Технология оценки и управления техническим состоянием динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов Трутаев Станислав Юрьевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Состояние проблемы обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов промышленных предприятий РФ. Постановка задач исследования 31

1.1 Стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования опасных производственных объектов 31

1.2 Оценка технического состояния оборудования опасных производственных объектов. Актуальные проблемы 43

1.3 Состояние проблемы обеспечения промышленной безопасности динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов 51

1.3.1 Оборудование, нагруженное динамическими нагрузками техногенного характера 51

1.3.2 Оборудование, нагруженное динамическими нагрузками естественной природы 61

1.4 Методы обеспечения динамической устойчивости оборудования опасных производственных объектов 66

1.5 Выводы. Постановка цели и задач исследования 74

Глава 2 Технология оценки и управления техническим состоянием динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов 79

2.1 Основные положения технологии ОУТС. Область применения. 79

2.2 Виды работ на различных этапах реализации технологии ОУТС 86

2.2.1 Предварительное (первичное) исследование технического состояния динамически нагруженного оборудования 86

2.2.2 Постоянный мониторинг динамически нагруженного оборудования I группы критичности 87

2.2.3 Периодический мониторинг динамически нагруженного оборудования II группы критичности 90

2.3 Методология построения и оценки корректности математической модели объекта 94

2.3.1 Построение моделей оборудования с использованием МКЭ 94

2.3.2 Оценка корректности математической модели 98

2.4 Построение адаптивной системы нормирования амплитуд динамических перемещений по избранным критериям 109

2.5 Выводы по главе 114

Глава 3 Разработка методологии расчетно-экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов 116

3.1 Основные предпосылки 117

3.2 Основные положения методологии 121

3.3 Построение идентификационной модели и идентификация состояния объекта по результатам мониторинга дискретных параметров 126

3.4 Определение форм колебаний, удерживаемых при идентификации состояния динамически нагруженного оборудования 133

3.5 Верификация идентификационной модели 140

3.6 Верификация методологии на модельных задачах 141

3.7 Экспериментальная проверка методологии 153

3.8 Выводы по главе 163

Глава 4 Адаптация методологии расчетно-экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния динамически нагруженного оборудования к условиям действующих опасных производственных объектов 165

4.1 Общие замечания 166

4.2 Методология сбора данных с применением аппаратуры с одним измерительным каналом 167

4.3 Методология сбора данных с применением аппаратуры с числом измерительных каналов более одного 172

4.4 Методология сбора данных по синхроимпульсу 182

4.5 Методология сбора данных с применением модифицированного метода корреляции цифровых изображений 188

4.6 Выводы по главе 200

Глава 5 Разработка методологии расчетно-экспериментальной экспресс-диагностики макродефектов динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов 201

5.1 Основные предпосылки 201

5.2 Основные положения методологии 206

5.3 Особенности экспериментального определения спектра собственных частот при экспресс-диагностике макродефектов 209

5.4 Верификация и коррекция математической модели с учетом высших форм колебаний 212

5.5 Идентификация расположения и размеров дефектов оборудования 218

5.6 Верификация методологии на модельных задачах 219

5.6.1 Автоматическая коррекция граничных условий 219

5.6.2 Идентификация местоположения и размера макродефекта 221

5.7 Экспериментальная проверка методологии 229

5.7.1 Экспериментальная проверка методологии в стендовых условиях 229

5.7.2 Экспериментальная отработка методологии на реальных объектах 236

5.8 Выводы по главе 243

Глава 6 Разработка и внедрение методов управления динамическим состоянием оборудования опасных производственных объектов 244

6.1 Постановка задачи управления динамическим состоянием оборудования 244

6.2 Управление динамическим состоянием оборудования на основе оптимизации опорно-подвесной системы 251

6.3 Управление динамическим состоянием оборудования на основе замены фланцевых разъёмных соединений бугельными 256

6.4 Управление динамическим состоянием оборудования на основе введения в систему дискретных демпфирующих связей 270

6.5 Выводы по главе 291

Глава 7 Инструментальное и программное обеспечение технологии оценки и управления техническим состоянием динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов 294

7.1 Инструментальное обеспечение технологии ОУТС 295

7.1.1 Разработка систем постоянного/периодического мониторинга 296

7.1.2 Разработка серии демпфирующих устройств вязкого трения мембранного типа 304

7.1.3 Разработка серии роботизированных сканеров-интроскопов для оперативной диагностики оборудования во время остановочных ремонтов 309

7.1.4 Разработка, апробация и внедрение измерительной аппаратуры для осуществления оперативной динамической тензометрии 314

7.1.5 Мобильный комплекс для идентификации собственных частот колебаний объекта 317

7.2 Программное обеспечение технологии ОУТС 320

7.2.1 Программный комплекс Compass 321

7.2.2 Программный комплекс MStruct 324

7.2.3 Программный комплекс SIdent 327

7.2.4 Программный комплекс Stand 328

7.2.5 Программный комплекс Норма 332

7.2.6 Программный комплекс Correlation 334

7.2.7 Программный комплекс CPipes 336

7.3 Выводы по главе 339

Глава 8 Примеры внедрения технологии оценки и управления техническим состоянием динамически нагруженного оборудования 341

8.1 Обеспечение промышленной и экологической безопасности трансферных трубопроводов колонны К11 установки ЭЛОУ+АВТ-6 цеха 18 нефтеперерабатывающего завода АО «Ангарская нефтехимическая компания» 341

8.1.1 Общие сведения об объекте исследования 341

8.1.2 Оценка необходимости постоянного мониторинга объекта 345

8.1.3 Структура системы мониторинга объекта 346

8.1.4 Построение и верификация математической модели объекта 352

8.1.5 Особенности процедуры идентификации напряженно-деформированного состояния объекта 353

8.1.6 Анализ работы системы мониторинга за 9 лет эксплуатации 355

8.1.7 Выв оды по разделу 358

8.2 Обеспечение промышленной и экологической безопасности оборудования высокого давления компрессоров ГК13 установки подготовки ретурного газа объекта 16 цеха 135/136 Химического завода АО «Ангарская нефтехимическая компания» 359

8.2.1 Общие сведения об объекте исследования 359

8.2.2 Комплексное исследование динамического состояния оборудования с использованием многоканальной измерительной аппаратуры 361

8.2.3 Оценка результатов комплексного исследования динамического состояния оборудования 366

8.2.4 Разработка мероприятий по повышению динамической устойчивости оборудования 372

8.2.5 Выв оды по разделу 376

8.3 Выводы по главе 377

Заключение 378

Список литературы 385

Приложение 1 Копии документов, подтверждающих внедрение результатов работы (патенты, акты внедрения, нормативные документы) 429

Приложение 2 Листинг MathCAD, реализующий пакетную математическую обработку акселерограмм 477

• Стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования опасных производственных объектов
• Построение идентификационной модели и идентификация состояния объекта по результатам мониторинга дискретных параметров
• Идентификация местоположения и размера макродефекта
• Комплексное исследование динамического состояния оборудования с использованием многоканальной измерительной аппаратуры

Введение к работе

Актуальность темы и формулировка проблемы. Предприятия РФ таких промышленных отраслей, как нефтепереработка, химия и нефтехимия, нефте- и газодобыча относятся к опасным производственным объектам (ОПО), связанным с получением, переработкой и хранением взрывопожароопасных, токсичных веществ, а также использованием технологического оборудования, работающего при высоких температурах и давлениях. Возникновение аварийных ситуаций на таких ОПО, особенно на объектах I и II класса опасности, могут сопровождаться неконтролируемыми взрывами, масштабными возгораниями, выбросами токсичных веществ в атмосферу, а также разрушениями инфраструктуры и человеческими жертвами. В соответствии с федеральным законом ФЗ №116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» для снижения рисков аварий на предприятиях, эксплуатирующих ОПО, должны функционировать так называемые системы управления промышленной безопасностью, основной задачей которых является идентификация, анализ и прогнозирование риска аварий и связанных с такими авариями угроз, а также планирование и реализация мер по его снижению. В общем случае подходы к решению данной задачи могут быть различны, однако каждый из них основан, прежде всего, на корректных оценках текущего и прогнозного технического состояния (ТС) промышленного оборудования, эксплуатируемого на ОПО. Такие оценки проводятся, как правило, на основе комплексного применения современных средств технической диагностики (ТД) и мониторинга, в сочетании с передовыми расчетными и экспериментальными методами определения напряженно-деформированного состояния (НДС) и ресурса оборудования, с учетом фактически действующих на него повреждающих факторов.

Как показывает практика к числу основных повреждающих факторов, оказывающих негативное влияние на ТС оборудования промышленных предприятий, можно отнести динамические нагрузки. Многие производственные объекты и связанное с ними оборудование проектируются и вводятся в эксплуатацию без учета динамических воздействий, а при расчете ресурса таких объектов во внимание принимаются лишь малоцикловые нагрузки, связанные, прежде всего с технологическими пусками и остановами, изменениями режимов работы и т.д. Между тем, значительное влияние на срок службы оборудования могут оказывать факторы, не предусмотренные на этапе проектирования. Так, например, известно, что неотъемлемой частью эксплуатации насосно-компрессорного оборудования (НКО) являются проблемы связанные с высоким уровнем вибрации трубопроводных обвязок, межступенчатых аппаратов, компрессорных агрегатов и т.д. Особенно это характерно для установок оснащенных поршневыми компрессорами, а также технологического оборудования, работающего совместно с центробежными нагнетателями, перекачивающими высоковязкие или высокотемпературные среды. При проектировании подобных объектов вопросы размещения и закрепления оборудования чаще всего решаются без расчета спектра частот свободных колебаний и проверки системы на резонанс. В результате, при эксплуатации оборудование подвергается действию не предусмотренных проектом динамических нагрузок, длительное действие которых в сочетании с другими

повреждающими факторами, становится причиной усталостного разрушения отдельных его элементов и, как следствие, приводит к инцидентам и аварийным ситуациям на ОПО, человеческим и материальным потерям, загрязнению окружающей среды.

Помимо вибрационных воздействий для оборудования многих ОПО РФ ситуация осложняется необходимостью учета дополнительных динамических нагрузок, обусловленных например сейсмическими явлениями (для технологических площадок размещаемых в сейсмически активных районах), ветровыми нагрузками (для колонных аппаратов, резервуаров, дымовых труб и т.д.). Так как масс-инерционные и жесткостные характеристики действующего оборудования могут существенно отличаться от проектных вследствие ошибок монтажа, изменения технологии, свойств грунтов оснований, то и фактическая нагруженность таких объектов при действии динамических нагрузок может изменяться в широком диапазоне.

С учетом изложенного научную и прикладную актуальность имеет проблема совершенствования структуры систем управления промышленной безопасностью предприятий РФ, эксплуатирующих ОПО, в направлении внедрения единых методических подходов к оценке ТС динамически нагруженного оборудования, позволяющих выявлять неизвестные на этапе проектирования параметры динамических воздействий, корректно оценивать фактическую нагруженность таких объектов, а при необходимости разрабатывать и внедрять превентивные меры по повышению их динамической стойкости для обеспечения промышленной безопасности на ОПО и снижения рисков возникновения инцидентов и аварий.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время вопросы оценки и управления ТС оборудования ОПО решаются в рамках, предусмотренных действующим законодательством РФ в сфере промышленной безопасности, процедур технического освидетельствования, технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) оборудования. При этом применяемые на практике методы ТД, расчетные и экспериментальные методы исследования ТС оборудования, а также периодичность и объемы их внедрения, определяются типом используемой на предприятии стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования (ТОиР).

Исследованию проблем обеспечения промышленной безопасности оборудования ОПО в рамках реализации различных стратегий ТОиР, а также вопросам оценки ТС оборудования с учетом фактически действующих на него повреждающих факторов посвящено множество работ. Среди них можно отметить работы Болотина В.В., Барышова С.Н., Бермана А.Ф., Граж-данкина А.И., Емельянова A.A., Котляревского В.А., Краковского Ю.М., Кумамото X., Хенли Э.Дж., Махутова Н.А., Митрофанова А.В., Москвичева В.В., Лисанова М.В., Лукьянова А.В., Ханухова Х.М., Шаталова A.A., Одишарии Г.Э., Сафонова B.C., Швыряева A.А. и других авторов.

Среди работ отечественных ученых и инженеров, внесших значительный вклад в развитие методов ТД и традиционных методов дефектоскопии, можно отметить работы Артоболевского И.И., Клюева В.В., Балицкого Ф.Я., Мужицкого В.Ф., Лукьянова А.В, Костюкова В.Н., Науменко А.П., Матвеева В.И., Гриба В.В., Генкина М.Д., Шелихова Г.С., Шубочкина А.Е.,

Горкунова Э.С. и других авторов. Именно на работах этих и ряда других авторов строится современная отечественная система нормативно-методических документов в области применения методов дефектоскопии и мониторинга при ТД оборудования ОПО.

В отношении оценки ТС динамически нагруженного оборудования химических и нефтеперерабатывающих производств основной объем исследований лежит в плоскости развития методов ТД центробежных и поршневых машин. Такие исследования, например, содержаться в работах Лукьянова А.В., Костюкова В.Н., Науменко А.П, Ширмана А.Р. и ряда других авторов. Для остальных групп оборудования химического и нефтяного машиностроения, применяемых на ОПО рассматриваемой отрасли (трубопроводы, сосуды, аппараты, реакторы, промышленные эстакады и др.) вопросы оценки ТС с учетом динамических воздействий сегодня практически не рассматриваются и требуют проведения в каждом конкретном случае специальных исследований, т.к. действующие нормативно-методические документы (например, нормы вибрации технологических трубопроводов), регламентирующие процедуры оценки ТС в этой области, имеют адресную направленность и не допускают массового применения для всего спектра динамически нагруженного оборудования. В этой связи можно сделать вывод о том, что существующие подходы, применяемые сегодня к оценке ТС отмеченных выше групп оборудования, не позволяют в полной мере обеспечить требуемый уровень их промышленной и экологической безопасности и требуют пересмотра и развития.

Целью диссертационной работы является разработка научно-методических основ, нормативного и инструментального обеспечения технологии оценки технического состояния динамически нагруженного оборудования опасных производственных объектов, а также управление им через оптимизацию жесткостных, масс-инерционных и демпфирующих характеристик.

Задачами теоретических и прикладных исследований, решаемыми для достижения поставленной цели, являются:

1. разработка и внедрение технологии оценки и управления техническим состоянием (ОУТС) оборудования ОПО, эксплуатируемого при динамических воздействиях техногенной и естественной природы;

2. разработка, апробация и внедрение группы универсальных методов расчетно-экспериментальной оценки ТС деталей и элементов динамически нагруженного оборудования ОПО, как линейно-упругих механических колебательных систем с конечным числом степеней свободы;

3. разработка способов и средств управления ТС динамически нагруженного оборудования ОПО на основе оптимизации его жесткостных, масс-инерционных и демпфирующих характеристик;

4. разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения, реализующего предлагаемые подходы в области оценки ТС и обеспечения безопасной эксплуатации динамически нагруженного оборудования ОПО;

5. разработка, апробация и внедрение в промышленную эксплуатацию средств (измеритель-

ная техника, технические устройства (ТУ), аппаратно-программные комплексы, нормативно-методическая база) для обеспечения внедрения предлагаемой технологии ОУТС на всех этапах ее реализации.

Объектом исследования являются трубопроводы, сосуды, аппараты, машины, а также связанные с ними строительные конструкции, применяемые на ОПО химической, нефтехимической, нефтяной и газовой промышленности РФ, эксплуатируемые при динамических воздействиях техногенной (промышленные вибрации, пульсации давления перекачиваемых сред) и естественной (сейсмические и ветровые нагрузки) природы.

Предметом исследования являются теория и методы исследования динамических процессов, влияющих на ТС оборудования химического и нефтяного машиностроения, способы управления этими процессами, в т.ч. на основе ТД, мониторинга, а также компьютерного моделирования с применением современных численных и расчетно-экспериментальных методов исследования.

Методология и методы исследований. Решение поставленных задач выполнено на основе положений теории колебаний, линейной теории упругости, методов цифровой обработки сигналов и изображений, расчетных и экспериментальных методов исследования динамической прочности, методов идентификации технических систем, теории оптимального проектирования конструкций (ОПК). Для дискретизации и аппроксимации деталей промышленного оборудования, машин и строительных конструкций использован метод конечных элементов (МКЭ). Разработка программного обеспечения, реализующего внедрение результатов исследований, выполнена на языках Visual C++, C#, Visual Fortran, Visual Basic. Расчетные и экспериментальные исследования выполнены автором на научно-методической, испытательной и инструментальной базе АО «ИркутскНИИхиммаш», а также действующих технологических установках АО «Ангарская нефтехимическая компания» (АО «АНХК»), АО «Ангарский завод полимеров» (АО «АЗП»), АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» (АО «РНПК»), АО «Газпром нефтехим Салават», АО «Саянскхимпласт», ПАО «Верхнечонскнефтегаз» (ПАО «ВЧНГ») и др.

Научная новизна работы представлена:

6. технологией ОУТС оборудования ОПО, эксплуатируемого при динамических воздействиях техногенной и естественной природы (СТО-00220227-044);

7. универсальным расчетно-экспериментальным методом оценки НДС оборудования при динамических нагрузках общего вида (ГОСТ Р 55431, РД 0154-13, патент на изобретение РФ №2626391);

8. методом расчетно-экспериментальной экспресс-диагностики макродефектов оборудования на основе периодического мониторинга отклонений от «эталонного» спектра собственных частот колебаний исследуемого объекта в процессе эксплуатации;

9. методами сбора и обработки экспериментальных данных о динамическом состоянии промышленного оборудования при использовании различных вариантов инструментального обеспечения;

5. адаптивной системой нормирования амплитуд вынужденных колебаний динамически нагруженного оборудования по избранным критериям;

6. модифицированным подходом к реализации технологии корреляции цифровых изображений, позволяющим использовать ее, как для прямого измерения деформаций целевой поверхности, так в качестве источника первичной информации для расчетно-экспериментальных оценок НДС исследуемого объекта;

7. подходами к построению систем периодического и постоянного мониторинга НДС оборудования ОПО, эксплуатируемого при динамических воздействиях;

8. двухстадийным подходом к управлению динамическими свойствами оборудования, на основе введения дополнительных дискретных демпфирующих связей и оптимизации степени демпфирования;

9. методологией математического моделирования параметров работы демпфирующих устройств (ДУ) на основе результатов стендовых испытаний;

10. методологией автоматической идентификации формализованных дефектов оборудования при проведении интроскопического контроля;

11. математическим, алгоритмическим и инструментальным обеспечением, реализующим предлагаемые подходы в области проведения расчетно-экспериментальных оценок, периодического и постоянного мониторинга, а также управления динамическими свойствами динамически нагруженного оборудования (патенты на изобретение РФ №2634487, №2343313, №2618631, №2626391, авторские свидетельства №2014619601, №2014619601, №2017614231).

В целом результаты работы автора рассматриваются как разработка новых научно обоснованных технических и методических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие страны в части решения вопросов обеспечения промышленной и экологической безопасности динамически нагруженных объектов в различных отраслях промышленности РФ.

Теоретическая значимость результатов обоснована тем, что в работе предложено научное и экспериментальное обоснование возможности и эффективности применения расчетно-экспериментальных методов исследования для комплексной оценки ТС оборудования ОПО при действии динамических нагрузок техногенной и естественной природы, а также разработаны, апробированы и внедрены научно-методические основы технологии ОУТС динамически нагруженного оборудования, расширяющие существующие подходы к вопросам контроля и мониторинга ОПО и вносящие существенный вклад в развитие страны в части решения вопросов обеспечения их промышленной и экологической безопасности.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности применения разработанных автором методов и средств для обеспечения промышленной безопасности ОПО, в т.ч. на основе расчетно-экспериментальной оценки фактической нагруженности промышленного оборудования ОПО, идентификации и анализа рисков возможных аварий, а также планирования и реализации мер по повышению динамической стойкости оборудования.

На основе результатов диссертационных исследований автором разработаны и внедрены

на ряде промышленных предприятий РФ:

а) серия ДУ вязкого трения мембранного типа (патент РФ по заявке №2016134174 «Демпфер
вязкого трения» – решение о выдаче патента от 15.08.2017) с регулируемым и нерегулируе
мым уровнем демпфирования, позволяющих обеспечить эффективное гашение нежелательных
вибраций динамически нагруженного оборудования;

б) измерительная аппаратура для оперативной динамической тензометрии на действующем
оборудовании (патент №2634487 РФ «Тензометр накладной динамических деформаций»),
применяемая в качестве источника первичной информации для осуществления расчетно-
экспериментальных оценок, а также их верификации;

в) мобильный и стационарный контрольно-измерительные комплексы для периодического и
постоянного мониторинга НДС динамически нагруженного оборудования согласно патенту
№2626391 РФ «Способ мониторинга напряженно - деформированного состояния объектов по
вышенной опасности»;

г) серия роботизированных сканеров-интроскопов для оперативной диагностики оборудова
ния во время остановочных ремонтов, работающих под управлением единого диагностическо
го комплекса (заявка на патент №2017129031 «Телеуправляемый внутритрубный интроскоп» -
дата приоритета 14.08.2017);

д) нормативно-методическая база в виде 5-ти национальных и отраслевых стандартов (РД
0154-13, РД 0154-18, РД 0154-19, СТО-00220227-044, СТО-00220227-002, ГОСТ Р 55431), а
также ряда локальных методических документов.

НИОКР по п. в) и г) выполнялись автором, в т.ч. за счет средств выделенных из бюджета Иркутской области, на реализацию инновационных проектов, по направлениям приоритетным для развития Сибирского региона.

Соответствие паспорту специальности 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (технические науки): пункт 6. Исследование технологических процессов, динамики машин, агрегатов, узлов и их взаимодействия с окружающей средой; пункт 7. Разработка и повышение эффективности методов технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса.

На защиту выносятся:

1. технология ОУТС оборудования ОПО, эксплуатируемого при динамических воздействиях техногенной и естественной природы;

2. адаптивная система нормирования амплитуд вынужденных колебаний динамически нагруженного оборудования по избранным критериям;

3. универсальный расчетно-экспериментальный метод идентификации динамического НДС оборудования, подверженного динамическим нагрузкам техногенной и естественной природы;

4. методы сбора и обработки экспериментальных данных для идентификации НДС оборудования при использовании различных вариантов инструментального обеспечения;

5. расчетно-экспериментальный метод экспресс-диагностики макродефектов оборудования

на основе периодического мониторинга состояния исследуемого оборудования в процессе эксплуатации;

6. методология управления динамическими свойствами оборудования на основе оптимизации его жесткостных, масс-инерционных и демпфирующих характеристик;

7. комплекс программных, аппаратно-программных средств и ТУ, обеспечивающий прикладное использование полученных результатов исследований.

Достоверность и обоснованность научных результатов исследований обеспечена корректным использованием методов теории колебаний, линейной теории упругости, МКЭ, методов цифровой обработки сигналов и изображений, методов ОПК, а также удовлетворительным совпадением результатов аналитических и численных решений с результатами натурных экспериментов, практическими внедрениями и инженерно-техническими разработками, апробированными в стендовых условиях и на действующих промышленных предприятиях химического и нефтегазового комплекса РФ, использованием метрологически поверенного и сертифицированного инструментального обеспечения, стендового оборудования и программных средств.

Внедрение и использование результатов работы. Результаты работ автора по программному обеспечению (ПО) технологии ОУТС динамически нагруженного оборудования ОПО нашли отражение в 7-ми независимых программных комплексах: ПО «НОРМА», ПО «MStruct», ПО «Stand», ПО «COMPASS», ПО «Correlation», ПО «SIdent» и ПО «CPipes». На часть разработанного ПО получены свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ (№2014619601 «Программа структурного мониторинга технологического оборудования, зданий и сооружений (MStruct)», №2017614231 «Программа идентификации напряженно - деформированного состояния деталей машин и конструкций(SIdent)», №2016662397 «Программа для стендовых испытаний машиностроительных изделий(Stand)»). На основе результатов, полученных в диссертационной работе, при участии автора разработаны и внедрены в АО «АНХК», АО «АЗП», АО «АНПЗ», АО «РНПК», АО «Газпром нефтехим Салават» согласованные Ростехнадзором РФ отраслевые нормативные документы РД 0154-13, РД 0154-18, РД 0154-19, а также СТО-00220227-044, СТО-00220227-002 и национальный стандарт ГОСТ Р 55431. Новые подходы к построению инструментальных, аппаратно-программных средств, а также ТУ, использование которых обеспечивает внедрение предлагаемой технологии ОУТС на всех этапах ее реализации, представлены в материалах закрепленных соответствующими патентами автора на изобретение (Пат. №2343313 РФ «Компрессорная станция», пат. №2618631 РФ «Устройство для запирания крышки сосуда, работающего под давлением», пат. №2626391 РФ «Способ мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности», пат. №2634487 РФ «Тензометр накладной динамических деформаций», пат. РФ по заявке №2016134174 «Демпфер вязкого трения» (решение о выдаче патента от 15.08.2017)), а также заявкой на патент (№2017129031 «Телеуправляемый внутритрубный интроскоп» - дата приоритета 14.08.2017). Полученные автором в работе научные результаты использованы при выполнении ряда НИОКР на предприятиях ПАО «Газпром», ПАО «СИБУР Холдинг», НК

«Роснефть», что подтверждается соответствующими актами внедрения. На разработанную и внедренную на ОПО (установка ЭЛОУ+АВТ-6 НПЗ АО «АНХК») стационарную систему постоянного мониторинга НДС получено разрешение Ростехнадзора РФ на применение. На сегодняшний день указанная система мониторинга находится в эксплуатации более 9 лет и является важным звеном системы управления промышленной безопасностью на данном ОПО.

Личный вклад соискателя состоит в формировании цели и задач исследования; разработке проблемы в целом, выполнении расчетных, аналитических и экспериментальных исследований; построении математических моделей; планировании, проведении и обработке результатов численных и натурных экспериментов; разработке, тестировании и внедрении методик, алгоритмов и ПО; разработке и внедрении нормативно-методической базы технологии ОУТС; проектировании, изготовлении, тестировании и внедрении инструментального обеспечения технологии; формулировании выводов по работе. В совместных работах личный вклад автора состоит в полной или частичной разработке отдельных составляющих исследований, анализе полученных результатов, формулировании выводов. Все результаты диссертации, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили положительную оценку на: IV – V Всероссийских семинарах «Проблемы оптимального проектирования сооружений», Новосибирск, 2002- 2005 гг.; V Международном симпозиуме по трибофатике. ISTF-2005; Научно – технических конференциях ИрГТУ, Иркутск, 2002-2016 гг.; VI Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию, Сочи, 2005; III международной конференции «Проблемы механики современных машин», Улан-Удэ, 2006; Международной конференции «Техническое регулирование. Управление рисками, промышленная безопасность, контроль и мониторинг», Москва, 2006; Научно-практической конференции «Безопасность регионов России – основа устойчивого развития», 2007; Научно-практических конференциях «Химия ХХI век: новые технологии, новые продукты», Кемерово, 2006-2008 гг.; I-й Всероссийской конференции «Проблемы оптимального проектирования сооружений», Новосибирск, 2008 г.; IV международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах»- Уфа, 2010; First International Conference Dynamics of Systems, Materials and Structures, Tunisia, 2010; Second International Symposium on Innovation & Sustainability of Modern Railwai Irkutsk, 2010: IX научно-технической конференции «Исследования, проектирование, изготовление, стандартизация и техническая диагностика оборудования и трубопроводов, работающих под давлением» - Иркутск, 2011; The Ninth International Conference on Condition Monitoring and Machinery Failure Prevention Technologie - London, 2012; Научно-практическая конференция «Инновационные стратегии технического обслуживания оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств» -Москва, 2012; XIII Российской венчурной ярмарке, г. Иркутск, 2012; Научно-практическом семинаре «Проблемы природно-техногенной безопасности» – СКТБ «Наука» ИВТ СО РАН (г. Красноярск), 2017 г. Обсуждение основных положений работы и результатов исследований

состоялось на заседании ведущих и выпускающих кафедр ФГБОУ ВО «ИРНИТУ», ФГБОУ ВО «БрГУ», ФГБОУ ВО «НГАСУ», в НДЦ АО «АНХК», на НТС АО «ИркутскНИИхиммаш».

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 76 печатных работ, в т.ч. 18 научных статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций научных результатов докторских диссертаций, 2 монографии, 1 учебное пособие, 1 национальный стандарт (ГОСТ Р 55431), 5 патентов на изобретение (пат. РФ №2343313, пат. РФ №2618631, пат. РФ №2626391, пат. РФ №2634487, пат. РФ по заявке №2016134174 (решение о выдаче патента от 15.08.2017), 3 авторских свидетельства на программу для ЭВМ (№2014619601, №2016662397, №2017614231). В базах данных Scopus и WoS проиндексировано 3 научных статьи и 1 доклад международной конференции.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения и приложений. Основная часть диссертации содержит 428 страниц, включая 9 таблиц, 178 рисунков и список литературы из 407 наименований. Приложения изложены на 58 страницах и содержат копии документов внедрения результатов работы, а также избранные результаты расчетов.

Стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования опасных производственных объектов

Предприятия РФ таких промышленных отраслей, как нефтепереработка, химия и нефтехимия, нефте- и газодобыча относятся к ОПО, связанных с получением, переработкой и хранением взрывопожароопасных, токсичных веществ, а также использованием технологического оборудования, работающего при высоких температурах и давлениях. Возникновение аварийных ситуаций на таких ОПО, особенно на объектах I и II класса опасности[295], могут сопровождаться неконтролируемыми взрывами, масштабными возгораниями, выбросами токсичных веществ в атмосферу, а также разрушениями инфраструктуры и человеческими жертвами. В соответствии с федеральным законом ФЗ №116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»[295] для снижения рисков аварий на предприятиях, эксплуатирующих ОПО, должны функционировать так называемые системы управления промышленной безопасностью, обеспечивающие «идентификацию, анализ и прогнозирование риска аварий… и связанных с такими авариями угроз», а также «планирование и реализацию мер по снижению риска…».

В общем случае подходы к решению данной задачи могут быть различны, однако каждый из них основан, прежде всего, на корректных оценках текущего и прогнозного технического состояния промышленного оборудования, эксплуатируемого на ОПО. Такие оценки проводятся, как правило, на основе комплексного применения современных средств технической диагностики и мониторинга, в сочетании с передовыми расчетными и экспериментальными методами определения напряженно-деформированного состояния и ресурса оборудования, с учетом фактически действующих на него повреждающих факторов[36, 99, 116, 138, 225, 238, 299, 306].

Во многом возможности современных предприятий к реализации отмеченных подходов определяются используемыми на них стратегиями технического обслуживания и ремонта (ТОиР) оборудования, а также готовностью предприятий к их совершенствованию, использованию передового зарубежного опыта в части подходов к определению технического состояния оборудования, внедрению современных систем технического диагностирования и мониторинга.

В качестве эталона эволюции систем управления ТОиР оборудования принято считать зарубежную модель развития[13] и именно на нее обычно ориентируются владельцы российских предприятий в попытке оптимизации процессов управления обслуживанием и ремонтами оборудования. Если развернуть указанную модель в исторической плоскости и представить в виде графика (см. рисунок 1), то можно наглядно проследить хронологию становления различных подходов к проблеме ТОиР зарубежом.

Укрупненно можно отметить семь основных подходов к обслуживанию и ремонту оборудования[13, 127, 206, 280, 281]:

1. стратегия реагирующего технического обслуживания (Reactive Maintenance);

2. стратегия планово-предупредительного ремонта(Preventive Maintenance);

3. стратегия ТОиР по фактическому техническому состоянию (Condition-Based Maintenance);

4. стратегия ТОиР, ориентированная на надежность (Reliability Centered Maintenance);

5. риск ориентированная стратегия ТОиР (Risk-Based Maintenance);

6. стратегия проактивного технического обслуживания (Proactive Maintenance);

7. стратегия интеллектуального обслуживания (Intelligent Maintenance).

Первый, наиболее простой с точки зрения технической реализации подход к ТОиР оборудования, развился в 30-х годах 20-го века и был тесно связан с постепенно нарастающими темпами развития промышленности. Он предполагал реализацию ремонтных и обслуживающих процедур оборудования по факту появления в нем поломок и дефектов. Это и обусловило название данной стратегии ТОиР – стратегия реагирующего технического обслуживания (РТО), или в зарубежной интерпретации – Runo-Failure (RTF). В рамках реализации данной стратегии оборудование эксплуатировалось до выхода из строя, который мог иметь место, как до, так и после исчерпания ресурса оборудования. При этом какие бы процедуры технического диагностирования не применялись в отношении оборудования во время эксплуатации, в большинстве своем это не приносило экономической выгоды его владельцу. Стратегия планово-предупредительного ремонта (ППР) или Time-Based (Preventive) Maintenance (TBM) оборудования[21, 127, 351, 403] зародилась в 50-х годах 20-го века и была неразрывно связана с усложнением выпускаемых промышленностью машин и механизмов, их количеством, дороговизной, а также многообразием и индивидуальностью запасных частей и деталей. Эксплуатация такого оборудования по прежней схеме – до отказа, становилась уже экономически нецелесообразной. В этой связи новая стратегия ППР в корне отличалась от стратегии реагирующего технического обслуживания, и предполагала проведение технического обслуживания и ремонта оборудования до момента наступления отказа, с целью предотвращения внезапных остановок производства и минимизации, связанных с этим потерь. Момент проведения очередного ТОиР определялся по достижению оборудованием некоторой пороговой наработки.

На практике величина этой наработки стала определяться календарным интервалом, в течение которого оборудование находилось в состоянии работы, или в измеренных единицах фактической выработки (часы, километры пробега, тонно-километры и т.д.).

Роль технического диагностирования при реализации стратегии ППР существенно возросла в сравнении с предшествующей стратегией РТО. В основном вопросы контроля и диагностики были привязаны к календарному плану ТОиР оборудования и включали в себя регулярные контроль, осмотр и проверку деталей и узлов оборудования на предмет их нормального функционирования и оценки близости их к предельному износу, нормативное значение которого устанавливалось на основе статистических данных.

В конце 60-х - начале 70-х годов 20-го века в практике управления техническим состоянием оборудования появился новый подход – обслуживание и ремонт оборудования по фактическому техническому состоянию (ОФС) или Condition-Based Maintenance (CBM) [46, 127, 336]. Его появление стало закономерным результатом наработки опыта эксплуатации промышленного оборудования согласно стратегии ППР, а также стремительно развивающимся уровнем вычислительной и диагностической техники. Исследования, проведенные в указанный период, в корне поменяли изначальное представление о механизмах и природе отказов оборудования[377, 386]. Так было установлено, что только около 20% отказов согласуются с представлением, о том, что их интенсивность увеличивается по мере работы оборудования. Для остальных же 80% случаев интенсивность отказа является величиной постоянной, не изменяющейся с течением времени.

Таким образом, была выявлена несостоятельность стратегии ППР, в силу доказанного отсутствия связи между наработкой оборудования и его отказами, а также отмечена целесообразность проведения ТОиР оборудования с учетом его фактического технического состояния.

В классическом понимании[127] целью ТОиР по фактическому состоянию является минимизация отказов оборудования путем использования методов идентификации, отслеживания и распознавания технического состояния оборудования по совокупности диагностических параметров, выявления дефектов на ранних стадиях развития и определения сроков проведения обслуживания и ремонта оборудования оптимального объема.

В отличие от стратегии ППР, при реализации ТОиР оборудования по фактическому состоянию огромную роль в достижении успеха играл уровень применяемых на предприятиях средств периодического/постоянного мониторинга оборудования, обеспечивающих возможность идентификации технического состояния контролируемого оборудования путем измерения и анализа набора диагностических параметров во время эксплуатации. На фоне того, что лишь некоторые производственные предприятия в рассматриваемый период могли обеспечить весь парк оборудования дорогостоящей современной измерительной аппаратурой, позволяющей контролировать требуемый спектр диагностических параметров, стали появляться гибридные стратегии ТОиР. Так в 90-х годах 20-го века появилась стратегия ТОиР, ориентированная на надежность (Reliability Centered Maintenance – RCM)[370], представляющая собой сочетание нескольких стратегий ТОиР: РТО, ППР и ОФС. Назначение той или иной стратегии в отношении отдельных единиц или групп оборудования предприятия выполнялось с учетом его значимости (критичности) и оценки влияния возможных отказов оборудования на выпуск конечного продукта. Так, например, для некритичного и недорогого оборудования, имеющего резервирование, применялась стратегия РТО, т.е. такое оборудование эксплуатировалось до появления отказа. Наоборот, для дорогих, не имеющих резервирование единиц оборудования, применялось сбалансированное сочетание стратегий ППР и ОФС.

Построение идентификационной модели и идентификация состояния объекта по результатам мониторинга дискретных параметров

Как уже было отмечено в разделе 3.2 построение идентификационной модели оборудования, подверженного динамической нагрузке общего вида (вибрация, сейсмика, ветер и т.д.) основано на возможности аппроксимации поля динамических параметров объекта (например, перемещений, деформаций) полями аналогичных динамических параметров, соответствующих формам его свободных колебаний. При этом исследуемый объект (сосуд, аппарат, трубопровод, эстакада и т.п.) представляется в виде упругой линейной механической системы с п числом степеней свободы, что позволяет решить задачу с применением известных численных методов, например метода конечных элементов[93]. В этом случае уравнения динамики такой системы может быть записано в матричном виде (8).

Предположим, что для построенной и верифицированной согласно рекомендациям раздела 2.3 математической модели исследуемого объекта на основе решения обобщенной проблемы собственных значений согласно (13), либо, в случае необходимости учета влияния на собственные характеристики оборудования статических нагрузок, согласно (15), найдены тф форм свободных колебаний.

Обозначим вектор расчетных динамических перемещений, соответствующих к - ой форме колебаний объекта как {Фк}, а набор тф векторов {Фк}, участвующих в процедуре идентификации системы, как матрицу [Ф], размерностью п X тф, где п - число динамических степеней свободы системы. Наряду с динамическими перемещениями {Фк}, к - ой форме колебаний объекта будут соответствовать векторы иных динамических параметров, характеризующих реакцию системы при колебаниях на к - ой частоте недемпфированных колебаний а)к: векторы компонент тензора напряжений (ох,оу,...), тензора деформаций (гх,гу,... ), внутренних силовых факторов (N, Qy,...) и т.д., совокупность которых образует соответствующие матрицы этих параметров: [Фа], [Фє], [Фы], [Ф 2],…

Пусть в результате периодического/постоянного мониторинга в т точках исследуемого объекта инструментально синхронно зарегистрированы динамические параметры (D (t)}, характеризующие его динамическую реакцию на внешнее динамическое воздействие. В общем случае в качестве таковых могут выступать динамические перемещения, ускорения, скорости, деформации, силовые факторы и другие параметры.

Принимая во внимание тип измеренного динамического параметра в і - ой точке объекта, а также учитывая их количество (тп), сформируем пространство для идентификации состояния объекта размерностью тх тф путем выбора из матриц динамических параметров [Ф], [Фа], [Фє], [Фы], [Ф 3], строк, соответствующих степеням свободы системы, для которых выполнены замеры D j(t), і = 1,2,...,га. В результате получим смешанную матрицу размерностью т X 7ПФ:

Далее по аналогии с (26) для каждого момента времени t введем тф весовых коэффициентов (обобщенных координат) dfc(t), к = 1, 2,…,тф, образующих вектор (d(t)} размерностью тф и определяющих вклад каждой формы колебаний в общую динамическую реакцию (D(t)} объекта. При этом сама динамическая реакция объекта, вычисляемая по идентификационной модели в момент времени t будет определяться выражением

С учетом идеологии принятой в теории идентификации [77](см. главу 1), идентификацию параметров такой системы можно выполнить на основе сравнения векторов расчетных и экспериментально измеренных параметров состояния системы путем минимизации функционала квадратичной ошибки вида (2). Для рассматриваемого случая данное выражение может быть записано в виде

Минимизация функции квадратичной ошибки (29) может быть выполнена с использованием любого численного метода, обеспечивающего поиск экстремума функции многих переменных [48]. Однако даже при использовании эффективных численных процедур поиск вектора (d(t)}, доставляющего минимум функции W(t), будет занимать достаточно большое количество машинного времени. С учетом, установленных в разделе 3.1 требований и, в частности, требования по обеспечению «возможности автоматизации процесса расчета для реализации в системах постоянного мониторинга, в т.ч. при реализации вычислений в режиме реального времени» целесообразным является вычисление вектора (d(t)} в явном виде.

Для достижения указанной цели продифференцируем выражение (30) по dfe(t), к=\,2,..., їїіф и приравняем его к нулю: { ) = _2[$]T{D.W} + 2[5n5]{dW} = 0. (32)

Решая систему уравнений (32) относительно dfc(t), =1,2,..., тпф для каждого момента времени t получим искомый вектор весовых коэффициентов (обобщенных координат), определяющих вклад каждой формы колебаний в общую динамическую реакцию (28): (d(t)} = [[Ф]Т[Ф]1_1 [0]T{D (t)} (33)

Результирующая, рассчитанная по идентификационной модели, динамическая реакция в т точках объекта с учетом (28) и (33) будет определяться как: (D(t)} = [0]{d(t)} =[Ф] [[Ф]Т[Ф]1_1 №T{D (t)} 34 Аналогичным образом может быть получена динамическая реакция для всего объекта, т.е. для всех п динамических степеней свободы. Для этого в выражении (34) смешанная матрица [Ф] размерностью т X тф, заменяется матрицей интересующего динамического параметра из ряда [Ф], [Фа], [ФЕ], [Фм], [Ф 3], .... Так, например, использование в выражении (34) матрицы амплитуд [Ф] размерностью т X тф, позволяет вычислить вектор узловых перемещений системы в момент времени t: (6(t)} = [ D]{d(t)}, (35) а использование матрицы нормальных напряжений [Фа] - соответствующий вектор напряжений: {(j(t)} = [Off]{d(t)}. (36)

Таким образом, предлагаемый подход, позволяет на основе данных экспериментальных наблюдений/мониторинга за динамической реакцией объекта в т дискретных точках, получить достоверную информацию о распределённых параметрах напряженно-деформированного состояния для всего объекта в целом.

Схематично описанная процедура построения идентификационной модели и собственно идентификации состояния объекта по набору данных экспериментальных наблюдений/мониторинга показана на рисунке 31.

Если проанализировать выражение для вычисления обобщенных координат (33), то становится очевидным, что входящая в него в качестве множителя обращаемая матрица [Ф]Т[Ф] является симметричной, в силу того, что: [ф]Т[ф] = [[ф]т[ф]1Т = [А] (37)

При этом, чтобы матрица [А] в (37) имела обратную (т.е. была невыраженной), столбцы смешанной матрицы [Ф] должны быть линейно-независимыми. Практически этого можно добиться только путем обеспечения корректного размещения на объекте исследования контрольных точек, а также соблюдения условия на их количество т тф.

Как правило, в рамках реализации технологии ОУТС (см. главу 2), для оборудования I группы критичности указанные условия легко соблюсти и учесть все нюансы размещения контрольных точек при проектировании системы постоянного мониторинга. Для оборудования II группы критичности, когда оценка технического состояния осуществляется путем периодического мониторинга, такая возможность имеется не всегда. Так, при контроле динамики пролетных строений, размещенных на большой высоте (например, трубопроводов проходящих над проездными путями - см. рисунок 32), не всегда существует техническая возможность измерения параметров состояния объекта в пролетной его части. Для исключения появления в указанных случаях почти вырожденной или плохо обусловленной симметричной матрицы [А] в работе предложено использовать процедуру регуляризации по Тихонову А.Н.[254]. Для этого в решение (33) вводится параметр регуляризации у.

Идентификация местоположения и размера макродефекта

Ниже показаны результаты тестирования разработанных походов и программного обеспечения в части идентификации местоположения макродефектов, а также определения их размеров. Данная процедура проиллюстрирована на примере модельного трубопровода, расчетная схема которого показана на рисунке 77а.

Трубопровод имел диаметр Dу108 при толщине стенки 0.004 м. Расчетная модель трубопровода выполнялась с использованием прямолинейных стержневых конечных элементов ПО «COPMASS»[27], в т.ч. в зоне гиба. Всего в тесте было использовано 33 стержневых конечных элемента. Граничные условия накладывались на крайние узлы модели и соответствовали жесткой заделке концов трубопровода.

В тестовых расчетах учитывались первые три формы колебаний в плоскости модели. Они показаны на рисунке 77 б)-г). При этом для бездефектного трубопровода указанным формам соответствовал вектор собственных частот (Гц)

Далее для данного модельного трубопровода были рассмотрены следующие тестовые случаи:

Тест №1. В процессе эксплуатации на гибе трубопровода, в зоне соответствующей конечному элементу №6 (рисунок 77а), образовался дефект типа «потеря сечения» - толщина стенки трубопровода в указанной зоне уменьшилась на 50% и составила 0.002 м.

Экспериментально определенный вектор собственных частот, соответствующий первым трем формам колебаний трубопровода с отмеченным дефектом составил

Необходимо на основе, рассмотренной в разделе 5.5, методологии по имеющемуся вектору собственных частот, определить место расположения дефекта, а также установить его размеры.

Решение тестовой задачи выполнялось с использованием разработанного автором модуля идентификации дефектов в ПО «COMPASS» (см. главу 7).

С учетом подходов изложенных в разделе 5.5 задача поиска дефекта в трубопроводе формулируется как задача оптимизации: определить вектор переменных проектирования размерности т = 2 оставляющий минимум целевой функции: 2W = {{/} - {//(x)}]Т {{/} - //(x)] min (134) при явных ограничениях на переменные проектирования: h xt щ, при І = 1,2 …, 771, (135)

Для наглядной иллюстрации процесса поиска дефекта в трубопроводе наряду с использованием модифицированного метода Бокса, был применен также метод прямого сканирования по сетке[48], позволивший получить значения целевой функции (134) во всем диапазоне изменения переменных проектирования.

С учетом того, что минимизируемая функция является многоэкстремальной, то существует вероятность «застревания» алгоритма минимизации в локальных экстремумах, что проиллюстрировано на рисунке 78.

Как видно из рисунка алгоритм находит локальный минимум целевой функции соответствующий локализации дефекта в районе конечного элемента №11 с глубиной 30% от толщины стенки. При этом глобальный минимум целевой функции, соответствующий заданному по условию теста месту расположения дефекта, остался ненайденным. В этой связи для поиска глобального минимума целевой функции при расчете использована дополнительная проверка на выпуклость целевой функции в окрестности рассматриваемого комплекса[221]. Результат работы алгоритма минимизации с дополнительной проверкой на выпуклость целевой функции показан на рисунке 79.

При значении критерия завершения процедуры минимизации , = 10 коэффициенте «отскока» А = 25% процедура сходится за 29 итераций. При этом найденный оптимум соответствует расположению модельного дефекта в конечном элементе №6 при толщине трубопровода в указанной зоне равной 0.00199998 0.002 м.

Тест №2. В процессе эксплуатации на прямолинейном участке трубопровода, в зоне соответствующей конечному элементу №28 (рисунок 77а), образовался дефект типа «потеря сечения» - толщина стенки трубопровода в указанной зоне уменьшилась на 25% и составила 0.003 м.

Экспериментально определенный вектор собственных частот, соответствующий первым трем формам колебаний трубопровода с отмеченным дефектом составил: {/} = (37.51 99.3 151.85}Т. (138)

Необходимо на основе, рассмотренной в разделе 5.5, методологии по имеющемуся вектору собственных частот, определить место расположения дефекта, а также установить его размеры.

Поиск модельного дефекта выполнялся при начальных условиях теста №1, т.е. начиная с комплекса с координатами узлов по (137) при ограничениях на диапазон изменения переменных (136).

По аналогии с тестом №1 при расчете использована дополнительная проверка на выпуклость целевой функции в окрестности комплекса[221]. Результат работы алгоритма минимизации с дополнительной проверкой на выпуклость целевой функции показан на рисунке 80.

Комплексное исследование динамического состояния оборудования с использованием многоканальной измерительной аппаратуры

Необходимость проведения работ по комплексному исследованию динамического состояния объекта было обусловлено периодическим появлением усталостных трещин, как в элементах оборудования (трубопроводы, буферные ёмкости и т.д.), так и в элементах его опорно-подвесной системы.

В соответствии с рекомендациями главы 2 комплексное исследование динамического состояния объекта выполнялось в следующем составе:

- оценка технического состояния объекта;

- исследование вибрационного и газодинамического состояния объекта;

- расчетно-экспериментальное исследование напряженно деформированного состояния объекта.

Исследование вибрационного и газодинамического состояния предполагало выполнение измерений вибрации и пульсации давления газа в трубопроводной обвязке компрессоров ГК1-КЗ при различных условиях. При этом в соответствии с требованиями главы 3 использовалась многоканальная измерительная аппаратура, предложенная в главе 7.

Для проведения исследований требуемого объема использовались следующие датчики:

- 12 датчиков вибрации АР-35, производства компании ГЛОБАЛТЕСТ, г. Пермь;

- 10 датчиков пульсации давления ПД10ВТ, производства ГНЦ ЦНИИТМАШ, г. Москва.

- 2 датчика пульсации давления МА05, производства компании РСВ Piezotronics, USA.

- 1 тахометрический датчик - лазерный фазоотметчик, производства компании ДИАМЕХ.

Для проведения измерений датчики пульсации давления ПД10ВТ и М112А05 устанавливались в специально подготовленные штуцера, согласно разработанному автором техническому решению.

Схема размещения штуцеров показана на рисунке 168а.

Штуцера располагались таким образом, чтобы обеспечить возможность измерения пульсаций давления до и после 3-5 ступени компрессора, а также до и после буферных емкостей (рисунке 168б).

Измерения пульсации и вибрации выполнялись с использованием многоканальной измерительной аппаратуры синхронно по всем каналам.

Для синхронизации измерений выполненных в разные моменты времени и разными датчиками использовался тахоканал, регистрирующий прохождение поршнем V(III) ступени верхней мертвой точки.

На рисунках 169, 170 показаны примеры регистрации пульсации давления и вибрации на компрессорах ГК13.