Разработка электромагнитного спектрального метода оценки поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов Самородов, Алексей Викторович

Введение к работе

Актуальность работы

Безопасность технологических процессов на предприятиях нефтегазовой отрасли во многом определяется техническим состоянием машинных агрегатов, которые используются для транспортировки взрыво- и пожароопасных сред. Условия эксплуатации и конструктивные особенности взрывозащищенных машинных агрегатов нефтегазовых производств не позволяют решить задачу достоверной оценки их технического состояния применением традиционных методов и технических средств оценки технического состояния. Для решения этой задачи необходимы новые методы и средства, позволяющие осуществлять удаленный контроль технического состояния машинных агрегатов без их остановки и нарушения технологического процесса, предотвратить аварийные ситуации, связанные с утечкой транспортируемых взрыво- и пожароопасных сред.

Основную долю машинных агрегатов нефтегазовых производств составляют машинные агрегаты с электрическим приводом. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных научными коллективами Уфимского государственного нефтяного технического университета, Дальневосточного государственного университета путей сообщения и Архангельского государственного технического университета, позволили выявить наличие взаимосвязи между техническим состоянием машинных агрегатов и параметрами генерируемых двигателем электропривода высших гармонических составляющих токов и напряжений. Исследованию изменения топографии электромагнитного поля двигателя электропривода машинных агрегатов и параметров гармонических составляющих фазных токов и напряжений в процессе накопления поврежденности в элементах электрической и механической части машинных агрегатов посвящены работы ряда зарубежных и российских ученых, таких как Altug S., Bayir R., Копылов И.П., Баширов М.Г., Петухов В.С., Суворов И.Ф., Шикунов В.Н., Заварихин Д.А., Прахов И.В. и др. Несмотря на достигнутые результаты, в настоящее время отсутствуют средства, адаптированные к использованию в условиях пожаро- и взрывоопасных сред, позволяющие оценить техническое состояние машинных агрегатов с электрическим приводом. Влияние конструктивных особенностей взрывозащищенных машинных агрегатов, наличия охлаждающих агентов, условий эксплуатации на изменение параметров высших гармонических составляющих токов и напряжений в процессе накопления поврежденности на сегодняшний день изучено недостаточно. В связи с этим исследования, направленные на разработку новых методов, позволяющих оценить техническое состояние взрывозащищенных машинных агрегатов и за счет этого повысить надежность и безопасность технологических процессов нефтегазовых производств, являются актуальными, представляют несомненный научный и практический интерес как для отдельных предприятий, так и для отрасли в целом. Это отражено в паспорте специальности 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность», одним из приоритетных направлений которой является разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации технических устройств сложных технических систем опасных производственных объектов.

Целью работы является разработка электромагнитного спектрального метода оценки технического состояния взрывозащищенных машинных агрегатов, основанного на анализе взаимосвязи уровня поврежденности машинных агрегатов с параметрами высших гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, для повышения безопасности технологических процессов нефтегазовых производств.

Реализация цели диссертационной работы осуществлялась путем постановки и решения следующих основных задач:

анализ влияния технического состояния взрывозащищенных машинных агрегатов на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли;

исследование закономерностей изменения параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, в процессе накопления поврежденности в элементах взрывозащищенных машинных агрегатов;

выявление наиболее информативных гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, для оценки поврежденности отдельных элементов взрывозащищенных машинных агрегатов;

разработка интегрального параметра поврежденности, отражающего изменение совокупности параметров гармонических составляющих токов и напряжений в процессе накопления поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов;

исследование динамики изменения интегрального параметра в процессе накопления поврежденности и установление значений, соответствующих предельным значениям уровня поврежденности машинных агрегатов;

разработка метода фильтрации высших гармонических составляющих токов и напряжений, поступающих в машинный агрегат из электрической сети;

разработка метода и программно-аппаратного комплекса для оценки уровня по- врежденности взрывозащищенных машинных агрегатов и предотвращения аварийных ситуаций на предприятиях нефтегазовой отрасли в связи с их отказом.

Научная новизна

1. 1. Установлено, что для количественной оценки уровня поврежденности взрыво- защищенных машинных агрегатов наиболее информативными являются параметры третьей, пятой, седьмой, девятой и одиннадцатой гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода машинного агрегата.

   2. Установлено, что параметры одиннадцатой гармонической составляющей токов и напряжений двигателя электропривода характеризуют температуру статора двигателя электропривода и могут быть использованы для оценки безопасности эксплуатации взрывозащищенных машинных агрегатов при заданной группе взрывоопасных смесей.

   3. Предложен интегральный параметр поврежденности D, формируемый из совокупности параметров гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, для оценки поврежденности машинного агрегата в целом.

   4. Разработаны метод и алгоритм количественной оценки уровня поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов, позволяющие предотвратить аварийные ситуации на предприятиях нефтегазовой отрасли из-за их внезапного отказа, основанные на использовании интегрального параметра поврежденности и метода фильтрации неинформативных высших гармонических составляющих токов и напряжений, поступающих из электрической сети.

   На защиту выносятся

   1. 4. 1. Экспериментально полученные зависимости параметров третьей, пятой, седьмой, девятой и одиннадцатой гармонических составляющих токов и напряжений, генерируемых двигателем электропривода, от уровня поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов.

         2. Метод количественной оценки уровня поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов, основанный на анализе параметров гармонических составляющих токов и напряжений электропривода.

         3. Метод фильтрации высших гармонических составляющих токов и напряжений, основанный на спектральном анализе падения напряжения на добавочных сопротивлениях, включенных в каждую фазу последовательно с двигателем электропривода машинного агрегата.

         Практическая ценность

         Разработанный метод оценки технического состояния машинных агрегатов с электрическим приводом принят к использованию в ОАО «Газпром нефтехим Салават»,

         ООО «Башэлектроремонт-Салават» и используется в учебном процессе в филиале ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате.

         Апробация работы

         Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и наукоемкие технологии в обеспечении промышленной, пожарной и экологической безопасности опасных производственных объектов» (г. Уфа, 2009); Всероссийском конкурсе инновационных проектов «Обеспечение промышленной и экологической безопасности на взрывопожа- роопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2009); Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2009,

         1. 4. 3. 1. ; 16-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2010); Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2010, 2011); Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (г. Уфа, 2010); Всероссийском консультационно-методическом семинаре «Повышение надежности эксплуатации насосного и компрессорного оборудования нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических производств» (г. Салават, 2010), Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка» (г. Уфа,

                  2. ; Международной научно-практической интернет-конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Украина, 2011); Международной научно-методической конференции «Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля - фундамент подготовки специалистов будущего» (г. Салават,

                  3. ; Межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технология. Производство» (г. Салават, 2012); Всероссийской молодежной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии - нефтегазовому региону» (г. Тюмень, 2012) и др.

                  Публикации

                  По материалам диссертации опубликовано 35 работ, в том числе 6 публикаций в ведущих научных рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ, патент РФ на изобретение.

                  Объем и структура работы

                  Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 130 наименований, изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 15 таблиц.

                  Похожие диссертации на Разработка электромагнитного спектрального метода оценки поврежденности взрывозащищенных машинных агрегатов

                  

                  Разработка методов повышения безопасности эксплуатации машинных агрегатов нефтегазовых производств с электрическим приводомШикунов Владимир Николаевич

                  

                  Разработка частотного метода обеспечения безопасной эксплуатации электроприводов машинных агрегатов нефтегазовых производствЗаварихин Дмитрий Александрович

                  

                  Исследование и разработка методов оценки уровня промышленной безопасностиБуйко Кирилл Викторович

                  

                  Разработка методов оценки риска для обеспечения безопасности проведения выработок в условиях негазовых шахт Восточного Донбасса Чефранов Игорь Валерьевич

                  

                  Разработка методов оценки и снижения токсичности полимерных конструкционных материалов при их эксплуатации и горенииГрабовецкая Наталья Николаевна

                  Исследование и разработка методов оценки аэродинамического взаимодействия активных регуляторов с потоками воздуха в воздухопроводахШевцов Александр Анатольевич

                  

                  Разработка метода оценки метаноопасности шахт по комплексной метанообильностиКолмакова Мария Владимировна

                  

                  Разработка метода оценки влияния пожара пролива на технологические трубопроводыШайбаков Рустем Ахтямович

                  

                  Разработка метода оценки предельного состояния металла технологических трубопроводов по электромагнитным параметрамШарипкулова Айгуль Тимирьяновна

                  

                  Разработка метода оценки риска возникновения пожаров и снижения пожарной опасности на угольных шахтах Восточного ДонбассаВяльцев, Александр Владимирович