ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ С ПОМОЩЬЮ АНАЛИЗА ВИБРОСИГНАЛОВ

Аннотация. Приведен численный метод оценки виброспектров как одномерных частотных рядов с помощью фрактальных характеристик. Предложено использование методов теории самоорганизующихся систем для прогнозирования сроков наступления аварийных отказов газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

Ключевые слова: Газоперекачивающий агрегат, показатель Херста, спектр вибрации.

При неясно выраженном, либо медленно развивающемся дефекте изменение вибрационных характеристик газоперекачивающего оборудования имеет достаточно неопределенный характер, что связано со сложностью поведения исследуемого объекта. В подобных случаях можно использовать основные положения теории самоорганизующихся систем. Основные закономерности теории самоорганизации присущи сложным системам, в том числе вибрационным спектрам газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистральных газопроводов.

Для повышения достоверности оценки состояния ГПА рекомендуется использовать критерии теории детерминированного хаоса [1, с.446] – например, фрактальные характеристики одномерных рядов параметров вибрационного сигнала. Проведенный предварительный анализ измерений вибрации корпусов подшипников ГПА показал [2, с. 122], что изменения амплитуд виброскорости по частоте фрактальны, т.е. состоят из частей, которые в каком-то смысле подобны целому (рисунок 1).

Одной из величин, характеризующей фрактальные свойства рядов, является показатель Херста Н [3, с.3]. Значение Н характеризует меру упорядоченности амплитуд виброскорости в частотном ряду спектра вибросигнала.

Алгоритм расчета Н представляет собой следующую последовательность действий. Из исходной выборки А1 А2, ..., AN выделяют массивы данных (Ак, AK+I, ..., Ак+m-1), содержащие m последовательных значений исследуемого параметра А (к=1, ..., N-m+1).

Рисунок 1. Виброспектр колебаний опорно-упорного подшипника турбины низкого давления ГПА

По каждому из этих массивов определяют размах:

Rk =Еmах-Emin,

где Mk - среднее по выделенному массиву значение.

Рассмотрим приведенное значение размаха (нормированный размах), осредненного по всем массивам объема m:

где r - число массивов объема m, Sk - стандартное отклонение.

Как правило, для рядов параметров многих процессов величина нормированного размаха (R/S)m растет с увеличением размерности массива вложения m по степенному закону [4, с.39]:

(R ⁄ S)m=C×m^H

Степень в приведенной зависимости Н называется показателем Херста.

Для хаотических сигналов в отсутствии корреляции параметров процесса значение Н=0,5. Исследования многих авторов в большинстве случаев идентифицируют показатель Херста Н в диапазоне от 0,7 до 0,9. Если показатель Херста ≈1, это свидетельствует о наличии порядка в системе. Если же 0<Н<1, то это означает, что исследуемая зависимость имеет фрактальный характер и в системе преобладает стохастическая компонента.

При изучении технического состояния ГПА были вычислены показатели Херста Н для более, чем 500 спектров виброскорости колебаний корпуса подшипника ГПА. Результаты вычислений показателя Н иден- тифицируют его значение в диапазоне от 0,68 до 0,92, что свидетельствует о детерминированной природе вибрационного сигнала. Это позволяет обоснованно применять положения теории самоорганизующихся систем к вопросам прогнозирования развития дефектов газоперекачивающего оборудования.

Сопоставление сроков наступления аварий с изменениями показателя Херста Н для каждого агрегата показало, что наступлению отказа предшествует заметное снижение показателя Херста Н (рисунок 2). Величина снижения параметра Н является сугубо индивидуальной для каждого агрегата. Ее значение находится в пределах 20-30% от размаха Н, определенного за весь период эксплуатации каждого ГПА. Обнаруженное снижение показателя Херста Н свидетельствует об усилении стохастической компоненты в составе спектра виброскорости и снижении степени его детерминированности.