Способ контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации Российский патент 2025 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к технической диагностике, в частности к способам определения технического состояния объекта, преимущественно электроагрегатов генераторных переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания, в том числе газопоршневых агрегатов, и может быть использовано для диагностики, контроля параметров, обработки и представления результатов контроля, выдачи рекомендаций и указаний по проведению ремонта газопоршневых агрегатов.

Известен способ контроля технического состояния судового дизель-генератора в эксплуатации (патент на изобретение РФ №2682839), включающий измерение и обработку вибросигнала в вертикальном, осевом и поперечном направлениях, значений виброускорения, виброскорости и виброперемещения с датчиков, установленных на корпусе турбокомпрессора, на элементах газовыпускной и впускной систем двигателя и коленчатого вала двигателя, на лапах двигателя, на корпусе подшипников генератора и на лапах генератора, на опорах и фундаменте дизель-генератора, последующее преобразование измеренного сигнала в узкополосные спектры виброускорения, виброскорости, виброперемещения и определение места превышения параметров вибрации установленных пределов эксплуатационных уровней.

Известный способ не позволяет достоверно определить возможные дефекты синхронного генератора, входящего в состав дизель-генератора при его эксплуатации и оценить необходимость проведения технического обслуживания.

Известен способ контроля технического состояния судового дизель-генератора в эксплуатации (патент на изобретение РФ №2753156), заключающийся в проведении измерений значений виброускорения в трех взаимно ортогональных плоскостях с помощью вибродатчиков, установленных в контрольных точках дизель-генератора, дополнительных измерений температуры и интенсивности ультразвукового сигнала в этих же контрольных точках, последующего вычисления по измеренным значениям среднеквадратичных значений виброскорости и виброперемещения.

К недостаткам данного способа относится невозможность точно локализовать дефекты синхронного генератора переменного тока, входящего в состав агрегата, таких как: межвитковые и межфазные замыкания обмотки статора, обрыв стержня ротора.

Прототипом заявляемого технического решения является способ контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации (Контроль вибрации генератора AVK DIG 130/k4 мощность 2000 кВт газопоршневой установки NCG2020V20 фирмы MWM / В.В. Герасиди, А.В. Лисаченко, Б.П. Башуров // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - 1-2(43). - С. 121-126), заключающийся в проведении значений вибрации (в точках т1, т2, т3, т40 с помощью вибродатчиков, установленных в контрольных точках газопоршневого агрегата, при этом выполняют измерения и спектральный анализ виброскорости в контрольных точках газопоршневого агрегата).

Недостатки данного способа: невозможность точно локализовать дефекты синхронного генератора переменного тока, входящего в состав агрегата, таких как: межвитковые и межфазные замыкания обмотки статора, обрыв стержня ротора.

Технической проблемой изобретения является разработка способа контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации с достижением следующего технического результата: определение технического состояния газопоршневого агрегата для анализа возможности его дальнейшей эксплуатации без прохождения ремонта, повышение качества диагностики и информационной обеспеченности процесса эксплуатации, а также повышение эффективности обнаружения неисправности газопоршневого агрегата на ранней стадии возникновения за счет совместного анализа диагностических данных разной природы с учетом ранее зарегистрированных данных оборудования данного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации, заключающемся в проведении измерений значений вибрации с помощью вибродатчиков, установленных в контрольных точках газопоршневого агрегата, и проведении спектрального анализа виброскорости в контрольных точках, согласно изобретению измерения выполняют в трех взаимно ортогональных плоскостях, дополнительно проводят измерения амплитуды и спектральный анализ внешнего магнитного поля синхронного генератора, входящего в состав газопоршневого агрегата, для чего с помощью спектрального анализатора электромагнитного поля проводят измерения напряженности составляющих внешнего магнитного поля синхронного генератора в контрольных точках на внешней окружности корпуса генератора перпендикулярно касательной окружности в данной точке, затем строят круговую диаграмму амплитуды напряженности в контрольных точках и проводят спектральный анализ сигналов в точках минимального и максимального значений, по наличию значительной составляющей 1-й гармоники, составляющих гармоник порядка 2n-1 судят о наличии межвитковых и межфазных замыканий обмотки статора генератора, по увеличению амплитуд нечетных гармоник порядка 2n-1 судят о дефекте «обрыв стержня ротора».

На фиг. 1 показаны точки измерения вибрации газопоршневого агрегата, вид сверху, на фиг. 2 показаны точки измерения вибрации газопоршневого агрегата, вид спереди, на фиг. 3 показаны точки измерения напряженности внешнего магнитного поля синхронного генератора, входящего в состав газопоршневого агрегата, вид спереди, на фиг. 4 показаны точки измерения напряженности внешнего магнитного поля синхронного генератора, входящего в состав газопоршневого агрегата, вид сбоку, на фиг. 5 показан пример круговой диаграммы напряженности внешнего магнитного поля дефектного генератора.

Способ диагностики осуществляют следующим образом.

Газопоршневой агрегат состоит из двигателя 1 внутреннего сгорания и синхронного генератора 2 переменного напряжения, установленных на фундаменте 3.

В контрольных точках 4 (вертикальное направление в передней части двигателя); 5 (горизонтальное направление в передней части двигателя); 6 (вертикальное направление в задней части двигателя); 7 (горизонтальное направление в задней части двигателя); 8 (осевое направление в задней части двигателя); 9 (вертикальное направление на передней опоре генератора); 10 (горизонтальное направление на передней опоре генератора); 11 (вертикальное направление на задней опоре генератора); 12 (горизонтальное направление на задней опоре генератора); 13 (осевое направление в задней части генератора), указанных на фиг. 1 и фиг. 2, с помощью переносного виброанализатора типа «Корсар+» (или аналога) с датчиком вибрации типа ВК-310А (или аналога) проводится измерение среднеквадратических значений виброскорости и проводится спектральный анализ значений, превышающих нормативные, определенные для машин данной конструкции.

Наличие в спектре превышающего значения виброскорости гармоники 1/2 (например, на частоте 12,5 Гц спектра виброскорости при номинальной частоте вращения вала двигателя 1500 об/мин) может указывать на пропуск зажигания в одном или нескольких цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Диагностическим признаком дисбаланса и несоосности может служить увеличение амплитуды 1-ой гармоники. Наличие основной гармоники на удвоенной частоте сети может быть признаком как признаком дисбланса и несоосности, так и межвитковых замыканий статора генератора. Наибольшая амплитуда 2, 3, 4 гармоник (например, на частотах 50 Гц, 75 Гц и 100 Гц спектра виброскорости при номинальной частоте вращения вала двигателя 1500 об/мин) могут быть признаком обрыва стрежня ротора генератора.

Далее с помощью переносного спектрального анализатора электромагнитного поля типа П3-100М (или аналога) проводятся измерения напряженности составляющих внешнего магнитного поля синхронного генератора в контрольных точках 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, указанных на фиг. 3, фиг. 4. Датчик Холла переносного анализатора магнитного поля располагается в указанных токах на внешней окружности корпуса генератора перпендикулярно касательной окружности в данной точке, то есть перпендикулярно линиям магнитного поля. Строится круговая диаграмма амплитуды напряженности в контрольных точках, как показано на фиг. 5, и проводится спектральный анализ сигналов в точках минимального и максимального значений.

Причиной распространения внешнего магнитного поля за пределы синхронного генератора является насыщение ярма сердечника статора. Радиальная индукция внешнего магнитного поля B_R бездефектного синхронного генератора изменяется по синусоидальному закону во времени B_R = k_э ⋅ B_m ⋅ cos(ω ⋅ t + p ⋅ ϕ), где k_э - коэффициент экранирования; B_m - амплитуда основной гармоники магнитной индукции при симметричном приведенном зазоре; ω - частота магнитного момента; t - время; р - порядок гармоники; ϕ - фаза магнитного момента.

При повреждении синхронного генератора, различных дефектах в обмотке возбуждения и обмотке якоря происходит перераспределение токов по областям, изменение насыщения элементов магнитной системы, возникают магнитные несимметрии. Наличие в спектре напряженности внешнего магнитного поля, наряду со значительной составляющей 1-й гармоники, составляющих гармоник порядка 2n-1, где n = 2, 3 (например, наряду со значительной составляющей на частоте 50 Гц, наличие составляющих на частотах 150 Гц, 250 Гц при номинальной частоте 50 Гц) может служить диагностическим признаком межвитковых и межфазных замыканий обмотки статора генератора. Диагностическим признаком дефекта «обрыв стержня ротора» генератора является увеличение амплитуды нечетных гармоник порядка 2n-1, где n = 1, 2…9 (на частотах 50 Гц, 150 Гц, 250 Гц … 850 Гц при номинальной частоте 50 Гц) и появление низкочастотных четных гармоник порядка 2n, n = 1, 2 (на частотах 100 Гц, 200 Гц при номинальной частоте 50 Гц).

Использование измерения напряженности магнитного поля синхронного генератора позволяет повысить точность постановки диагноза газопоршневого агрегата, что дает возможность улучшить качество обработки и представления результатов контроля, выдачи рекомендаций и указаний по проведению ремонта газопоршневых агрегатов.

Изобретение относится к метрологии. Способ контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации, заключающийся в проведении измерений значений вибрации с помощью вибродатчиков, установленных в контрольных точках газопоршневого агрегата, и проведении спектрального анализа виброскорости в контрольных точках, отличающийся тем, что измерения выполняют в трех взаимно ортогональных плоскостях, дополнительно проводят измерения амплитуды и спектральный анализ внешнего магнитного поля синхронного генератора, входящего в состав газопоршневого агрегата, для чего с помощью спектрального анализатора электромагнитного поля проводят измерения напряженности составляющих внешнего магнитного поля синхронного генератора в контрольных точках на внешней окружности корпуса генератора перпендикулярно касательной окружности в данной точке, затем строят круговую диаграмму амплитуды напряженности в контрольных точках и проводят спектральный анализ сигналов в точках минимального и максимального значений, по наличию значительной составляющей 1-й гармоники, составляющих гармоник порядка 2n-1 судят о наличии межвитковых и межфазных замыканий обмотки статора генератора, по увеличению амплитуд нечетных гармоник порядка 2n-1 судят о дефекте «обрыв стержня ротора». Технические результаты - повышение точности, качества диагностики и информационной обеспеченности процесса эксплуатации, а также повышение эффективности обнаружения неисправности газопоршневого агрегата на ранней стадии возникновения. 5 ил.

Способ контроля технического состояния газопоршневого агрегата в эксплуатации, заключающийся в проведении измерений значений вибрации с помощью вибродатчиков, установленных в контрольных точках газопоршневого агрегата, и проведении спектрального анализа виброскорости в контрольных точках, отличающийся тем, что измерения выполняют в трех взаимно ортогональных плоскостях, дополнительно проводят измерения амплитуды и спектральный анализ внешнего магнитного поля синхронного генератора, входящего в состав газопоршневого агрегата, для чего с помощью спектрального анализатора электромагнитного поля проводят измерения напряженности составляющих внешнего магнитного поля синхронного генератора в контрольных точках на внешней окружности корпуса генератора перпендикулярно касательной окружности в данной точке, затем строят круговую диаграмму амплитуды напряженности в контрольных точках и проводят спектральный анализ сигналов в точках минимального и максимального значений, по наличию значительной составляющей 1-й гармоники, составляющих гармоник порядка 2n-1 судят о наличии межвитковых и межфазных замыканий обмотки статора генератора, по увеличению амплитуд нечетных гармоник порядка 2n-1 судят о дефекте «обрыв стержня ротора».