Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

APPLICATION OF COMPREHENSIVE ASSESSMENT EFFICIENT CONDITION TO IMPROVE THE RELIABILITY DIAGNOSIS OF EQUIPMENT

Sivakov V.P. 1 Stepanova E.N. 1 Mikushina V.N. 1 Vurasko A.V. 1
1 Ural State Forest Engineering University
Работоспособное состояние системы циркуляции варочного раствора в устройствах варки целлюлозы контролируется параллельно технологами, энергетиками и механиками, каждая из этих служб применяет свои диагностируемые переменные. На изменение работоспособного состояния одновременно воздействуют технологические, энергетические факторы и факторы технического состояния оборудования системы. Оценка совместного влияния факторов на работоспособное состояние на предприятиях в настоящее время не разрабатывается. Каждая из служб работает автономно без учета оценочных критериев других служб. В данной работе рассмотрим достоверность идентификации подуровня работоспособного состояния «предотказно» при комплексной оценке по трем, двум, а также по одной диагностируемой характеристике.
Operating state of the circulation in the cooking liquor brewing units intact cellulose-controlled parallel technology, energy and mechanics, each of these services applies its diagnosed variables. To change the operating condition at the same time the impact of technological, energy factors and the technical condition of equipment, of the system. Evaluation of the joint effect of factors on the healthy state enterprises is currently being developed. Each service operates autonomously without evaluation criterion-teria other services. In this paper, we consider the accuracy of the identification of sub-level capacity for work in state of "before giving up" in integrated assessment in three, two, as well as one-diagnose my response.
the cluster
operating condition
evaluation
diagnosis
pulping

Работоспособное состояние системы циркуляции варочного раствора в устройствах варки целлюлозы контролируется параллельно технологами, энергетиками и механиками, каждая из этих служб применяет свои диагностируемые переменные. На изменение работоспособного состояния одновременно воздействуют технологические, энергетические факторы и факторы технического состояния оборудования системы. Оценка совместного влияния факторов на работоспособное состояние оборудования на предприятиях в настоящее время не разрабатывается. Каждая из служб работает автономно без учета оценочных критериев других служб. В данной работе рассмотрим достоверность идентификации подуровня работоспособного состояния «предотказно» при комплексной оценке по трем, двум, а также по одной диагностируемой характеристике [1].

Цель исследования: установить зависимость достоверности оценки предотказного состояния от числа диагностируемых переменных.

Материал и методы исследования. В качестве материала применяется варочный раствор и взвешенные вещества варочного раствора. В работе применялись экспериментально-вибрационные, энергетические, а также физико-химические измерения.

Система циркуляции варочного раствора установки периодической варки целлюлозы (УПВЦ), (рис.1) выполняет функцию нагревания сырья равномерного распределения варочного раствора по объему варочного котла и регулирования температурного режима работы.

УПВЦ.jpg

Рис.1. Схема циркуляции варочного раствора УПВЦ, где 1 – котел варочный, 1.1 – сито циркуляционное, 1.2 – коллектор, 2 – насос, 3 – теплообменник, 4 – трубопроводы системы циркуляции

В режиме циркуляции варочный раствор проходит через сито 1.1 и заполняет кольцевое пространство между ситом и корпусом котла 1. Насосом 2 варочный раствор перемещается из кольцевого пространства в коллектор 1.2 и поступает в теплообменник 3. В теплообменнике варочный раствор подогревается и по трубопроводу 4 подается в верхнюю и нижнюю части котла 1. Кратность циркуляции находится в пределах 6…12 раз в час. Объем свободно перемещаемого варочного раствора равен 0,6 объема варочного котла [2]. Циркуляционный насос работает на всех стадиях варки целлюлозы, включающих пропитку, подъем температуры и собственно варку. Однако основные проблемы работы насоса возникают на стадии варки.

За период варки древесного сырья, в виде технологической щепы варочный раствор претерпевает значительные изменения. Из древесины в варочный раствор (жидкая фракция 46…47 %), под действием химикатов, температуры и давления, переходят: фрагментированный лигнин, волокна технической целлюлозы, омыленные смолы и жиры (твердая фаза 47…52 %), летучие соединения (газообразная фракция 3…4 %) [5].

Циркулирующий варочный раствор к концу периода варки превращается в суспензию. Циркулирующая суспензия состоит из жидких продуктов реакции варочного раствора с древесным сырьем, лигнина, волокон целлюлозы и не прореагировавшей при варке части варочного раствора. Наличие в циркулирующей суспензии лигнина, волокон технической целлюлозы и взвешенных веществ увеличивает ее вязкость, что сопровождается ростом нагрузки на насос. К тому же при циркуляции суспензии лигнина целлюлозное волокно и другие продукты варки целлюлозы отлагаются на внутренних стенках трубопроводов системы циркуляции и теплообменника, что также приводит к росту нагрузки привода и к снижению теплопередачи от греющего пара к суспензии в теплообменнике.

Для определения изменения свойств циркулирующего варочного раствора (суспензии) за период варки и влияния их на нагрузку насоса произведены комплексные экспериментальные исследования следующих переменных: содержания сухих веществ y1, вибрации насоса y2, силы тока электродвигателя насоса y3, концентрации ионов водорода y4, взвешенных веществ (волокон) y5, плотности y6, средние арифметические значения и дисперсии переменных приведены в табл.1 [4].

Таблица 1

Значения средних арифметических значений и дисперсий переменных yi циркулирующего варочного раствора и насоса в период варки целлюлозы

Наименование и размерность переменных

Доверительная вероятность измерений Pi

Значения средних арифметических mi и дисперсией переменных yi

mi

Содержание сухих веществ в варочном растворе y1, %

0,9

9,34

2,04

Среднее квадратическое значение виброскорости насоса y2, мм/с

0,9

0,47

0,1

Сила тока электродвигателя насоса y3, А

0,8

102,3

14,5

Концентрация ионов водорода в варочном растворе y4, pH

0,9

3,84

0,39

Содержание взвешенных веществ в варочном растворе y5, г/см3

0,8

2,8

0,02

Плотность варочного раствора y6, г/см3

0,8

1,05

0,01

Производим морфологический анализ для выбора наиболее значимых переменных yi. Сравнительные характеристики переменных по данным морфологического анализа приведены в табл. 2. Функция h4, концентрация ионов водорода в варочном растворе не влияет на работоспособное состояние насоса. Поскольку функции y1,y5 и y6 характеризуют плотность варочного раствора, ограничимся функцией y1, которая имеет более высокую доверительную вероятность измерений. Для обоснования комплексной оценки работоспособного состояния насоса системы циркуляции на основе морфологического анализа, табл. 2, принимаем три наиболее информативные функции y1, y2, y3.

Таблица 2

Морфологический анализ по выбору методов комплексного диагностирования работоспособного состояния в режиме эксплуатации

Методы диагностирования

Диагностируемая функция

Вид диагностического контроля

Принадлежность фактора к службам предприятия

Измерительные приборы

По измерению функции работо-способного оборудования

лабораторный

технологи-ческая

механи-ческая

энергети-ческая

переносные

лабораторные

стационарный

Измерение нагрузки привода

y3-cила тока, А

+

-

-

-

+

-

-

+

Вибрационный

y2-значение виброскорости, мм/с

+

-

-

+

-

+

-

-

Измерения свойств варочного раствора

y1-содержание сухих веществ, %

-

+

+

-

-

-

+

-

где: «+»- контролируемый параметр, «-»- неприменяемый параметр.

Из табл. 2 морфологического анализа следует, что переменная y1 характеризует технологическую составляющую, y2 – техническую, а y3 – энергетическую составляющую работоспособного состояния насоса системы циркуляции.

Графики измерения переменных в процессе варки целлюлозы приведены на рис. 1,2,3.

4.jpg

Рис. 1. График изменения содержания сухих веществ в варочном растворе в период варки целлюлозы, где 1 – экспериментальный, 2 – теоретический. y1д,y1п – допустимое и предотказное значение содержания сухих веществ соответственно

5.jpg

Рис. 2. График изменения виброскорости насоса за период варки целлюлозы, где 1 – экспериментальный, 2 – теоретический. y2д, y2п – допустимое и предотказное значение виброскорости насоса соответственно

6.jpg

Рис. 3. Изменения силы тока электродвигателя насоса за период варки целлюлозы, где 1 – экспериментальный, 2 – теоретический. y3д, y3п – допустимое и предотказное значение силы тока соответственно

Из рисунков 1,2,3 видно, что переменные функции изменяются монотонно, следовательно, их можно применить для формирования дифференцированных оценок подуровней работоспособного состояния контролируемого насоса.

Принимаем, что диагностируемые переменные yii=1,2,3 изменяются у контролируемого насоса независимо друг от друга. Вероятность одновременного нахождения параметров yi в пределах кластеров рассматриваем по формуле [3]:

,(1)

Для безаварийной работы насоса наибольший интерес представляет достоверность идентификации подуровня работоспособного состояния «предотказно». При комплексном диагностировании системы УВЦ вероятность того, что все диагностируемые переменные функций (h1,h2,h3) соответствуют одновременно оценке «предотказно»:

, (2)

где , – вероятность отказа по i-ой переменной.

, (3)

1 все.jpg

Рис. 4. Вероятность нахождения насоса в предотказных подуровнях кластера,

где hi, – вероятность i-го отказа; yi, – переменная i-ой функции; P-вероятность оценки «предотказно»

Из (2) по данным табл. 1 следует, что погрешность идентификации предотказного состояния вероятность отказа одновременно по двум диагностируемым переменным равна:

, (4)

где h1 – вероятность нормального работоспособного состояния переменной h1, из табл.1 h1=0,8.

Фрагмент 2.jpg

Рис. 5. Вероятность нахождения насоса в предотказном состоянии одновременно по двум диагностируемым переменным

Вероятность обнаружения отказа насоса по одной из диагностируемых переменных:

, (5)

где h2 – вероятность нормального работоспособного состояния h2, из табл.1 h2=0,9.

Фрагмент 3.jpg

Рис. 6. Вероятность нахождения насоса в предотказном состоянии по одной диагностируемой переменной

Заключение

Из расчетов по формулам 1,2,3,4,5 следует, что при увеличении числа диагностируемых переменных достоверность идентификации предотказного состояния возрастает на порядок и более. Комплексное диагностирование оценок работоспособного состояния способствует предотвращению отказов оборудования в режиме эксплуатации.

Рецензенты:

Черемных Н.Н., д.т.н., профессор, зав. кафедрой начертательной геометрии и машиностроительного черчения ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург;

Санников А.А., д.т.н., профессор кафедры технической механики и оборудования целлюлозно-бумажных производств ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург.