Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем
В работе разработаны теоретические основы методологии автоматического распознавания аномальных и предаварийных режимов эксплуатации ГТД, а также оценки технического состояния этого сложного объекта. В роботі розроблені теоретичні основи методології автоматичного розпізнавання аномальних та передавар...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61321 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем / И.Г. Шараевский, Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 54-57. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859634181868355584 |
|---|---|
| author | Шараевский, И.Г. Дмитренко, Н.П. |
| author_facet | Шараевский, И.Г. Дмитренко, Н.П. |
| citation_txt | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем / И.Г. Шараевский, Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 54-57. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В работе разработаны теоретические основы методологии автоматического распознавания аномальных и предаварийных режимов эксплуатации ГТД, а также оценки технического состояния этого сложного объекта.
В роботі розроблені теоретичні основи методології автоматичного розпізнавання аномальних та передаварійних експлуатаційних режимів ГТД, а також оцінки технічного стану цього складного об’єкта.
In work is designed theoretical bases to methodologies of the automatic recognition anomalous and before emergency conditions in usages GTЕ, as well as estimations of the technical condition this complex object.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:13:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Согласно прогнозам Международного газово;
го союза суммарное потребление газа в ведущих
странах мира к 2030 году увеличится более чем в
два раза. Указанное обстоятельство диктует необ;
ходимость существенного повышения надежнос;
ти газотранспортных систем ряда стран, включая
Украину как одну из ведущих стран;транзитеров
природного газа. Одним из приоритетов в про;
блеме повышения надежности действующих и
проектируемых газотранспортных систем в на;
стоящее время признана проблемная задача раз;
работки методов автоматического диагностиро;
вания реального технического состояния ГПА. В
этом контексте указанная задача конкретизиру;
ется как требование разработки эффективных
методов автоматического обнаружения т.е. рас;
познавания ряда аномальных и предаварийных
режимов эксплуатации наиболее часто повреж;
даемых элементов и систем ГПА, таких, напри;
мер, как турбокомпрессор и подшипниковые уз;
лы этого агрегата [1,2]. Применительно к такому
ответственному элементу ГПА как турбоком;
прессор, указанная проблемная задача конкрети;
зируется как требование раннего автоматическо;
го обнаружения аварийного эксплуатационного
режима помпажа, т.е. вращающегося срыва пото;
ка в его лопаточном аппарате, который приводит
к разрушению лопаточного аппарата ГТД [3].
Известно, что комплекс эксплуатационных
факторов, которые могут привести к возникно;
вению срыва потока, состоит из внешних и внут;
ренних воздействий. Внешние воздействия – не;
равномерность пульсаций полного давления,
температурная неуравновешенность в потоке на
входе в двигатель. Внутренние – отклонение па;
раметров двигателя от параметров установив;
шихся режимов.
Известно[3], что характер изменения парамет;
ров при помпажном срыве (рис. 1) может быть
представлен осциллограммой изменения давле;
54 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
В роботі розроблені теоретичні осно)
ви методології автоматичного розпізна)
вання аномальних та передаварійних
експлуатаційних режимів ГТД, а також
оцінки технічного стану цього складного
об’єкта.
В работе разработаны теоретичес)
кие основы методологии автоматичес)
кого распознавания аномальных и пре)
даварийных режимов эксплуатации
ГТД, а также оценки технического со)
стояния этого сложного объекта.
In work is designed theoretical bases to
methodologies of the automatic recogni)
tion anomalous and before emergency
conditions in usages GTЕ, as well as esti)
mations of the technical condition this
complex object.
УДК 681.518.54
ШАРАЕВСКИЙ И.Г., ДМИТРЕНКО Н.П.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ И СИСТЕМ
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ
С0 – оптимальная гиперплоскость;
I – функционал векторного произведения;
f – частота колебаний;
Р – давление;
S(f) – спектральная плотность;
Т – температура;
Х, Х – векторы;реализации обучающей последо;
вательности;
Z – разностный вектор;
ϕ – однопараметрическое множество векторов;
ϕ0 – вектор направления гиперплоскости;
ψ0 – минимальный по модулю вектор;
ГПА – газоперекачивающий агрегат;
ГТД – газотурбинный двигатель;
ния на выходе из компрессора (кривая 1), изме;
нением давления на входе в него (кривая 2), пе;
репадом давления – пропорционально расходу
газа – (кривая 3) и изменением проходного сече;
ния дросселя, который установлен на выходе из
компрессора (кривая 4). Из рис.1 видно, что при
плавном изменении площади проходного сече;
ния дросселя в момент, который отвечает линии
А;А, давление за компрессором и расход газа
пульсационно уменьшаются. Это свидетельству;
ют о том, что наступил помпажный срыв. В пер;
вый момент (участок АБ) будет наблюдаться
пульсационный характер изменения расхода га;
за, но через короткое время (доли секунды) рас;
ход газа перестанет меняться, хотя площадь дрос;
селя будет уменьшаться. После установления
устойчивого характера изменения расхода,
уменьшение давления будет иметь пульсацион;
ный характер с частотой от десятков до сотен
герц в зависимости от частоты оборотов ком;
прессора и амплитудой в 5…10 % от среднего зна;
чения давления.
Работа компрессора в указанном помпажном
режиме недопустима, поскольку на конструкцию
будут влиять значительные динамические нагруз;
ки, которые могут привести к разрушению дета;
лей компрессора и соседних с ним элементов ГТД.
В существующих системах контроля для опре;
деления параметров турбокомпрессора исполь;
зуются детерминированные подходы к оценке
технического состояния ГТД [1,2]. Обычно эти
методы предусматривают вычисление производ;
ных диагностических сигналов или осуществля;
ют простое сравнение технологических парамет;
ров агрегата. Следует подчеркнуть, что
вероятностная структура реального стохастичес;
кого сигнала контролируемого параметра при
указанном подходе фактически игнорируется.
Указанное обстоятельство не позволяет своевре;
менно обнаружить начальные фазы перехода к
аварийному режиму срыва потока, что не дает
возможности прогнозировать возникновение
этого важнейшего эксплуатационного фактора
ГПА.
Эффективным инструментальным средством
оценки технического состояния ГТД является
спектральный анализ не только вышеуказанных
сигналов, но также и сигналов виброакселероме;
тров, которые устанавлены на элементах и систе;
мах диагностируемого агрегата, в частности, на
элементах компрессора, а также подшипниковых
опор. Известно [1,2],что уровень вибрации опре;
деляется характером возбуждающих сил, что за;
висит от индивидуальных конструктивных осо;
бенностей конкретного ГТД.
Характерной особенностью спектрального
анализа является возможность раннего обнару;
жения аварийных режимов эксплуатации не
только турбокомпрессора, но и подшипниковых
узлов. При этом на основе полученных данных
нередко ставится диагноз о наличии поврежде;
ния, которое во время ремонта вообще не было
обнаружено. Это может быть объяснено не
столько ошибкой диагностирования, сколько
малой величиной самого повреждения.
Весь процесс зарождения и развития поврежде;
ния в любом узле ГПА можно условно разделить
на пять этапов: низкая степень развития повреж;
дений; зарождение повреждения; интенсифика;
ция процесса развития повреждения; развитое
повреждение; критическая стадия развития по;
вреждения.
На рис. 2 показан характер зарождения дефек;
та подшипника качения ГТД ГПА, который при;
водит к нарушению нормальной работы элемен;
тов системы. В представленном спектре хорошо
выделяется один пик, который отсутствует при
нормальной эксплуатации подшипникового уз;
ла. Это повреждение в дальнейшем будет влиять
на работу двигателя.
Спектр на рис. 3 соответствует развитию по;
вреждения, когда система теряет устойчивость
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 55
Рис. 1. Характер изменения параметров при
помпажном срыве.
вследствие износа опор под действием частоты
вращения, приводящей к уменьшению их жест;
кости. Неисправность подшипникового узла уже
начинает влиять на работу турбомашины.
При критической стадии развития поврежде;
ния (рис.4) возникает вибрационный шум. Это
свидетельствует о серьезном нарушении в работе
всего агрегата. Общий уровень вибрации в этой
критической стадии развития достигает аварий;
ного уровня.
В этой статье разработана диагностическая си;
стема для распознавания случайных сигналов ко;
торые содержат важную информацию о техниче;
ском состоянии объекта.
Предложенная и реализованная в настоящей
работе математическая модель автоматического
распознавания срыва потока в компрессоре ГТД
по технологическим параметрам шумов (режим;
ных параметров потока, сигналов виброакселе;
рометров) предусматривает формирование опти;
мальной разделяющей гиперплоскости в
многомерном признаковом пространстве диа;
гностического сигнала.
Два конечных множества векторов: –
режим нормальной эксплуатации и –
аномальный режим эксплуатации, которые
должны быть разделены такой гиперплоскостью,
когда для некоторого k < 1 должен быть найден
такой вектор ϕ, что выполняются неравенства
ϕ ≥ 1, ϕ ≤ k, .
Среди однопараметрического (по параметру
k < 1) множества векторов ϕ существует вектор ϕ0,
определяющий такое направление, на котором
проекции множеств X и X наиболее отстоят друг от
друга: ϕ0 = argmaxϕ[ ϕ– ϕ].
При этом вектор ϕ0 и определяемая им раз;
деляющая гиперплоскость xϕ0 = C0, где
C0 = [ ϕ0+ ϕ0]/2, являются опти;
мальными. Указанная гиперплоскость отделяет
точки множества X (для этих точек xϕ0 < C0) от
этих точек множества X (для этих точек xϕ0 < C0)
и наиболее отдалена от элементов объединенно;
го множества X X. Для поиска направляющего
вектора ϕ0 оптимальной разделяющей гипер;
плоскости рассматривается конечное множе;
ство векторов Z, сформированное из векто;
ров множеств X и X: Z = ,
i = 1,...,a; j = 1,...,b; (всего a×b элементов). При
этом минимальный по модулю вектор ϕ0 удовле;
творяет неравенству zijψ > 1, zij∈Z.
Принципиальным является тот факт, что век;
тор ϕ0 совпадает по направлению с оптимальным
вектором ϕ0. Величина 1/||ψ0|| есть расстояние
{ }= −z x xij i j
∪
T
jxmax
j∈Xx
T
ixmin
j∈Xx
T
jxmax
T
j ∈Xx
T
ixmin
i∈x x
1,...,j b=T
jx1,..., ;i a=T
iX
1
,...,
b
=X x x
1
,...,
a
=X x x
56 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 2. Спектральная плотность вибросигнала
подшипника качения ГТД в фазе зарождения
повреждения.
Рис. 3. Спектральная плотность вибросигнала
подшипника качения ГТД в фазе развития
повреждения.
Рис. 4. Спектральная плотность вибросигнала
подшипника качения ГТД в фазе критической
стадии развития повреждения.
между проекциями множеств X и X: на направле;
ние вектора ψ0 .В результате поиск вектора ψ0 и
определяемой им разделяющей гиперплоскости
сводится к минимизации функционала I = ψTψ
при выполнении ограничений, т.е. является из;
вестной задачей квадратичного программирова;
ния.
Выводы
1. В данной статье предложена концепция
автоматической диагностики аномальных и пре;
даварийных эксплуатационных режимов эле;
ментов и систем ГПА, позволяющая обеспечить
раннее обнаружение потенциальноопасных ре;
жимов эксплуатации (начальные фазы помпажа
турбокомпрессора, повреждения подшипнико;
вых узлов, ослабление крепления лопаточного
аппарата и др.).
2. Разработана и реализована математичес;
кая модель автоматического распознавания ано;
мальных и предаварийных режимов эксплуата;
ции на основе спектральных параметров
виброакустических сигналов, а также ряда техно;
логических параметров ГТД).
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Сидоров, В.М. Кравченко, В.Я. Седуш и
др. Техническая диагностика механического обо;
рудования. – Донецк: Новый мир, 2003. – 125 с.
2. Герике Б.Л. Мониторинг и диагностика
технического состояния машинных агрегатов:
Учеб. пособие. В 2;х ч. 4.1: Кузбас.гос.техн.ун;т. –
Кемерово, 1999. – 189 с.
3. Дорошко С.М. Контроль и диагностирова;
ние технического состояния газотурбинных дви;
гателей по вибрационным параметрам. – М.:
Транспорт, 1984. – 129 с.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 57
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61321 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:13:52Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шараевский, И.Г. Дмитренко, Н.П. 2014-04-30T15:58:36Z 2014-04-30T15:58:36Z 2007 Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем / И.Г. Шараевский, Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 54-57. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61321 681.518.54 В работе разработаны теоретические основы методологии автоматического распознавания аномальных и предаварийных режимов эксплуатации ГТД, а также оценки технического состояния этого сложного объекта. В роботі розроблені теоретичні основи методології автоматичного розпізнавання аномальних та передаварійних експлуатаційних режимів ГТД, а також оцінки технічного стану цього складного об’єкта. In work is designed theoretical bases to methodologies of the automatic recognition anomalous and before emergency conditions in usages GTЕ, as well as estimations of the technical condition this complex object. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем Problem-solving questions of the automatic diagnostics of the elements and systems of gas turbine engines on the basis of computer intellectual systems Article published earlier |
| spellingShingle | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем Шараевский, И.Г. Дмитренко, Н.П. |
| title | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| title_alt | Problem-solving questions of the automatic diagnostics of the elements and systems of gas turbine engines on the basis of computer intellectual systems |
| title_full | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| title_fullStr | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| title_full_unstemmed | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| title_short | Проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| title_sort | проблемные вопросы автоматической диагностики элементов и систем газотурбинных двигателей на основе интеллектуальных компьютерных систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61321 |
| work_keys_str_mv | AT šaraevskiiig problemnyevoprosyavtomatičeskoidiagnostikiélementovisistemgazoturbinnyhdvigateleinaosnoveintellektualʹnyhkompʹûternyhsistem AT dmitrenkonp problemnyevoprosyavtomatičeskoidiagnostikiélementovisistemgazoturbinnyhdvigateleinaosnoveintellektualʹnyhkompʹûternyhsistem AT šaraevskiiig problemsolvingquestionsoftheautomaticdiagnosticsoftheelementsandsystemsofgasturbineenginesonthebasisofcomputerintellectualsystems AT dmitrenkonp problemsolvingquestionsoftheautomaticdiagnosticsoftheelementsandsystemsofgasturbineenginesonthebasisofcomputerintellectualsystems |