Systems. Methods. Technologies 4(36) 2017

Systems Methods Technologies. S.Yu. Trutaev. Methodology for diagnosing … 2017 № 4 (36) p. 52-59 52 УДК 658.58 DOI: 10.18324/2077-5415-2017-4-52-59 Методология диагностирования дефектов промышленного оборудования по спектрам собственных частот С . Ю . Трутаев АО « ИркутскНИИхиммаш », ул . Академика Курчатова 3, Иркутск , Россия stas@himmash.irk.ru Статья поступила 8.09.2017, принята 3.10.2017 На основе проведенного анализа отмечена актуальность применения экспрессных методов технического диагностирова - ния в целях повышения качества оценки технического состояния промышленного оборудования предприятий нефтеперера - ботки , химии и нефтехимии , нефте - и газодобычи . Определена возможность использования спектров собственных частот колебаний для нужд технической диагностики объектов машиностроения . Предложен « сигнальный » критерий оценки техни - ческого состояния оборудования , основанный на соотнесении собственных частот колебаний , соответствующих балочным и оболочечным формам колебаний . Разработана расчетно - экспериментальная методология экспресс - диагностики макроде - фектов промышленного оборудования на основе мониторинга отклонений от « эталонного » спектра собственных частот колебаний объекта в процессе эксплуатации . Для этих целей предложено использовать метод конечных элементов в сочета - нии с методами оптимального проектирования конструкций . При этом экспериментальное определение спектров собствен - ных частот предложено выполнять на основе шагового метода с интеллектуальным сгущением спектрального разрешения . Верификацию и корректировку модели объекта на предмет соответствия « эталонному » спектру собственных частот пред - ложено выполнять на основе минимизации целевой функции , представляющей собой сумму квадратов невязок между « эта - лонным » и текущим векторами собственных частот . Аналогичным образом предложено выполнять идентификацию место - положения и размеров дефектов . При этом минимизацию целевой функции предложено выполнять с использованием модифи - цированного комплексного метода Бокса . Проведены апробация и верификация методологии на ряде тестовых задач , а так - же на различных образцах промышленного оборудования в стендовых условиях и на действующих технологических установ - ках АО « Ангарская нефтехимическая компания » и « Ангарский завод полимеров ». Ключевые слова : метод конечных элементов ; спектр собственных частот ; методы оптимального проектирования ; мини - мизация ; целевая функция ; метод Бокса ; мониторинг ; граничные условия ; макродефект . Methodology for diagnosing defects in industrial equipment with the help of natural frequencies spectra S.Yu. Trutaev JSC «IrkutskNIIhimmash»; 3, Akademik Kurchatov St., Irkutsk, Russia stas@himmash.irk.ru Received 8.09.2017, а ccepted 3.10.2017 On the basis of a conducted analysis it is noted that it is relevant to apply rapid methods of technical diagnosis in order to improve the quality of technical state evaluation for industrial equipment of refinery, chemical, petrochemical, oil and gas extraction plants. The possibility of using the spectra of natural frequencies of oscillations for the needs of technical diagnostics of engineering objects is de- termined. A "signal" criterion for assessing technical state of equipment is proposed. It is based on the correlation of its own vibration frequencies corresponding to beam- and shell-type vibrations. A calculating and experimental methodology for rapid diagnosis of in- dustrial equipment macrodefects has been developed. It is based on the monitoring of deviations from the "reference" spectrum of natu- ral vibration frequencies during the operation. For these purposes, it is suggested to use the finite element method in combination with the methods of optimal design of the constructions. However, the experimental defining of natural frequencies spectrum is proposed to be performed on the basis of step-by-step procedure with intellectual accumulation of spectral resolution. It is suggested to perform verification and adjustment of the facility model to conform the "reference" spectrum of its own frequencies on the basis of minimizing the target function, that is the sum of squares of discrepancy between the "reference" and current vectors of natural frequencies. It is proposed to identify the location and size of the defect similarly. However, it is suggested to minimize the target function with modified complex Box method. The methodology has been tested and verified on a number of test tasks, as well as on various industrial equip- ment during the bench testing and on the operating process units of JSC "Angarsk Petrochemical Company" and JSC "Angarsk Polymer Plant". Keywords: finite element method; spectrum of natural frequencies; optimal design methods; minimization; target function; Box me- thod; monitoring; boundary conditions; macrodefect. Введение Применяемые сегодня при техническом диагности - ровании традиционные методы неразрушающего кон - троля ( ультразвуковой , магнитный , вихретоковый и др .) ( НК ) в общем позволяют решить задачу оценки технического состояния оборудования , однако в силу выборочности ( дискретности ) такого контроля конеч - ный результат напрямую зависит от квалификации экс -