Идентификация технического состояния газоперекачивающих агрегатов с помощью анализа вибросигналов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

ФИЗИКО- МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.644.029

О.В.Смородова

доцент кафедры Промышленная теплоэнергетика ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

г.Уфа, Российская Федерация

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ С ПОМОЩЬЮ АНАЛИЗА ВИБРОСИГНАЛОВ

Аннотация

Приведен численный метод оценки виброспектров как одномерных частотных рядов с помощью фрактальных характеристик. Предложено использование методов теории самоорганизующихся систем для прогнозирования сроков наступления аварийных отказов газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

Ключевые слова

Газоперекачивающий агрегат, показатель Херста, спектр вибрации.

При неясно выраженном, либо медленно развивающемся дефекте изменение вибрационных характеристик газоперекачивающего оборудования имеет достаточно неопределенный характер, что связано со сложностью поведения исследуемого объекта. В подобных случаях можно использовать основные положения теории самоорганизующихся систем. Основные закономерности теории самоорганизации присущи сложным системам, в том числе вибрационным спектрам газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистральных газопроводов.

Для повышения достоверности оценки состояния ГПА рекомендуется использовать критерии теории детерминированного хаоса [1, с.446] - например, фрактальные характеристики одномерных рядов параметров вибрационного сигнала. Проведенный предварительный анализ измерений вибрации корпусов подшипников ГПА показал [2, с. 122], что изменения амплитуд виброскорости по частоте фрактальны, т.е. состоят из частей, которые в каком-то смысле подобны целому (рисунок 1).

Одной из величин, характеризующей фрактальные свойства рядов, является показатель Херста Н [3, с.3]. Значение Н характеризует меру упорядоченности амплитуд виброскорости в частотном ряду спектра вибросигнала.

Алгоритм расчета Н представляет собой следующую последовательность действий. Из исходной выборки А1 А2, ..., An выделяют массивы данных (Ак, Ak+i, ..., Ак+m-i), содержащие m последовательных значений исследуемого параметра А (к=1, ..., N-m+1).

Рисунок 1 - Виброспектр колебаний опорно-упорного подшипника турбины низкого давления ГПА

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

По каждому из этих массивов определяют размах:

Rk =Е mах-Emin,

где Emax = maxi<L<m (Ij=1(Ak+j-l - Mk)),

Emin = mini<L<m (E|=1(Ak+j-i - Mk)),

где Mk - среднее по выделенному массиву значение.

Рассмотрим приведенное значение размаха (нормированный размах), осредненного по всем массивам объема m:

S r k=1 Sk ,

где r - число массивов объема m,

Sk - стандартное отклонение.

Как правило, для рядов параметров многих процессов величина нормированного размаха (R/S)m растет с увеличением размерности массива вложения m по степенному закону [4, с.39]:

(R/S)m=CxrnH

Степень в приведенной зависимости Н называется показателем Херста.

Для хаотических сигналов в отсутствии корреляции параметров процесса значение Н=0,5. Исследования многих авторов в большинстве случаев идентифицируют показатель Херста Н в диапазоне от 0,7 до 0,9. Если показатель Херста ~1, это свидетельствует о наличии порядка в системе. Если же 0<Н<1, то это означает, что исследуемая зависимость имеет фрактальный характер и в системе преобладает стохастическая компонента.

При изучении технического состояния ГПА были вычислены показатели Херста Н для более, чем 500 спектров виброскорости колебаний корпуса подшипника ГПА. Результаты вычислений показателя Н идентифицируют его значение в диапазоне от 0,68 до 0,92, что свидетельствует о детерминированной природе вибрационного сигнала. Это позволяет обоснованно применять положения теории самоорганизующихся систем к вопросам прогнозирования развития дефектов газоперекачивающего оборудования.

Сопоставление сроков наступления аварий с изменениями показателя Херста Н для каждого агрегата показало, что наступлению отказа предшествует заметное снижение показателя Херста Н (рисунок 2). Величина снижения параметра Н является сугубо индивидуальной для каждого агрегата. Ее значение находится в пределах 20-30% от размаха Н, определенного за весь период эксплуатации каждого ГПА. Обнаруженное снижение показателя Херста Н свидетельствует об усилении стохастической компоненты в составе спектра виброскорости и снижении степени его детерминированности.

<D

X

0,82 0,81 0,8 0,79

0,78 0,77 0,76 0,75

авария

1 о 1

• ° 1

1

• 1 1

1

ремонт ГПА ■ 1

10

15

20

25

30

35

40

Период наблюдения, мес Рисунок 2 - Динамика показателя Херста Н газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4

0

5

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_

Практическим проявлением установленных тенденций является развитие дефекта оборудования вплоть до наступления аварийного отказа.

Список использованной литературы

1. Мухаметзянов И.З., Майский Р.А., Янтудин М.Н. Методические особенности применения стохастических показателей при анализе потоковых данных природных или технических процессов и объектовЮлектронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2015. - №5. - С.446-492.

2. Байков И.Р., Смородова О.В., Костарева С.Н. Прогностическая модель эмиссии вредных веществ в выхлопных газах ГТУ//Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2004. - № 1-2. - С. 122128.

3. Байков И.Р., Китаев С.В., Смородов Е.А., Гольянов А.И. Уточнение методики определения технического состояния газоперекачивающих агрегатов//Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики.-2001.-№3-4.-С.3-7.

4. Байков И.Р., Смородова О.В., Костарева С.Н. Оценка технического состояния ГКУ с помощью вибродиагностики//Газовая промышленность. - 2001. - № 4. - С. 39-41.

© Смородова О.В., 2016 г.