автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Диагностика и прогноз времени эффективной работы роторного оборудования

На правах рукописи

КУРЬЯНОВ ВАСИЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ДИАГНОСТИКА И ПРОГНОЗ ВРЕМЕНИ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ РОТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 и ЯНВ 2013

Волгоград-2012

005047995

005047995

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация технологических процессов и производств» в филиале национального исследовательского университета «Московский энергетический институт» в г. Волжском.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шевчук Валерий Петрович.

Официальные оппоненты: Лукьянов Виктор Сергеевич

доктор технических наук, профессор Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры «Электронно-вычислительные машины и системы»;

Стрекалов Сергей Дмитриевич доктор технических наук Урюпинский филиал Волгоградского государственного университета профессор кафедры «Экономика и менеджмент»

Ведущая организация федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет».

Защита состоится «25» декабря 2012 г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, Россия, Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «23» ноября 2012 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета ЛъЩ^п Водопьянов Валентин Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. К роторному оборудованию относятся множество видов и типов электрических машин, имеющих вал (ротор), который вращается с заданной скоростью. Такие машины нашли широкое применение практически в каждой отрасли промышленности. Без роторного оборудования немыслима выработка электроэнергии традиционными способами на таких станциях, как АЭС, ГЭС, ТЭЦ, основным оборудованием которых являются мощные турбинные агрегаты и генераторы. Современное производство предъявляет чрезвычайно высокие требования к качеству и работоспособности роторных машин. Возрастающая стоимость энергоносителей диктует создание современного оборудования. Один аз главных путей повышения энергоэффекгивности эксплуатации роторного оборудования - это внедрение эффективных способов контроля и управления энерго-тотреблением, в основу которого закладываются современные информационно-азмерительные системы.

В роторном оборудовании основным приводным элементом является элек-гродвигатель. Следует отметить, что изменение мощности электродвигателя зависит от технического состояния приводимого оборудования и самого электродвигателя, го есть энергопотребление функционально зависит от степени изношенности и дефектов приводимого оборудования (редукторов, насосов, вентиляторов и др.), а также от степени дефектов в узлах самого электродвигателя (подшипниках, электромеханической и электромагнитной системе). Существует оборудование с прецизионной обработкой материалов, где выдерживается высокая точность работы механизмов, и появление даже маленьких дефектов, и, как следствие, вибраций, может привести к браку продукции. На таких производствах дефектные узлы немедленно ремонтируют или заменяют на новые. Основная масса оборудования на производствах работает с достаточно большими дефектами, вибрациями и часто не ремонтируется до поломки. Например, насосные агрегаты или оборудование, установленное в труднодоступных местах, - вентиляционные установки. Существующие экспертные системы диагностики позволяют решать лишь часть задач эксплуатирующего персонала. Как правило, решаются задачи определения вида неисправности и рекомендуются временные отрезки по дальнейшей работе. При этом вопрос об изменении структуры потребления электроэнергии и энергоэффективности оборудования в целом остается открытым или даже не задаваемым, но очень актуальным в настоящее время.

Проблемами диагностики и анализа энергоэффективности роторного оборудования занимались и продолжают заниматься. Однако сферы исследований разделены либо вопросами поиска дефектов: Клюев В.В., Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю., Бойченко С.Н., Дуросов В.М., Коренякин В.Н., Костюков В.Н., либо исследованиями в области оценки и расчета потерь в оборудовании: Вагин Г.Я., Воротницкий В.Э., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Иванов B.C., Казанцев В.Н., Кордюков Е.И., Кузнецов В.Г., Курбатский В.Г., Кучумов JI.A., Пекелис В.Г.

Все это указывает на важность исследования и необходимость совершенствования методов диагностики и прогнозирования состояния оборудования по вибрационным параметрам для своевременного устранения неисправностей

и получения экономического эффекта за счет снижения потребления электроэнергии оборудованием. А также позволяет персоналу, эксплуатирующему оборудование, не только своевременно принимать необходимые решения по выводу оборудования в ремонт, но и владел, оперативной информацией о наиболее экономичных режимах работы оборудования, обеспечивающих рациональное использование электроэнергии.

Целью работы является повышение эффективности управления роторным оборудованием.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов диагностики дефектов и их влияния на эффективность функционирования роторного оборудования;

2. Выбрать и исследовать критерий оценки оптимального времени вывода роторного оборудования на ремонт;

3. Разработать алгоритмы диагностики по основным параметрам, определяющим эффективность работы роторного оборудования;

4. Разработать алгоритм прогноза времени вывода оборудования на ремонт.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы

теории случайных функций, математического и имитационного моделирования, теория автоматического управления, теории планирования эксперимента и теории принятия решений.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложен критерий энергоэффективности функционирования роторного оборудования, отличающийся от известных учетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [1, 7];

2. Получены модели измерительной информации, по которым целесообразно проводить диагностику, отличающиеся от известных учетом развивающихся дефектов [2, 5, 6];

3. Предложены алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования, отличающиеся от известных определением в реальном масштабе времени дефектов и расчетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [2, 3];

4. Предложен алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт, отличающийся от известных наличием контроля за изменением потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [3].

Практическая значимость работы.

Основные результаты диссертационного исследования, имеющие практическую значимость, заключаются в следующем:

1. Разработан пакет прикладных программ для оптимизации затрат на эксплуатацию при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617022 от 6 августа 2012 г.) [4, 7, 8];

2. Разработан пакет прикладных программ для визуализации измеряемых трендов автоматизированного рабочего места энергетика для диагностики роторного оборудования [5, 10];

3. Предложена классификация дефектов по воздействию на энергоэффективность роторного электрооборудования [1];

4. Разработана экспериментальная установка в составе информационно-измерительной системы для диагностики роторного оборудования, оптимизации затрат на эксплуатацию при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии, которая используется на кафедре «Автоматизация технологических процессов и производств» филиала МЭИ в г. Волжский [5, 10, 11]. Получен эффект от внедрения в виде снижения потерь электроэнергии на 20 %.

Положения, выносимые на защиту.

1. Критерий энергоэффективности функционирования роторного оборудования;

2. Модели измерительной информации, по которым целесообразно проводить диагностику;

3. Алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования при помощи высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных сигналов;

4. Алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт.

Соответствие паспорту научной специальности. Указанная область

исследований соответствует специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации в энергетике, а именно: пункту 3 - «Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», пункту 4 - «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», пункту 6 -«Методы идентификации систем управления на основе ретроспективной, текущей и экспертной информации», пункту 7 — «Методы и алгоритмы структурно-параметрического синтеза и идентификации сложных систем».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XV Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Волжский, 2009); Межрегиональной конференции «Моделирование и создание объектов энергосберегающих технологий» (г. Волжский, 2009); XVI Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Волжский, 2010); Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (г. Волжский, 2010); Семнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2011); Восемнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2012).

Внедрение результатов работы. Все разработанные алгоритмы, методики диагностики и экспериментальная установка используются филиалом МЭИ в г. Волжском для проведения лабораторных занятий по дисциплинам «Технические средства автоматизации», «Проектирование автоматизированных систем», «Диагностика и надёжность автоматизированных систем». Автоматизированное рабочее место энергетика используется на полигоне возобновляемых источников энергии филиала МЭИ в г. Волжском.

Достоверность результатов исследований подтверждена методом имитационного моделирования и результатами экспериментов. Эксперименты по

исследованию влияния дефектов подшипников на изменение расхода электрической энергии, потребляемого роторным оборудованием, проводились на ОАО «Волжский подшипниковый завод». Эксперименты по проверке работоспособности алгоритмов диагностики проводились на экспериментальной установке, созданной специально для этих целей.

Публикации. Всего по теме диссертационной работы опубликовано 15 работ в научных журналах и сборниках трудов международных, межрегиональных и межвузовских конференций, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, общим объемом 168 страниц, 99 рисунков, 6 таблиц, 102 наименования источника литературы, 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов работы, кратко изложено содержание диссертационной работы, приведены данные о структуре и объеме работы.

В первой главе диссертации проведен анализ существующих методов диагностики эффективности энергетического оборудования. Проведен анализ существующих информационно-измерительных систем по диагностике и нераз-рушающему контролю роторного оборудования, а также систем, количественно рассчитывающих потери электрической энергии.

ДЦ

6 5 4 3

знеогоэффективкость роторвого оборудован«

х1 х2 хЗ

1 2 3 4 5 6 7

Цдоп.пот

Рисунок 1 - Факторы, влияющие на энергоэффективность роторного оборудования

Рисунок 2 - Анализ затрат на эксплуатацию роторного оборудования

На рисунках 1 и 2: V - вибрация; и - напряжение; I - сила тока, I - температура; совср - коэффициент мощности; ДЦ - разница между стоимостью ремонтных работ и стоимостью оплаты повышенных потерь электрической энергии (зависящих от дефектов); Ц доп.пот - стоимость потерь электроэнергии, зависящих от дефектов.

В начальный период времени эксплуатации оборудования дефектов либо нет, либо они настолько малы, что стоимость оплаты потерь электроэнергии незначительна и соответствует точке х1 на рисунке 2. С развитием дефектов стоимость оплаты

потерь возрастает, а разница мезвду стоимостью ремонтных работ и оплатой потерь электроэнергии снижается и достигает минимального значения в точке х2. При дальнейшем развитии дефектов затраты на оплату потерь превышают стоимость проведения ремонтных работ.

Проведенный обзор литературы в части существующих информационно-измерительных систем и приборов по диагностике и неразрушающему контролю роторного оборудования показал, что существуют отечественные и зарубежные производители систем и приборов по диагностике узлов роторного оборудования и ряд систем по расчету потерь электрической энергии в оборудовании. Имеются патенты по распознаванию дефектов, но патентов по информационно-измерительной системе, определяющей энергоэффективность роторного оборудования, не обнаружено. На основе данных проведенного обзора выявлено, что эффективность работы многих существующих систем зависит от точности измерений информативных параметров вибрации, параметров электрической сети и применяемого впоследствии алгоритма диагностирования. Но ни один го существующих программных комплексов не учитывает в текущем времени последствия того или иного неисправного состояния роторного оборудования, приводящего к повышению расхода и потерь электрической энергии, соответственно теряется или расходуется нерационально до 30 % электрической энергии потребляемой роторным оборудованием.

Анализ литературных источников позволил составить классификацию дефектов по воздействию на энергоэффективность роторного оборудования.

Таблица 1 - Классификация дефектов по воздействию на энергоэффекгивность роторного оборудования

Вдиаш« дефекта ПуКШеП! Р«СИД» электр «мфт, Дгф екты всодкпххк» ктш: Дефекты В1ДЖЖХШХК6В омлъхенкя; Дефекты >111 р»твр«: Деф екты раб««иас ХММ11С1СМ, турСш, вежтв- дятарфвк квмпрке*рев: Дефекты заееггр «шляпа! ск стены «стратеге двкптелн:

10 Дефект си аз 13 Дефект шатен - - -

20 Раковявы, схолы ва телах каяеевх Удары в подшдаидсе - -

30 Дефекты тел ЕЭЧОШХ в сепаратора - - - -

Исследогяпя ио уьянл—»•плита» дефектов в расход аластрсиогргнн в данной работе не ¡мвершекы О&атывавве наружного кольпа Неураивоветеавооъ Неуравновешенно«* рабочего колеса Дефект обмоток (вдоль ей кзеткх) ротора.

Неравной ервый радиальный тамг Извос лмшшвиы Бон вала (муфты) Бой рабочего колеса Дефекты обмоток статора

Перекос наружного СОЛЮ Автоколебаава вала (ротора) Дефекты узлов крвпеяш Стазпеаош эксоешрмситех вогдушвого »мора между ротором и статором.

Ииос варуазюго кмьа» Дефекты у? лов креютвв Дефекш лопастей Несяиыетрш вапрвхеяна овгио

Раковины на варухвоы калане Дефекты соедеввклышх ыуфт Автоколебашя рабочего колеса Нелинейные вгуг****** наприияц I ЦТД'ЧДЦЛ

Ид вое внутреннего коль га Неоднородность потока

Раковш ва ввутренвеы КОЛЬОС Кавжгаша

Изяостфл мяеяна и сепаратора Сложный деф жг Проехать 5ьгв анк гольда

Вторая глава посвящена выбору критерия эффективности работы роторного оборудования. Определению влияния дефектов подшипников на расход электрической энергии. Получению моделей измерительной информации. Проверке адекватности полученных моделей.

Уравнение измерения критерия энергоэффективности имеет следующий вид:

„

AJV(t) = /2(/) • Я • г • (0 • Кн. с, (1)

1=1

где A W{t) - потери электроэнергии при работе роторного оборудования, кВт-ч; I -электрический ток, потребляемый роторным оборудованием, A: R - сопротивление обмотки роторного оборудования, кОм; t - текущее время работы роторного оборудования, ч; ¿4/(0 - модель развития г-го дефекта; Кн с - настроечный коэффициент системы диагностики; К, - коэффициент адаптации.

(2)

Для построения математических моделей измерительных сигналов был проведен эксперимент в испытательном центре ОАО «Волжский подшипниковый завод» на испытательной установке ЦКБ-50. Измерения проводились на оборудовании с новыми тестируемыми подшипниками и с последующим нанесением дефектов, приближенных к реальным, возникающих при длительной эксплуатации оборудования. Изменения токов и мощностей нового подшипника 12309КМ в процессе приработки представлены на рисунке 3. Далее на поверхность ролика подшипника нанесен дефект - раковина, имитация выкрашивания площадью 12 мм2, глубиной 2,5 мм. Изменения токов и мощностей подшипника после нанесения дефекта № 1 представлены на диаграмме 4. Далее на поверхность второго ролика подшипника нанесен дефект - раковина, имитация выкрашивания площадью 12 мм2, глубиной 2,5 мм. Изменение токов и мощностей после нанесения дефекта № 2 представлено на рисунке 5. На рисунках 3-5 представлены следующие значения: 1а - ток, протекающий в фазе «а» привода установки, А; 1в - ток, протекающий в фазе «в» привода установки, А; 1с - ток, протекающий в фазе «с» привода установки, А; - активная мощность, потребляемая установкой, кВт; ¡§£ - полная мощность, потребляемая установкой, кВА; Qj - реактивная мощность, потребляемая установкой, кВар.

'О, А 4,00

ssSBiaasajgaaBjjaas

Рисунок 3 - Изменение токов и мощностей в процессе приработки нового подшипника 12309КМ

1,00 -Г--,-1-1-,-1-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,

О 1 51 61 66 76 Й1 вб 9 1 56 271 2ВЭ 291 311 321 371 331 Л01 411

Рисунок 4 - Изменение токов и мощностей после нанесения дефекта на ролик подшипника 12309КМ, имитация выкрашивания

Рисунок 5 - Изменение токов и мощностей после нанесения второго дефекта на ролик подшипника 12309КМ, имитация выкрашивания

Зафиксирован рост потребления электрической энергии при появлении дефектов. Установившиеся значения токов и мощностей электрической энергии превышают аналогичные показатели при работе бездефектного подшипника.

Параллельно с измерениями проводилась и вибрационная диагностика. Результат вибродиагностики представлен на рисунке 6.

ДБ

В процессе диагностики программа обнаружила следующие дефекты: раковины и сколы на телах качения, выделив ряд диагностических признаков: 52.81 Гц (18 %) Ртк; 105.66 Гц (0 %) 2Бтк; 158.58 Гц (16 %) ЗБтк; 211.58 Гц (0 %) 4Бтк, 263.17 Гц (0 %) 5Ртк; 317.88 Гц (0 %) 6Гтк.

Исследования по выявлению влияния дефектов роторного оборудования на потребляемый расход и потери электрической энергии показали наличие взаимосвязи между дефектами роторного оборудования и потерями электрической энергии. Испытания подшипников 12309КМ показали что:

1. Прикатка нового подшипника сопровождается снижением уровня вибрации на 7,29 % и снижением тока на 29 %;

2. Наличие дефекта - раковина объемом 30 мм3 на поверхности качения одного ролика - ведет к увеличению тока двигателя до 2 % и увеличению вибрации на 10 %;

3. Наличие дефектов - раковины объемом 60 мм3 на поверхности качения двух роликов - ведет к увеличению тока двигателя до 4 %. Зафиксировано кратковременное повышение тока на 44 % и увеличение вибрации на 12,35 %;

4. При изменении давления масла в системе от 4 кгс/см2 до нуля, то есть при масляном голодании, а затем при обильной смазке до 4 кгс/см2, изменяется ток двигателя до 30 %.

По данным эксперимента для каждой величины были рассчитаны статистические характеристики: математическое ожидание, дисперсия и корреляционная функция. Для моделирования сигналов корреляционные функции аппроксимированы экспоненциальными зависимостями. Результат моделирования сигналов представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты моделирования сигналов

т0 о0 т

и 384.479 В 0.513 В2 ^(0 = 0,513 •е^8310""''

I 1.63 А 0.35 А2 К, (Г) = 0,35 • е'2-510'1'1

СОЭф 0.836 1.19-10"3 К^ ДО=1,19-Ю"3

В 77.441 дБ 10,582 дБ2 ВД = 10,582 .«г1*™4'

1 64,044 °С 0,026 °С2 К,(і) = 0,026-е-ш™"-'

Для подтверждения адекватности математических моделей создана экспериментальная лабораторная установка, представленная на рисунке 7.

Установка состоит из: 1 - асинхронного электродвигателя типа 4АМ80А4УЗ мощностью 1,1 кВт с числом оборотов вала 1 400 мин"1. При помощи ременной передачи 17 и двух шкивов 9,10 ротор электродвигателя соединен с рабочим валом 18 на котором смонтирован диск 11 диаметром 200 мм с отверстиями для крепления масс различного веса для создания дисбаланса в различных экспериментальных режимах работы; 2 - виброанализатора СД-12М; 3 - контроллера КР-500; 4 - ЭВМ; і

5, 8 -датчиков оборотов (тахометров); 6,1 - датчиков виброускорения; 12 - счетчика электрической энергии; 13-16 - точек контроля вибропараметров. Измеряемые параметры в режиме он-лайн передаются на ЭВМ 4 в программную среду

Рисунок 7 - Схема экспериментальной лабораторной установки

Результаты расчетов по проверке соответствия статистических характеристик случайного сигнала, формируемого датчиком случайных чисел, со статистическими характеристиками, полученными в ходе пассивного эксперимента, представлены в таблице 3.

Сравнение рассчитанных значений критериев с табличными показало, что математическое ожидание, дисперсия и скорость изменения моделируемых реализаций отличаются от экспериментальных реализаций несущественно, и, следовательно, нулевая гипотеза о соответствии экспериментальных реализаций моделируемым случайным сигналам верна.

Таблица 3 - Критерии оценки адекватности моделей измерительной информации

Канал Напряжение, Сила тока, У2(0 Соз угла сдвига фаз, 40 Вибрация, У4( 0 Температура, г5(0

1 2 3 4 5 6

Математическое ожидание, т0 384,479 1,63 0,836 77,441 64,044

Математическое ожидание Л (моделирование), я, 384,695 1,636 0,839 78,69 64,071

Критерий оценки адекватности расчетный, г 0,991 0,016 0,356 0,576 0,545

Критерий оценки адекватности табличный (Стьюдента), Гкр 2,447 4,033 2,716 4,033 2,447

1 2 3 4 5 6

Дисперсия, По 0,513 0,35 1,19-10'3 10,582 0,026

Дисперсия (моделирование случайного процесса), Ъ у 0,522 0,33 1Д9-10"3 10,07 0,029

Критерий Фишера расчетный, Р 1,018 1,06 1 1,051 1,029

Критерий Фишера ТаблИЧНЫЙ, /<табл 3,67 19,50 5,63 19,50 2,09

Третья глава посвящена синтезу алгоритмов диагностики. Разрабатываются алгоритмы диагностики, ориентированные на обработку высокочастотных сигналов (>100 герц), сигналов средней частоты (от 1 до 100 герц) и обработку низкочастотных сигналов с частотой меньше 1 герца.

Останов роторного о 6 орудованих при превышении кришче ских значений вибрации

средаечастотного канала обработки тформации

<г=г>

Рисунок 8 - Алгоритм диагностики высокочастотного канала обработки информации

Алгоритм состоит из следующих основных блоков: 1 - блок ввода первичной информации (типоразмеры подшипников); 2 - блок измерения виброускорения и частоты вращения ротора; 3 - блок фильтрации сигналов при помощи цифрового фильтра; 4 - Фурье преобразование полученных данных в спектр; 5, 6 - блоки сравнения частот дефектов с расчетными данными; 7, 8 - блоки вывода заключительной информации (блоки формирования отчетных форм).

В процессе эксплуатации в подшипниках развиваются дефекты, вызывающие появление в спектре вибраций дискретных составляющих, частоты которых определяются видом повреждения. Основные частоты вибраций возникают из-за повреждений элементов подшипников качения. На рисунке 8 в блоке 4 реализуется цифровая фильтрация, на рисунках 9,10 представлены данные до и после фильтрации.

Рисунок. 9 - Показания измерительного прибора без фильтра

Ашііі

79 •

5 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 частота. Гц

Рисунок 10 - Спектр вибрации подшипника отфильтрованный

На рисунке 10 очевидны периодические высокие пики, которые соответствуют по фигурности пикам на рисунке 9. Анализ формы сигнала высокочастотной вибрации, возбуждаемой ударным импульсом, показывает, что он весьма непродолжителен во времени (быстро затухает), а важнейшим показателем является отношение пикового значения к среднеквадратичному значению высокочастотной вибрации (величина пикфактора). Это позволяет обнаруживать, с одной стороны,

зарождающиеся дефекты смазки, при которых разрывы масляной пленки происходят редко и нерегулярно, и, с другой стороны, механические дефекты подшипника на нестабильных частотах вращения, причем, за короткое время, определяемое 2-3 оборотами ротора.

На рисунке 11 предоставлен алгоритм диагностики среднечастотного канала обработки информации по данным измерений параметров электрической энергии и расчету критерия эффективности.

При отсутствии дефекта расход оптимальный

г 7-1- д>^=ГН.-Т2І<ЗхіКн.с.

конец

Рисунок 11 - Алгоритм диагностики среднечастотного канала обработки информации

Алгоритм состоит из следующих основных блоков: 1 - блок ввода технических данных диагностируемого оборудования (номинальные параметры, ток, напряжение, мощность); 2 - блок измерения параметров электрической энергии (напряжения, тока, совф); 3 - блок, реализующий расчет потребляемой активной мощности;

4 - блок наличия дефектов; 5, 6, 7 - блоки реализации расчета критерия энергоэффективности, блока адаптации настроечных коэффициентов; 7 - блок вывода заключительной информации.

На рисунке 12 предоставлен алгоритм диагностики низкочастотного канала обработки информации по данным измерений температуры поверхностей диагностируемого оборудования и мероприятий по изменению температуры до оптимальных значений.

Рисунок 12 - Алгоритм диагностики низкочастотных каналов обработки информации

Алгоритм состоит из следующих основных блоков: 1 - блок расчета критерия эффективности; 2 - блок сравнения измеренной температуры с температурой минимальных значений сопротивления проводников (обмотки электромагнитной системы); 3 - блок управления температурой; 4 - блок вывода заключительной информации.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию алгоритма прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт. Исследованию алгоритмов диагностики и прогноза эффективности работы автоматизированного рабочего места. Разработке программного обеспечения и визуализации протекающих процессов. Появляющиеся дефекты и неисправности, а также износ и старение оборудования, I вызывающие появление дополнительных потерь энергии, выявляются системой. Выводится сигнал о необходимости принятия мер по их устранению. Например, путем вывода оборудования в ремонт, переключения на резервный источник питания либо резервное оборудование.

На рисунке 13 представлен алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт по данным расчета критерия эффективности и сравнения стоимости работ на проведение ремонтных мероприятий по устранению выявленных дефектов со стоимостью оплаты повышенных потерь, зависящих от развивающихся дефектов.

Алгоритм состоит из следующих основных блоков: 1 - блок ввода данных о стоимости ремонтных работ и тарифа на электрическую энергию; 2 - блок расчета критерия энергоэффективности; 3 - блок расчета стоимости повышенных потерь, зависящих от дефекта; 4 - блок сравнения стоимости оплаты повышенных потерь (сХ^) с разницей между стоимостью ремонтных работ и стоимостью оплаты повышенных потерь электрической энергии (Ас); 5, 6, 7 - блоки формирования отчетных форм.

Рисунок 13 - Алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт

Разработанное программное обеспечение состоит из: пакета прикладных программ настройки модулей стенда, пакета прикладных программ оптимизации каналов диагностики и пакета прикладных программ по контролю и снижению расхода и потерь электрической энергии. Данные программные модули установлены на ЭВМ, предназначенном для визуализации процессов изменения измерительной информации, поступающей с первичных преобразователей к цифровому интерфейсу. Для отображения данных в реальном времени на ЭВМ в интегрированной среде разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами отечественного производства Trace Mode создано автоматизированное рабочее место и пакет прикладных программ для обеспечения его работы. В рамках проводимых исследований получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

По уравнению (1) рассчитываем потери электроэнергии при наличии дефекта і подшипнике. Расходы электроэнергии за 10 суток работы роторного оборудования изображены на рисунке 14.

О 20 40 60 80 100 120 1-Ю 160 180 200 220 240

Время, с

Рисунок 14 - Потери электрической энергии при наличии дефектов тел качения в подшипнике

Нижняя кривая рисунка 14 соответствует величине потерь электроэнергии ;а первые сутки, верхняя кривая - величине потерь на десятые сутки, соответственно. За первые сутки величина развивающихся дефектов невелика и составляет юрядка 50 кВтч. На вторые сутки потери возрастают пропорционально степени развития дефекта и составляют порядка 100 кВт'Ч. Далее кривые в последующие ¡утки приобретают более явные пики и минимумы, что связано с неоднозначным проявлением влияния имеющихся дефектов на изменение потерь электрической энергии. Минимальные значения связаны с некоторой прокаткой возникающих дефектов, а затем максимумы с более активным их развитием.

Визуализация работы синтезированных алгоритмов диагностики и прогноза

Рисунок 15 - Прогноз времени вывода роторного оборудования на ремонт

На рисунке: с\У - стоимость оплаты повышенных потерь электрической энергии, руб; Дс - разница между стоимостью ремонтных работ и стоимостью оплаты повышенных потерь электрической энергии (зависящих от дефектов), руб.

Анализ результатов моделирования позволяет сделать вывод о том, что прогноз оптимального времени проведения работ по устранению дефекта подшипника качения является 48 суток работы роторного оборудования с момента возникновения дефекта.

Программный комплекс предназначен для исследования потерь электрической энергии при эксплуатации роторного оборудования, зависящих от дефектов роторного оборудования на опасных энергетических и промышленных объектах. Он позволяет: осуществлять оптимизацию расхода электрической энергии; проводить экспериментальное сопоставление влияния различных дефектов на потери электроэнергии; моделировать своевременное обнаружение признаков возникновения предаварийных ситуаций на опасных энергетических и промышленных объектах; вырабатывать рекомендации по своевременным ремонтным работам на опасных энергетических и промышленных объектах; свободно управлять модулями, окнами и основным меню.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований в работе получены следующие результаты:

1. Разработана классификация дефектов по воздействию на энергоэффективность роторного электрооборудования, которая позволила объединить дефекты с энергопотерями и сформулировать критерий энергоэффекгивности. Классификация позволяет взглянуть по новому на проблему управления ремонтами по энергопотреблению как по важному диагностическому признаку состояния объекта;

2. Предложен критерий энергоэффективности работы энергетического оборудования, отличающийся от известных учетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов. Показано, что в качестве диагностического признака можно эффективно использовать действующее значение тока, которое несет важную диагностическую информацию о потерях электроэнергии дефектного объекта;

3. Разработаны новые алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования, отличающиеся от известных определением в реальном масштабе времени дефектов и расчетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов;

4. Разработан новый алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт, отличающийся от известных наличием контроля за изменением потерь электрической энергии, зависящих от дефектов, и позволяющий планировать ремонтные работы на основе энергоэффективности роторного оборудования;

5. Разработан пакет прикладных программ для визуализации измеряемых трендов автоматизированного рабочего места энергетика, оптимизации эксплуатационных затрат при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии, применение которого повышает эффективность управления роторным оборудованием (получено свидетельство о государственной регистрации разработанного программного обеспечения в государственном Реестре программ для ЭВМ № 2012617022 от б августа 2012 г.).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные труды в журналах из перечня ВАК РФ

1. Курьяиов В.Н., Курьянова Е.В. Информационно-измерительная система энергоэффективности вращающихся механизмов // Энергетик, ежемесячный производственно-массовый журнал, № 7 / Москва, 2012.-е. 23-26.

2. Шевчук В.П., Комиссарова Д.В., Курьянов В.Н. Погрешности обработки информации виброакустического измерительного канала // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. № 6 (79) / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - с. 84-87.

3. Шевчук В.П., Бельчанская E.H., Курьянов В.Н. Алгоритм диагностики роторного оборудования автоматизированного рабочего места энергетика // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. № 10 (97) / ВолгГТУ. - Волгоград, 2012. - с 139-143.

Научные труды в других изданиях

4. Курьянов В.Н. Программный комплекс оптимизации затрат на эксплуатацию роторного оборудования по потерям электрической энергии оборудования «РОПОТ» // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617022, зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 6 августа 2012 / Авторы: Шевчук В.П, Курьянов В.Н., Лупачев A.A., Хлынова О.В.

5. Курьянов В.Н., Курьянова Е.В. Информационно-измерительная система диагностики энергоэффективности роторного оборудования // Восемнадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика», г. Москва, МЭИ 2012. - с. 6-7.

6. Шевчук В.П., Курьянов В.Н. Информационно-измерительная система для диагностики биений роторных машин // Семнадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика», г. Москва, МЭИ 2011. - с. 466-467.

7. Курьянов В.Н., Курьянова Е.В. Планирование ремонтов роторного оборудования по показаниям измерительной системы контроля расхода и потерь электрической энергии // IX Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление»: Сборник материалов. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - Т. 2. - с. 5-7.

8. Курьянов В.Н., Курьянова Е.В. Информационно-измерительная система энергоэффективности роторного оборудования // Межрегиональная научно-практическая конференция «Моделирование и создание объектов энерго- и ресурсосберегающих технологий», филиал МЭИ в г. Волжском, 2011 - с. 66-70.

9. Курьянов В.Н. Комиссарова Д.В. Моделирование переходных процессов в виброаккустическом измерительном канале // Семнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского, филиал МЭИ в г. Волжском, 2011 - с. 39-41.

Ю.Курьянов В.Н. Измерительная система диагностики биений ротора // Ре-сурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов. Третья всероссийская научно-практическая конференция, г. Волжский, МЭИ, 2010.-е. 41-43.

11. Кезина А.В., Курьянов В.Н. Моделирование метрологических характеристик программно-аппаратного счетчика электрической энергии // Семнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского. - Филиал МЭИ в г. Волжском, 2011 - с. 259-263.

12. Курьянов В.Н. Комиссарова Д.В. Анализ методов неразрушающего контроля промышленных объектов // Межрегиональная научно-практическая конференция «Моделирование и создание объектов энергоресурсо-сберегающих технологий». - Филиал МЭИ в г. Волжском, 2009 - с. 168-171.

13. Курьянов В.Н. Постановка задачи измерения параметров ветросолнеч-ной электростанции // Пятнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского. - МЭИ, 2009 - с. 29-30.

14. Терентьев Г.Ф. Курьянов В.Н. Некоторые вопросы вибродиагностики электротехнического оборудования // IX межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского. - ВГШ, 2003.

15. Курьянов В.Н. Нежильская Е.В. Обслуживание оборудования по фактическому состоянию // Материалы научно-практической конференции «Философия жизни волжан». - Волжский: Филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2003.

Подписано в печать 22.11.2012. Формат 60x841/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №419.

Филиал ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском 404110, г. Волжский, пр. Ленина, 69

Введение.

1 Анализ систем контроля и диагностики роторного оборудования.

1.1 Анализ методов диагностики и мониторинга роторного оборудования.

1.2 Анализ систем диагностирования промышленных энергоустановок.

1.2.1 Анализ технических средств диагностики.

1.3 Анализ методов определения эффективности работы оборудования.

1.4 Выводы и постановка задач исследования.

2 Исследование моделей развития дефектов.

2.1 Экспериментальные исследования моделей развития дефектов.

2.2 Модели измерительной информации.

2.3 Проверка адекватности моделей измерительной информации.

2.4 Выводы и обсуждение результатов.

3 Разработка и исследование алгоритмов диагностики.

3.1 Выбор моделей метрологических характеристик автоматизированного рабочего места.

3.2 Математическая модель ошибок прогноза энергоэффективности.

3.3 Оптимизация параметров настройки автоматизированного рабочего места.

3.4 Алгоритм диагностики высокочастотного канала обработки информации.

3.5 Алгоритм диагностики среднечастотного канала обработки информации.

3.6 Алгоритм диагностики низкочастотного канала обработки информации.

3.7 Выводы и обсуждение результатов.

4 Исследование алгоритмов диагностики и прогноза эффективности.

4.1 Алгоритм прогноза времени вывода оборудования на ремонт.

4.2 Исследование алгоритма прогноза времени вывода оборудования на ремонт.

4.3 Программный модуль имитации диагностических сигналов.

4.4 Программный модуль для количественной оценки потерь.

4.5 Выводы и обсуждение результатов.

Актуальность работы. К роторному оборудованию относятся множество видов и типов электрических машин, имеющих вал (ротор), который вращается с заданной скоростью. Такие машины нашли широкое применение практически в каждой отрасли промышленности. Без роторного оборудования немыслима выработка электроэнергии традиционными способами на таких станциях, как АЭС, ГЭС, ТЭЦ, основным оборудованием которых являются мощные турбинные агрегаты и генераторы. Современное производство предъявляет чрезвычайно высокие требования к качеству и работоспособности роторных машин. Возрастающая стоимость энергоносителей диктует создание современного оборудования. Один из главных путей повышения энергоэффективности эксплуатации роторного оборудования - это внедрение эффективных способов контроля и управления энергопотреблением, в основу которого закладываются современные информационно-измерительные системы.

В роторном оборудовании основным приводным элементом является электродвигатель. Следует отметить, что изменение мощности электродвигателя зависит от технического состояния приводимого оборудования и самого электродвигателя, то есть энергопотребление функционально зависит от степени изношенности и дефектов приводимого оборудования (редукторов, насосов, вентиляторов и др.), а также от степени дефектов в узлах самого электродвигателя (подшипниках, электромеханической и электромагнитной системе). Существует оборудование с прецизионной обработкой материалов, где выдерживается высокая точность работы механизмов, и появление даже маленьких дефектов, и, как следствие, вибраций, может привести к браку продукции.

На таких производствах дефектные узлы немедленно ремонтируют или заменяют на новые. Основная масса оборудования на производствах работает с достаточно большими дефектами, вибрациями и часто не ремонтируется до 4 поломки. Например, насосные агрегаты или оборудование, установленное в труднодоступных местах, - вентиляционные установки. Существующие экспертные системы диагностики позволяют решать лишь часть задач эксплуатирующего персонала. Как правило, решаются задачи определения вида неисправности и рекомендуются временные отрезки по дальнейшей работе. При этом вопрос об изменении структуры потребления электроэнергии и энергоэффективности оборудования в целом остается открытым или даже не задаваемым, но очень актуальным в настоящее время.

Проблемами диагностики и анализа энергоэффективности роторного оборудования занимались и продолжают заниматься. Однако сферы исследований разделены либо вопросами поиска дефектов: Клюев В.В., Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю., Бойченко С.Н., Дуросов В.М., Коренякин В.Н., Костюков В.Н., либо исследованиями в области оценки и расчета потерь в оборудовании: Вагин Г.Я., Воротницкий В.Э., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Иванов B.C., Казанцев В.Н., Кордюков Е.И., Кузнецов В.Г., Курбатский В.Г., Кучумов JI.A., Пекелис В.Г.

Все это указывает на важность исследования и необходимость совершенствования методов диагностики и прогнозирования состояния оборудования по вибрационным параметрам для своевременного устранения неисправностей и получения экономического эффекта за счет снижения потребления электроэнергии оборудованием. А также позволяет персоналу, эксплуатирующему оборудование, не только своевременно принимать необходимые решения по выводу оборудования в ремонт, но и владеть оперативной информацией о наиболее экономичных режимах работы оборудования, обеспечивающих рациональное использование электроэнергии.

Целью работы является повышение эффективности управления роторным оборудованием.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов диагностики дефектов и их влияния на эффективность функционирования роторного оборудования;

2. Выбрать и исследовать критерий оценки оптимального времени вывода роторного оборудования на ремонт;

3. Разработать алгоритмы диагностики по основным параметрам, определяющим эффективность работы роторного оборудования;

4. Разработать алгоритм прогноза времени вывода оборудования на ремонт.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы теории случайных функций, математического и имитационного моделирования, теория автоматического управления, теории планирования эксперимента и теории принятия решений.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложен критерий энергоэффективности функционирования роторного оборудования, отличающийся от известных учетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [75, 81];

2. Получены модели измерительной информации, по которым целесообразно проводить диагностику, отличающиеся от известных учетом развивающихся дефектов [76, 79, 80];

3. Предложены алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования, отличающиеся от известных определением в реальном масштабе времени дефектов и расчетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [76, 77];

4. Предложен алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт, отличающийся от известных наличием контроля за изменением потерь электрической энергии, зависящих от дефектов [77].

Практическая значимость работы.

Основные результаты диссертационного исследования, имеющие практическую значимость, заключаются в следующем:

1. Разработан пакет прикладных программ для оптимизации затрат на эксплуатацию при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ№ 2012617022 от 6 августа 2012 г.) [78, 81, 82];

2. Разработан пакет прикладных программ для визуализации измеряемых трендов автоматизированного рабочего места энергетика для диагностики роторного оборудования [79, 84];

3. Предложена классификация дефектов по воздействию на энергоэффективность роторного электрооборудования [75];

4. Разработана экспериментальная установка в составе информационно-измерительной системы для диагностики роторного оборудования, оптимизации затрат на эксплуатацию при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии, которая используется на кафедре «Автоматизация технологических процессов и производств» филиала МЭИ в г. Волжский [79, 84, 85]. Получен эффект от внедрения в виде снижения потерь электроэнергии на 20 %.

Положения, выносимые на защиту.

1. Критерий энергоэффективности функционирования роторного оборудования;

2. Модели измерительной информации, по которым целесообразно проводить диагностику;

3. Алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования при помощи высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных сигналов;

4. Алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт.

Соответствие паспорту научной специальности. Указанная область исследований соответствует специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации в энергетике, а именно: пункту 3 -«Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», пункту 4 - «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», пункту 6 - «Методы идентификации систем управления на основе ретроспективной, текущей и экспертной информации», пункту 7 - «Методы и алгоритмы структурно-параметрического синтеза и идентификации сложных систем».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XV Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Волжский, 2009); Межрегиональной конференции «Моделирование и создание объектов энергосберегающих технологий» (г. Волжский, 2009); XVI Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Волжский, 2010); Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (г. Волжский, 2010); Семнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2011); Восемнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2012).

Внедрение результатов работы. Все разработанные алгоритмы, методики диагностики и экспериментальная установка используются филиалом МЭИ в г. Волжском для проведения лабораторных занятий по дисциплинам «Технические средства автоматизации», «Проектирование автоматизированных систем», «Диагностика и надёжность автоматизированных систем». Автоматизированное рабочее место энергетика используется на полигоне возобновляемых источников энергии филиала МЭИ в г. Волжском.

Достоверность результатов исследований подтверждена методом имитационного моделирования и результатами экспериментов. Эксперименты по исследованию влияния дефектов подшипников на изменение расхода электрической энергии, потребляемого роторным оборудованием, проводились на ОАО «Волжский подшипниковый завод». Эксперименты по проверке работоспособности алгоритмов диагностики проводились на экспериментальной установке, созданной специально для этих целей.

Публикации. Всего по теме диссертационной работы опубликовано 15 работ в научных журналах и сборниках трудов международных, межрегиональных и межвузовских конференций, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, общим объемом 168 страниц, 99 рисунков, 6 таблиц, 102 наименования источника литературы, 5 приложений.

4.5 Выводы и обсуязденне результатов

Синтезирован алгоритм прогноза времени вывода оборудования на ремонт.

Проведя сравнительный анализ рассмотренных на рисунках 4.3- 4.10 прогнозов эффективности работы роторного оборудования при различных дефектах можно сделать вывод о работоспособности данной системы.

Исследуя алгоритмы диагностики и прогноза эффективности работы роторного оборудования создано автоматизированное рабочее место и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ [78].

В отличие от существующих систем автоматизированное рабочее место определяя неисправность роторного оборудования рассчитывает потери электроэнергии от конкретных дефектов. В случае не кризисного развития дефектов АРМ ДРО «РОПОТ» позволяет спланировать экономически целесообразные сроки проведения ремонтных работ.

Программный комплекс предназначен для исследования потерь электрической энергии при эксплуатации роторного оборудования, зависящих от дефектов роторного оборудования на опасных энергетических и промышленных объектах. Он позволяет: осуществлять оптимизацию расхода электрической энергии; проводить экспериментальное сопоставление влияния различных дефектов на потери электроэнергии; моделировать своевременное обнаружение признаков возникновения предаварийных ситуаций на опасных энергетических и промышленных

153 объектах; вырабатывать рекомендации по своевременным ремонтным работам на опасных энергетических и промышленных объектах; свободно управлять модулями, окнами и основным меню.

Анализ прогнозных данных показывает, что экономически эффективно производить ремонтные работы в период от 7 до 80 дней с момента возникновения либо обнаружения дефектов.

Применение АРМ ДРО позволяет исключить возникновение аварийных ситуаций из за возможности своевременного отключения оборудования при сильных дефектах и оповещения обслуживающего персонала. Продолжение эксплуатации оборудования некоторое объективное время при небольших и средних дефектах, когда стоимость ремонтных работ суммарно не превышает стоимость потерь от наличия развивающихся дефектов.

Применяя данную систему, получен своевременный контроль за параметрами роторного оборудования и возможность оперативного влияния на развитие любых отклонений от нормальных режимов работы технологического процесса.

Кроме того, получен экономический эффект от выявления дефектов после проведения ремонтных работ.

Заключение

Анализ работы роторного оборудования показал, что энергоэффективность зависит от показателей вибрации (наличия дефектов оборудования), количества потребляемой электроэнергии и температуры нагрева изоляции двигателя. Важность рассматриваемых методов неразрушающего контроля в системах диагностирования заключается в том, что они позволяют оценивать состояние электрооборудования роторного типа на различных стадиях его активного существования и как следствие влиять на качество производимого им конечного продукта или совершаемой работы с максимально экономичными параметрами по расходу электроэнергии. Существующие экспертные системы диагностики позволяют решать лишь часть задач эксплуатирующего персонала. Как правило, решаются задачи определения вида неисправности, при этом вопрос об изменении структуры потребления электроэнергии и энергоэффективности оборудования в целом остается открытым или даже не задаваемым, но очень актуальным в настоящее время.

Разработана классификация дефектов по воздействию на энергоэффективность роторного электрооборудования. Классификация позволяет объединить дефекты с энергопотерями и сформулировать критерий энергоэффективности. Предложен критерий энергоэффективности работы энергетического оборудования, отличающийся от известных учетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов. Показано, что в качестве диагностического признака можно эффективно использовать действующее значение тока.

Экспериментальные исследования, проведенные в главе 2.2, показали, что расход электрической энергии, потребляемый электроприводом, изменяется в процессе развития дефекта [75], что позволяет сделать вывод о том, что расход электроэнергии можно использовать для прогноза развития дефекта.

В главе 3 определена структура АРМ. Синтезированы новые алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования, отличающиеся от известных определением в реальном масштабе времени дефектов и расчетом потерь электрической энергии, зависящих от дефектов. Разработан новый алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт, отличающийся от известных наличием контроля за изменением потерь электрической энергии, зависящих от дефектов, и позволяющий планировать ремонтные работы на основе энергоэффективности роторного оборудования.

Проведен сравнительный анализ прогнозов эффективности работы роторного оборудования при различных дефектах, в результате которого можно сделать вывод о работоспособности данной системы. Исследуя алгоритмы диагностики и прогноза эффективности работы роторного оборудования разработан пакет прикладных программ по оптимизации эксплуатационных затрат при обнаружении дефектов и оценки их влияния на потери электрической энергии. Применение автоматизированного рабочего места повышает эффективность управления роторным оборудованием, получено свидетельство[78] о государственной регистрации разработанного программного обеспечения в государственном Реестре программ для ЭВМ.

Таким образом, на защиту выносятся:

1. Критерий энергоэффективности функционирования роторного оборудования;

2. Модели измерительной информации, по которым целесообразно проводить диагностику;

3. Алгоритмы диагностики эффективности функционирования роторного оборудования при помощи высокочастотных, среднечастотных и низкочастотных сигналов;

4. Алгоритм прогноза времени вывода роторного оборудования на ремонт.

1. Клюев B.B. Технические средства диагностирования: Справочник / В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989. - 672с.

2. Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учебное пособие . СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000,- 159с.

3. Баркова H.A. Введение в вибродиагностическую диагностику роторных машин и оборудования: Учебное пособие. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2003,- 160с.

4. Биргер, И.А. Техническая диагностика Текст./ И.А. Биргер М.: Машиностроение, 1978.- 239с.

5. Алексеев Б.А., Мамиконянц Л.Г., Шакарян Ю.Г. «Проблемы продления эксплуатации основного электрооборудования энергосистем, отработавшего определенный стандартами срок работы». Известия Академии наук. Энергетика, 2001, № 3.

6. Кузьминов A.C. Эффективность энергетики России и сотрудничество с МЭА, ж. «Энергия», №4, 2011г., с.38-42.

7. Григорьев A.B., Константинов А.Г., Осотов В.Н., Кожевникова Т.Н., Петрищев Л.С., Самородов Ю.Н., Ямпольский Д.А. Совершенствование системы диагностики турбогенераторов в Свердловэнерго. Электрические станции, 1997, № 6.

8. Зинаков В.Е., Цырлин А.Л., Яковлев В.А. Вибродиагностика скрытых дефектов работающих генераторов Энергетик, 2001, № 5.157

9. Болдырев И. А. Информационно-измерительная система для управления процессом абсорбции // дис. . канд. техн. наук: 05.11.16 -МЭИ, 2010.- 150 с.

10. Переяслов В.Ю. Информационно-измерительная система для определения параметров состояния статоров турбогенераторов // дис. канд. техн. наук: 05.11.16-ВолгГТУ, 2006.-197 с.

11. Лясин Д.Н. Параметрический синтез информационно измерительных систем с мультипликативным взаимодействием измерительных каналов: дис. канд техн. наук: 05.11.16; ВолгГТУ. - Волгоград, 2001.116 с.

12. Данилов С.И. Параметрический синтез измерительных каналов вNавтоматизированной системе управления технологическим процессом: Дис. канд. техн. наук: 05.11.16; ВолгГТУ. Волгоград, 2000. - 146 с.

13. Цветков Э. И. Основы математической метрологии. СПб.: Политехника, 2005. - 510 е.: ил.

14. Цветков Э. И. Методы электрических измерений. Л: Энергоатомиздат, 1992. - 320 с.

15. Цветков Э. И. Основы теории статистических измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 254 с.

16. Костюков В.Н., Науменко А.П. Система контроля технического состояния машин возвратно-поступательного действия. Контроль. Диагностика, 2007 № 3, с. 50-58.

17. Шевчук В.П. Моделирование метрологических характеристик интеллектуальных измерительных приборов и систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011, 320 с.

18. Железко Ю.С., Артемьев A.B., Савченко О.В. Расчет, Анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003, — 280 е.: ил.

19. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко. М.: ЭНАС, 2009. - 456 е.: ил.

20. Капля Е.В., Кузеванов B.C., Шевчук В.П. Моделирование процессов управления в интеллектуальных измерительных системах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009, 512с.

21. Шевчук В.П. Расчет динамических погрешностей интеллектуальных измерительных систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, 288 с.

22. Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учебное пособие . СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000,-159с.

23. Баркова H.A. Введение в вибродиагностическую диагностику роторных машин и оборудования: Учебное пособие. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2003, -160с.

24. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1998.-574 с.

25. Башарин A.B., Лозовой Л.Н., Чернышева Т.А., Аппроксимация нелинейных характеристик систем автоматического управленияметодом модифицированных полиномов // Электромеханика, 1980, № 12, с. 1303-1307.

26. Бухгольц Р., Давыдов В.Г., Ярмийчук В.Д. Некоторые вопросы методики решения задач управления многомерными системами на цифроаналоговом комплексе // Сб. Теория, математическое обеспечение и применение неоднородных вычислительных систем. МДНТПб 1973.

27. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. «Энергия» Д., 1968. 575 с.

28. ГОСТ 30583-98. Энергосбережение. Методика определения полной энергоемкости продукции, работ, услуг. М.: 1998.

29. ГОСТ Р 51380-99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности. -М.: 1999.

30. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению.

31. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

32. РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. -Введ. 2001-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 2001.-44 с.

33. ГОСТ 27322-87 Энергобаланс промышленного предприятия. Общие положения. М.: Госстандарт. 1987. 12 с.

34. Васильев П.Д., Халупняк В.А., Терентьев Г.Ф. Концепция энергетического инжиниринга ТЭС. Энергосбережение в Поволжье, ежеквартальный научно-технический журнал, выпуск 4 (12), г. Ульяновск, 2000.

35. Волченков Е. Стандартизация пользовательского интерфейса. Открытые системы. 2002, № 4 http://www.osp.ru/os/2002/04/l 81312/

36. Стандарт ассоциации «Системы мониторинга агрегатов опасных производственных объектов. Общие технические требования» (CA 03002-05). Серия 03/Колл. Авт. М.: Издательство «Компрессорная и химическая техника», 2005. - 42 с.

37. Костюков В.Н.; Бойченко С.Н.; Костюков A.B. Патент № 2103668 от 27.01.1998

38. Уайт Г.Д. Основы анализа данных и поиска неисправностей: Пер. с англ. Электронный ресурс. / по материалам DLI Engineering Corporation, http: // www.vibration.ru / osn analizai.shtml.

39. Русов B.A. Спектральная вибродиагностика. Пермь, 1996.

40. Программы «Калькулятор частот зубчатых передач», «Калькулятор частот подшипников качения» Электронный ресурс. / Замарев К.С. http: // www.vibration.ru / zamarev / calc.shtml.

41. Техническая диагностика подшипников качения. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 2002, № 3.

42. Метрология и электроизмерительная техника: учебное пособие по курсу «Электрические измерения» Текст. В.И. Диденко, И.Н. Желбаков, В.Ю. Кончаловский, В.А. Панфилов; под. ред. В.Н. Малиновского. М.: изд-во МЭИ. - 1991. - 80 е.: ил.

43. Кузнецов Е.П. Управление энергосбережением. Ч. 1. Совершенствование организации управления энергосбережением. -СПб.: ПЭИПК, 2007. 78 с.

44. Кузнецов Е.П. Управление энергосбережением. Ч. 2. Классификационный стандарт энергосбережения. СПб.: ПЭИПК, 2007. - 32 с.

45. Кузнецов Е.П. Управление энергосбережением. Ч. 3. Анализ и оценка резервов энергосбережения. СПб.: ПЭИПК, 2007. - 139 с.

46. Кузьминов A.C. Эффективность энергетики России и сотрудничество с МЭА, ж. «Энергия», №4, 2011г., с. 38-42.

47. Колмановский В.Б., Афанасьев В.Н., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1998.-574 с.

48. Башарин A.B., Лозовой Л.Н., Чернышева Т.А., Аппроксимация нелинейных характеристик систем автоматического управления методом модифицированных полиномов // Электромеханика, 1980, № 12, с. 303-307.

49. Бухгольц Р., Давыдов В.Г., Ярмийчук В.Д. Некоторые вопросы методики решения задач управления многомерными системами на цифроаналоговом комплексе // Сб. Теория, математическое обеспечение и применение неоднородных вычислительных систем. МДНТПб 1973.

50. Глебов И.А. Научные основы проектирования систем возбуждения мощных синхронных машин. Л.: Наука. Ленинград, отд-ние АН СССР, 1988.-332 с.

51. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Заборовский B.C. Вычислительные методы синтеза систем автоматического управления. JL: ЛГУ им. А.А.Жданова, 1989. 232 с.

52. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Вычислительная математика и теория управления. СПб, изд. СПбГТУ. 1996. 170 с

53. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Теория автоматического управления. СПб, изд. Политехнического университета, 2006. 316 с.

54. Красовский H.H. Некоторые задачи теории устойчивости движения. М.: Физматиз, 1959.

55. Кривченко Г.И. Автоматическое регулирование гидротурбин. М.: Энергия, 1964.-288с.

56. Нейман JI.P., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Т.2. Л.: Энергия, 1981.62.0сновы оптимального управления. Под редакцией В.Ф. Кротова. М.: Высш. шк., 1990. 430 с.

57. Первозванский A.A. Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1986,616 с.

58. Пугачев В. С. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. М.: Наука, 1962. 883 с.

59. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. М.: Наука, 2002. 320 с.бб.Чемоданов Б.К. Математические основы теории автоматического регулирования. М.: Наука, 1980. 650 с.

60. Шашихин В.Н. Теория автоматического управления. Методы декомпозиции, агрегирования и координации. Учеб. пособие. СПб: изд-во Политехнического университета, 2004. 166 с.

61. Шевчук В.П., Капля В.И., Желтоногов А.П., Лясин Д.Н. Метрология интеллектуальных измерительных систем: Монография / ВолгГТУ, Волгоград, 2005.-210 с.

62. Ротач В.Я., Кузищин В.Ф. Автоматизация настройки систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1984.-391 с.

63. Грундулис А. О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. Москва, Агропромиздат, 1988 г.

64. Кацман М. М. Электрические машины. Москва, Высшая шк., 2000 г.

65. Брускин А. Э. и др. Электрические машины и микромашины. Москва, Высшая школа, 2001 г.

66. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники. Москва, Высшая школа, 2000 г.

67. Курьянов В.Н., Курьянова Е.В. Информационно-измерительная система энергоэффективности вращающихся механизмов // Энергетик, ежемесячный производственно-массовый журнал, № 7 / Москва, 2012. с. 23-26.

68. Курьянов В.Н. Комиссарова Д.В. Моделирование переходных процессов в виброаккустическом измерительном канале //

69. Семнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского, филиал МЭИ в г. Волжском, 2011 с. 39-41.

70. Курьянов В.Н. Измерительная система диагностики биений ротора // Ресурсо энергосбережение и эколого - энергетическая безопасность промышленных городов. Третья всероссийская научно-практическая конференция, г. Волжский, МЭИ 2010 - с. 41-43.

71. Курьянов В.Н. Комиссарова Д.В. Анализ методов неразрушающего контроля промышленных объектов // Межрегиональная научно-практическая конференция «Моделирование и создание объектов энергоресурсо-сберегающих технологий», МЭИ г. Волжский. 2009 с. 168-171.

72. Курьянов В.Н. Постановка задачи измерения параметров ветросолнечной электростанции // Пятнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г. Волжского. МЭИ 2009 с. 29-30.

73. Терентьев Г.Ф. Курьянов В.Н. Некоторые вопросы вибродиагностики электротехнического оборудования // IX межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов г.Волжского. ВПИ. 2003.

74. Курьянов В.Н. Нежильская Е.В. Обслуживание оборудования по фактическому состоянию // Материалы научно-практической конференции «Философия жизни Волжан». Волжский: Филиал ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2003.

75. Миф, Н.П. Оптимизация точности измерений в производстве. М.: Издательство стандартов, 1991. - 136 с.

76. Кузнецов Б.Ф., Пинхусович Р.Л. Минимизация динамической погрешности измерительных преобразователей // Измерительная техника. 2004. - № 1. с. 12-14.

77. МИ 2233-2000 Государственная система обеспечения единства измерений. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Основные положения. -Введ. 2000-0101. М.: Изд-во стандартов, 2000. - 3 с.

78. Электрические измерения / P.M. Демидова-Панферова, В.Н. Малиновский, B.C. Попов и др.; Под ред. В.Н. Малиновского. М.: Энергоиздат, 1982. - 392 е., ил.

79. Hessling Jan Peter, Mannikoff Anders Dynamic Measurement Uncertainty Of HV Voltage Dividers // XIXIMEKO World Congress. Fundamental and Applied Metrology. Lisbon, Portugal, September 6-11 2009.

80. WH0802C 8x2 character Winstar Professional LCD module manufacture Data Sheet. URL: http://www.winstar.com.tw/ productsdetailov.php? lang=ru&ProID=13.

81. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / И. В. Петров; под ред. проф, В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 е.: ил.

82. Интегрированная информационная система для управления промышленным производством TRACE MODE / AdAstra. URL: http://www.adastra.ru.

83. РД 153-34.0-11.201-97 Методика определения обобщенных метрологических характеристик измерительных каналов ИИС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам агрегатных средств измерений. Введ. 1999-02-01. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 16 с.

84. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио, 1978. - 296 с.

85. ЮО.Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» № 261 -ФЗ от 23.11.2009

86. Рендалл Р.Б., Частотный анализ Текст. / Р.Б. Ренделл Глоструп: Изд-во Брюль и Къер, 1989. - 159с.: ил.

87. Бендат Д., Применение корреляционного и спектрального анализа Текст./ Д. Бендат, А. Пирсол М.: Мир, 1982. - 362с.