Способ диагностики электромеханического оборудования
Владельцы патента RU 2574315:
Никифоров Виктор Николаевич (RU)
Пугачева Ольга Юрьевна (RU)
Пугачев Александр Константинович (RU)
Абидова Елена Александровна (RU)
Изобретение относится к области определения технического состояния объекта, преимущественно электроприводного оборудования, и может быть использовано для контроля электроприводной арматуры, насосов, вентиляционного оборудования ядерных энергетических установок. Способ заключается в том, что измеряют сигнал тока двигателя диагностируемого электромеханического оборудования, проводят демодуляцию полученного сигнала тока, рассчитывают спектр демодулированного сигнала, вычитают из спектра демодулированного сигнала тока спектр демодулированного сигнала тока исправного оборудования того же типа, что и диагностируемый объект. При этом разницу спектров преобразуют в кепстр, а полученный кепстр строят в частотной области. Оценивают амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта, после чего линеаризуют шаг расположения информативных составляющих путем нелинейного преобразования масштаба частот и определяют частоты дефектов по величине информативных кепстральных компонент, по которым оценивают состояние объекта. Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружения неисправности на ранней стадии возникновения. 3 ил.
Предлагаемое изобретение относится к способам определения технического состояния объекта, преимущественно электроприводного оборудования, и может быть использовано для контроля электроприводной арматуры, насосов, вентиляционного оборудования ядерных энергетических установок.
Известен способ диагностики технического состояния электроприводной арматуры (Патент РФ №2456629), заключающийся в сравнении измеряемых величин спектра тока электродвигателя с исходными величинами, хранящимися в базе данных, состоящий в том, что в процессе работы электродвигателя измеряют механические вибрации, фиксируемые в электрическом сигнале тока в обмотках статора асинхронного электродвигателя, который используют в качестве датчика вибраций, причем после измерения сигнала тока со статора асинхронного двигателя происходит его обработка и преобразование, при этом в качестве диагностического параметра используют спектр тока, причем частота сигнала тока нормирована к частоте сети, а по изменению амплитуды собственных частот узлов арматуры и электропривода судят о развитии дефекта, при этом при неизменной амплитуде ставят диагностическое заключение «норма», при слабом линейном росте амплитуды - диагностическое заключение «работоспособное состояние», при экспоненциальном или параболическом росте - диагностическое заключение «состояние, предшествующее отказу оборудования», а при появлении различий между измеряемыми и базовыми величинами спектра, превышающих допустимые параметры рассогласования, делают вывод о неисправности конкретного узла электроприводной арматуры.
Существенными признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются измерение сигнала тока и расчет спектра потребляемого тока.
Недостатком известного способа является то, что для оценки состояния оборудования используются только отдельные дискретные составляющие спектра, соответствующие значениям вынужденных и собственных частот деталей оборудования, при этом не учитываются составляющие гармонического ряда вынужденных и собственных частот деталей оборудования.
Известен способ вибрационной диагностики роторных систем (Патент РФ №2356021), включающий измерение параметров вибрационного процесса работающего агрегата и сравнение получаемых параметров с этими же величинами, замеренными в первоначальном состоянии, при этом характеристики вибрации регистрируют в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном по отношению к оси вращения ротора, полученные данные сохраняют в компьютере в оцифрованном виде, отличающийся тем, что проводят кепстральный анализ вибрационного процесса, заключающийся в получении кепстравиброскорости в окрестностях частоты вращения ротора, а затем лифтрации в вертикальном направлении, и по количеству пиков в кепстре судят о появлении усталостной трещины и ее глубине.
Существенными признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются измерение параметров работающего агрегата и получение кепстра.
Недостатком данного способа является то, что по полученному в координатах "амплитуда кепстральной компоненты - время" кепстру сложно выделить дискретные составляющие кепстра, соответствующие частоте дефекта. Другим недостатком данного способа является использование сигнала вибрации, измерение которого требует непосредственного доступа к диагностируемому оборудованию, результат измерения зависит от места установки датчика и трудновоспроизводим.
Наиболее близким к предлагаемому способу техническим решением является способ вибродиагностики объектов (Патент РФ №2363936), заключающийся в том, что в информативной точке измеряют вибрацию диагностируемого объекта, получают кепстр вибрации во временной области, оценивают амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта, при этом кепстр вибрации строят в частотной области, линеаризуют шаг расположения информативных составляющих путем нелинейного преобразования масштаба частот, определяют частоты существенных дефектов по величине существенных кепстральных компонент, по которым оценивают состояние объекта.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются то, измеряют сигнал диагностируемого объекта, получают кепстр сигнала, полученный кепстр строят в частотной области, оценивают амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта, линеаризуют шаг расположения информативных компонент путем нелинейного преобразования масштаба частот, определяют частоты дефектов по величине информативных кепстральных компонент, по которым оценивают состояние объекта.
Недостатком данного способа является использование сигнала вибрации, измерение которого требует непосредственного доступа к диагностируемому оборудованию, результат измерения зависит от места установки датчика и трудновоспроизводим. Другим недостатком является наличие в диагностических сигналах исправного и неисправного оборудования сходных компонент, не несущих диагностической информации, и являющихся помехами.
Целью данного изобретения является повышение эффективности обнаружения неисправности на ранней стадии возникновения путем определения частот дефектов по величине информативных кепстральных компонент.
Техническим результатом является то, что измеряют сигнал тока, затем проводят демодуляцию полученного сигнала тока и рассчитывают спектр демодулированного сигнала в логарифмическом масштабе, а также предварительно получают спектр демодулированного сигнала тока исправного оборудования того же типа, что и диагностируемый объект, полученный спектр вычитают из спектра демодулированного сигнала тока диагностируемого объекта и по рассчитанной разности вычисляют кепстр.
Для достижения технического результата при реализации способа диагностики электромеханического оборудования измеряют сигнал диагностируемого объекта, получают кепстр сигнала, полученный кепстр строят в частотной области, оценивают амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта, линеаризуют шаг расположения информативных компонент путем нелинейного преобразования масштаба частот, определяют частоты дефектов по величине информативных кепстральных компонент, по которым оценивают состояние объекта, при этом измеряют сигнал тока, затем проводят демодуляцию полученного сигнала тока и рассчитывают спектр демодулированного сигнала в логарифмическом масштабе. Также предварительно получают спектр демодулированного сигнала тока исправного оборудования того же типа, что и диагностируемый объект, полученный спектр вычитают из спектра демодулированного сигнала тока диагностируемого объекта и по рассчитанной разности вычисляют кепстр.
При реализации способа предварительно получают спектр демодулированного сигнала тока исправного оборудования того же типа, что и диагностируемый объект, затем измеряют ток, потребляемый электромеханическим оборудованием, проводят демодуляцию полученного сигнала тока. Далее рассчитывают спектр демодулированного сигнала в логарифмическом масштабе. После чего из спектра анализируемого сигнала вычитают спектр сигнала исправного оборудования того же типа. По рассчитанной разности вычисляют кепстр в частотной области, линеаризуют шаг расположения информативных компонент путем нелинейного преобразования масштаба частот, выделяют информативные компоненты, определяют частоты соответствующих дефектов, по которым оценивают состояние объекта.
Поставленная цель в способе диагностики электромеханического оборудования, включающем измерение сигнала тока двигателя диагностируемого оборудования, демодуляцию сигнала тока, получение кепстра демодулированного сигнала тока, преобразование квефренции в частоту, нелинейное преобразование масштаба частот, оценку амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта диагностики, достигается тем, что помехи в анализируемом сигнале компенсируются при вычитании из спектра анализируемого сигнала спектра сигнала исправного оборудования того же типа, в результате возрастает информативность кепстрального представления.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен кепстр сигнала тока арматуры с дефектом подшипника, при получении которого из спектра анализируемого сигнала было произведено вычитание спектра сигнала исправного оборудования того же типа. На данном чертеже:
1 - амплитуда, частота которой соответствует частоте вращения сепаратора подшипника;
2 - амплитуда, частота которой соответствует частоте перекатывания тел качения подшипника;
3 - амплитуда, частота которой соответствует наружней частоте подшипника;
4 - амплитуда, частота которой соответствует внутренней частоте подшипника;
5 - амплитуда, частота которой соответствует частоте вращения ротора.
На фиг. 2 представлен кепстр того же сигнала тока арматуры с дефектом подшипника, при получении которого из спектра анализируемого сигнала не производилось вычитание спектра сигнала исправного оборудования того же типа. Видно, что в кепстре на фиг. 1 представлено пять компонент, характерных для дефекта подшипника. В спектре на фиг. 2 представлены три информативные компоненты, амплитуда которых мало отличается от уровня помех.
На фиг. 3 представлена структурная схема, с помощью которой реализуется предлагаемый способ, где:
1 - блок измерения;
2 - электродвигатель;
3 - измерительно-преобразовательная аппаратура;
4 - блок демодуляции;
5 - блок получения спектров;
6 - база данных;
7 - блок вычитания;
8 - блок получения кепстров в координатах "амплитуда кепстральной компоненты - время";
9 - блок преобразования времени в частоту;
10 - блок линеаризации;
11 - блок идентификации.
Предлагаемый способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования состоит в следующем. В блоке измерения 1 получают сигнал тока электродвигателя 2 с использованием измерительно-преобразовательной аппаратуры 3. Измеренный сигнал подвергают в блоке 4 демодуляции методом Гильберта и подают в блок 5 для получения спектров. Из базы данных 6 загружают спектр исправного сигнала и вычитают его в блоке 7 из спектра анализируемого сигнала. В блоке 8 получают кепстры в координатах "амплитуда кепстральной компоненты - время". В блоке 9 время преобразуют в частоту, а в блоке 10 линеаризуют шаг расположения информативных составляющих. В блоке идентификации 11 сравнивают известные частоты существенных дефектов с частотами кепстральных компонент и при совпадении частот дефектов с частотами компонент в кепстре делают вывод о наличии соответствующих дефектов.
Способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования осуществляется следующим образом. В одной из фаз электродвигателя производят запись сигнала потребляемого тока в течение не менее пяти секунд. Полученный сигнал демодулируют методом Гильберта и вычисляют его спектр. Затем из спектра вычитают сохраненный в базе данных спектр демодулированного сигнала тока оборудования того же типа, что и диагностируемый объект. Получают кепстр в частотной области, линеаризуют шаг расположения информативных составляющих путем нелинейного преобразования масштаба частот.
Исправность диагностируемого объекта определяют на основании сравнения известных частот существенных дефектов с частотами кепстральных компонент и при совпадении частот дефектов с частотами компонент в кепстре делают вывод о наличии соответствующих дефектов.
Оба сигнала должны быть оцифрованы с шагом дискретизации 10-5 с, по ним формируют мощностные спектры с логарифмической амплитудной шкалой. При расчете спектров задают размер БПФ 1684, весовую функцию Hann и усреднение 75%.
Предлагаемый способ используется для диагностирования электроприводной арматуры атомных станций и может быть использован для контроля генераторов, насосов, вентиляционного оборудования ядерных энергетических установок.
Способ диагностики электромеханического оборудования, заключающийся в том, что измеряют сигнал тока двигателя диагностируемого электромеханического оборудования, проводят демодуляцию полученного сигнала тока, рассчитывают спектр демодулированного сигнала, вычитают из спектра демодулированного сигнала тока спектр демодулированного сигнала тока исправного оборудования того же типа, что и диагностируемый объект, разницу спектров преобразуют в кепстр, полученный кепстр строят в частотной области, оценивают амплитуды и квефренции информативных компонент кепстра, соответствующих дефектам объекта, линеаризуют шаг расположения информативных составляющих путем нелинейного преобразования масштаба частот, определяют частоты дефектов по величине информативных кепстральных компонент, по которым оценивают состояние объекта, отличающийся тем, что до начала анализа получают спектр демодулированного сигнала тока оборудования того же типа, что и диагностируемый объект, полученный спектр вычитают из спектра демодулированного сигнала тока диагностируемого объекта и по рассчитанной разности вычисляют кепстр.
