EA018522B1

EA018522B1 - Способ мониторинга технического состояния компрессорного агрегата

Info

Publication number: EA018522B1
Application number: EA201100236A
Authority: EA
Inventors: Тельман Аббас Оглы Алиев; Гамбар Агаверди Оглы Гулиев; Фахрад Гейдар Оглы Пашаев; Асиф Гаджи Оглы Рзаев
Original assignee: Тельман Аббас Оглы Алиев; Гамбар Агаверди Оглы Гулиев; Фахрад Гейдар Оглы Пашаев; Асиф Гаджи Оглы Рзаев
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2013-08-30
Also published as: EA201100236A1

Abstract

Изобретение относится к информационно-измерительным системам, а именно к способам диагностики технического состояния объектов, в частности компрессорных агрегатов, с целью предупреждения их аварийности при эксплуатации. Сущность изобретения состоит в способе мониторинга технического состояния компрессорных агрегатов. Способ включает сбор измерительной информации, ее обработку методами спектрального и статистического анализа, выработку параметров идентификации и оценок их значений. В качестве параметров используют информативные признаки статистического анализа: оценки дисперсии помехи Dε; оценки взаимно корреляционных функций между помехой и полезным сигналом Rε(μ); оценки взаимно корреляционных функций между полезными сигналами R(μ),полученных от различных датчиков, коэффициента корреляции rε и спектральные оценки реального сигнала a, b. При отклонении от нулевого значения хотя бы одной из оценок параметров статистического анализа устанавливают начало периода зарождения дефекта. Отклонение значений оценок a, bспектрального анализа от эталонных также означает переход объекта в аварийное состояние. Эксплуатация системы в течение трех лет в соответствии с заявляемым способом мониторинга подтвердила эффективность заявляемого способа.

Description

Изобретение относится к информационно-измерительным системам, а именно к способам диагностики технического состояния объектов, в частности компрессорных агрегатов, с целью предупреждения их аварийности при эксплуатации.

Известен [1] способ диагностики механизмов по изменению интенсивности основных виброакустических источников. Колебания, регистрируемые виброакустическим датчиком, установленным в контрольной точке, представляют собой, согласно способу, суперпозицию колебаний от различных виброакустических источников. Каждый виброакустический источник имеет свой спектр, который выделяют из общего и для оценки его интенсивности определяют суммарный уровень. Интенсивность виброакустических источников определяется мощностью возбуждения, которая зависит от конструктивных параметров составных частей компрессорного или насосного агрегата и от их расположения, от технологических дефектов, от технического состояния их кинематических пар и элементов проточной части, режима работы и точки измерения параметров виброакустических сигналов. Конструктивные параметры и дефекты составных частей агрегата влияют не только на уровень вибрации, но и на перераспределение энергии между различными частями составляющих спектра. Способ оценки интенсивности основных виброакустических источников заключается в установлении для них интегральных характеристик, которые позволяют представить информацию в сжатом виде. Эти характеристики определяют при обработке усредненного (или мгновенного, максимального) узкополосного спектра виброакустических сигналов от датчиков, установленных в наиболее информативных контрольных точках. Способ предназначен для плановопериодического мониторинга оборудования, при котором для принятия решения все полученные характеристики сравниваются с базовыми. Способ позволяет определить возникшие дефекты на определенных узлах механизма, однако он не оперативен, а методика определения характеристик достаточно трудоемкая.

Наиболее близким к заявляемому является известный [2] способ вибромониторинга и вибродиагностики центробежных компрессоров. Он осуществляется системой компьютерного мониторинга КОМПАКС® посредством датчиков абсолютной и относительной вибрации, установленных соответственно снаружи - на корпусе каждого подшипника компрессора и внутри - над валом ротора во взаимоперпендикулярных направлениях для измерения и контроля радиальных перемещений и осевого сдвига вала. Способ, используя спектральный метод анализа вибросигнала, позволяет диагностировать техническое состояние и режимы работы компрессоров. Непрерывная вибродиагностика и мониторинг технического состояния агрегатов позволяют оперативно обнаружить дефект, что приводит к положительным результатам. Однако данный способ определяет уже сформировавшийся дефект, который может негативно сказаться и на работе других участков механизма и ремонт которого может быть достаточно трудоемким и не всегда результативным.

Задача изобретения состоит в разработке эффективного и достоверного способа диагностики технического состояния компрессорных агрегатов с целью определения начала (скрытого периода) зарождения дефекта.

Сущность изобретения состоит в способе мониторинга технического состояния компрессорных агрегатов. Способ включает сбор измерительной информации, ее обработку методами спектрального и статистического анализа, выработку параметров идентификации и оценок их значений. В качестве параметров используют информативные признаки статистического анализа: оценки дисперсии помехи Ό_ε; оценки взаимно корреляционных функций между помехой и полезным сигналом Κ._χε(μ); оценки взаимно корреляционных функций между полезными сигналами Κ_χχ(μ), полученных от различных датчиков, коэффициента корреляции Γ_Χε и спектральные оценки реального сигнала а_п, Ь_п. При отклонении от нулевого значения хотя бы одной из оценок параметров статистического анализа устанавливают начало периода зарождения дефекта. Отклонение значений оценок ап, Ьп спектрального анализа от эталонных также означает переход объекта в аварийное состояние.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что в заявляемом изобретении, в отличие от известного, при осуществлении процесса мониторинга применяют новый метод анализа сигнала, основанный на использовании помехи сигнала как носителя дополнительной диагностической информации. При этом в качестве параметров идентификации сигнала используют комплекс информативных признаков, включающих оценки дисперсии помехи Ό_ε, оценки взаимно корреляционных функций между помехой и полезным сигналом Κ._χε(μ); оценки взаимно корреляционных функций между полезными сигналами Κ_χχ(μ); полученных от различных датчиков, коэффициента корреляции Γ_Χε. Таким образом, введение новых признаков дает основание утверждать, что заявляемое решение соответствует требованиям критерия новизна. Известно [3, 4], что нормальное состояние компрессорного агрегата характеризуется зашумленными технологическими параметрами, полученными от соответствующих датчиков. При этом в течение времени Т₀ - периода нормального состояния спектральные оценки а_п, Ь_псоответствуют эталонным коэффициентам нормального состояния объекта, а для технологических параметров статистического анализа:

выполняется равенство:

- 1 018522 «4 £)_с«0, 0^. 7^2π£\

Λ^ί/Ο» Λ_ύϊ(α);

т^т_х &т_с =0;

Л_л(д = 0)»0, г_л«О,

т.е. все оценки параметров примерно равны нулю, где ω_τθ [§(ίΔΐ)] - закон распределения сигнала §(ίΔΐ);

Ό_ε, Όχ, Ό₆ - оценки дисперсий помехи полезного и суммарного сигналов соответственно;

^χχ(μ), Κ₆₆(μ) - оценки корреляционных функций полезного сигнала Χ(ίΔΐ) и суммарного сигнала β(ΐΔΐ);

ιη_ε. т_х, т₈ - математические ожидания помехи полезного и суммарного сигналов;

Β_Χε(μ=0), τ_Χε- взаимно корреляционная функция и коэффициент корреляции между полезным сигналом Χ(ίΔΐ) и помехой ε(ίΔΐ).

Известно также [3, 4], что оценки спектрального анализа позволяют определить только переход одного состояния в другой, а именно: переход периода времени Т₀ в период времени Τ₂. Исследования, проведенные авторами данного изобретения [5, 6], показали, что в указанный период от Т₀ до Т₂, т.е. в период Τ₁, происходит непрерывное изменение оценок Κ_χχ(μ), Κ.₆₆(μ) характеристик сигналов §(ίΔΐ)=Χ(ίΔΐ)+ε(ίΔΐ), получаемых на выходах соответствующих датчиков. Так как в этот отрезок времени Τ₁, кроме информации полезного сигнала Χ(ίΔΐ), помеха ε(ίΔΐ) также становится носителем диагностической информации. В то же время в традиционных технологиях этой спецификой помехи ε(ίΔΐ) пренебрегают, ориентируясь только на оценки а_п, Ь_п. Это является причиной принятия информационными системами неадекватных решений к возникшим ситуациям в начальной стадии перехода техники из нормального в аварийное состояние. Данный факт объясняется тем, что спектральные оценки являются досто верными только в случаях, когда величина помехи меняется в ограниченных пределах что не характерно для сложных агрегатов, так как колебания, регистрируемые виброакустическим датчиком, установленным только в одной контрольной точке сложного агрегата, представляют собой сумму колебаний от различных виброакустических источников. Было установлено, что когда начинается процесс возникновения (зарождения) дефекта и наступает период скрытого Τι перехода в аварийное состояние, то указанное равенство нарушается, статистические оценки сигнала §(ΐΔΐ) определяются с некоторой погрешностью и все оценки параметров в течение периода времени Τι непрерывно меняются. В этот период времени Τι, в первую очередь, происходит отличие оценок дисперсий помех Ό_ε от нуля. Поэтому отличие оценок дисперсий можно считать индикатором начала перехода от периода времени Τ0 к скрытому периоду времени Τ_μ Кроме того, оценки авто- и взаимно корреляционных функций Β₆₆(μ) и К.₆₆ (μ) при определенном временном сдвиге μ' имеет значение, равное нулю. Однако в период перехода времени Τ₀ к скрытому периоду Τ состояние оценок корреляционных функций, полученные при временном сдвиге μ=μ'Δΐ, будут отличаться от нуля. Этот показатель также можно считать индикатором (корреляционным) начала перехода от периода времени Τ₀ к скрытому периоду времени Τι. Третьим индикатором перехода системы от периода времени Τ₀ к скрытому периоду времени Τι является отличие от нуля оценки коэффициента корреляции между полезным сигналом и помехой τ_Χε, которая также при нормальном состоянии объекта равна нулю. Эффективность предлагаемого способа заключается в том, что расчет оценок каждого из перечисленных индикаторов достаточно прост, а результаты надежны. Кроме того, совместное использование указанных индикаторов и оценок ап, Ьп, получаемых при спектральном анализе измерительной информации, повышает достоверность мониторинга компрессорных агрегатов.

Таким образом, перечисленные признаки являются существенными, а их совокупности создают новый технический эффект, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию технический уровень, и, следовательно, заявляемое решение может быть признано изобретением.

Выполнение способа проиллюстрировано на фигурах, на которых показано:

фиг. 1 - схема компрессорного агрегата МК 301/2 и размещения датчиков на нем;

фиг. 2 - схема системы мониторинга компрессорного агрегата МК 301/2 установки каталитического крекинга на Бакинском нефтеперерабатывающем заводе;

фиг. 3 - график дисперсии помехи, показывающий начало возникновения дефекта в определенный период, полученный с использованием заявляемого способа;

фиг. 4 - график за тот же период, но полученный традиционными методами;

фиг. 5 - график корреляционных индикаторов и взаимно корреляционных функций между помехой и сигналом, показывающий начало возникновения дефекта в тот же период времени.

- 2 018522

Способ осуществляется следующим образом.

Для проведения мониторинга компрессорного агрегата вибродатчики располагают в его уязвимых местах (фиг. 1). Учитывая, что скрытый период времени Ц перехода в аварийное состояние Т₂ отражает ся в технологических параметрах сигналов:

определение оценок осуществляют по формулам:

^ν (д')=Σ +д')М>

*

Аа'. С“') = Т7Σ £, ('^Δ/)£ν(0 + Д'М >

/ ’ ί=]

Из полученных оценок формируют соответствующее множество информативных признаков:

А.,,®)	А,..®)			(д')
А..,®)		и	(р )’· ’(д )· · ·Аг.,,	(д')
	А...М		АеАА-Άε. (д X· Ачг	А')
				.(д')
И	А.,<Х)	А. Д')

Аналогично, по оценкам дисперсий помех сигналов, которые вычисляют по формуле ~ Σк²0^д0 ⁺ + 2)Дг) - 2§(,ίΔί)§((ί + 1)ώί)] формируют множества ν_ε соответствующих информативных признаков:

Затем по формулам

. /хЛД = 0)

Ал-А = 0)формируют множества νχ, из оценок взаимно корреляционных функций и коэффициента корреляции между полезным сигналом и помехой в виде

К„(д=о) (// = 0),..., ^,^=0),...,^ _£ (д = 0) ^,Γν_ε = · ^ГХ_Л -> ^ГХ,е, ·'·’ Ц».

В дополнение к оценкам статистического анализа определяют коэффициенты ряда Фурье реального сигнала а_п ,Ь_П по формулам:

^((Δχ)5Ϊη«ώ>(ζΔί)

Ь„ = -~—£(ιΔχ) 5ΪΠ ηύ)(ίΔί)

Ν Ζ /=0 и формируют множество ν,,ι улд„. .Д где ап, Ьп - коэффициенты ряда Фурье реального сигнала.

В период времени Т₀, когда объект находится в нормальном состоянии, все элементы множеств информативных признаков ν₆,ν_ε,ν_Χε будут находиться в нулевом состоянии, а множество \ν,,._|:ι будет соответствовать эталонному множеству. В момент зарождения дефекта отклонение любого элемента мно жеств ν₆,ν_ε,ν_Χε от нуля системой будет восприниматься как начало перехода объекта мониторинга из нормального периода времени Т₀ в скрытый период аварийного периода времени Т₁. При этом по номеру множества, по номеру столбца и строки расположения элемента информативного признака, отличающегося от нуля, можно определить, т.е. идентифицировать место и характер неисправности. Отклонение любого из элементов множества \ν,_ι9:ι от эталонного будет означать аварийное состояние узла объекта

- 3 018522 техники, т.е. период Т₂. Сочетание трех информативных множеств со спектральным анализом является надежным способом мониторинга и позволяет многократно повысить достоверность его результатов.

Пример конкретного выполнения способа.

Система мониторинга перехода объекта в аварийное состояние осуществлена на компрессорном агрегате МК 301/2. (фиг. 1, 2), который состоит из электродвигателя (ЕМ), редукторов (Р1, Р2), цилиндра низкого давления (ЕРС) и цилиндра высокого давления (НРС).

На уязвимых информативных местах (точках) компрессорного агрегата МК 301/2 устанавливают датчики вибрации типа Л8Л-062 (Ассе1егабои зеизогз 1уре Л8Л-062) фирмы Вгие1 & К)аег:

в электродвигателе (ЕМ) - 4 точки (датчики 11, 12, 13, 14);

в первом редукторе (Р1) - 2 точки (датчики 4, 5);

в цилиндре низкого давления (ЕРС) - 2 точки (датчики 6, 7);

во втором редукторе (Р2) - 2 точки (датчики 9, 10);

в цилиндре высокого давления (НРС) - 2 точки (датчики 1, 2);

в опорных точках - 3 точки (датчики 3, 8, 15).

На выходах датчиков 1-15 (фиг. 2) получают сигналы §(ΐΔΐ) виброускорения. Они через барьеры безопасности (8а1е!у Ьаглегз АС-297 АТЕХ £ог Л8Л-062) и усилители (Сопбйюшпд ашрййег 2694-А) поступают на входы контроллеров (СРИ188-5у.3 фирмы Еа§1^е1) и обрабатываются (или анализируются) по заявляемому способу. Анализируемые вибросигналы дискретизируются с частотой 20 кГц, т.е. шагом дискретизации Δΐ равным 50 мкс. В каждом цикле время наблюдения Т составляет 0,5 с за период, в котором обрабатывается N=10000 отсчетов. Эти циклы повторяются непрерывно.

В период нормального состояния (25.04.2007-15.05.2007), (фиг. 3) оценки Ό_ε, Κ_Χε, К_ёё(р') сигналов на выходах соответствующих датчиков равны нулю. В момент появления дефекта (в период: 16.05.200725.05.2007) соответствующие оценки Ό_ε, Κ_χε(μ); Κ_χχ(μ), Γ_Χε зарегистрированных сигналов, поступающих от первого датчика цилиндра высокого давления (НР8), оказались отличными от нуля (фиг. 5). В то же время, как показывает график оценок (фиг. 4), полученных в результате спектрального анализа того же сигнала и за тот же период времени, дефект еще не выявлен.

Эксплуатация системы в течение трех лет в соответствии с заявляемым способом мониторинга подтвердила эффективность заявляемого способа.

Литература

1. А.с. № 1559761, патент Украины № 13540, Θ01Ν 7/00.

2. Костюков В.Н., Стариков В.А., Тарасов Е.В. Потребители и производители компрессоров и компрессорного оборудования. - 2000: Труды шестого международного симпозиума. - СПб, 2000. - С. 174177 (прототип).

3. Вепба£ 1и1ш§ 8. апб А11ап С. Р1ег§о1, Каибош Эа!а, Апа1у§1§ & МеазигетеИ Ргосебигез, У11еу1^ег§с1еисе, 2000.

4. Со11асой К.А. 8гисШга1 пПецгйу шопйоппд, К1и^ег, 1985, 474 р.

5. Те1тап АНеу. И1§йа1 №1§е Мопйоппд о£ Ие1е^ Опдт., Еопбоп: 8рппдег-Уег1ад, 2007. - 235 р.

6. Те1тап АНеу. КоЬиН Тесйпо1оду ννϊΐΗ Апа1у§1§ о£ 1п1ег1егепсе ΐη 81§иа1 Ргосеззшд., Уогк: К1и^ег Асабет1с/Р1епит РиЬПзйегз, 2003, 199 р.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ мониторинга технического состояния компрессорного агрегата, включающий сбор измерительной информации, ее обработку и выработку параметров идентификации, в качестве которых используют спектральные оценки реального сигнала а_п, Ь_п: оценки статистического анализа; оценки дисперсии помехи Ό_ε; оценки взаимно корреляционных функций между помехой и полезным сигналом Κ_χε(μ); оценки взаимно корреляционных функций между полезными сигналами Κ_χχ(μ), полученных от различных датчиков, и коэффициента корреляции Γ_Χε, при отклонении текущих оценок спектрального анализа от эталонных устанавливают наличие дефекта, а при отклонении хотя бы одной из оценок статистического анализа от нуля устанавливают начало периода зарождения дефекта.