Разработка метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности

Актуальность темы

В 3-м тысячелетии перед человечеством на одном из первых мест стоит политическая, научная, правовая и организационная проблема безопасности в самом широком смысле ее понимания: безопасность человека, семьи, предприятия, города, района, страны и в целом всей планеты. Гибель атомной подводной лодки «Курск», трагические события 11 сентября 2001 года в г. Нью-Йорке и г. Вашингтон, гибель гражданских самолетов в Украине в апреле 2001 г. и в Германии в июле 2002 г. (по вине наземного персонала), продолжающиеся крупные аварии на нефте-, газои продуктопроводах, пожары на больших территориях лесных массивов, наводнение на юге России, войны в Чечне, Ираке и т. д. наглядно показали колоссальное значение контроля и диагностики для безопасности всех стран и народов мира, поэтому это позволяет утверждать, что проблемой № 1 в политическом плане, а следовательно, и в научном, становится проблема безопасности в широком диапазоне ее понимания. Главными и основными причинами возникновения аварийных ситуаций в промышленности являются, как правило, неподготовленность персонала, критический уровень износа оборудования, усталость и коррозия материала, нарушения производственной и технологической дисциплины, недостаток финансирования проектов в области безопасности и особенно недопустимо низкий уровень применяемых или вообще отсутствие диагностических информационных технологий [54, 55].

Ежегодно потери от техногенных аварий возрастают в России на 10−30%, при этом ежедневно происходит не менее 2-х техногенных аварий [54, 55]. В условиях, когда по оценке федеральной энергетической комиссии износ оборудования предприятий топливно-энергетического комплекса и машиностроительного профиля Российской Федерации в начале XXI века достиг 70% и более, надежное и безопасное их функционирование без эффективной системы диагностики невозможно. Все большее значение имеют методы и средства дефектоскопии, интроскопии, структуроскопии, контроля размеров и физико-механических характеристик материалов и узлов, а также вибродиагностики. Взаимосвязанные этапы проектирования, изготовления, эксплуатации, реконструкции или утилизации любого сложного оборудования требуют постановки диагноза неисправного элемента (детали) и установления причин дефекта. При этом очень важно вовремя обнаружить и не допустить развития дефектов, приводящих к необратимым катастрофическим последствиям. Именно поэтому разработка методов и средств определения существенных врожденных свойств объектов для диагностики зарождающихся повреждений является актуальной проблемой.

Важнейшим фактором обеспечения надежности оборудования является разработка и внедрение эффективных аналитических методов, которые должны быть составной частью технической диагностики различного оборудования. В целях диагностики механического состояния оборудования необходимо знать, как поведет себя тот или иной узел, а также указать по структуре изделия, в каком месте (местах) определены конкретные повреждения. Очевидно, в первую очередь, следует ожидать выхода из строя узла с высокоэнергоемкими (высокочувствительными к возбуждению) деталями. При этом наибольшая амплитуда отклика наблюдается на одной из собственных частот дефектного узла. Следовательно, возникает потребность в диагностике механического состояния оборудования с помощью соответствующих средств оценки текущей надежности путем разработки вычислительного метода, позволяющего предсказывать, какие частотные составляющие появятся в спектре вибраций при возникновении дефектов в соответствующем узле. Поэтому автор занялся разработкой эффективного (простого и достаточно точного) компьютерного метода, позволяющего контролировать механическое состояние оборудования, прогнозировать проявление зарождающихся дефектов и их локализовать.

Теоретико-практическим фундаментом для выполнения указанных исследований являются теоретические, научно-практические и программноалгоритмические разработки Национального технического университета «Харьковский политехнический институт» (д.т.н. Л. И. Штейнвольф, д.т.н. В. Н. Карабан, к.т.н. В. Н. Митин, к.т.н. Ю. М. Андреев, к.т.н. Е. И. Дружинин, к.т.н. А.А. Ларин), ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» (д.т.н. В. И. Попков, д.т.н. В. П. Терских, к.т.н. Г. И. Бухарина), ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (д.т.н. А. К. Аракелян, д.т.н. А. А. Афанасьев, к.ф.-м.н. А.В. Галанин), д.т.н. Е. Н. Розенвассера, д.т.н. P.M. Юсупова, ФГУП «ЦНИИ экономики, информатики и систем управления» (д.т.н. А.Л. Горелик), ИМАШ им. акад. А. А. Благонравова РАН (д.т.н. М. Д. Генкин, к.т.н. А.Г. Соколова), ЗАО «НИИ интроскопии МНПО «Спектр» (к.т.н. Ф.Я. Балицкий), члена-корреспондента РАН В. В. Клюева и РОНКТД, собственные научные, технические и программно-алгоритмические разработки, а также многолетний опыт работы по созданию и диагностированию сложного оборудования.

Данная разработка выполнена за период с 1987 года по 2004 год при работе в ОАО «Дизельпром» (в настоящее время ООО «Чебоксарский завод силовых агрегатов», г. Чебоксары), ООО «Волготрансгаз» (г. Нижний Новгород), ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (г. Чебоксары), при этом экспериментальная часть работы выполнена в ОАО «Дизельпром», ОАО «Чувашэнерго» и ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», г. Чебоксары при участии специалистов ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» (г.С.-Петербург).

Цель научной разработки и задачи исследования. Главной целью данной работы является теоретическое и практическое решение проблемы распознавания зарождающихся повреждений элементов энергетического оборудования, разработка метода и средств определения существенных врожденных свойств объектов для диагностики зарождающихся повреждений.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Установление существенных свойств энергетического оборудования и введение новых диагностических признаков зарождающихся повреждений.

2. Теоретическое обоснование предлагаемого метода расчета эпюр энергий электромеханических и гидромеханических систем со многими степенями свободы.

3. Разработка методики и программно-алгоритмических средств, повышающих достоверность оценки механического состояния оборудования за счет предсказания зарождения дефектов элементов по структуре изделия.

4. Построение динамических моделей реального энергетического оборудования для его диагностики и практическое подтверждение разработанного метода диагностирования.

Объект исследования — оборудование электромеханических и гидромеханических систем и комплексов со многими степенями свободы.

Предмет исследования. Разработка, создание и внедрение программно-алгоритмических средств диагностики энергетического оборудования. В диссертационной работе представлены результаты теоретических, практических и экспериментальных исследований с целью разработки метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности к резонансным возбуждениям, а также ряд практических приложений указанного метода.

Методы исследования:

1. Исследование и регистрация физических эффектов, предшествующих времени перехода материала и/или изделия в «дефектное» состояние и диагностика зарождающихся повреждений произведены на основе физико-математических методов исследования крутильно-изгибных колебательных процессов энергетического оборудования с использованием положений теорий чувствительности и распознавания образов.

2. Для расширения области применения функций чувствительности свободных частот механических систем на электрические и гидравлические системы в целях их диагностики применяется принцип изоморфизма колебательных процессов в системах различной физической природы (электрических, гидравлических, механических).

3. Функции чувствительности к накоплению повреждений определяются посредством общего метода построения физико-математических моделей динамических процессов с применением структурных матриц в системах любой физической природы.

4. Метод Рэлея применяется для записи выражения максимумов магнитной (кинетической) и электрической (потенциальной) энергий, а также определения частот свободных колебаний путем рассмотрения баланса энергии сложных систем.

5. Особенностью получаемых результатов является то, что обычные формы колебаний консервативных (недиссипативных) системсобственные векторы (формы амплитуд обобщенных координат) исходных систем со многими степенями свободы нормируются по методу плоских вращений Якоби естественным образом так, что сумма всех относительных магнитных (кинетических) и электрических (потенциальных) энергий элементов равна единице. Это дает непосредственно коэффициенты чувствительности этих элементов к зарождению дефектов.

Научная новизна разработки, по мнению автора, заключается в следующем:

1. Предложен новый метод диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности к резонансным возбуждениям.

2. Впервые в качестве диагностических признаков, по которым оценивается текущая надежность оборудования и предсказывается зарождение дефектов, приняты энергетические формы (уровни магнитных и/или кинетических, электрических и/или потенциальных энергий элементов системы) свободных колебаний физико-математической модели диагностируемой конструкции.

3. Достигнуто углубление уровня технического диагностирования энергетического оборудования при использовании метода спектральной вибродиагностики за счет расширения диагностических признаков и предсказания частотных составляющих, появляющихся в спектре вибраций при зарождении дефектов в соответствующем узле.

4. Разработанный метод диагностики дает возможность создания многоуровневой системы мониторинга и обслуживания энергомеханического оборудования по состоянию, основанной на определении фактического технического состояния оборудования и проведении ремонта только там и именно тогда, где и когда это действительно необходимо.

Практическая значимость и реализация работы состоит в том, что разработанный метод диагностики энергетического оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов позволяет исследовать и контролировать (оценить) механическое состояние оборудования, предсказать проявление зарождающихся дефектов по структуре изделия, обнаружить опасные участки конструкций по накоплению усталостных повреждений, локализовать дефекты эксплуатационного и конструктивно-монтажного характера, предложить экономичные мероприятия по увеличению ресурса энергомеханического оборудования (в том числе с целью решения проблем в рамках единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций).

Научно-исследовательские, программно-алгоритмические, опытно-конструкторские и диагностические разработки автора созданы на базе многолетнего опыта работы, который включает деятельность по созданию и диагностике реальных конструкций, а также практическому приложению разработанного метода диагностики оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов. В частности, автором предупрежден ряд серьезных техногенных аварий (определены причины опасных колебаний и/или разрушений) энергетических установок путем применения разработанного метода диагностики: ДРА-525 на базе дизеля 8ЧН16.5/18.5 с валопроводом судна МРТК «Балтика», выпущенный ОАО «Дизельпром» г. Чебоксары (на этапе проектирования) — промышленный трактор D355A с дизелем 6V396 ТС4, выпущенный фирмой «Komatsu», Япония (в ходе ремонтного производства на ОАО «Дизельпром» г. Чебоксары при мобильной замене одного типа двигателя на другой) — электронасосная станция СДВ2−215/41−10 + 800В-2.5/100−1 мощностью 3 МВт (МП «Водоканал», г. Новочебоксарск) — диагностика причин опасных повреждений зубчатой муфты и ротора электрического двигателя установки 2АЗМ-5000/6000-У4 + зубчатая муфта + ПЭ580−185−2 мощностью 5000 кВт (питательный электронасос одной из ТЭЦ РАО «ЕЭС России») и др.

Теоретические исследования, проведенные автором, нашли применение при создании новых и надежных конструкций промышленных тракторов, дизель-генераторов и судовых энергетических установок на базе дизелей семейства ЧН 16,5/18,5 ОАО «Дизельпром» (ООО «Чебоксарский завод силовых агрегатов») г. Чебоксары, диагностике основных причин неоднократно имевших место аварий в системе питательный насос с асинхронным электроприводом мощностью 5000 кВт ТЭЦ-2 ОАО «Чувашэнерго» г. Чебоксары, диагностике энергомеханического оборудования ООО «Волготрансгаз» ОАО «Газпром» г. Нижний Новгород, разработке и диагностике погружных центробежных насосов для добычи нефти с асинхронным электроприводом ОАО «Борец» г. Москва и др.

После изготовления опытных образцов упомянутой техники (промышленных тракторов, дизель-генераторов, судовых энергетических установок и другого оборудования) и их экспериментальных испытаний полученные результаты полностью подтвердили исходный теоретический и расчетный материал, в частности по проблеме отстройки структурно-сложных и сравнительно мощных электромеханических систем от опасных резонансов в рабочем диапазоне частот вращения, а также предсказания зарождения дефектов.

Использование разработанного автором способа диагностики позволяет реализовать необходимые технические и конструкторские мероприятия по повышению степени надежности и вибропрочности вращающихся частей энергомеханического оборудования, а также совершенствовать технологию ремонтных работ с целью перехода к диагностике состояния (технологических и эксплуатационных дефектов) оборудования в процессе эксплуатации по уровням спектральных составляющих вибрации и управлению качеством при изготовлении различного оборудования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Теоретические основы метода диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности.

2. Разработанный метод диагностики технического состояния энергетического оборудования на основе показателей чувствительности и соответствующая диагностическая модель.

3. Разработанный алгоритм и программа для оценки механического состояния элементов оборудования электромеханических систем.

4. Теоретические выводы по вопросам расширения области применения разработанного метода диагностики энергетического оборудования на системы любой физической природы.

5. Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований ряда реальных энергетических объектов.

Существенные научные результаты, полученные автором:

1. В данной научной работе теория чувствительности развивается путем разработки на основе ее положений нового метода диагностики технического состояния оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов.

2. Теоретически обоснован предлагаемый метод расчета эпюр энергий электромеханических систем со многими степенями свободы, позволяющих выявить опасные места ожидаемых повреждений элементов валопроводов и, таким образом, на стадиях проектирования, ремонта и/или реконструкции энергетического оборудования учесть слабые сечения, подверженные наибольшим перенапряжениям, а также прогнозировать его надежность и выработать рекомендации, гарантирующие исключение возможных повреждений элементов механических конструкций.

При разработке нового метода диагностики энергетического оборудования за основу было принято то, что наиболее виброактивной частью энергетического оборудования является его валопровод и все, связанные с ним вращающиеся элементы. Поэтому естественным является исследование колебаний валопровода в целях построения надежного априорного базиса системы технической диагностики энергетического оборудования, вибрации которого, порождаются воздействием на него колебаний валопровода.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г.Чебоксары, 1999 г.), V, VI и VII Всероссийских семинарах «Энергосбережение, сертификация и лицензирование» (г.Чебоксары, 1999, 2000, 2001 гг.), 3-й Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах — XXI век» (г. Ковров, 2000 г.), 3-й Международной научной конференции «Диагностика трубопроводов» (г.Москва, 2001 г.), XVI российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г.СтПетербург, 2002 г.), 3-й Международной научной конференции «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике» (г Москва, 2002 г.), 3-й Международной специализированной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г.Москва, 2004 г.). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на расширенных заседаниях кафедр «Теоретическая механика» и «Системы автоматического управления электроприводами» ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (г. Чебоксары).

4.4.11. Выводы и рекомендации.

Выполненным диагностическим исследованием крутильно-изгибных колебаний валопровода: двигатель ПЭД22−117 + протектор гидрозащиты 1ГБ52 + насос ЭЦНМ5−30−1450 получены следующие результаты:

1. Определен спектр частот свободных крутильных колебаний валопровода (табл.4.10).

2. Частоты вращения валопровода в резонансных режимах в зависимости от порядка некоторых гармоник возбуждения сведены в табл.4.11.

3. Построены низшие энергетические формы крутильных колебаний валопровода для прогнозирования проявления зарождающихся дефектов (рис. 4.24).

4. Спектр частот свободных крутильных колебаний валопровода отстроен от резонансов с опасной гармоникой возбуждения электромагнитного момента двигателя при пуске агрегатов от сети с /=50 Гц, а также других опасных зон при -25 Гц и -100 Гц.

5. Одной из вероятных причин низкого ресурса данных погружных насосов (одностороннего износа защитных втулок и юбок рабочих колес, разрушения штатных радиальных подшипников с резино-металлическими вкладышами) являются следующие врожденные свойства изделия: неотстроенная конструкция валопровода насосной установки от возбуждений околорезонансных крутильно-изгибных колебаний 15, 16 и 17-й форм при соответствующих частотах -332, -337 и -348 Гц со стороны лопастей (7 шт.) рабочих колес, что соответствует частотам вращения вала соответственно -2850, -2890 и -2980 об/мин (номинальная частота вращения ротора двигателя 2910 об/мин).

6. Колебательная кинетическая энергия 15, 16 и прежде всего 17-й околорезонансных форм распределяется соответственно таким образом: -19%, -18% и -18% (входной модуль-секция насоса), -26%, -23% и -1% (выходной модуль-секция насоса). При расчетном анализе колебаний валопровода влияние зазоров между элементами данной установки не учитывалось, поэтому при диагностике механического состояния имеем в виду, что возможно понижение собственных частот под влиянием этого фактора. В частности, колебательная энергия 17-й околорезонансной формы крутильных колебаний валопровода (расчетная частота -348 Гц) распределяется следующим образом:

— электродвигатель -57% (-28% кинетическая энергия, -29% потенциальная энергия);

— входной модуль-секция насоса -38% (-18% кинетическая энергия, -20% потенциальная энергия);

— выходной модуль-секция насоса -2% (-1% кинетическая энергия, -1% потенциальная энергия);

— протектор гидрозащиты и щлицевые муфты -3%. Поэтому именно упомянутый конструктивный дефект (нет достаточного запаса 10−15% по отстройке частот свободных крутильных колебаний валопровода от опасной зоны z/7, где: п — частота вращения валопровода, об/минz — число лопаток насоса) вызывает преждевременный износ и повреждение указанных деталей и узлов прежде всего входного модуля-секции насоса, имеющего уровень энергоемкости элементов на 17-й околорезонансной форме, существенно превышающий уровень энергоемкости элементов выходного модуля-секции насоса.

7. Для выявления возможных заметных резонансных режимов определен спектр частот свободных изгибных колебаний валопровода насоса ЭЦНМ5−30−1450 при штатных расстояниях между радиальными опорами (табл. 4.14).

8. При работе данной насосной установки возможны околорезонансные режимы изгибных колебаний валопровода в окрестностях опасных зон: ~25, -50 и лопастной ~350 Гц (что соответствует частотам вращения вала -1455, -2910, -20 370/7 = 2910 об/мин). Кроме того, при эксплуатации насосной установки зазоры между деталями увеличиваются из-за неизбежного абразивного износа вкладышей и защитных втулок, а также других элементов. Поэтому при диагностике механического состояния имеем в виду, что возможно понижение собственных частот под влиянием этого фактора.

9. При частоте -350 Гц околорезонансные изгибные колебания валопровода накладываются на околорезонансные крутильные колебания, что существенно снижает ресурс рассматриваемого оборудования.

10. С целью определения степени влияния упругих характеристик штатных вкладышей радиальных подшипников (плотности материала вкладышей) на отстройку системы от опасных резонансов при возбуждении свободных крутильно-изгибных колебаний валопровода рассчитаны значения функций чувствительности элементов оборудования при штатных расстояниях между радиальными опорами (табл. 4.15).

11. Упругие характеристики штатных вкладышей радиальных подшипников не оказывают существенного влияния на частоты свободных изгибных колебаний валопровода в диапазоне низших частот до -70 Гц. В диапазоне частот после -70 Гц (особенно в окрестностях частоты -350 Гц) упругие характеристики радиальных опор валопровода оказывают существенное влияние на частоты свободных изгибных колебаний. Поэтому замена металлических вкладышей радиальных подшипников на резино-металлические или обратно приводит, прежде всего, к сдвигу спектра высших частот вниз (или вверх), что изменяет формы колебаний, чувствительность системы к возбуждению лопастной частоты -350 Гц и зарождению дефектов.

12. Отстройка системы от опасных резонансов при возбуждении свободных крутильно-изгибных колебаний валопровода выполнена путем вычислительной оптимизации (варьирования) конструктивных размеров межопорных расстояний валопровода насоса на основе рассчитанных значений функций чувствительности упругих элементов (табл.4.16).

13. Расчетный анализ свободных изгибных колебаний валопровода при варьировании конструктивных размеров межопорных расстояний валопровода насоса показывает, что данные размеры оказывают существенное влияние на значение частот свободных изгибных колебаний. При этом диаметральные моменты инерции рабочих колес насоса не оказывают значительное влияние на значение частот изгибных колебаний (до 0,5% на высших частотах).

По результатам вычислительного анализа (табл.4.13, 4.16, рис. 4.26) определены варианты оптимального расположения радиальных опор с целью отстройки крутильно-изгибных колебаний валопровода насосной установки от четырех опасных зон (-25, -50, -100 и -350 Гц): варианты №№ 8, 9,11.

14. Для уточнения предложенной методики оптимизации конструктивных размеров межопорных расстояний необходимо:

— определить экспериментально моменты инерции роторов электродвигателя ПЭД22−117 и секции-модуля ВС5−30 в сборе, а также их податливости при кручении;

— опытным путем установить критические частоты вращения валопровода насосного агрегата.

15. Для расширения практического применения полученных результатов, необходимо произвести корректировку расчетных схем и моделей, принятых в данном диагностическом исследовании по результатам опытных работ.

16. С целью обеспечения надежной работоспособности погружных электронасосов ОАО «Борец» и разработки перспективной методики диагностики погружных электронасосов (качества изготовления и сборки) на этапе их тестирования, целесообразно выполнить комплексные расчетно-экспериментальные диагностические работы на горизонтальном стенде компании по разработанному методу с приложением спектрального анализа вынужденных колебаний секций-модулей.

17. Учитывая сложность моделирования нелинейных колебательных процессов погружных насосных установок рекомендовать разработку демпферных (антивибраторных) устройств для гашения крутильно-изгибных колебаний на частотах опасных зон: -25, -50, -100 и -350 Гц заранее (в том числе путем модернизации рабочих колес).

18. Необходимо продолжить НИОКР по созданию нового поколения надежных погружных центробежных электронасосов с заменой штатных резино-металлических вкладышей радиальных подшипников на вкладыши на основе металлорезины (спрессованных бронзовых спиралей) с изготовлением и промышленным испытанием опытной партии модернизированных электронасосов.

19. Согласно акта ОАО «Борец» «О внедрении способа диагностики надежности и безопасности энергомеханического оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов» результаты внедрения метода диагностики энергомеханического оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов и рекомендации, данные в заключении диагностического исследования, полностью раскрывают основные причины неоднократно имевших место аварий и повреждений (в системе: погружной центробежный электронасос для добычи нефти с асинхронным электроприводом мощностью 22 кВт и номинальной частотой вращения 2910 об/мин), приводивших к выходу из строя насосных агрегатов из-за поломок и значительных повреждений вращающихся частей.

20. Использование указанного способа диагностики и рекомендаций названной научно-исследовательской работы позволяет реализовать необходимые технические и конструкторские мероприятия по повышению степени надежности и вибропрочности вращающихся частей погружных насосных установок, а также совершенствовать технологию ремонтных работ с целью перехода к диагностике состояния (технологических и эксплуатационных дефектов) насосов в процессе эксплуатации по уровням спектральных составляющих вибрации и управлению качеством при изготовлении погружных насосов.

21. Таким образом, внедрение названных метода диагностики и результатов научно-исследовательской работы дает определенный экономический эффект благодаря продлению межремонтных сроков работы насосного оборудования для добычи нефти и своевременному устранению опасных повреждений элементов погружных насосных установок с электроприводом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе после проведенных теоретических, опытных и экспериментальных исследований с целью разработки и внедрения метода и программно-алгоритмических средств диагностики энергетического оборудования на основе показателей чувствительности получены следующие результаты:

1. Проблема определения существенных врожденных свойств для диагностики зарождающихся повреждений энергетического оборудования может быть решена аналитическим способом, являющимся звеном комплексного (системного) подхода.

2. Введено понятие естественной нормировки обычных форм свободных колебаний структурно-сложных систем со многими степенями свободы, удобство которой состоит в том, что она без пересчета позволяет определить энергетический вклад элементов в общую колебательную энергию системы любой физической природы, в процентах.

3. Предложено использовать энергетические формы колебаний динамических моделей различных систем по функциям чувствительности их элементов в качестве диагностических признаков зарождающихся повреждений как создаваемого, так и эксплуатируемого оборудования электромеханических и гидромеханических систем, как звено многоуровневой системы обслуживания энергомеханического оборудования по состоянию, основанной на определении фактического технического состояния оборудования и проведении ремонтных мероприятий только там и именно тогда, где и когда это действительно необходимо.

4. Для преодоления трудностей по определению места и вида повреждений предложена диагностическая модель: прежде всего подвержены зарождению и развитию дефектов высокоэнергоемкие элементы оборудования на соответствующих собственных частотахвозбуждение со стороны повреждений вызывает отклик высокоэнергоемких элементов системы со многими степенями свободы на соответствующих собственных частотах и формах оборудованияразвитие дефекта вызывает рост спектральных составляющих отклика системы и проявляется в виде комбинационных частот в окрестности собственной частоты высокоэнергоемких элементовпроизводится контроль механического состояния по уровням спектральных составляющих вибраций (колебаний) оборудования, соотнесенных с соответствующими высокоэнергоемкими элементами по структуре изделия с целью выявления причин и местоположения дефектов, а также разработки мероприятий по их локализации.

5. Получено расчетное, опытное и экспериментальное подтверждение предложенной диагностической модели (характеризующей связь уровней энергоемкости элементов, соответствующих собственных частот, развития дефектов и спектральных составляющих вибрации, обусловленных рабочими нагрузками) в процессе построения реальных систем технической диагностики энергетического оборудования.

6. Разработан метод диагностики оборудования по уровням энергетических соотношений его элементов в виде соответствующих программно-алгоритмических средств, позволяющий выявить существенные врожденные свойства, оценить надежность, конструктивно-монтажное и механическое состояние различного оборудования, его предрасположенность к зарождению дефектов по максимальным уровням энергетических соотношений элементов электромеханических и гидромеханических систем на соответствующих частотах свободных колебаний.

7. Полученные результаты экспериментальных испытаний полностью подтвердили исходный теоретический и расчетный материал, в частности, по проблеме выбора и построения физико-математической модели свободных колебаний в целях определения резонансных режимов установок в рабочем диапазоне частот вращения, имеющих значительный уровень.

8. Построены энергетические формы валопровода ряда реальных энергетических объектов: типовой турбоустановки Р-50/60−130−1 + ТВФ-60−2 + ВТ-450−3000 (Р=60 МВт, п-3000 об/мин) одной из ТЭЦ РАО «ЕЭС России» и других для прогнозирования проявления зарождающихся дефектов.

9. Выделение высокоэнергоемких элементов реальных валопроводов питательных и погружных насосов с электроприводом позволило указать по структуре изделий повреждения, выявить опасные участки по накоплению усталостных повреждений, полностью раскрыть основные причины неоднократно имевших место аварий и повреждений (в электромеханических системах: питательный насос с асинхронным электроприводом мощностью 5000 кВт и частотой вращения 2985 об/минпогружной центробежный электронасос для добычи нефти с асинхронным электроприводом мощностью 22 кВт и номинальной частотой вращения 2910 об/мин), приводивших к выходу из строя насосных агрегатов из-за поломок и значительной деформации вращающихся частей.

10. Разработанный метод диагностики и рекомендации данной работы позволяют реализовать необходимые технические и конструкторские мероприятия по повышению степени надежности и вибропрочности вращающихся частей различного оборудования, а также совершенствовать технологию ремонтных работ с целью перехода к диагностике состояния (технологических и эксплуатационных дефектов) оборудования в процессе эксплуатации по уровням спектральных составляющих вибрации и управлению качеством при изготовлении различного оборудования.

11. Предложено расширить область применения разработанного метода диагностики энергетического оборудования на системы любой физической природы.

12. Внедрение результатов указанной работы дает определенный экономический эффект (соизмеримый с затратами на капитальный ремонт, покупку, установку нового оборудования и стоимостью его простоя) благодаря продлению межремонтных сроков работы энергетического оборудования, своевременному устранению опасных повреждений элементов оборудования, исключению аварийных ситуаций, и поэтому может быть определен для каждого конкретного случая.