1. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС
ВИБРОМОНИТОРИНГА И
ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ
МЕТОДА ДИСКРИМИНАНТНОГО
АНАЛИЗА
Докладчик: Серов А.А.
Лаборатория виброакустической диагностики
машин ИМАШ РАН

2. Основные классы задач контроля
технического состояния оборудования

3. Автоматизация аналитической деятельности
в современных задачах мониторинга и
диагностики оборудования
 Усложнение задачи контроля технического состояния
оборудования :
 Увеличение сложности конструкций контролируемого оборудования
 Увеличение сложности оборудования, используемого при построении
систем мониторинга и диагностики
 Ужесточение требований к достоверности результатов контроля
 Ужесточение требований к времени получения диагностического
заключения и времени принятия решения об эксплуатации объекта
контроля
 Совершенствование методов, используемых при контроле :
 Использование технологии цифровой обработки сигнала (в т.ч. при
оперативном анализе больших объемов данных)
 Использование методов спектрального анализа
 Использование методов многопараметрического статистического анализа
 Использование методов анализа трендов основных технических
характеристик
 Комплексное использование при диагностировании данных, поступающих
от нескольких подсистем контроля, работа которых основана на различных
физических принципах

4. Виброакустический контроль технического
состояния газотурбинного оборудования
 Особенности виброакустических методов
обследования :
 Широкий частотный и динамический диапазоны сигнала
 Высокая чувствительность вибросигнала по отношению к
изменению технического состояния оборудования
 Высокий уровень информативности виброакустического
сигнала
 Преимущества виброакустических методов контроля :
 Возможность использования методов безразборного
диагностирования при построении как стационарных, так и
мобильных систем диагностики
 Возможность реализации высокоэффективных методов
проактивного мониторинга технического состояния
оборудования
 Возможность проведения детализированной диагностики и
отслеживания динамики изменения технического состояния
оборудования

5. Программное обеспечение
“Дискриминант”
 Назначение :
 Программное обеспечение предназначено для решения
задач автоматизации мониторинга технического состояния
оборудования.
 Программное обеспечение может быть использовано для
оперативного анализа технического состояния роторного
оборудования и раннего обнаружения эксплуатационных
повреждений.
 Программное обеспечение позволяет выявлять
неисправности на стадии их зарождения и прослеживать
динамику развития возникших дефектов.
 Теоретическая основа :
 Программное обеспечение является реализацией метода
дискриминантного анализа клиппированных по амплитуде
вибросигналов, разработанного коллективом лаборатории
ВАДМ ИМАШ РАН.

6. Численные методы, реализованные в
программном обеспечении
 Метод дискриминантного анализа ,
применяемый для раннего обнаружения изменений в
вибросигнале
 Методы спектрального анализа , применяемые
для исследования спектральных характеристик
вибросигнала в предварительно заданных
диапазонах частот.
 Методы статистического анализа ,
применяемые для исследования основных
статистических характеристик временной
реализации вибросигнала (математическое
ожидание, дисперсия, коэффициент асимметрии,
коэффициент эксцесса и др.)
 Методы анализа трендов , применяемые для
исследования изменения вычисленных
характеристик с увеличением времени наработки

7. Метод дискриминантного анализа
1 N
[
∑ ( xi )(t ) − Ps
N i =1
]
2
 K (t ) 
Id = ⋅ 
K 
1 N
[
∑ ( x j )(0) − Ps
N j =1
]
2
 (0) 
Id – дискриминант, рассчитываемый по энергии выбросов
(xi)(t) – отсчеты значений амплитуды в текущем измерении
вибросигнала
(xj)(0) – отсчеты значений амплитуды в эталонном измерении
вибросигнала
Ps – порог клиппирования амплитуды вибросигнала
K(t), K(0) – количество отсчетов, в рамках которых амплитуда
сигнала превысила порог клиппирования в текущем и
эталонном измерении, соответственно
N – общее количество отсчетов амплитуды при измерении

8. Использование метода многополосного
дискриминантного анализа при
диагностировании газотурбинных
двигателей
 Программный комплекс был успешно использован в ряде задач
анализа технического состояния газотурбинных установок (ГТУ)
газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций,
реализованных на базе газотурбинных двигателей (ГТУ-16 на базе
авиационного двигателя ПС-90 и судового двигателя ДГ-90).
 В частности, метод использовался для раннего обнаружения
неисправностей авиационного двигателя ПС-90 ГТУ-16 на
компрессорных станциях «Смоленская», «Торжокская»,
«Пуртазовская-1», «Пуртазовская-2» ОАО Газпром. При
использовании метода было обнаружено зарождение следующих
типов дефектов:
 Разрушение элементов роликового подшипника ТВД
 Развитие дефектов шарикового подшипника КВД
 Развитие повреждений рабочих лопаток КВД и ТВД
 Развитие повреждений неподвижных элементов ТВД (прогар соплового
аппарата 2-ой ступени ТВД)
 Развитие множественных повреждений: повреждений подвижных и
неподвижных элементов ТВД (прогар и эрозия рабочего колеса 1 ст. и
наружных полок лопаток соплового аппарата 2-ой ступени ТВД)

9. Модульный состав программного
обеспечения “Дискриминант”
 Управляющий модуль программного обеспечения ,
предназначенный для обеспечения интерактивного взаимодействия с
пользователем на всех стадиях работы.
 Модуль, предназначенный для создания информационной
структуры , в рамках которой будет осуществляться хранение исходных
данных, используемых при анализе и результатов проведенного анализа.
 Модуль чтения из базы данных информации об измеренных
значениях вибропараметров, которая будет использована при
последующем проведении анализа.
 Модуль преобразования исходных данных, предназначенный для
пакетного дифференцирования/интегрирования исходных сигналов с
целью их последующего численного анализа.
 Модуль настройки параметров программного комплекса и
формирования эталонных характеристик вибросигнала ,
предназначенный для предварительного анализа исходных
виброметрических данных и выбора численных значений параметров,
которые будут использованы при анализе.
 Модуль визуального анализа результатов проведенных численных
исследований, используемый для представления результатов анализа в
табличном и графическом виде.
 Модуль автоматизированного создания отчетов о результатах,
полученных при проведении анализа.

10. Демонстрация возможностей
программного обеспечения
“Дискриминант”
 Объект исследований : ГПА-51 (двигатель ПС-
90ГП2, № 83031077), КС «Торжокская», ОАО
«Газпром». Точка измерения вибросигнала: Тгг-гор.
Интервал времени анализа: 26.12.06 - 27.07.07 .
Неисправности: развитие дефекта типа прогара
соплового аппарата ТВД.
 Объект исследований : ГПА-57 (двигатель ПС-
90ГП2, № 83031086), КС «Торжокская», ОАО
«Газпром». Точка измерения вибросигнала: Тгг-гор.
Интервал времени анализа: 26.12.06 - 29.10.07.
Неисправности: развитие дефекта типа прогара и
эрозии рабочего колеса ТВД, эрозии наружных полок
лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД.

11. Загрузка результатов виброизмерений
из базы данных

12. Построение эталона для проведения
исследований

13. Выбор частотных диапазонов для
проведения исследований

14. Выбор исходных данных для
использования в численных
исследованиях

15. Анализ результатов исследования:
вид основного окна представления результатов

16. Анализ результатов исследования:
тренд изменения значения дискриминанта в узких
полосах частот
(ГПА-51: развитие дефекта типа прогара соплового аппарата ТВД)

17. Анализ результатов исследования:
тренд изменения значения дискриминанта в узких
полосах частот (ГПА-51)

18. Анализ результатов исследования:
совместное использование результатов
спектрального и дискриминантного анализа

19. Анализ результатов исследования:
анализ тренда изменения спектральных
характеристик вибросигнала (1D - view)

20. Анализ результатов исследования:
анализ тренда изменения спектральных
характеристик вибросигнала (quasi - 3D - view)

21. Анализ результатов исследования:
анализ тренда изменения статистических
характеристик сигнала в узких полосах частот

22. Анализ результатов исследования:
автоматизированная генерация отчета об исследовании
(табличная форма представления)

23. Анализ результатов исследования:
автоматизированная генерация отчета об исследовании
(графическая форма представления)

24. Анализ результатов исследования:
тренд изменения значения дискриминанта в узких полосах частот
(ГПА-57: развитие дефекта типа прогара и эрозии рабочего колеса ТВД,
эрозии наружных полок лопаток соплового аппарата 2-й ступени ТВД)

25. Итоги разработки. Перспективы и планы
развития средств мониторинга и диагностики
газотурбинного оборудования
 Внедрение представленного программного обеспечения позволит
организациям, эксплуатирующим оборудование газотурбинных
установок, снизить затраты на его эксплуатацию и ремонт и, в
конечном итоге, перейти к проведению технического
обслуживания и ремонта оборудования по его фактическому
состоянию .
 В ближайшие 10-15 лет можно спрогнозировать смыкание области
автоматизации аналитической деятельности и области
искусственного интеллекта , которое будет сопровождаться
активным внедрением методов класса Data-Mining в область
мониторинга и диагностики технических систем.
 Программное обеспечение “Дискриминант” будет подвергнуто
модификации с целью перехода от задач автоматизированного
мониторинга к задачам автоматической диагностики .
 В Лаборатории виброакустических методов диагностики машин ИМАШ
РАН существуют планы реализации методов
многопараметрического анализа , в частности, методов
группового учета аргументов (МГУА/GMDH), а также методов
автоматического распознавания для анализа технического
состояния газотурбинного оборудования.

26. Спасибо за внимание!

27. Дополнения к основному
тексту доклада

28. Схема расположения вибродатчиков
(акселерометров) на корпусе двигателя ПС-90
Положение измерительных точек на корпусе двигателя:
 во входном сечении компрессора высокого давления (КВД) двигателя: точки 1 и 2 для
измерения в вертикальном и горизонтальном направлениях (Квх-верт и Квх-гор);
 в зоне камеры сгорания: точки 3 и 4 для измерения в вертикальном и осевом
направлениях (Кз-верт и Кз-осев);
 в зоне турбины высокого давления газогенератора (ТВД ГГ): точка 5 для измерения в
горизонтальном направлении (ТГГ-гор);
 в зоне силовой турбины (СТ): точка 6 для измерения в осевом направлении (СТ-осев).

29. Точки на корпусе газотурбинной
установки (ГТУ) для измерения
вибрации в радиальном направлении
 Точки Квх-верт и Квх-гор находятся вблизи
сечения с входным подшипником качения
КВД и редуктора привода масляного насоса.
 Точка Кз-верт находится в зоне камеры
сгорания вблизи сечения с выходным
подшипником качения КВД.
 Точка ТГГ-гор находится вблизи сечения с
роликовым подшипником на входе ТВД.