Применение непрерывного вейвлет преобразования для обработки вибрационного сигнала Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2014 №3(12), С. 65-68

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,

__СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 378.1:159.9

ПРИМЕНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ВЕЙВЛЕТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВИБРАЦИОННОГО СИГНАЛА

© 2014 г. И.И. Лебедев*, В.И. Лебедев**, А.В. Чернов***

* Ростоватомтехэнерго, г. Волгодонск, Ростовская обл.

Ростовская АЭС, г. Волгодонск, Ростовская обл.

*** Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

В статье рассматривается применение спектрального и непрерывного вейвлет-преобразования вибрационных сигналов с низким уровнем стационарности, полученных при виброобследовании центробежного насосного агрегата спецбытового энергоблока №4 Белоярской АЭС.

Ключевые слова: вибродиагностика, спектральный анализ, непрерывное вейвлет преобразование, дефект монтажа.

Поступила в редакцию 30.05.2014 г.

В настоящее время значительное количество работ в области вибродиагностики, основаны на использовании спектрального анализа диагностических сигналов. Определены диагностические признаки дефектов для тех или иных элементов машины, рассчитаны их характерные частоты, составлены диагностические таблицы.

Но наряду с неоспоримыми достоинствами преобразование Фурье обладает и определенными недостатками: а) исходный сигнал заменяется на периодический; б) при фурье-преобразовании изменяющихся параметров процесса со временем (нестационарных процессов) для всего исследуемого сигнала получаются усредненные коэффициенты. При этом теряется информация динамики развития процесса, и как следствие, теряется информация сигнала, отличающегося от стационарного. Поэтому методы, основанные на спектральном анализе, не позволяют на сегодняшний момент производить всесторонний анализ вибросигнала, что приводит к общим характерным погрешностям при проведении вибродиагностических обследований.

Для того, чтобы однозначно идентифицировать какой-либо дефект, необходимо применение дополнительных операций по обработке вибросигнала, как, например, анализ временной реализации, или проведение дополнительных замеров при различных режимах работы исследуемого агрегата, что не всегда является приемлемым в условиях производства.

При проведении пуско-наладочных работ на 4 энергоблоке Белоярской АЭС выполнено виброобследование насосного агрегата системы сбора «грязных» душевых вод. Результаты виброобследования приведены в таблице 1.

Таблица 1. - Результаты первичного виброобследования, мм/с

Направление измерений Место измерения

Электродвигатель Насос

Подшипник 1 Подшипник 2 Подшипник 3 Подшипник 4

В 1,6 1,9 1,8 1,5

П 4,1 4,6 2,3 1,6

О 1,7 1,8 1,5 1,3

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014

Для анализа работы агрегата снят спектр виброскорости, который представлен на рисунке 1.

v ор гпгп.'л,- |на<:ос\П№2\ЮЗ Mach, .- : 1,1111 IП; 11'. :-'i I: -1 10:07:57)

а...........................-.......................................................

Ш: Шг

4,44,0-¿В-

ш-

Щ: р-

Ш-%г-Щ/

Т1-! 161.4-

ш-1.00,011:4-

Ш-&

D-; 5Ü. 7-П:1 '15&: -'III Ш300 -Эй® 400

Рис. 1. - Спектр виброскорости

При проведении спектрального анализа наиболее вероятным дефектом будет являться асимметрия напряжения питания, диагностическим признаком которого является 100Гц составляющая спектра. Источником вибрации в этом случае является 2fn - из-за появления поля с реверсивным вращением, где fn - частота напряжения сети и равна 50Гц.

Наличие гармоник кратных частоте вращения говорит о биении (вала, ротора, муфты и т.д.).

Разница уровня вибрации в двух направлениях в 2 и более раза говорит о недостаточной жесткости опорных элементов конструкции насосного агрегата.

Проведенными исследованиями особенностей монтажа электротехнического оборудования атомных электрических станций, установлено: нарушение геометрии опорных поверхностей электропривода насосного агрегата приводит к появлению вибрационных процессов с недостаточной степенью стационарности, что делает проблематичным использование методов вибро-акустической диагностики, основанной на использовании спектрального анализа вибро-акустического сигнала. Указанная проблема может быть решена за счет использования непрерывного вейвлет преобразования вибро-акустических сигналов.

Как видно на рисунке 2 в области больших масштабов, соответствующей низким частотам, энергия сигнала периодически увеличивается, а затем уменьшается. Периодичность видна на протяжении всего участка сигнала.

Данное явление вызвано неравномерным прилеганием лап электродвигателя к опорной поверхности, причиной которого является неправильная центровка валов электродвигателя и насоса, а именно появление «мягкой лапы» электродвигателя.

При затяжке «мягкой лапы» создаются дополнительные напряжения на станине и корпусе электродвигателя, вследствие чего собственные частоты электродвигателя смещаются в область частот кратных частоте вращения. При появлении такого резонанса уровень вибрации увеличивается в 2-3 раза. Для снижения общего уровня вибрации агрегата достаточно найти «мягкую лапу» и отпустить её крепление.

ПРИМЕНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ВЕЙВЛЕТ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

67

Отсчеты

Рис. 2. - Непрерывное вейвлет-преобразование сигнала дефектного агрегата Результаты, полученные после ослабления крепления, приведены в таблице 2. Таблица 2. - Результаты повторного виброобследования, мм/с.

Направление измерений Место измерения

Электродвигатель Насос

Подшипник 1 Подшипник 2 Подшипник 3 Подшипник 4

В 0,7 0,9 0,9 0,7

П 0,6 1,0 0,9 0,8

О 0,5 0,5 0,4 0,3

На рисунке 3 представлена скейлограмма непрерывного вейвлет-преобразования сигнала агрегата после устранения дефекта.

Time(s)

Рис. 3. - Непрерывное вейвлет-преобразование сигнала агрегата после устранения дефекта

Учитывая, что при снятии спектра сигнал усредняется, как правило, 3-4 раза, увидеть изменение энергии сигнала во времени не представляется возможным.

ВЫВОД

Использование непрерывного вейвлет-преобразования при обработке вибрационного сигнала позволиляет создать частотно-временное представление при низком уровне стационарности, что может быть использовано при оценке качества монтажа оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Барков, А.В. и др. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации [Текст] / А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев: учебн. пособие. - СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 2000. -159 с.

2. Солодовников, Д.С. Новые подходы к первичной обработке вибросигналов роторных агрегатов [Текст] / Д.С. Солодовников // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. -№6. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000.

3. Яковлев, А.Н. Введение в вейвлет преобразования [Текст] / А.Н. Яковлев: учебное пособие. -СибНГТУ-НГТУ, 2003. - С. 104.

4. Синельщиков, П.В. и др. Особенности использования методов анализа частотных составляющих токового сигнала [Текст] / П.В. Синельщиков, А.В. Чернов // Глобальная ядерная безопасность. - 2012. - №1. - С. 109-112.

Continuous Wavelet-Transform Use for Vibration Signal Processing

I.I. Lebedev*, V.I. Lebedev**, A.V. Chernov***

* Rostovatomtechenergo, Volgodonsk-28, Rostov region, Russia 347388, e-mail: ilebedev161 @gmail.com ** Rostov Nuclear Power Plant, Volgodonsk-28, Rostov region, Russia 347388, e-mail: vi_lebedev_1985 @ mail. ru *** Volgodonsk Energineering Technical Institute the branch of national Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail: viti@mephe.ru, avchernov@mephe.ru

Abstract - The article discusses the use of spectral analysis and continuous wavelet transform vibration signals with low steady-state optioned by the centrifugal pump unit vibration inspection unit №4 Beloyarsk Nuclear Power Plant.

Keywords: vibrodiagnostics, spectral analysis, continuous wavelet transform, assembly defect.