Система диагностики технического состояния узлов электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Савчиц, Артем Вячеславович

• Савчиц, Артем Вячеславович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Савчиц, Артем Вячеславович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕРВОМОТОРОВ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГИДРОАГРЕГАТА

1.1 Устройство гидроагрегата

1.2 Система электрогидравлического преобразователя и ее неисправности

1.2.1 Неисправности главного золотника

1.2.2 Неисправности сервомотора

1.2.3 Неисправности системы питания

1.3 Диагностика технического состояния узлов ЭГП

1.3.1 Методы обнаружения неисправностей

1.3.2 Методы диагностики неисправностей

1.3.3 Математические модели главного золотника и сервомотора

1.4 Выводы по главе

Глава 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЛАВНОГО ЗОЛОТНИКА И СЕРВОМОТОРА

2.1 Математическая модель главного золотника

2.1.1 Разработка математической модели золотника

2.1.2 Идентификация коэффициентов математической модели золотника методом наименьших квадратов

2.1.3 Идентификация коэффициентов математической модели золотника рекуррентным методом наименьших квадратов

2.1.4 Анализ математической модели золотника в различных режимах работы гидроагрегата

2.1.5 Анализ адекватности математической модели главного золотника

2.2 Математическая модель сервомотора направляющего аппарата

2.2.1 Разработка математической модели сервомотора

2.2.2 Идентификация коэффициентов математической модели сервомотора МНК и РМНК

2.2.3 Анализ математической модели сервомотора в различных режимах работы гидроагрегата

2.2.4 Анализ адекватности математической модели сервомотора

2.3 Определение силы, действующей на шток сервомотора

2.3.1 Угол открытия направляющего аппарата

2.3.2 КПД гидротурбины

2.3.3 Силы, действующие на шток сервомотора

2.4 Выводы по главе

Глава 3 МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГЛАВНОГО ЗОЛОТНИКА И СЕРВОМОТОРА

3.1 Методика обнаружения неисправностей в главном золотнике и сервомоторе

3.2 Методика диагностирования неисправностей в главном золотнике и сервомоторе

3.3 Апробация методики диагностирования

3.3.1 Анализ диагностических карт главного золотника в режиме пуска

3.3.2 Анализ диагностических карт главного золотника в режиме регулирования мощности

3.3.3 Анализ диагностических карт сервомотора в режиме пуска

3.3.4 Анализ диагностических карт сервомотора в режиме регулирования мощности

3.4 Выводы по главе

3.5 Рекомендации

Глава 4 МАКЕТ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ЕЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

4.1 Макет системы диагностики технического состояния ГЗ и сервомотора в режиме реального времени

4.2 Анализ метрологических характеристик измерительной системы для системы диагностики технического состояния

4.2.1 Анализ метрологических характеристик измерительных каналов

4.2.2 Анализ погрешности оценки диагностических коэффициентов математической модели ГЗ

4.2.3 Анализ погрешностей оценки диагностических коэффициентов математической модели сервомотора

4.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система диагностики технического состояния узлов электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Гидроэлектростанции занимают второе место в России по выработке электроэнергии населению и промышленности. Качество и надежность поставляемой электроэнергии является основной целью их деятельности. За время эксплуатации основного электрогенерирующего оборудования - гидроагрегатов, неминуемо развитие износа их основных узлов, несмотря на применяемые износоустойчивые материалы при конструировании гидроагрегата.

Эксплуатационный износ узлов гидроагрегата негативно сказывается на работе всего гидроагрегата, приводя к снижению точности открытия направляющего аппарата и поворота лопастей рабочего колеса, регулированию частоты и активной мощности гидроагрегата, индексного КПД гидроагрегата. Так же чрезмерный износ может привести к возникновению неисправности или к серьезной аварии.

Наличие аварийной ситуации неизбежно влечет за собой останов гидроагрегата для проведения ремонтных работ, которые в зависимости от сложности возникшей неисправности могут занять от 3-х дней до нескольких недель. Останов гидроагрегата повлечет за собой затраты, связанные с ремонтными работами и потерями от недополученной прибыли.

В последние годы широко внедряются подсистемы группового регулирования мощности (ГРАМ) на гидростанциях РФ, не стала исключением и Волжская ГЭС. В связи с этим были разработаны новые стандарты и руководящие документы, устанавливающие повышенные требования к надежности работы оборудования ГЭС, а именно гидроагрегатов.

Одним из способов повышения надежности работы гидроагрегатов является использование систем диагностики технического состояния его узлов. Но система управления гидроагрегатами Волжской ГЭС, на базе программно-технического

комплекса (ЛТК) "Овация", не сможет справиться с такой задачей, так как кроме системы вибродиагностики комплекс не имеет других систем диагностики.

Из всех узлов гидроагрегата можно выделить один из основных - это направляющий аппарат, а точнее система управления его открытием. Направляющий аппарат (НА) позволяет регулировать мощность гидротурбины агрегата, а соответственно и всего гидроагрегата. Основной элемент системы управления открытием НА - электрогидравлический преобразователь (ЭГП), состоящий из главного золотника и сервомотора. Выход из строя или чрезмерный износ одного из элементов ЭГП, может повлечь за собой серьезные последствия, сказывающиеся на точности поддержания полезной мощности гидроагрегата, скорости вращения ротора и соответственно его КПД, а так же может привести к серьезной аварии.

Наличие системы диагностики позволило бы предвидеть возникновение и развитие неисправностей в ЭГП, а так же ликвидировать возникающие неисправности до того момента, когда они станут причинами серьезной аварии.

Вышеизложенное определяет целесообразность и актуальность проведения исследований, направленных на разработку системы диагностики сервомотора и главного золотника системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата Волжской ГЭС.

Степень разработанности темы исследования. В области технической диагностики сервомоторов и золотников наиболее значимы работы авторов: Н.В. Богдан, Т.А. Сырицын, R. Iserman L.Tieying, L.Shiqiang, М. A. Sepasi, Y. Goharrizi, S.X. Ding и многих других.

Существующие методы диагностики технического состояния принято разделять на две категории: обнаружение отклонений в диагностируемом оборудовании и диагностику неисправностей.

Обнаружение неисправностей проводят методами, основанными на анализе пределов, трендов, математических моделей оборудования и (или) измерительного канала. Методы анализа пределов или трендов просты в реализации, но при этом обладают существенным недостатком, связанным с

появлением ложной диагностической информации из-за некорректно установленных пределов. Применение математических моделей позволяет устранить данный недостаток, но не для любого оборудования можно составить математическую модель, которую можно было бы использовать в диагностических целях. Так как для моделей необходимы значения параметров, измерение которых может не осуществляться. В этой области известны работы авторов: Э.П. Сейдж, S.X. Ding, Y.A. Chinniah, R. Iserman, В. Razavi, M. Witczak, F.P. Wijnheijmer.

Наиболее перспективными методами диагностики неисправностей являются методы суждений (умозаключений), аппроксимации, искусственного интеллекта, статистическими подходами (в том числе и контрольные карты) и распознаваниями образов. Они позволяют локализовать неисправность, а именно указать ее тип и место нахождения в оборудовании. Реализация этих методов (методы искусственного интеллекта) сложна и требует обширных знаний (методы суждений) о диагностируемом оборудовании. В этой области известны работы авторов: Ю.В. Царев, Д.Химмельблау, X. Кумэ, В.А. Ogunnaike, D.Montgomery, однако данные исследования ранее не применялись к технической диагностики сервомоторов и золотников.

Объектом исследования является электрогидравлический преобразователь системы управления открытием направляющего аппарата, состоящий из главного золотника и сервомотора.

Целью работы является обнаружение неисправностей на ранних стадиях их зарождения в главном золотнике и сервомоторе электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата за счет разработки автоматизированной системы диагностики их технического состояния.

Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих методов для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора электрогидравлического

преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата;

2. Для системы диагностики разработаны математические модели динамики перемещения штока сервомотора и главного золотника. Осуществлена проверка разработанных математических моделей на адекватность;

3. Для повышения точности математической модели сервомотора была предложена методика оценки силы, действующей на шток сервомотора со стороны направляющего аппарата гидроагрегата;

4. На основе проведенного статистического анализа были построены базовые контрольные карты диагностических коэффициентов математических моделей перемещений штока сервомотора и главного золотника;

5. На основе полученных базовых контрольных карт диагностических коэффициентов был осуществлен диагностический анализ технического состояния главного золотника и сервомотора однотипных гидроагрегатов;

6. На базе ПТК "Овация" разработан макет организации информационно-измерительной системы для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора.

Методы исследования. Методы оптимизации и теория систем, численные методы, статистические методы, теория механизмов и машин, теория гидравлических систем.

В работе получены результаты, отличающиеся научной новизной:

1. Математические модели сервомотора и главного золотника системы управления направляющим аппаратом гидроагрегата, отличающиеся тем, что они учитывают нелинейности протекающих в них процессов, и используются в системе диагностики;

2. Контрольные карты диагностических коэффициентов математических моделей сервомотора и главного золотника, отличающиеся тем, что учитывают реальные условия работы гидроагрегата и их формируют в реальном масштабе времени;

3. Макет информационно-измерительной системы, отличающейся тем, что осуществляет в реальном масштабе времени диагностику технического состояния сервомотора и главного золотника электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата.

Достоверность исследования подтверждена математическими выводами и экспериментальными данными.

Практическая ценность состоит в разработке макета информационно-измерительной системы для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата. В том числе в разработке методики для оценки силы, действующей на шток сервомотора со стороны направляющего аппарата гидроагрегата.

Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы в Волжском политехническом институте на кафедре «Автоматика, электроника и вычислительная техника» в госбюджетной НИР № 2/10-Б-13 по теме «Разработка и анализ моделей для систем автоматического управления и диагностики технического состояния технологических процессов» и в учебном процессе в дипломном и курсовом проектировании по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» (акт о внедрении прилагается).

Полученные результаты были использованы в обосновании решения НТС «РусГидро» о выполнении НИОКР по разработке адаптивной системы управления гидроагрегатами с поворотно-лопастными турбинами (протокол № 2/13 заседания секции «Системы технологического управления» НТС «РусГидро» от 01.11.2013 г.).

Соответствие паспорту специальности.

Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)», а именно: пункту 5. «Методы анализа технического состояния, диагностики и идентификации информационно-измерительных и управляющих систем»; 6. «Исследование возможностей и путей

совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Волжского политехнического института (г. Волжский 2011, 2012, 2013); в рамках молодёжного конгресса "Интеграция инноваций: региональные аспекты": Химия - наука будущего. Инновации в энергосбережении и энергоэффективности. Информационные технологии - локомотив инновационного развития (г. Волжский 2012); // III Межрегиональной конференции молодых ученых и инноваторов "ИННО-КАСПИЙ" (г. Астрахань, 2012); Ith international scientific conference "Applied sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings"(New York 2013)

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели сервомотора и главного золотника системы управления направляющим аппаратом гидроагрегата, с помощью которых обнаруживают неисправности в главном золотнике и сервомоторе на основе информации, получаемой от штатных датчиков;

2. Контрольные карты диагностических коэффициентов математических моделей сервомотора и главного золотника, которые формируют диагностическую информацию об их текущем техническом состоянии;

3.Макет информационно-измерительной системы, осуществляющий диагностику технического состояния сервомотора и главного золотника электрогидравлического преобразователя системы управления направляющим аппаратом гидроагрегата.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 13 печатных работах, 5 из которых входят в список ВАК.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит:

[35] - анализ методов для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата; [34, 38, 39, 40, 41, 42, 32] - синтез и анализ математических моделей главного золотника и сервомотора; [32, 43] - разработка макета информационно-измерительной системы для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора; [36, 37] - повышение надежности получаемой измерительной информации системы диагностики технического состояния.

Основные научные результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе и публикациях, получены автором самостоятельно и под руководством научного руководителя.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 92 наименований и четырех приложений. Общий объём диссертации 146 страниц и 39 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведено описание объекта исследования -электрогидравлического преобразователя, состоящего из главного золотника и сервомотора. Показано устройство гидроагрегата и приведена краткая классификация гидротурбин.

Показаны основные неисправности, возникающие в системе электрогидравлического преобразователя, а именно в главном золотнике, сервомоторе и в линиях питания.

Приведена классификация и описание методов для обнаружения и диагностики неисправностей.

Осуществлен анализ существующих математических моделей для основных узлов электрогидравлического преобразователя - главного золотника и сервомотора.

Во второй главе разработаны математические модели главного золотника и сервомотора с учетом нелинейностей. Представлен алгоритм рекуррентной идентификации коэффициентов математических моделей.

Осуществлен анализ адекватности разработанных математических моделей главного золотника и сервомотора, а так же приведены результаты имитационного моделирования перемещения главного золотника и штока сервомотора на основе данных, полученных с однотипных гидроагрегатов.

Предложена методика для оценки силы, действующей на шток сервомотора со стороны направляющего аппарата гидроагрегата.

В третьей главе представлены диагностические коэффициенты математических моделей главного золотника и сервомотора. Приведено их описание в качестве диагностических признаков.

Разработаны базовые контрольные карты Шухарта для индивидуальных значений на основе данных, полученных с заведомо исправного главного золотника и сервомотора.

Представлен диагностический анализ на наличие неисправностей в ГЗ и сервомоторе на основе данных, полученных с однотипных гидроагрегатов.

В четвёртой главе приведен макет системы диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора на базе ПТК "Овация". Осуществлен метрологический анализ информационно-измерительной системы для диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора.

Глава 1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕРВОМОТОРОВ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГИДРОАГРЕГАТА

1.1 Устройство гидроагрегата

Гидроэлектростанции (далее ГЭС) занимают второе место в России по выработке электроэнергии населению и промышленности. Основным узлом ГЭС, обеспечивающим выработку электроэнергии, является гидроагрегат, включающий в себя гидротурбину и гидрогенератор.

Гидрогенератор - электрическая машина, предназначенная для выработки электроэнергии на гидроэлектростанции. Обычно гидрогенератор является мощной тихоходной синхронной машиной, приводимой во вращение гидравлической турбиной [15, 5].

Для привода роторов гидрогенераторов в зависимости от напора, мощности и других условий применяются разные типы гидравлических турбин: ковшовые, радиально-осевые, пропеллерные, диагональные, поворотно-лопастные [1].

При низких напорах (примерно до 50 м) применяют поворотно-лопастные турбины (Каплана). Такие турбины (рисунок 1.1) позволяют регулировать поток воды и режим работы не только поворотом лопаток направляющего аппарата, но и изменением угла наклона лопастей рабочего колеса [2]. Такое двойное регулирование турбины обеспечивает их высокий КПД при значительных изменениях нагрузки и напора. Данный тип турбин установлен на всех гидроагрегатах Волжской ГЭС.

Направляющий аппарат турбины создает и изменяет циркуляцию (закрутку) потока, поступающего на рабочее колесо, регулирует расход воды в соответствии с заданной мощностью агрегата, запирает турбину при закрытом положении направляющих лопаток, защищает агрегат от разгона (при соответствующей схеме управления) [2].

А

4 Г

Рисунок 1.1 - Строение поворотно-лопастной гидротурбины

А - гидрогенератор; В - гидротурбина; 1 - статор; 2 - ротор; 3 - лопатки направляющего аппарата; 4 - лопатки рабочего колеса; 5 - поток воды; 6 - вал турбины.

Направляющий аппарат обеспечивает пропускную способность турбины с 5%-ным запасом в соответствии с характеристикой при максимальном открытии направляющих лопаток, герметичность в закрытом положении, защиту деталей от поломок в процессе регулирования при попадании между лопатками твердых тел, надежность и долговечность в эксплуатации [2].

Управление поворотом лопаток направляющего аппарата производится с помощью сервомоторов. Можно сказать, что сервомотор представляет собой гидравлический преобразователь электрического сигнала управления в механическое перемещение штока сервомотора [46].

В основном применяют прямоосные сдвоенные и одинарные сервомоторы связанные с регулирующим кольцом с помощью кулисного механизма. Некоторые турбины могут быть оборудованы несколькими (двумя - четырьмя) прямоосными и одинарными сервомоторами [15].

1.2 Система электрогидравлического преобразователя и ее неисправности

В диссертационной работе рассматривается один из важнейших узлов гидроагрегата, система управления открытием направляющего аппарата, позволяющая регулировать мощность гидроагрегата в целом.

Основной элемент данной системы - электрогидравлический преобразователь (далее ЭГП) (рисунок 1.2), который состоит из электромагнита, главного золотника (далее ГЗ) и сервомотора [2].

Масло в Масло от

сливной бак МНУ

Главный золотник

Хг(1)

Сигнал управления

и<0

ЯВИВ ■

Усилие от направляющего аппарата РсЦ)

/ <Эг ^ Ог

шш я

N

+

Открытие

Закрытие

Р1

ХсмЦ)

Р2

Сервомотор

Рисунок 1.2- Схема электрогидравлического преобразователя Рс(0 - противодействующая сила со стороны регулирующего колеса, Н; Р[ - давление масла, на открытие НА, МПа; - давление масла, на закрытие НА, МПа; О - расход масла в сервомотор,

3 /

м /ч; Хсм(0 - положение сервомотора, м; Х2(1;) - положение золотника, м; и^) - Сигнал управления; N - сила создаваемая магнитом, Н.

Перемещением штока поршня сервомотора ЭГП управляет ГЗ (рисунок 1.2). Шток ГЗ перемещается в результате совместного действия силы N, создаваемой электромагнитом, и силы упругости пружины. Движущую силу

электромагнита формируют с помощью электронного блока ЭГП (на рисунке 1.2 не показан) пропорционально сигналу рассогласования между требуемым перемещением поршня сервомотора (задает регулятор мощности) и реальным перемещением штока поршня (измеряют с помощью датчика и передают по цепи обратной связи) [12].

Неисправности узлов ЭГП охватывают широкий спектр, начиная от загрязнения и утечки масла из трубопроводов и заканчивая механическим износом.

1.2.1 Неисправности главного золотника

Повышенное трение в ГЗ увеличивает время реакции на изменение положения ГЗ при изменении сигнала управления, а так же оказывает влияние на точность позиционирования ГЗ. Причинами возникновения могут быть абразивные частицы в масле или отклонение золотниковой пары от своего осевого положения. Может вызвать механический отказ ГЗ из-за образования задиров между штоком ГЗ и внутренней полостью, а так же его залипание, когда ГЗ не может перемещаться [66]. Основные неисправности представлены на рисунке 1.3.

При движении масла с большой скоростью, загрязнения в виде твердых частиц, действуют на поверхности деталей подобно абразивной эмульсии. С течением времени увеличиваются зазоры, уменьшаются зоны перекрытия, изменяются коэффициенты расходов. При загрязнениях масла резко возрастают усилия, необходимые для перемещения золотниковых пар, что, в свою очередь, может вызвать отказ. Попадание частиц в зазоры золотниковых пар приводит к резкому увеличению внутренних утечек [83].

При износе пружины ГЗ не в состоянии вернутся в свое нулевое положение, и, как следствие, поток масла продолжает поступать на сервомотор при снятии управляющего воздействия[87].

X

(О

а о

т ге о. ю О

6 О X ь к о а. а> со

35

30

25

20

15

10

■ Внутренняя утечка

■ Внешняя утечка В Износ пружины

□ Эрозия

□ Залипание

□ Увеличение трения

Неисправность

Рисунок 1.3 - Неисправности золотника и вероятность их появления

При пробое обмотки электромагнита управляющее воздействие от системы управления не воспринимается. Причиной возникновения может быть повышенная влажность или температура окружающей среды[71].

Внешние утечки, так же как и внутренние, возникают из-за износа уплотнений в золотнике. Влияют на скорость реакции золотника на управляющее воздействие и на точность его позиционирования [68,86].

Возникновения эрозии, связанной с кавитацией и присутствием воды в масле, влияет на износ золотника из-за электрохимической коррозии [66].

1.2.2 Неисправности сервомотора

Гидравлическая жидкость может содержать газовые включения, такие как воздух, пар или пену. Наличие воздуха, как правило, является результатом недостаточного вытеснения воздуха, во время ввода в действие гидравлических систем. Содержание включений воздуха и воды в масле оказывает весьма сильное влияние на модуль объемной упругости масла, приводящее к снижению динамических характеристик сервомотора. Проявляется в замедлении реакции

системы на изменение управляющего сигнала. Увеличивает усилие страгивания поршня сервомотора [66]. Основные неисправности сервомотора представлены на рисунке 1.4.

Повышенное содержание воздуха в масле увеличивает кавитацию в дроссельных элементах, что снижает их расходные характеристики. При небольших сечениях трубопроводов газонасыщение может привести к образованию воздушных пробок и пульсационным режимам работы [80].

Износ цилиндра и уплотнений сервомотора, также вызывают повышение трения, которое существенно влияет на динамические характеристики сервомотора [47].

■ Внутренняя утечка

■ Внешняя утечка

В Засорение каналов

□ Слом штока

□ Примеси в масле

□ Увеличение трения

Неисправность

Рисунок 1.4 - Неисправности сервомотора и вероятность их появления

Утечка масла в гидравлической системе является одной из самых распространенных проблем. В зависимости от своего расположения, утечки могут быть разделены на два типа:

• внутренние (перекрестные), утечки масла происходят из одной камеры цилиндра сервомотора в другую;

• внешние утечки, где утечки масла происходят из гидравлической системы.

Внешняя утечка может быть вызвана отказом питающего трубопровода или износом линии питания. Влияет на скорость реакции системы и ее КПД [47].

Внешнюю утечку можно определить в ходе осмотра, но внутреннюю сложно обнаружить, до тех пор, пока не будет произведен демонтаж сервомотора. При таком дефекте наблюдается замедление реакции сервомотора на управляющее воздействие, так как происходит перетекание масла. При внутренней утечке образуется тепло, которое изменяет модуль объемной упругости масла в системе [68].

Нагрузки, возникающие в результате силового взаимодействия привода с окружающей средой, могут вызвать слом штока сервомотора, их подразделяют на позиционные и инерционные [83].

Позиционная нагрузка влияет в основном на статические характеристики. Постоянная противодействующая или сопутствующая сила на выходном звене привода приводит к уменьшению или увеличению скорости выходного звена. Позиционная нагрузка изменяет запасы устойчивости и быстродействие привода.

Инерционная нагрузка влияет на динамические свойства привода. Совместно со сжимаемостью она обусловливает появление резонансных режимов и колебательных переходных процессов в гидроприводе.

1.2.3 Неисправности системы питания

Самой распространенной неисправностью в системе ЭГП является колебание давления в системе питания. Из-за износа элементов и режимов, отличных от номинальных, в работе насосов возникают колебания давления в питающей линии, что оказывает сильное влияние на работу ЭГП в целом.

В системах ЭГП с золотником эффективность работы выше, когда максимальное нагрузочное давление составляет примерно 68% от номинального давления питания. Поэтому, когда давление в линии питания падает, уменьшается эффективность системы, а в худшем случае может привести к снижению

динамических характеристик сервомотора. С другой стороны, избыточное давление ускоряет износ узлов ЭГП и может привести к непредвиденным отказам [47].

Существуют различные причины колебаний давления в системе питания. В некоторых случаях, проблема вызвана неисправностью маслонапорной установки [10].

Наличие воздуха в масле вызывает высокочастотные колебания давления в каналах питания сервомотора, что приводит к повышению уровня вибрации трубопроводов и дополнительному повышению уровня шума; влияет на сжимаемость жидкости, заполняющей рабочие емкости, вызывая дополнительные затраты мощности [57,4].

1.3 Диагностика технического состояния узлов ЭГП

Диагностика технического состояния - процесс определения состояния какой-либо системы, в данной работе ГЗ и сервомотора системы ЭГП, по косвенным признакам. Обнаружение неисправностей и их диагностика являются основополагающими для современных систем диагностики технического состояния [47].

Целью диагностики технического состояния - является повышение надежности и ресурса ГЗ и сервомотора путем обнаружения на ранних стадиях дефектов и неисправностей и причин их возникновения, так как это позволяет предупредить, или устранить их развитие и тем самым исключить отказы и аварии гидроагрегата, приводящие к тяжелым последствиям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Савчиц, Артем Вячеславович, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абрамов, Е.И. Элементы гидропривода/ Е.И. Абрамов, К.А. Колесниченко,

B.Т. Маслов. - Киев.: Техшка, 1977. - 320 с.Андреев, В.Б. Справочник по гидротурбинам/ В.Б. Андреев, Г.А. Броновский, И.С. Веремеенко. - Л.: Машиностроение, 1984.-496 с. ил.

2. Барлит, В.В. Гидравлические турбины/ В.В. Барлит. - Киев.: В ища школа, 1977.-360 с. ил.

3. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидропривод: учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Бапгга, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. - М.: Машиностроение, 1982.-423 с.

4. Богдан, Н.В. Техническая диагностика гидросистем / Н.В. Богдан, М.И. Жилевич, Л.Г Красневский. -Мн.: Белавтотракторостроение, 2000. - 120 с.

5. Бронштейн, Л.Я. Справочник конструктора гидротурбин/ Л.Я. Бронштейн, А.Н. Герман, В.Е. Гольдин. - Л.: Машиностроение, 1971. - 308 с. ил.

6. Буренин, В.В. Влияние утечек рабочей жидкости и силы трения в подвижных соединениях силовых гидроцилиндров на их динамику // СТИН. - 1993. - № 4. - с. 6 - 7

7. Волков, В.Л. Измерительные информационные системы. Учебное пособие для студентов технических специальностей/ В.Л. Волков. - Арзамас: АПИ НГТУ, 2008. - 158 с.

8. Гавриленко, Б.А. Гидравлический привод/ Б.А. Гавриленко, В.А.Минин,

C.Н. Рождественский. -М.: Машиностроение, 1968. -502 с.

9. Гальперин, М.Й. Конструктивные и эксплуатационные особенности гидротурбинного оборудования Волжских ГЭС имени В.И. Ленина и имени XXII съезда КПСС/М.Й. Гальперин, Е.П. Штерн. - М.: Энергия, 1968. - 95 с.

Ю.Гамыгин, Н.С. Гидравлический привод систем управления/ Н.С. Гамыгин. -М.: Машиностроение, 1972. - 376 с.

11. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. В 2 т. Т. 1 Основное оборудование гидроэлектростанций/ Под редак. Ю.С.Васильева, Д.С. Щавелева - М.: Энергоатомиздат, 1988. -400 с. ил.

12.Гольцов, A.C. Система адаптивного управления активной мощностью гидроагрегата ГЭС с поворотно-лопастной турбиной/А.С. Гольцов, С. А. Гольцов, A.B. Клименко, А.А Силаев А // Приборы и системы управления. 2008. -№ И-с. 6-10.

13.ГОСТ 23956-80. Турбины гидравлические. Термины и определения. -Введ. 1981-01-01. -М.: Стандартинформ, 2005. - 12 с.

14.ГОСТ Р 50779.42 - 99 Статистические методы. Контрольные карты Шухарта. - Введ. 1999 - 04 - 15. -М. : Изд-во стандартов, 1999. - 36 с.

15.Грановский, С.А. Конструкция и расчет гидротурбин/ С.А.Грановский, В.М. Малышев, В.М. Орго, Л.Г. Смоляров. - 2-е издан. - М.: Машиностроение, 1974. -408 с. ил.

16.ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации: РМГ 62 - 2003. - М.: Издательство стандартов, 2004. - 19с

17.Данилов, Ю.А. Аппаратура объемных гидроприводов: рабочие процессы и характеристики / Ю.А. Данилов, Ю.Л. Кирилловский, Ю.Г. Колпаков. - М.: Машиностроение, 1990.-272 с.

18.Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием/ В.В. Денисенко. - М.: Горячая линия -Телеком, 2009. - 608 с.

19.Денисенко, В.В. Суммирование погрешностей измерений в системах автоматизации // СТА. - 2012. - № 1. - с. 93-100

20.Изерман, Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман - М.: Мир, 1984. -541с.

21.Коновалов, В.И. Идентификация и диагностика: учебное пособие/ В.И. Коновалов. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010.-156 с.

22.Кривченко, Г.И. Гидромеханические переходные процессы в гидроэнергетических установках / Г.И. Кривченко - М.: Энергия, 1975. -367 с.

23. Методика определения обобщенных метрологических характеристик измерительных каналов ВВС и АСУ ТП по метрологическим характеристикам агрегатных состояний средств измерений: РД 153-34.011.201-97. -М.: СПО ОРГРЭС, 1999. - 9 с.

24.Методические указания по учету стока воды на гидроэлектростанциях: РД 153-34.2-21.56-00. -М.: СПО ОРГРЭС, 2001.-23 с.

25.Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники/Г.П. Богданов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.

26.Кумэ, X. Статистические методы повышения качества / X. Кумэ. - М.: Финансы и Статистика, 1990. - 304 с.

27.0рго, В.М. Основы конструирования и расчета на прочность гидротурбин: учебное пособие для машиностроительных вузов/В.М. Орго. - JL: Машиностроение, 1978. -224 с. ил.

28.Попов, Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов / Д.Н. Попов, - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 320 с.

29.Раннев, Г.Г. Измерительные информационные системы/ Г.Г. Раннев. - М.: Издательский центр "Академия", 2010. - 336 с.

30.Рубичев, H.A. Измерительные информационные системы: учебное пособие / H.A. Рубичев. - М.: Дрофа, 2010. - 334 с.

31.Савчиц A.B., Адаптивное управление и диагностика системы открытия направляющего аппарата гидроагрегата с поворотно-лопастной турбиной / A.C. Гольцов, А.В.Савчиц, С.А. Браганец // Proceedings of Ith international scientific conference "Applied sciences and technologies in the United States and

Europe: common challenges and scientific findings", June 29, 2013. - New York, 2013,- pp. 178-181

32.Савчиц, A.B. Идентификация математической модели главного золотника для системы диагностики и адаптивного управления открытием направляющего аппарата [Электронный ресурс] / С.А. Браганец, A.C. Гольцов, A.B. Савчиц // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/1906 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

33.Савчиц, A.B. Информационно-измерительная система для диагностики технического состояния сервомоторов направляющего аппарата Волжской ГЭС [Электронный ресурс] / A.B. Савчиц, A.C. Гольцов // 12-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 30-31 янв. 2013 г.) : сб. матер. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2013.-1 электрон, опт. диск (CD-ROM). -с. 16-18.

34.Савчиц, A.B. Математическая модель сервомотора направляющего аппарата гидротурбины / С.А. Браганец, A.B. Савчиц, A.C. Гольцов // Сб. тез. науч-практ. конф. мол. учёных по направл.: Химия - наука будущего. Инновации в энергосбережении и энергоэффективности. Информ. технологии -локомотив инновац. развития : в рамках молодёж. конгресса "Интеграция инноваций: регион, аспекты", 19 - 21 апр. 2012 г. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2012. - с. 33 - 35.

35.Савчиц, A.B. Методы диагностики технического состояния сервомоторов направляющего аппарата Волжской ГЭС [Электронный ресурс] / A.B. Савчиц, A.C. Гольцов // 12-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 30-31 янв. 2013 г.) : сб. матер. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. -Волгоград, 2013.-1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - с. 19-22.

36.Савчиц, A.B. Повышение надёжности измерительной информации / С.А. Браганец, A.B. Савчиц, Б.Г. Севастьянов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 2. - с. 46 - 49.

37. Савчиц A.B. Повышение надежности получаемой измерительной информации / С.А. Браганец, A.B. Савчиц, Б.Г. Севастьянов // Молодой учёный.-2010.-№ 11, т. 1.-е. 59-61.

38. Савчиц A.B. Разработка и исследование математической модели сервомотора привода направляющего аппарата для системы диагностики технического состояния гидроагрегата [Электронный ресурс] / A.B. Савчиц, A.C. Гольцов // 10-я научно-практическая конференция проф.-препод. состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 27 - 28 янв. 2011 г.): сб. матер, [тез. докл.] конф. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2011.-1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - с. 33 - 34.

39. Савчиц, A.B. Разработка и исследование математической модели сервомотора направляющего аппарата для системы диагностики технического состояния гидроагрегата [Электронный ресурс] / A.B. Савчиц, A.C. Гольцов // 11-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 27 - 28 янв. 2012 г.) : сб. матер, конф. / ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2012. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - с. 34 - 36.

40. Савчиц A.B. Разработка математической модели сервомотора для систем диагностики и управления направляющим аппаратом гидротурбины [Электронный ресурс] / A.C. Гольцов, A.B. Савчиц, С.А. Браганец // III Межрегиональная конференция молодых ученых и инноваторов "ИННО-КАСПИЙ" (Астрахань, 16 - 21 апреля 2012 г.) : сб. матер, [тез. докл.] конф. / АГТУ. - Астрахань: Издательство АГТУ, 2012. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM)

41. Савчиц, A.B. Разработка математической модели сервомотора направляющего аппарата гидроагрегата с поворотно-лопастной турбиной /

A.C. Гольцов, C.A. Браганец, A.B. Савчиц,// Промышленные АСУ и контроллеры. - 2012. -№ 10. - с. 10 - 13.

42. Савчиц, A.B. Система адаптивного управления и диагностики сервомоторов направляющего аппарата гидроагрегата с поворотно-лопастной турбиной [Электронный ресурс] / С.А. Браганец, A.C. Гольцов, A.B. Савчиц // «Инженерный вестник Дона», 2013, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/arcliive/n3y2013/1807 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. рус.

43.Савчиц, A.B. Система диагностики технического состояния главного золотника и сервомотора электрогидравлического преобразователя системы управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата Волжской ГЭС [Электронный ресурс] / С.А. Браганец, A.C. Гольцов, A.B. Савчиц // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/1912 (доступ свободный) -Загл. с экрана. - Яз. рус.

44.Сейдж, Э.П. Идентификация систем управления/Э.П. Сейдж, Д.Л. Мелса. -М.: Наука, 1974.-246 с.

45.Сейдж, Э.П. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении/Э.П. Сейдж, Д.Л. Мелса. - М.: Связь, 1976. - 496 с.

46.Смирнов, И.Н. Гидравлические турбины и насосы: учебное пособие для энергетических и политехнических вузов/И.Н. Смирнов. - М.: Высшая школа, 1969.-400 с. ил.

47.Сырицын, Т.А. Эксплуатация и надежность гидро- и пневмоприводов / Т.А. Сырицын-М.: Машиностроение, 1990. -248 с.

48.Травкин, Ю.Е. Контроль работоспособности гидросистем автоматических линий в процессе эксплуатации/ Ю.Е. Травкин. - М.: НИИмаш, 1984. - 56 с.

49. Технический отчет по натурным энергетическим испытаниям гидроагрегата № 2 Волжской ГЭС. - Фирма ОРГРЭС, М.: - 2012.

50.Технический отчет по натурным энергетическим испытаниям гидроагрегата № 4 Волжской ГЭС. - Фирма ОРГРЭС, М.: - 2011.

51. Технический отчет по натурным энергетическим испытаниям гидроагрегата № 9 Волжской ГЭС. - Фирма ОРГРЭС, М.: - 2009.

52.Технический отчет по натурным энергетическим испытаниям гидроагрегата № 16 Волжской ГЭС. - Фирма ОРГРЭС, М: - 2013.

53.Технический отчет по натурным энергетическим испытаниям гидроагрегата № 22 Волжской ГЭС. - Фирма ОРГРЭС, М.: - 2008.

54.Химмельблау, Д. Анализ процессов статистическими методами /Д. Химмельблау -М.: Мир, 1973. -958 с.

55.Холин, K.M. Основы гидравлики и объемные гидроприводы /K.M. Холин, О.Ф.Никитин-М.: Машиностроение, 1989.-264 с.

56.Царев, Ю.В. Статистические методы управления качеством. Контрольные карты: учебно-методическое пособие/ Ю.В. Царев, А.Н. Тростин. -Иваново: ГОУ ВПО ИГХТУ, 2006. - 250 с.

57.Чмиль, В.П. Гидропневмопривод: монография/ В. П Чмиль: СПбГАСУ. -СПб., 2010.-176 с.

58.Чупраков, Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики: учебное пособие / Ю.И. Чупраков. -М.: Машиностроение, 1979. - 232 с.

59.П1индовский Э. Статистические методы управления качеством: контрольные карты и планы контроля / Э. Шиндовский, О. Шюрц. - М.: Мир, 1976.-598 с.

60.Штерн, Е.П. Справочник по эксплуатации и ремонту гидротурбинного оборудования / Е.П. Штерн, М.И. Гильперии, А.Ф. Дмитрухин. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-368 с. ил.

61.Щапов, Н.М. Турбинное оборудование гидростанций / Н.М. Щапов. - Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 321 с.

62.Электрогидравлические следящие системы/ В.А. Хохлов [и др.] - М.: Машиностроение, 1971.-431 с.

63.Bartoszewicz, A. Challenges and Paradigms in Applied Robust Control / A. Bartoszewicz - Rijeka: InTech, 2011 - p. 460

64.Campian, C.V. Optimize system of the hydro units operation for HPP Rueni // Proceedings of the 2nd IAHR international meeting of the workgroup on cavitation and dynamic problems in hydraulic machinery and systems, October 24-26, 2007 - Timisoara, 2007

65.Caliskan, H. Modeling and experimental evaluation of variable speed pump and valve controlled hydraulic servo drives / Caliskan Hakan. - Ankara, 2009. - p. 209.-references pp. 187-190

66.Chinniah, Y.A. Fault detection in the electrohydraulic actuator using extended Kalman filter: thesis for the degree of doctor of philosophy/ Chinniah Yuvin Adnarain. - Saskatoon, 2004. - p. 251

67.Ding, S.X. Model-based fault diagnosis techniques: design schemes, algorithms, and tools /S.X. Ding - Berlin: Springer, 2008 - p. 473

68.Goharrizi, A.Y. Leakage Detection in Hydraulic Actuators based on Wavelet Transform: thesis for the degree of doctor of philosophy/ Chinniah Amin Yazdanpanah. - Winnipeg, 2011. - p. 119. - references p. 114 - 119

69.Hinrichsen, D. Mathematical systems theory, vol. I: Modelling, state space analysis, stability and robustness /D. Hinrichsen, A.J. Pritchard - Berlin: Springer, 2010-p. 805

70.Hossain, Z. Modeling of fluid powered actuators using auto regressive with exogenous input model / Hossain Zakia. - Winnipeg, 2012. - p. 96. - references pp. 92 - 96

71.1serman, R. Fault-diagnosis applications. Model-based condition monitoring: actuators, drives, machinery, plants, sensors and fault-tolerant systems/R. Iserman - New York: Springer, 2011 - p. 354

72.1serman R., Model-based fault detection and diagnosis, status and applications // Proceedings of the 7th IF AC Symposium "Advances in Automotive Control", April 19-23, 2004. - Salerno, 2004

73.Katipamula, S. Methods for fault detection, diagnostics, and prognostics for building systems/ S. Katipamula, M. R. Brambley // HVAC & research: international journal. - 2005. - № 1 - vol. 11 - pp. 3 - 25

74.Kim, H.M. Robust position control of electro-hydraulic actuator systems using the adaptive back-stepping control scheme /H.M. Kim, S.H. Park, J.H. Park, J.S. Kim// Proceedings of the institution of mechanical engineers, part I: journal of systems and control engineering. - 2010. - vol. 224 - pp. 737 - 746

75.Montgomery, D.C. Applied Statistics and Probability for Engineers, 5th edition/ D. Montgomery, G. Runger. - New York: John Wiley & Sons, 2011. - p. 784

76.Montgomery, D.C. Introduction to Statistical Quality Control, 7th edition/ D.C. Montgomery, - New York: John Wiley & Sons, 2013. - p. 754

77.Merritt, H.E. Hydraulic control systems/ Herbert E. Merritt. - New York: John Wiley & Sons, Inc, 1967. - 368 p.

78.0gunnaike, B.A. Random Phenomena: Fundamentals of Probability and Statistics for Engineers / B.A. Ogunnaike. - Boca Raton: CRC Press, 2009. - p. 1053

79.Rahmat, M.F. Application of self-tuning fuzzy PID controller on industrial hydraulic actuator using system identification approach // International journal on smart sensing and intelligent systems. - 2009. - № 2 - vol. 2 - pp. 246 - 261

80.Razavi, B. Condition monitoring in a hydraulic system of an industrial machine using unscented Kalman filter: thesis for the degree master of applied science / Razavi Behnam. - Vancouver, 2009. - p. 109. - references p. 104-109

81.Robustness issues in fault diagnosis and fault tolerant control: journal of control science and engineering - New York: Hindawi Publishing Corporation, 2008. -p. 158

82.Sarkar, B.K. Feedback-feedforward control of an electro-hydraulic actuation system using Luenberger observer /B.K. Sarkar, S. Mookherjee, R. Saha, D. Sanyal// Proceedings of 37th National & international conference on fluid mechanics and fluid power, December 16 - 18, 2010. - Chennai, 2010. - pp. 1 -9

83.Sepasi, M. Fault monitoring in hydraulic systems using unscented Kalman filter: thesis for the degree master of applied science / Sepasi Mohammad. - Vancouver, 2007. - p. 103. - references p. 94-102

84.Shiqiang, L. Fault Diagnosis for Electrohydraulic Servo Valve Based on Support Vector Machine // Proceedings of the 2nd International Conference on Computer Application and System Modeling, October 2012 - Paris, 2012

85.Scheaffer, R.L. Probability and Statistics for Engineers, 5th edition/ R.L. Scheaffer, M.S. Mulekar, J.T. McClave - Boston: Cengage Learning, 2011. - p. 820

86.Shoukat, M.A.A. Diagnosis of process nonlinearities and valve stiction ÍM.A.A. Shoukat, S.S. Shah, N.F. Thornhill - Berlin: Springer, 2008 - p. 293

87.Tieying, L. Hydraulic servo system fault diagnosis based on SVM // Proceedings of the 3rd International conference on future information technology, October 20-21, 2012-Cochin, 2012

88.Vachtsevanos, G. Intelligent fault diagnosis and prognosis for engineering systems/ G. Vachtsevanos, F. Lewis, M. Roemer A. Hess , B. Wu. - Hoboken: John Wiley & Sons, 2006. - p. 422

89.Vidqvist, V. Fault classifer design for hydraulic cylinder drive using mathematical fault models // Proceedings of TMCE 2006, April 18 - 22, 2006. -Ljubljana, 2010.

90.Watton, J. Optimum response design guides for electrohydraulic cylinder control systems // Applied Mathematical Modelling. - 1990. - vol. 14 - pp. 598 - 604

91.Wijnheijmer, F.P. Modelling and control of a hydraulic servo system Hoo control and LPV control versus classical control: thesis for the degree master of applied science / F.P. Wijnheijmer. - Eindhoven, 2005. - p. 76. - references pp. 67 - 68

92.Witczak, M Identification and fault detection of non-Linear dynamic systems/ M. Witczak. -Zielona Góra: University ofZielona Góra Press, 2003. - p. 124