Содержание к диссертации
Введение
1. Электроприводная арматура аэс как объект диагностирования
1.1 Современные системы диагностики оборудования АЭС 10
1.2 Анализ диагностической ситуации ЭПА 17
2. Исследование диагностических признаков состояния электромеханического оборудования 32
2.1 Анализ привода ЭПА как источника механической вибрации 32
2.2 Исследование двигателя ЭПА как источника колебаний электромагнитной природы 48
Выводы по главе 2 64
3. Анализ информационных процессов в диагностическом сигнале 65
3.1 Выделение диагностической информации на фоне помехи 65
3.2 Получение диагностической информации по фазовому портрету сигнала
3.3. Выделение диагностической информации с помощью фильтрации...81
Выводы по главе 3 91
4. Разработка информационно-измерительной системы диагностики ЭПА 92
4.1 Комплексная информационно-измерительная система технической диагностики ЭПА энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000 92
4.2. Метрологический анализ системы диагностики ЭПА 101
Выводы по главе 4 1
5. Экспериментальные исследования системы диагностики технического состояния ЭПА 111
5.1 Технические характеристики экспериментальной установки, моделирующей работу ЭПА Ш
5.2 Анализ результатов экспериментальных исследований 118
Выводы по главе 5 128
Основные выводы и резульаты работы 129
Библиографический список
- Анализ диагностической ситуации ЭПА
- Исследование двигателя ЭПА как источника колебаний электромагнитной природы
- Получение диагностической информации по фазовому портрету сигнала
- Метрологический анализ системы диагностики ЭПА
Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективность и безопасность функционирования АЭС неразрывно связана с диагностическим обеспечением технологического оборудования, в том числе трубопроводной арматуры. Арматура выполняет функцию регулирования и перекрытия рабочей среды (воды, пара, газа) в трубопроводах. Действующий блок АЭС содержит около трех тысяч единиц электроприводной арматуры (ЭПА). Нарушение работоспособности и исправности ЭПА может привести к снижению безопасности и экономичности эксплуатации энергоблока АЭС. Для поддержания требуемого уровня работоспособности и исправности арматура подвергается обследованию во время планово-предупредительных ремонтов (ППР) на АЭС, а также в межремонтный период.
Сложность диагностирования оборудования в условиях действующего энергоблока заключается в том, что объект диагностирования (ОД) зачастую находится в помещениях с повышенным уровнем радиации. В данных условиях затруднительно применение контактных методов диагностики, в том числе широко распространенной вибродиагностики. В настоящее время развитие получили методы диагностики ЭПА по сигналу тока двигателя арматуры.
Известно, что, несмотря на проводимое ежегодно плановое обследование, не все дефекты арматуры своевременно выявляются. Особую сложность представляет диагностика механических дефектов.
Цель и задачи работы. Целью является повышение уровня безопасности АЭС за счет выявления дефектов ЭПА на ранних стадиях их развития путем создания информационно-измерительной системы диагностики (СД).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ формирования диагностического сигнала ЭПА на
статорных обмотках двигателя объекта диагностирования (ОД).
2. Разработать математическую модель информационных процессов
ЭПА, связанных с наличием механических дефектов, с учетом нелинейности ОД.
Разработать алгоритм и методику идентификации информационных процессов ЭПА по сигналу тока двигателя ЭПА с учетом нелинейности ОД.
Разработать на основе методики автоматизированную информационно-измерительную СД ЭПА.
Исследовать метрологические характеристики информационно-измерительной СД ЭПА.
Провести экспериментальную проверку информационно-измерительной СД ЭПА.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования, операционного исчисления и распознавания образов. Экспериментальные исследования проводились на реальных изделиях с помощью цифровой информационно-измерительной системы.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
Согласованностью теоретических выводов с результатами лабораторных экспериментов.
Проверкой эффективности ДС в производственных условиях в период ППР РоАЭС и НвАЭС.
Научная новизна работы состоит в разработке диагностической модели, обеспечивающей выявление дефектов ЭПА АЭС на ранних стадиях их развития, отличающейся возможностью анализа измеряемых электрических сигналов, содержащих информацию о линейных и нелинейных процессах в ОД и представлением образа дефекта в спектральной и комплексных областях.
Практическая значимость работы. Разработана методика диагностирования ЭПА в условиях АЭС с применением фазово-плоскостного метода, позволяющая, выявлять дефекты ЭПА на ранних стадиях их развития, а также снизить информационную неопределенность при постановке диагноза. Результаты работы внедрены на Нововоронежской АЭС, что подтверждается актом внедрения.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Математическая модель идентификации технического состояния ЭПА АЭС, построенная на взаимосвязи линейных и нелинейных физических процессов в ОД и сигналов тока двигателя.
Алгоритм обработки сигналов тока в информационно-измерительной СД с оценкой технического состояния ЭПА по результатам анализа спектра диагностического сигнала и его фазового портрета.
Методика диагностирования ЭПА с выявлением дефектов на ранних стадиях развития по результатам анализа сигналов тока и представлением образа дефекта в спектральной и комплексной областях.
Соответствие паспорту научной специальности. Указанная область исследований соответствует специальности 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)», а именно: пункту 2 - «Новые методы и технические средства контроля и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем», пункту 4 - «Методы и системы программного и информационного обеспечения процессов обработки и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем»; пункту 5 - «Методы анализа технического состояния, диагностики и идентификации информационно-измерительных и управляющих систем»; пункту 6 - «Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС» г. Волгодонск (2006-2008 гг.), Региональных научно-практических конференциях «Состояние и перспективы строительства и ввода в эксплуатацию второго блока Ростовской АЭС. Безопасная эксплуатация
энергоблоков АЭС» г. Волгодонск (2009-2010 гг.), «27-29 Курчатовских чтениях» г. Волгодонск (2008-2010 гг.), Научно-практической конференции студентов и преподавателей Волгодонского инженерно-технический института НИЯУ МИФИ «Студенческая весна» (2011 г.), VII Международной научно-практический конференции «Безопасность ядерной энергетики» г. Волгодонск (2011 г.).
Личный вклад автора. Автором проведен комплекс теоретических исследований, позволивший выявить взаимосвязь нарушений в работе редуктора ЭПА и отклонений диагностических параметров в токе двигателя. Разработан вариант СД.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце
автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - обосновывается
возможность использование фазово-плоскостного метода для диагностики ЭПА; [2] - модель диагностического сигнала ЭПА; [3] - методика диагностики ЭПА, которая и позволяет выявлять дефекты деталей привода ЭПА в объекте по результатам анализа спектра и фазового портрета диагностического сигнала; [4,5] - постановка задач, обсуждение полученных результатов; [6] - обоснование целесообразность использования операции моделирования при разработке методики диагностики ЭПА; [8,9,10] - возможность и необходимость использования информации, представленной в амплитудно-фазовых характеристиках сигнала для оценки технического состояния оборудования.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ, из них 3 по списку ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, приложений, изложенных на 140 стр., в том числе 16 табл., 91 рисунок. Список используемой литературы содержит 120 наименований.
Анализ диагностической ситуации ЭПА
Задачей диагностики фактически является получение зависимости, обратной зависимости (1) т.е. {R} = A-1{Mml (1.14) когда на основании полученных в результате анализа диагностических признаков необходимо сделать заключение о параметрах технического состояния объекта. Диагностические признаки выбирают из физических соображений и/или на основе математического моделирования механизма. В болъшинстве случаев зависимость {R} от {Мкд} определяется системой стохастических уравнений, а определение технических состояний объекта диагностирования осуществляется в условиях ограниченной информации при болъшом уровне помех, вызванных несоблюдением постоянства внешних условий, неполнотой описания классов состояний, неопределенностью технического состояния соответственно, классами границ между классами состояний и, диагностических признаков.
Большой объём вычислений, связанный с обработкой диагностической информации, формированием эталонных диагностических признаков и пороговых значений, классифицирующих функций и решающих правил распознавания технического состояния, оценкой тенденции их изменения, предполагает построение многоцелевой системы диагностирования. Основными составными элементами её, как и любой другой системы диагностики, являются объект диагностирования; блок измерения; блок формирования диагностических признаков; блок формирования эталонов; блок формирования диагностических признаков, долговременная память[41,62].
Рещение задачи формализации и автоматизации процесса диагностирования ЭПА требует разработки диагностических моделей механизма, которые описывают основные, существенные для постановки диагноза свойства механизма. В этом случае множество сторон и связей объекта диагностирования, исключительно важных с точки зрения его функционирования, становятся второстепенными и могут быть исключены.
В качестве диагностических моделей могут рассматриваться динамические модели, представленные в виде системы алгебраических или дифференциальных уравнений, феноменологические модели, имитационные, логические соотношения, функциональные, структурные, регрессионные и другие модели и другие модели, позволяющие связать параметры технического состояния с характеристиками диагностического сигнала [8,9,37,41,61].
Одним из наиболее распространенных способов построения диагностической модели объекта диагностирования является математическое описание связи между структурными и диагностическими параметрами при помощи дифференциальных (во временной области) или алгебраических (в частотной области) уравнений[8,9,61,62].
Представление системы в виде динамической системы в виде динамической системы с п степенями свободы [62] [Т][Х] + [К][Х] + [С]]Х] = [С] (1.15) где [Т\, [X], [С] - симметрические п х п матрицы коэффициентов инерции, демпфирования и жесткостей; [X] и [Р] - «-мерные векторы координат и действующих сил. В условиях функционирования возмущающие воздействия и динамические характеристики механизма являются ненаблюдаемыми параметрами, а вид и глубина развития дефекта определяются по выходным реакциям в местах регистрации диагностического сигнала (при диагностировании ЭПА - в электродвигателе).
При диагностировании системы уравнение связи вектора входных воздействий Р и вектора выходных сигналов I записывают в операторной форме. I{i)=LP{i) (1.16) где L оператор системы. Влияние дефекта на параметры динамической системы весьма многообразно. В одних случаях дефект меняет характер возмущения, т.е. изменяющийся параметр технического состояния г в неявном виде входит в функцию вынуждающей силы Р(г); в других случаях дефект влияет на передаточную функцию Щг). Дефект также может вызывать одновременное изменение возмущающих сил и передаточной функции. Развитие дефекта может привести также к существенному изменению вида оператора L динамической системы, когда её поведение следует описывать с помощью нелинейных уравнений.
Например, большинство известных дефектов вызывает отклонение системного параметра (положения ротора) от нормы. При неуравновешенности ротора повышается амплитуда колебаний на частоте его вращения [37].
Структурную схему диагностической модели в этом случае можно представить в виде двухполюсника (рисунок 1.12). Для постановки диагноза (оценки степени неуравновешенности) достаточно оценить отклонение амплитуды колебаний от нормы на частоте вращения.
С учетом воздействия дефектов, проявляющихся на частотах взаимодействия деталей, диагностическая модель механизма принимает вид, изображенный на рис. 1.13.
При одновременном воздействии нескольких дефектов, вызывающих изменение амплитуды колебаний арматуры на одной и той же частоте данная модель непригодна. Такая картина может наблюдаться, например, на частоте вращения колеса редуктора из-за неуравновешенности, накопленной ошибки, отклонения от соосности валов неравномерности изнашивания за оборот колеса, поломки зуба и ряда других причин.
Для того чтобы различить дефекты, вызывающие коррелированные воздействия на механизм, следует изменить диагностическую модель, обратившись к анализу не непосредственных проявлений дефектов на частоте колебаний, а к сопутствующим явлениям, проявляющимся в других частотных диапазонах, при чем не обязательно сказывающихся на энергетических характеристиках диагностического сигнала. Диагностический признак при этом более информативен, если его размерность 1[8,41,62].
Исследование двигателя ЭПА как источника колебаний электромагнитной природы
При вычислении основных частот возмущения подшипников качения исходят от гипотезы преимущественного действия поперечных возбуждающих сил. В процессе эксплуатации и с развитием повреждений элементов конструкции подшипников до определенного уровня в спектре колебаний ЭПА появляются составляющие, частоты которых определяются видом повреждения. Эти дефекты достаточно разнообразны: волнистость на дорожках качения, повышенный зазор в обойме, овальность тел качения и колец, гранность, увеличенный зазор в гнездах сепаратора, повреждение тел и дорожек качения вследствие выкрашивания и др. Основные частоты возбуждения, возникающие из-за повреждений элементов шариковых подшипников следующие: из-за дефекта формы тел качения: /TK = (±)(=)2L; (2.21) из-за изменения формы внутреннего кольца: =(D + d\nz (2.22) из-за изменения формы наружнего кольца: /D - d\ nz (2.23) /и - а\ і /нК = {— —) і D / 120 п- частота вращения ротора, мин ; d - диаметр тел качения; D={D +D )I2 диаметр окружности, проходящей через центры тел качения; Dm; DnK соответственно диаметры внутреннего и наружнего колец подшипника; 2 -число тел качения.
Резонансные колебания элементов подшипника могут быть получены при периодических ударах тел качения, проходящих дефектные точки дорожки на частоте вращения. Эти колебания характеризуются затухающими импульсами. Одним из таких резонансов может быть резонанс шариков, частота которого вычисляется по формуле: 0,848 Е (2.24) к = — V где Е - модуль упругости; р - удельная плотность шариков. Помимо основных частот возбуждения, приведенных выше, в подшипниках качения возбуждается масса комбинационных частот, являющихся результатом взаимодействия вращающихся и неподвижных источников колебаний, обусловленных дефектами контактирующих поверхностей. Из-за одновременного взаимодействия нескольких дефектов возможна многократная модуляция сигналами разных частот. Так, например, дефект сепаратора возбуждает модуляционные компоненты (kfn nfcn) в окрестности гармоник частоты мелькания по наружному кольцу kfHK; дефект внутреннего частоты взаимодействия с наружним кольцом (n nfBK) и с телами качения ktfB] fcn)zTK. Возможны также различные комбинации этих и других составляющих, в результате чего в спектре колебаний появляются комбинационные частоты вида: kfBK ± n(qfMK ± mfBK), (2.25) kfm±n(qfBK±mfcn). (2.26) При развитии дефекта подшипника двигателя ЭПА наиболее вероятны комбинации частот возбуждения с роторными частотами, обусловленными неуравновешенностью механизма ЭПА. Одним из наиболее распространенных дефектов монта а подшипников является перекос колец. Перекос наружнего кольца подшипников проявляется на частотах; /нк = kfcnz. Перекос внутреннего кольца подшипника проявляется на частотах: /вк = WBP -/сп)г. (228) Для различения сосредоточенных и распределенных дефектов (типа перекоса) принято ориентироваться на число гармоник спектра полигармонических колебаний. Сосредоточенный дефект как источник ударов является источником широкополосного спектра. Распределенный дефект имеет ограниченный спектр (не более 4-х гармоник). Нередки случаи, когда изменения параметров технического состояния подшипников (или других узлов) вызывает малые энергетические изменения диагностического сигнала, влияя в то же время на фазовые соотношения между кратными частотными компонентами сигнала. В консервативной системе (из условия ортогональности собственных форм колебаний) сдвиг фаз между двумя ближайшими гармониками колебаний близок к значениям О, я/2, тг рад. Отклонение сдвига фаз от данных значений переводит систему из класса консервативных и в большинстве случаев предшествует появлению гармоник собственных частот с более высоким порядковым номером. Данные диагностические признаки не выявляются при спектральном анализе.
Рассмотрим формирование диагностического сигнала в системе, содержащей два соединенных муфтой вала, причем вал 2 посажен в подшипник с дефектом внутренней дорожки качения (рис. 2.9.). Для данной системы будут характерны поперечные колебания валов 1 и 2, сопровождающиеся ударами с частотами подшипника вала 2 ШщЩШ локальный дефект Отметим, что спектральные характеристики в данном случае будут близки рассмотренным выше характеристикам при несоосности валов. Таким образом, при диагностике возникает ситуация неопределенности. С целью исключения неопределенности следует учитывать информацию о характере колебаний.
В рабочих условиях процесс выхода из строя подшипниковых узлов ЭПА часто складывается из разрушений нескольких элементов подшипника и одновременного развития нескольких повреждений. При этом процесс разрушения отображается на спектрограммах изменением амплитуд целого ряда составляющих. Поэтому предлагается диагностировать состояние подшипников качения в целом, оценивая степень развития деградационных процессов в подшипнике и остаточный ресурс. Такой подход имеет право на существование в связи с тем, что при потере работоспособности подшипника ЭПА ремонтному персоналу безразлично, что в подшипнике вышло из строя, важно, что его надо заменить.
Изложенную выше информацию о формировании и распространении диагностического сигнала в случае неисправности механической части ЭПА (предполагается, что кинематическая схема аналогична представленной на рисунке 2.6) можно представить в виде Словаря диагностических признаков 2.1.
Получение диагностической информации по фазовому портрету сигнала
По спектрам (рисунки 3.1, 3.4, 3.5) можно видеть, что диагностический сигнал в значительной степени определяется гармониками, кратными частоте вращения ротора (3.7) Взаимодействие гармоник iz(1) и ir(t) в сигнале тока двигателя ЭПА вызывает амплитудную или фазовую модуляцию. Определение вида модуляции позволяет идентифицировать техническое состояние ЭПА в случаях, когда различные дефекты проявляются на одинаковых частотах. Например, проявления в спектрах 3.1, 3.4, 3.5 частот подшипника может свидетельствовать, как о дефекте подшипника, так и об отклонении оси вала данного подшипника. Однако спектральный анализ, основанный представлении сигнала (3.6) в виде графиков Ъп{п) или (рп{п), не предназначен для выявления фазово-динамических особенностей. Получить комплексное представление сигнала (3.6) bn(n,cpn) возможно с помощью фазового плоскостного метода (ФПМ). ФПМ позволяет находить графическое решение уравнений, в том числе уравнений (2.4) и (2.5). В работе [64] данный метод используется для вибродиагностики подшипников, в нашей работе аналогичный подход реализуется для изучения особенностей колебаний роторов.
Метод предполагает представление диагностического сигнала на фазовой плоскости в виде суммы проекций действительной ip(t) и, получаемой путем преобразования Гильберта, мнимой части сигнала ip(t) = H[ip(t)]. Конец результирующего вектора при этом описывает совокупность траекторий, называемых фазовыми портретами (ФП) [48,104].
В настоящей работе представлена методика, которая позволяет определять характер колебаний, число гармоник и соотношение их амплитуд, глубину модуляции, смещение медианы, разность фаз между гармониками несущих колебаний, распознавать дефекты ЭПА по ФП диагностических сигналов.
Определение характера колебаний. С точки зрения создания методики диагностики, включающей рассмотрение фазовых особенностей диагностического сигнала, весьма важным представляется рассмотрение амплитудно- и фазово-модулированных колебаний. С помощью модели (2.67) зададим два тестовых сигнала, в одном из которых фаза постоянна (3.8), в другом (3.9) фаза изменяется по гармоническому закону: ir(0 = V cos(6jpt + hlzl cos(wzt) + (ppl) + Ip2 cos(2copt + hlzl cos(o)zt)), (3.8) ir(t) = (1 + mlzl cos(o)zt))(Ipl cos(a)pt + (ppl) + lp2cos(2wpt)). (3.9) Представим анализируемые колебания на комплексной плоскости в виде фазоров (вращающихся векторов) с фиксированными амплитудами {/р1, /Р2... W, Uzi, hi... /г!},скоростями вращсния {lft p, 2G)P... M»p}, {a zl, coz2... yzI} и начальными фазами {(pvl,(pp2 PPN} принимающими значения от О до 1 рад (рисунки 3.6 а и 3.7 а). Сравним результирующие фазовые портреты (рисунки 3.6 б и 3.7 б): очевидно представлениям (3.8) и (3.9) соответствуют различные фигуры. Отметим, что амплитудный и частотный состав колебаний, описанных формулами (3.8) и (3.9) идентичен. комплексной плоскости Определение числа и соотношения гармоник на частоте вращения ротора. Формы ФП, соответствующих диагностическим сигналам ЭПА, близки к классу кривых, называемых эпициклоидами [104]. Данные кривые получаются как траектории движения точек, закрепленных на окружностях, катящихся внешним образом по другим окружностям. Вид фигуры зависит от соотношений радиусов окружностей и скоростей качения.
Формы портретов диагностических сигналов определяются соотношением величин, входящих в выражение (3.7). Если N=1, то портрет представляет собой окружность (рис. 3.8 а), если N=2, то кардиоиду (рис. 3.6 а), N=3 - нефроиду (рис. 3.8 б). При чем, соотнощение между диаметрами «лепестков» характеризует соотношения между амплитудами гармоник в диагностическом сигнале ЭПА к = /р„: /р(п+1) Определение глубины модуляции. Флуктуация амплитуд ip(t,iz) выражается в спиралеобразном характере очерчивающих линий. Возможна оценка коэффициента амплитудной модуляции т по соотношению «толщины» контура ФП и его радиуса: а - с одно гармоникой вращения; б-с тремя гармониками вращения Рисунок 3.8 - Формы портретов диагностических сигналов Отметим, что при оценке глубины сложной многотональной модуляции диагностических сигналов по ФП исключается влияние формы несущих колебаний (рисунок 3.9). Таким образом, оценивать глубину модуляции по ФП проще, чем по временным реализациям данных сигналов.
Смещение медианы сигнала. Сдвиг фаз между модами колебаний приводит к смещению центральной оценки (медианы). Применительно к ЭПА можно показать, что из-за сдвига фаз в модулирующем колебании значение тока рабочего хода двигателя может измениться.
Метрологический анализ системы диагностики ЭПА
Регистрация и первичная обработка сигналов производилась с помощью переносной информационно-измерительной системы состоящей из МОДУЛЯ Е14-140 фирмы L-card (г. Москва) и портативного компьютера NOTEBOOK 1500MHz. Модуль El4-140 предназначен для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму. На модуле имеется один АЦП, на вход которого при помощи коммутатора может быть подан один из 16 или 32 аналоговых каналов с внешнего разъёма модуля.
Модуль Е14-140 рассчитан на подключение к стандартному порту USB. Визуализация и одновременная запись сигналов на жесткий диск компьютера осуществлялась с помощью программы PowerGraph поставляемой в комплекте с модулем Е14-140. Основные технические характеристики АЦП приведены в таблице 5.3.
С целью апробации разработанной системы диагностики на лабораторной установке были получены сигналы арматуры со следующими дефектами: 1) раковина внутреннего кольца подшипника двигателя; 2) смещение оси вала двигателя; 3) скол на теле качения подшипника редуктора; 4) скол зуба червячного колеса редуктора. Сигнал вибрации снимался одновременно с сигналом тока с целью последующего сравнения результатов диагностирования, полученных в результате анализа обоих сигналов.
Привод диагностируемой ЭПА относится к типу ПГ-05-У2 (схема привода представлена на рисунке 5.1). В Таблице 5.4 приведены частоты, характеризующие срабатывание кинематических пар редуктора. Данная информация использовалась при обработке данных спектрального анализа. Таблица 5.4 Частоты кинематических пар привода ПГ-05-У2
Для тестирования системы проведем диагностику оборудования без внесенных дефектов. Отметим, что в спектрах виброакустического сигнала и огибающей электрического сигнала (рисунок 5.7) информативные гармоники отсутствуют. ФП (рисунок 5.8) выявляет случайные флуктуации вблизи положения равновесия. Установившиеся колебания ротора
Перейдем к анализу сигналов ЭПА с дефектом нарушение подшипника двигателя. В данном примере (и в последующих) отметим идентичность частотного состава спектров вибрации и огибающей тока. В спектрах (рисунок 5.9) обнаруживается рост (по сравнению с исправным состоянием) числа гармоник вращения ротора с 1 до 3. Появляется множество основных и комбинационных частот, соответствующих гармоникам сепаратора !, тел качения/ , наружнего fz3 и внутреннего/ колец подшипника двигателя. Анализ частот представленных в таблице (справа на рисунке), согласно словарю диагностических признаков (Таблица 2.1), может соответствовать дефекту подшипника двигателя или смещению оси вала двигателя.
Для уточнения диагноза обратимся к анализу ФП данного сигнала (рисунок 5.10). ФП в данном случае характеризует поперечные колебания ротора и глубокую амплитудную модуляцию, характерные для дефектов подшипника[2].
Окончательный диагноз; «Арматура работоспособна, но неисправна. Четвертая стадия дефекта подшипников двигателя. Дефект редуктора угрожает работоспособности двигателя».
Следующие сигналы, подвергнутые обработке и анализу в предлагаемой системе диагностики, соответствуют дефекту ЭПА смещение оси вала двигателя. Частотный состав спектров (рисунок 5.11) идентичен предыдущему примеру: обнаруживается рост (по сравнению с исправным состоянием от -60 до -50 дБ) амплитуды гармоники вращения ротора; появление боковых составляющих в зоне сетевой гармоники /с, соответствующих частотам сепаратора /г1, тел качения 2 и наружнего fz3 и внутреннего fz\ колец подщипника двигателя. Точный диагноз по спектру затруднителен; спектру может соответствовать дефект подшипника двигателя или смещению оси вала двигателя. Однако ФП на рисунке 5.12 выявляет крутильные колебания ротора, характерные для несоосности валов вредукторе[47].
Очередной дефект ЭПА, определяемый в предлагаемой системе диагностики - скол тела качения подшипника редуктора. Данный дефект вызывает очень слабую модуляцию потребляемого тока и методами штатной системы не идентифицируется. При помощи методов, реализуемых в предлагаемой нами системе, в спектре огибающей тока (рисунок 5.13) выявляется множество гармоник основных и комбинационных гармоник, соответствующих частотам сепаратора fz2, тел качения fa, наружнего fa и внутреннего fa колец подшипника редуктора. Те же гармоники присутствуют и в спектре сигнала виброускорения.
Постановка диагноза по результатам анализа спектра затруднительна, так как наличие гармоник подшипника может означать как дефект вала подшипника, так и смещение оси вала данного подшипника (рисунок 5.14). Для исключения неопределенности следует провести анализ ФП. Фазовый портрет выявляет поперечные колебания ротора и глубокую амплитудную модуляцию, характерные для дефектов подшипника.
В результате проведенного анализа определяется окончательный диагноз: «Арматура работоспособна, но неисправна. Третья стадия дефекта подшипника редуктора. Дефект привода приводит к повышению нагрузки на двигатель».
На примере анализа сигналов, соответствующих различным стадиям дефекта червячного колеса редуктора, можно продемонстрировать возможности системы диагностики при анализе нелинейных процессов, связанных с развитием дефекта ЭПА[3].
