯКИН ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

Информационно-метрологическое сопровождение жизненного цикла машин и механизмов на базе прецизионного хронометрического анализа

фазы рабочего цикла

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

05.11.15 – Метрология и метрологическое обеспечение

Москва - 2010

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Сергеев Алексей Георгиевич

доктор технических наук, профессор

Телешевский Владимир Ильич

доктор технических наук, профессор

Обухов Игорь Васильевич

Ведущая организация – ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метроло­ги­чес­кой службы»

Защита диссертации состоится « » 2010 года на заседании диссертационного совета Д212.141.18 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 1005005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, прось­ба выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Бау­ма­на.

Телефон для справок (499) 267-09-63

Автореферат разослан «..…..» ……….…… 2010 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д.212.141.18

д.т.н., профессор Цветков Ю.Б.

Актуальность. Надёжная оценка, прогноз технического состояния и ава­рийная защи­та технических объектов превращаются в проблему нацио­наль­но­го масштаба, так как страна вступила в полосу технических аварий и тех­ногенных катастроф. Особенно острое положение сложилось в энергетике и на всех видах транспорта, где без необходимого пополнения парка действующего оборудования его ресурс приближается к исчерпанию. Достаточно отметить техногенные ката­строфы на Каширской ГРЭС в октябре 2002 года, Рефтинской ГРЭС в декабре 2007, Саяно-Шушенской ГЭС в августе 2009 г. года и постоян­ные аварии авиационной техники (в частности вертолётов), сопровождающиеся человеческими жертвами.

Решение проблемы обеспечения надежности и долговечности машин и механизмов не найдено. Средства и методы, применяющиеся при метрологичес­ком обеспечении производства и эксплуатации, обладают чрезмерной пог­реш­ностью (0,01% - 5%) и не гарантируют раннего предупреждения об ава­риях. По той же причине оказалось недостаточной их разрешающая спо­соб­ность, не поз­воляющая различать индивидуальные особенности отдельных однотипных тех­ни­ческих объектов, регистрировать эволюцию износа их конструктивных эле­ментов и деградацию конструкционных материалов. В связи с этим, на тра­ди­ционных принципах не удалось создать эффективные компактные встроен­ные контрольно-диагностические системы.

Между тем, точность измерений в фундаментальных научных (и при этом не только в лабораторных условиях) исследованиях опережает на много поряд­ков уровень точности, достигнутый в машиностроении.



Техническая реализация фундаментальных достижений естественных на­ук уже во второй половине ХХ-го века обеспечила снижение относительных погрешностей измерений расстояний в космическом пространстве до уровня 10-10 %, а в «стерильных лабораторных условиях» – до 10-15 %. В то же время уро­вень относительных погрешностей линейных измерений при метрологическом обеспечении производства и эксплуатации объектов машиностроения не опус­кается ниже (10-110-2)%. Столь резкий контраст уровня метрологического обес­пе­чения научных исследований с одной стороны и индустриально-про­мыш­лен­но­го производства – с другой отражает реально сложившиеся положение в сов­ре­менной техники, для которой характерны:

- неопределенность информации как об исходных значениях параметров конструкционных материалов порядка (110)% от их номинальных значений, так и об их изменениях в процессе эксплуатации техники;

- отсутствие компактных встроенных информационно-измерительных сис­тем, способных обеспечить безразборную диагностику функционирующих слож­ных систем, оценку их технического состояния и остаточного ресурса.

Прямыми следствиями этого является необходимость:

- соблюдения кратных запасов прочности, что влечет кратное изменение удельных габаритно-массовых характеристик конструкций, повышение их ма­териало- и металлоемкости;

- тщательной и длительной экспериментальной опытно-конструкторской, кон­­структорско-технологической и опытно-промышленной отработки каж­дого изделия.

При этом обеспечение и надёжности работы машин и ме­ханизмов дос­тигается

благодаря применению системы регламентных про­фи­лак­тических осмот­ров и планово-предупредительных ремонтов с возмож­ностью замены исчерпы­ваю­щих свой ресурс и выводимых из эксплуатации объектов новыми.

В настоящее время ресурс основных фондов отечественной техники в энер­­гетике и на транспорте, в обрабатывающей и добывающей промышленности исчерпан или близок к исчерпанию. Система планово-предупреди­тельных ре­­­­­­­­­­мон­­тов при наблюдающемся снижении поставок новой техники взамен близ­кой к ава­рий­ным отказам теряет свою эффективность.

Отечественные контрольно-диагностические средства и методы, основан­ные преимущественно на амплитудных, главным образом, виброакустических под­ходах, не обеспечивают в полной мере информационно-метрологическое обес­печение жизненного цикла машиностроительной продукции при разра­ботке, изготовлении, эксплуатации и ремонте. В настоящее время в промышленности и на транспорте преобладает аналоговая контрольно-измерительная аппаратура низкой и средней точности, оцифровка показаний которой не приводит к ради­кальному повышению точности. Отсутствуют инструментальные средства, обес­печивающие единство представления информации на всех этапах жизненного цикла изделия, то есть отсутствует единое представление экспериментальной ин­фор­мации, необходимой для её передачи с этапа эксплуатации в КБ и на производство. Недостаточно и оперативное математическое обеспечение сов­­ременного промышленного производства, так как математические модели функциони­рования изделий не учитывают многих возникающих динамических эффектов, не обеспечены инструментальными средствами идентификации, опи­раются на экспериментальные данные низкой и средней точности, не могут слу­жить надёжной основой САПР. Положение усугубляется возрастанием ве­роят­ности аварий на транспорте и в энергетике в связи с увеличением физи­ческого старения и износа оборудования и недостаточностью его возоб­нов­ле­ния.

В наиболее широко распространённой вибродиагностике основой полу­чения информации являются виброволновые процессы, возникающие при взаи­модействии частей устройства. Из-за погрешностей изго­товления возникают вибрации, значи­тельно превышающие виброволновые процессы от зарождаю­щихся дефектов. В связи с приработкой, износом, изменением режимов работы, условий эксплуатации и деградацией технической системы происходит неиз­бежное изменение парамет­ров колебательных процессов, исключающее наличие устойчивых во времени диагностических признаков. Проблема использования спектров колебательных процессов, дающих основную диагностическую инфор­мацию, заключается в том, что их структура со временем ра­дикально изме­ня­ет­ся (особенно на длительных интервалах эксплуатации), и поэтому их использо­вание для получе­ния трендов и прогноза не даёт надёжных результатов.

В современных условиях необходимы методы и информационно-измери­тельные системы, обеспечивающие оперативную регистрацию процессов дегра­дации и обнаружения зарождающихся дефектов функционирующих объектов, обеспечивающих диагностику и аварийную защиту. Остаётся нерешённой проб­лема информационного обмена между этапами жизненного цикла, особен­но от этапа эксплуатации, где информация минимизирована в целях снижения затрат. Не обеспечена эффективная диагностика ма­лооборотных и тихоходных меха­низмов, изделий точной механики, имеющих низкий уровень вибрации, высо­кооборотных систем с распределенной массой и др. (например, ГТД различного назначения). Задача перехода к ремонту по оценке те­ку­щего технического состояния объекта в авиации, наземном транспорте, тепло­энергетике, гидро­энергетике поставлена уже не первое деся­ти­ле­тие, но до сих пор не решена.

Цель работы

Создание методов и средств информационно-метрологического сопровож­де­ния жизненного цикла машин и механизмов в едином формате контроли­руе­мых метрологических характеристик на основе рекордной стабильности ис­поль­зуемых технических средств современной отечественной хро­номет­рии и преимуществ фазового метода

Научная новизна

1. Впервые разработаны научные основы информационно-метрологи­чес­ко­го со­про­вождения жизненного цикла машин и механизмов на базе преци­зион­­ного хронометрического анализа фазы рабочего цикла в едином формате кон­тро­ли­руемых метрологических характеристик.

2. Впервые разработаны общие принципы и методологические основы иссле­дования, диаг­нос­тики и аварийной защиты циклических машин и меха­низмов фазо­хро­но­мет­ри­ческим методом.

3. Разработаны общие принципы математического моде­лирования машин и механизмов для применения на всех этапах жизненного цикла в фазохро­но­мет­ри­ческом представ­ле­нии.

4. На основе фазохронометрического подхода разработаны единые прин­ципы проек­тирования фазохронометрических измерительных систем для иссле­до­вания, диагностики и аварийной защиты машин и механизмов.

5. На базе фазохронометрического подхода разработаны научные, тео­ре­тические и методологические основы

- создания новых средств и методов оценки технического состояния функ­цио­нирующих турбоагрегатов (ТА) большой мощности,

- изме­ри­тель­но-вычислительного мониторинга теку­ще­го технического сос­тояния и ава­рий­ной защиты функционирующих син­хрон­ных генераторов боль­шой мощности,

- исследования и диагностики двигателей внутреннего сгорания,

- исследования и диагностики часовых механизмов.

Значимость

1. Достигнутая чувствительность фазохронометрических систем реализует выявление зарождающихся дефектов, что недоступно тради­цион­ным методам диагностики (в частности, вибродиагностике).

2. Разработан проект информационно-метрологического сопровож­дения, диагнос­ти­ки и аварийной защиты ТА и вспомогательного оборудо­ва­ния ТЭЦ, обеспечивающий переход от системы планово-предупредительных ремонтов к системе ремонтов на основе оценки текущего технического состояния, эффек­тив­ность которого подтверждёна технико-экономическим обоснованием составит в прогнозных ценах (дисконтированный по ставке 11%) в виде чистого приведенного дохода – 970 млн. руб. при сроке окупаемости – 4 года.

3. Разработан проект информационно-метрологического сопровож­де­ния, диагностики и аварийной защиты гидроагрегатов ГЭС на базе тестовой и функ­ци­ональной диагностики, обеспечивающий переход от сис­темы планово-преду­пре­дительных ремонтов к системе ремонтов на основе оценки те­ку­щего тех­ни­чес­кого состояния. Эффек­тив­ность проекта подтверждёна технико-экономи­чес­ким обос­но­ва­нием, разра­ботанным в соответствии с требованиями ОАО «Рус­Гидро». Эконо­ми­ческий эффект только для гидро­агре­га­тов Волжской ГЭС при номинальных ин­вес­тициях в 300 млн. руб. (в прогноз­ных ценах - 335 млн. руб.) приве­денный доход первого проекта (в прог­нозных ценах) составит 708 млн. руб.

4. Достигнутая относительная погрешность определения периода вра­ще­ния валопровода ТА ТЭЦ 5Ч10-4 % позволила реализовать регистрацию его кру­тиль­ных колебаний, возбуждаемых изменениями нагрузки и управляю­щих воз­дей­ствий, которые считаются одной из основных причин накопления усталости в ме­­талле валопровода и аварийного трещинообразо­ва­ния в нём. Технология из­ме­рения пара­мет­ров крутильных колебаний валопровода ТА в энер­ге­тике отсутствует.





5. Фазохронометрические системы выполняют регистрацию быстро­про­те­кающих процессов и в сотни раз более оперативны, чем штатные средства ТЭЦ, что обеспечивает новый уровень аварийной защиты ТА.

6. Разработан систематический безразборный изме­ри­тельный контроль час­­тотных характеристик и диаг­нос­тика функционирующих синхронных генера­торов Единой энергетической системы в рабочих режимах, не имеющий ана­ло­гов в мире (подтверждено патентом).

7. Разработаны методы и средства диагностики циклических меха­низ­мов (например, часовые механизмы, турбоагрегаты, гидроагрегаты, газо­тур­бинные двигатели, ДВС, электродвигатели, редукторы, подшипники и др.), значительно сокращающие цикл испытаний для подтверждения их рабо­то­способности.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Фазохронометрический метод исследования и диагностики на базе пре­цизионного хронометрического анализа фазы рабо­че­го цикла обеспечивает ин­фор­мационно-метрологическое сопровождение жизненного цикла машин и ме­ханизмов в едином формате контролируемых метрологических харак­те­рис­тик.

2. Математическое моделирование циклических механизмов в фазо­хро­нометрическом представ­ле­нии обеспечивает внедрение математических методов непосредственно в процесс разработки, изготовления и эксплуатации машин и механизмов.

3. Фазохронометрическая информация обеспечивает измерительно-вы­чис­ли­тель­ный прогнози­рующий мо­ни­торинг, диагностику текущего технического сос­тояния и аварийную за­щи­ту турбоагрегатов и вспомогательного обо­ру­до­ва­ния ТЭЦ.

4. Быстродействие ФХС и математическая обработка экспериментальных данных обеспечивают аварийную защиту и прогноз технического состояния машин и механизмов.

Достоверность и обоснованность результатов обусловлены коррект­ностью применения математического аппарата и вычислительных методов, опо­­рой на метрологически корректное получение и использование экспери­мен­­таль­ных данных, привязкой средств измерений к Государственной сис­теме по­вер­ки времени и частоты, контролем уровня погрешностей измерений и вы­чис­лений на всех стадиях создания и применения фазохронометрических систем.

Апробация результатов диссертации

Положения и результаты работы были доложены и обсуждены на следующих

научно-технических конференциях и совещаниях-семинарах:

- Всесоюзная научно-техническая конференция «Волновые и вибра­цион­ные процессы в машиностроении», г. Горький, 1984, 1985, 1989 г.г.;

- VI Всесоюзная школа «Теоретические основы и конструи­рование чис­ленных алгоритмов решения задач ма­тематической физики», г. Горький, 1986 г.;

- 5-я Всесоюзная научно-техническая конференция «Фотометрия и её мет­рологическое обеспечение», 1984 г.;

- 12-я Всесоюзная научно-техническая конференция «Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов», 1985 г.;

- Всесоюзное совещание-семинар «Инженерно-физические проблемы но-вой тех­­ни­ки», 1990, 1992, 1996, 1998, 2001, 2003, 2004, 2006. г.г.;

- научно-техническая конференция «Состояние и проблемы техни­ческих из­мерений», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997, 1998, 2000, 2002, 2004, 2008 г.г.;

- Международная научно-техническая конференция «Инженерно-физи­чес­кие про­бле­мы авиа­­­­цион­ной и космической техники» (Чкаловские чтения): Егорьевск Москов­ская область, 1995, 1997, 1999, 2002, 2004, 2007 г.г.;

- конференция «Проблемы машиноведения», НФ ИМАШ РАН, Н. Новго­род, 1997, 2001, 2006 г.г.;

- Научная школа: Фундаментальные проблемы и прикладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем («Фридлендеровские чте­ния»), Санкт-Петербург, ИПМ, 2002, 2005, 2007, 2009 г.г.;

- труды академических чтений по космонавтике. Чкаловские чтения. 2004г.

- Всероссийский научно-технический семинар «Проблемы вибрации, виб­ро­наладки, вибромониторинга и диагностики оборудования электричес­ких стан­ций» 2005, 2007 г.г.;

- вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и сред­ства измерений электрических величин», г. Суздаль, 2009.

Публикации по результатам работы. По результатам выполненных ис­сле­дований опубликованы 86 работ, в том числе, 25 статей в научно-тех­ни­ческих журналах, в журналах по списку ВАК – 13 статей, 50 тезисов докладов на научно-техни­ческих конференциях. По­лучены патент и два авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, списка условных обозначений и сокращений, общей характеристики работы, 5 глав, выводов, списка использованных источников и 2 приложений. Работа содержит 287 страницы, из них рисунки на 53 страницах, таблицы на 4 страницах, 20 страниц списка литературных источников. Приложения на 48 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, определены её цели и задачи, указана научная новизна и практическая полезность, формулируются основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Информационно-метрологические проблемы жизненного цик­ла машин и механизмов

Глава посвящена анализу информационно-метро­ло­ги­ческих проб­лем жиз­нен­ного цикла машин и механизмов, из которого сле­дует, что за­кономерно сло­жившийся в 30-е годы прошлого века общий уро­вень тех­но­ло­ги­ческого обес­пе­чения массового производства машин опре­делил под­ход к его ин­формационно-метрологическому обеспечению. В результате воз­ник­ла система планово-преду­предительных ремонтов и регламентных профилак­ти­ческих работ. Эта система в ос­новном удовлетворяла промышленность стра­ны, пока парк на­ходившихся в эксплуатации машин заменялся новым оборудо­ва­нием. Поло­же­ние резко изме­ни­лось в последние годы, когда объё­мы и темпы во­зобновляющих пос­тавок про­мышленностью образцов новой техники резко сократились. Осо­бен­но серь­ёз­ное по­ложение сложилось в энер­гетике и на тран­спорте, где всё боль­ше число тех­ни­ческих объектов продолжает эксплуа­ти­ро­вать­ся, несмотря на исчер­пание их ре­сур­са. Поэтому всё больше нарастают приз­наки вступления страны в по­ло­су крупно­мас­штабных технических аварий и техногенных катастроф. В этих усло­виях ин­тегральные пока­за­тели надёжности и долго­веч­ности объек­тов теряют какую-либо значи­мость. На первый план выступает необходимость прогноза судьбы каж­дого кон­крет­ного технического объекта. В связи с этим проблемы «пер­со­нального» ин­фор­ма­цион­но-метрологического сопровож­де­ния функ­цио­ни­рую­ще­го объекта прио­бретает чрезвычайную важность.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

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.