ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ВИБРОМОНИТОРИНГА И ВИБРОМОНИТОРИНГА И

ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ

МЕТОДА ДИСКРИМИНАНТНОГО МЕТОДА ДИСКРИМИНАНТНОГО АНАЛИЗААНАЛИЗА

Докладчик: Серов А.А.Докладчик: Серов А.А.

Лаборатория виброакустической диагностики Лаборатория виброакустической диагностики машин ИМАШ РАНмашин ИМАШ РАН

Основные классы задач контроля Основные классы задач контроля технического состояния оборудованиятехнического состояния оборудования

Автоматизация аналитической деятельности Автоматизация аналитической деятельности в современных задачах мониторинга и в современных задачах мониторинга и

диагностики оборудованиядиагностики оборудования Усложнение задачи контроля технического состояния Усложнение задачи контроля технического состояния

оборудованияоборудования :: Увеличение сложности конструкций контролируемого оборудованияУвеличение сложности конструкций контролируемого оборудования Увеличение сложности оборудования, используемого при построении Увеличение сложности оборудования, используемого при построении

систем мониторинга и диагностикисистем мониторинга и диагностики Ужесточение требований к достоверности результатов контроляУжесточение требований к достоверности результатов контроля Ужесточение требований к времени получения диагностического Ужесточение требований к времени получения диагностического

заключения и времени принятия решения об эксплуатации объекта заключения и времени принятия решения об эксплуатации объекта контроляконтроля

Совершенствование методов, используемых при контролеСовершенствование методов, используемых при контроле :: Использование технологии цифровой обработки сигнала (в т.ч. при Использование технологии цифровой обработки сигнала (в т.ч. при

оперативном анализе больших объемов данных)оперативном анализе больших объемов данных) Использование методов спектрального анализаИспользование методов спектрального анализа Использование методов многопараметрического статистического анализаИспользование методов многопараметрического статистического анализа Использование методов анализа трендов основных технических Использование методов анализа трендов основных технических

характеристикхарактеристик Комплексное использование при диагностировании данных, поступающих Комплексное использование при диагностировании данных, поступающих

от нескольких подсистем контроля, работа которых основана на различных от нескольких подсистем контроля, работа которых основана на различных физических принципахфизических принципах

Виброакустический контроль технического Виброакустический контроль технического состояния газотурбинного оборудованиясостояния газотурбинного оборудования

Особенности виброакустических методов Особенности виброакустических методов обследованияобследования :: Широкий частотный и динамический диапазоны сигналаШирокий частотный и динамический диапазоны сигнала Высокая чувствительность вибросигнала по отношению к Высокая чувствительность вибросигнала по отношению к

изменению технического состояния оборудованияизменению технического состояния оборудования Высокий уровень информативности виброакустического Высокий уровень информативности виброакустического

сигналасигнала

Преимущества виброакустических методов контроляПреимущества виброакустических методов контроля :: Возможность использования методов безразборного Возможность использования методов безразборного

диагностирования при построении как стационарных, так и диагностирования при построении как стационарных, так и мобильных систем диагностики мобильных систем диагностики

Возможность реализации высокоэффективных методов Возможность реализации высокоэффективных методов проактивного мониторинга технического состояния проактивного мониторинга технического состояния оборудованияоборудования

Возможность проведения детализированной диагностики и Возможность проведения детализированной диагностики и отслеживания динамики изменения технического состояния отслеживания динамики изменения технического состояния оборудованияоборудования

Программное обеспечение Программное обеспечение ““ДискриминантДискриминант””

НазначениеНазначение : : Программное обеспечение предназначено для решения Программное обеспечение предназначено для решения

задач автоматизации мониторинга технического состояния задач автоматизации мониторинга технического состояния оборудования. оборудования.

Программное обеспечение может быть использовано для Программное обеспечение может быть использовано для оперативного анализа технического состояния роторного оперативного анализа технического состояния роторного оборудования и раннего обнаружения эксплуатационных оборудования и раннего обнаружения эксплуатационных повреждений. повреждений.

Программное обеспечение позволяет выявлять Программное обеспечение позволяет выявлять неисправности на стадии их зарождения и прослеживать неисправности на стадии их зарождения и прослеживать динамику развития возникших дефектов.динамику развития возникших дефектов.

Теоретическая основаТеоретическая основа : : Программное обеспечение является реализацией метода Программное обеспечение является реализацией метода

дискриминантного анализа клиппированных по амплитуде дискриминантного анализа клиппированных по амплитуде вибросигналов, разработанного коллективом лаборатории вибросигналов, разработанного коллективом лаборатории ВАДМ ИМАШ РАН.ВАДМ ИМАШ РАН.

Численные методы, реализованные в Численные методы, реализованные в программном обеспечениипрограммном обеспечении

Метод дискриминантного анализаМетод дискриминантного анализа , , применяемый для раннего обнаружения изменений в применяемый для раннего обнаружения изменений в вибросигналевибросигнале

Методы спектрального анализаМетоды спектрального анализа , применяемые , применяемые для исследования спектральных характеристик для исследования спектральных характеристик вибросигнала в предварительно заданных вибросигнала в предварительно заданных диапазонах частот.диапазонах частот.

Методы статистического анализаМетоды статистического анализа , , применяемые для исследования основных применяемые для исследования основных статистических характеристик временной статистических характеристик временной реализации вибросигнала (математическое реализации вибросигнала (математическое ожидание, дисперсия, коэффициент асимметрии, ожидание, дисперсия, коэффициент асимметрии, коэффициент эксцесса и др.)коэффициент эксцесса и др.)

Методы анализа трендовМетоды анализа трендов , применяемые для , применяемые для исследования изменения вычисленных исследования изменения вычисленных характеристик с увеличением времени наработки характеристик с увеличением времени наработки обследуемого оборудования.обследуемого оборудования.

Метод дискриминантного анализаМетод дискриминантного анализа

[ ]

[ ]

⋅

−

−=

∑

∑

=

=

)0(

)(

1

2)0(

1

2)(

d

)(1

)(1

K

K

PxN

PxN

I t

N

jsj

N

isti

IIdd – – дискриминант, рассчитываемый по энергии выбросовдискриминант, рассчитываемый по энергии выбросов((xx ii))(t)(t) – – отсчеты значений амплитуды в текущем измерении отсчеты значений амплитуды в текущем измерении

вибросигнала вибросигнала ((xx jj))(0)(0) – – отсчеты значений амплитуды в эталонном измерении отсчеты значений амплитуды в эталонном измерении

вибросигнала вибросигнала PPss – – порог клиппирования амплитуды вибросигналапорог клиппирования амплитуды вибросигналаKK(t)(t), , KK(0)(0) – – количество отсчетов, в рамках которых амплитуда количество отсчетов, в рамках которых амплитуда

сигнала превысила порог клиппирования в текущем и сигнала превысила порог клиппирования в текущем и эталонном измерении, соответственно эталонном измерении, соответственно

NN – – общее количество отсчетов амплитуды при измеренииобщее количество отсчетов амплитуды при измерении

Использование метода многополосного Использование метода многополосного дискриминантного анализа при дискриминантного анализа при

диагностировании газотурбинных диагностировании газотурбинных двигателейдвигателей

Программный комплекс был успешно использован в ряде задач Программный комплекс был успешно использован в ряде задач анализа технического состояния газотурбинных установок (ГТУ) анализа технического состояния газотурбинных установок (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций, газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций, реализованных на базе газотурбинных двигателей (ГТУ-16 на базе реализованных на базе газотурбинных двигателей (ГТУ-16 на базе авиационного двигателя ПС-90 и судового двигателя ДГ-90). авиационного двигателя ПС-90 и судового двигателя ДГ-90).

В частности, метод использовался для раннего обнаружения В частности, метод использовался для раннего обнаружения неисправностей авиационного двигателя ПС-90 ГТУ-16 на неисправностей авиационного двигателя ПС-90 ГТУ-16 на компрессорных станциях «Смоленская», «Торжокская», компрессорных станциях «Смоленская», «Торжокская», «Пуртазовская-1», «Пуртазовская-2» ОАО Газпром. При «Пуртазовская-1», «Пуртазовская-2» ОАО Газпром. При использовании метода было обнаружено зарождение следующих использовании метода было обнаружено зарождение следующих типов дефектов: типов дефектов:

Разрушение элементов роликового подшипника ТВД Разрушение элементов роликового подшипника ТВД Развитие дефектов шарикового подшипника КВД Развитие дефектов шарикового подшипника КВД Развитие повреждений рабочих лопаток КВД и ТВД Развитие повреждений рабочих лопаток КВД и ТВД Развитие повреждений неподвижных элементов ТВД (прогар соплового Развитие повреждений неподвижных элементов ТВД (прогар соплового

аппарата 2-ой ступени ТВД) аппарата 2-ой ступени ТВД) Развитие множественных повреждений: повреждений подвижных и Развитие множественных повреждений: повреждений подвижных и

неподвижных элементов ТВД (прогар и эрозия рабочего колеса 1 ст. и неподвижных элементов ТВД (прогар и эрозия рабочего колеса 1 ст. и наружных полок лопаток соплового аппарата 2-ой ступени ТВД)наружных полок лопаток соплового аппарата 2-ой ступени ТВД)

Модульный состав программного Модульный состав программного обеспечения обеспечения ““ДискриминантДискриминант””

Управляющий модуль программного обеспеченияУправляющий модуль программного обеспечения , , предназначенный для обеспечения интерактивного взаимодействия с предназначенный для обеспечения интерактивного взаимодействия с пользователем на всех стадиях работы.пользователем на всех стадиях работы.

Модуль, предназначенный для создания информационной Модуль, предназначенный для создания информационной структурыструктуры , в рамках которой будет осуществляться хранение исходных , в рамках которой будет осуществляться хранение исходных данных, используемых при анализе и результатов проведенного анализа.данных, используемых при анализе и результатов проведенного анализа.

Модуль чтения из базы данныхМодуль чтения из базы данных информации об измеренных информации об измеренных значениях вибропараметров, которая будет использована при значениях вибропараметров, которая будет использована при последующем проведении анализа.последующем проведении анализа.

Модуль преобразования исходных данных, Модуль преобразования исходных данных, предназначенный для предназначенный для пакетного дифференцированияпакетного дифференцирования//интегрирования исходных сигналов с интегрирования исходных сигналов с целью их последующего численного анализа.целью их последующего численного анализа.

Модуль настройки параметров программного комплекса и Модуль настройки параметров программного комплекса и формирования эталонных характеристик вибросигналаформирования эталонных характеристик вибросигнала , , предназначенный для предварительного анализа исходных предназначенный для предварительного анализа исходных виброметрических данных и выбора численных значений параметров, виброметрических данных и выбора численных значений параметров, которые будут использованы при анализе. которые будут использованы при анализе.

Модуль визуального анализа результатовМодуль визуального анализа результатов проведенных численных проведенных численных исследований, используемый для представления результатов анализа в исследований, используемый для представления результатов анализа в табличном и графическом виде.табличном и графическом виде.

Модуль автоматизированного создания отчетовМодуль автоматизированного создания отчетов о результатах, о результатах, полученных при проведении анализа.полученных при проведении анализа.

Демонстрация возможностей Демонстрация возможностей программного обеспечения программного обеспечения

““ДискриминантДискриминант””

Объект исследованийОбъект исследований : ГПА-51 (двигатель ПС-: ГПА-51 (двигатель ПС-90ГП2, №90ГП2, № 83031077), КС «Торжокская», ОАО 83031077), КС «Торжокская», ОАО «Газпром». «Газпром». Точка измерения вибросигналаТочка измерения вибросигнала: Тгг-гор. : Тгг-гор. Интервал времени анализаИнтервал времени анализа: 26.12.06 - 27.07.07 . : 26.12.06 - 27.07.07 . НеисправностиНеисправности: развитие дефекта типа прогара : развитие дефекта типа прогара соплового аппарата ТВД.соплового аппарата ТВД.

Объект исследованийОбъект исследований : ГПА-57 (двигатель ПС-: ГПА-57 (двигатель ПС-90ГП2, №90ГП2, № 83031086), КС «Торжокская», ОАО 83031086), КС «Торжокская», ОАО «Газпром». «Газпром». Точка измерения вибросигналаТочка измерения вибросигнала: Тгг-гор. : Тгг-гор. Интервал времени анализаИнтервал времени анализа: 26.12.06 - 29.10.07. : 26.12.06 - 29.10.07. НеисправностиНеисправности: развитие дефекта типа прогара и : развитие дефекта типа прогара и эрозии рабочего колеса ТВД, эрозии наружных полок эрозии рабочего колеса ТВД, эрозии наружных полок лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД.лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД.

Загрузка результатов виброизмерений Загрузка результатов виброизмерений из базы данныхиз базы данных

Построение эталона для проведения Построение эталона для проведения исследованийисследований

Выбор частотных диапазонов для Выбор частотных диапазонов для проведения исследованийпроведения исследований

Выбор исходных данных для Выбор исходных данных для использования в численных использования в численных

исследованияхисследованиях

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования: вид основного окна представления результатоввид основного окна представления результатов

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:тренд изменения значения дискриминанта в узких тренд изменения значения дискриминанта в узких

полосах частотполосах частот (ГПА-51: развитие дефекта типа прогара соплового аппарата ТВД)(ГПА-51: развитие дефекта типа прогара соплового аппарата ТВД)

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:тренд изменения значения дискриминанта в узких тренд изменения значения дискриминанта в узких

полосах частот полосах частот ((ГПА-51)ГПА-51)

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования: совместное использование результатов совместное использование результатов

спектрального и дискриминантного анализаспектрального и дискриминантного анализа

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:анализ тренда изменения спектральных анализ тренда изменения спектральных характеристик вибросигналахарактеристик вибросигнала ((1D - view1D - view))

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:анализ тренда изменения спектральных анализ тренда изменения спектральных

характеристик вибросигнала (характеристик вибросигнала (quasi - 3D - viewquasi - 3D - view))

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:анализ тренда изменения статистических анализ тренда изменения статистических

характеристик сигнала в узких полосах частотхарактеристик сигнала в узких полосах частот

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:автоматизированная генерация отчета об исследовании автоматизированная генерация отчета об исследовании

(табличная форма представления)(табличная форма представления)

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:автоматизированная генерация отчета об исследовании автоматизированная генерация отчета об исследовании

(графическая форма представления)(графическая форма представления)

Анализ результатов исследования:Анализ результатов исследования:тренд изменения значения дискриминанта в узких полосах частоттренд изменения значения дискриминанта в узких полосах частот

(ГПА-57: развитие дефекта типа прогара и эрозии рабочего колеса ТВД, (ГПА-57: развитие дефекта типа прогара и эрозии рабочего колеса ТВД, эрозии наружных полок лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД)эрозии наружных полок лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД)

Итоги разработки. Перспективы и планы Итоги разработки. Перспективы и планы развития средств мониторинга и диагностики развития средств мониторинга и диагностики

газотурбинного оборудованиягазотурбинного оборудования Внедрение представленного программного обеспечения позволит Внедрение представленного программного обеспечения позволит

организациям, эксплуатирующим оборудование газотурбинных организациям, эксплуатирующим оборудование газотурбинных установок, установок, снизить затратыснизить затраты на его эксплуатацию и ремонт и, в на его эксплуатацию и ремонт и, в конечном итоге, перейти к проведению конечном итоге, перейти к проведению технического технического обслуживанияобслуживания и и ремонтаремонта оборудования по его оборудования по его фактическому фактическому состояниюсостоянию ..

В ближайшие 10-15 лет можно спрогнозировать смыкание области В ближайшие 10-15 лет можно спрогнозировать смыкание области автоматизации аналитической деятельностиавтоматизации аналитической деятельности и области и области искусственного интеллектаискусственного интеллекта , которое будет сопровождаться , которое будет сопровождаться активным внедрением методов класса активным внедрением методов класса Data-MiningData-Mining в область в область мониторинга и диагностики технических систем.мониторинга и диагностики технических систем.

Программное обеспечение Программное обеспечение ““ДискриминантДискриминант”” будет подвергнуто будет подвергнуто модификации с целью перехода от задач автоматизированного модификации с целью перехода от задач автоматизированного мониторинга к задачам мониторинга к задачам автоматической диагностикиавтоматической диагностики . .

В Лаборатории виброакустических методов диагностики машин ИМАШ В Лаборатории виброакустических методов диагностики машин ИМАШ РАН существуют планы реализации методов РАН существуют планы реализации методов многопараметрического анализамногопараметрического анализа , в частности, , в частности, методов методов группового учета аргументовгруппового учета аргументов (МГУА (МГУА/GMDH/GMDH), а также методов ), а также методов автоматического распознаванияавтоматического распознавания для анализа технического для анализа технического состояния газотурбинного оборудования.состояния газотурбинного оборудования.

Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!

Дополнения к основному Дополнения к основному тексту докладатексту доклада

Схема расположения вибродатчиков Схема расположения вибродатчиков

(акселерометров) на корпусе двигателя ПС-90(акселерометров) на корпусе двигателя ПС-90

Положение измерительных точек на корпусе двигателя:Положение измерительных точек на корпусе двигателя: во входном сечении компрессора высокого давления (КВД) двигателя: точки 1 и 2 для во входном сечении компрессора высокого давления (КВД) двигателя: точки 1 и 2 для

измерения в вертикальном и горизонтальном направлениях (Квх-верт и Квх-гор); измерения в вертикальном и горизонтальном направлениях (Квх-верт и Квх-гор); в зоне камеры сгорания: точки 3 и 4 для измерения в вертикальном и осевом в зоне камеры сгорания: точки 3 и 4 для измерения в вертикальном и осевом

направлениях (Кз-верт и Кз-осев); направлениях (Кз-верт и Кз-осев); в зоне турбины высокого давления газогенератора (ТВД ГГ): точка 5 для измерения в в зоне турбины высокого давления газогенератора (ТВД ГГ): точка 5 для измерения в

горизонтальном направлении (ТГГ-гор)горизонтальном направлении (ТГГ-гор);; в зоне силовой турбины (СТ): точка 6 для измерения в осевом направлении (СТ-осев).в зоне силовой турбины (СТ): точка 6 для измерения в осевом направлении (СТ-осев).

Точки на корпусе газотурбинной Точки на корпусе газотурбинной установки (ГТУ) для измерения установки (ГТУ) для измерения

вибрации в радиальном направлениивибрации в радиальном направлении

Точки Квх-верт и Квх-гор находятся вблизи Точки Квх-верт и Квх-гор находятся вблизи сечения с входным подшипником качения сечения с входным подшипником качения КВД и редуктора привода масляного насоса.КВД и редуктора привода масляного насоса.

Точка Кз-верт находится в зоне камеры Точка Кз-верт находится в зоне камеры сгорания вблизи сечения с выходным сгорания вблизи сечения с выходным подшипником качения КВД.подшипником качения КВД.

Точка ТГГ-гор находится вблизи сечения с Точка ТГГ-гор находится вблизи сечения с роликовым подшипником на входе ТВД.роликовым подшипником на входе ТВД.