диплом снеготаялка / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ_патенты_с178

Диагностика по шумам.

•Виброакустическая диагностика позволяет расшифровать колебательные процессы, так как каждая соударяющаяся пара порождает собственные колебания, которые по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, вызванных трением.

•Характеристика шумов может также изменятся в связи с изменением температуры и давления.

•Повышенная шумность машин и механизмов часто является признаком наличия в них неисправностей

•Виброакустическая диагностика в настоящее время применяется в диагностике двигателей автомобилей с применением стетоскопов и эндоскопов.

Работа системы акустического мониторинга магистральных насосных агрегатов основана на измерении АЧХ шумов при оптимальных режимах работы МНА с ЭД и измерении АЧХ шумов при критических режимах их работы. Система анализирует спектр шумов при оптимальном и критическом режимах работы оборудования. Каждый вид оборудования имеет свой характерный спектр шумов зависящий от режима работы и его исправности. Спектр шумов при оптимальном режиме работы оборудования принимается за уставку. При критическом режиме работы происходит отклонение от уставки определяемой оптимальным режимом. Данное отклонение система воспринимает как неисправность оборудования и передает сообщение с кодом ошибки на верхний уровень, с формированием сигнала на остановку при достижении аварийных значений.

На данный момент мониторинг работы насосного оборудования производится сосредоточенными датчиками параметров (P, T, g, a), достоверность которых зависит от исправности данных датчиков. Мониторинг работы насосного оборудования по АЧХ шумов в нефтепроводном транспорте, в настоящее время, не применяется.

Актуальность данной работы заключается в том, что как уже было сказано, мониторинг работы оборудования производится с помощью различных датчиков, количество которых достигает десятков, а то и сотен единиц. В связи с этим надежность системы мониторинга снижается. Разработка системы акустического мониторинга магистральных насосных агрегатов с электродвигателями позволит уменьшить количество датчиков, заменив их однотипными шумомерами.

Метод позволяет расшифровать колебательные процессы, так как каждая соударяющая пара порождает собственные колебания, которые по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, вызванных трением.

Блок-схема системы представлена на рис.1. Система с помощью пьезопреобразователей считывает акустический сигнал с различных блоков

361

насосного агрегата, таких как подшипники¸ статор электродвигателя, валы и т.д. Далее сигнал через измерительный преобразователь поступает на микроконтроллер, где сигнал оцифровывается и фильтруется. Затем при помощи алгоритма быстрого преобразование Фурье, контроллером находится спектр сигнала по его выборке. Полученный спектр анализируется на наличие неисправностей. И на основании этого анализа, система должна принимать решение о передачи информации о неисправности, если та была обнаружена, на верхний уровень. Алгоритм основной программы контроллера представлен на рис. 2.

Рис. 1. Блок-схема системы вибродиагностики насосного агрегата

1-насос; 2-электродвигатель; 3,4,5,6- пьезодатчики (шумомеры); 7- измерительный преобразователь; 8- контроллер; 9- верхний уровень - АРМ.

Рис. 2. Алгоритм основной программы

Заключение Внедрение описанной системы мониторинга позволит: повысить

надежность системы, прогнозировать и выявлять неисправность на раннем этапе их развития, планировать график проведения технического обслужи-

362

вания и ремонтов, повысит безопасность системы, снизить затрат на техническое обслуживание, благодаря заблаговременному предупреждению обслуживающего персонала об обнаруженной неполадке, предотвращению незапланированного простоя оборудования и серьезного ущерба, а также сокращению времени ремонта. Исключать необходимость проведения регулярных проверок, благодаря постоянному оповещению операционного персонала о значимых отклонениях от нормального режима функционирования оборудования. Снизить общие производственные расходы, улучшить качество, сократить время простоя. Повысить эффективность использования производственных активов. Оптимизировать складские запасы и расходы на запасные части.

Литература

1. А.В.Евстифеев Микроконтроллеры Avr семейства maega Руковод-

ство пользователя.- М.:Додека,2007-594с.

2. М.С.Куприянов, Б.Д.Матюшкин Цифровая обработка сигналов

СПБ.:Политехника, 2000-594с.

3. Шило В.В. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2 изд., исправленное.- М.: Радио и связь, 2000.-352стр.

4.http://www.dsplib.ru/content/fft/fft.html

5.http://psi-logic.shadanakar.org/fft/fft.htm

6.http://studff.ru/blog/programming/203.html

ПРИМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ НАЙКВИСТА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Кладько А. А.

г. Томск, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

e-mail: andkladd@mail.ru

Наиболее широкое развитие в области изучения статической устойчивости электроэнергетических систем (ЭЭС) получили способы исследования, основанные на базе частотных методов. Ими занимаются группы исследователей из НИИ Постоянного Тока, Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета и Братского Политехнического Университета. В их разработках не применяется критерий устойчивости Найквиста, и его потенциальные возможности не используются. Особый интерес представляет возможность приложения критерия Найквиста к экспериментальному анализу колебательной устойчивости ЭЭС с использованием физических и гибридных моделей [1].

363

В 1932 году Найквист предложил принципиально новый критерий устойчивости. Критерий Найквиста предназначен для исследования устойчивости только замкнутых систем [2]. Данный метод не получил распространения в задачах исследования статической устойчивости, несмотря на ряд преимуществ, таких как:

1)возможность достаточно простого определения устойчивого состояния ЭЭС экспериментальным образом;

2)возможность указать тип необходимой корректировки для приведения неустойчивой системы в устойчивое состояние;

3)простота оценивания запаса устойчивости исследуемой системы. Очевидно, что достоинства критерия обосновывают необходимость

дальнейшего изучения на предмет возможности его более широкого использования в задачах исследования статической устойчивости ЭЭС.

Как известно, при исследовании колебательной устойчивости значение возмущения, подаваемого на вход системы, может быть сколь угодно малым [3]. Можно сделать предположение, что подавая на вход ЭЭС достаточно малое возмущение, при котором будет слабо проявляться нелинейный характер системы, можно получить частотные характеристики, позволяющие провести анализ колебательной устойчивости с помощью критерия устойчивости Найквиста. Таким образом, необходимость в линеаризации исходной системы дифференциальных уравнений отпадает [4]. Однако допустимость подобного подхода требует доказательства.

Для обоснования была выбрана простейшая одномашинная модель ЭЭС (рисунок 1).

Рис. 1. Схема одномашинной модели ЭЭС

Математическое описание элементов ЭЭС представляется упрощенными дифференциальными уравнениями [4], обладающими достаточной точностью для решения поставленной задачи.

Исходная система дифференциальных уравнений рассматриваемой модели ЭЭС для принятого к исследованию схемно-режимного состояния записывается в следующей форме:

364

Чтобы построить амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) на вход подается синусоидальный сигнал переменной частоты ω с постоянной амплитудой, составляющей 3% от максимума угловой характеристики [1]. Входным сигналом является малое гармоническое возмущение мощности турбины ∆P, которое вводится в правой части второго урав-

365

нения системы (1). Выходным сигналом является гармоническое приращение угла ∆δ. Отношение амплитуды выходного установившегося сигнала к амплитуде входного сигнала определяет амплитуду этой характеристики. Фазовый сдвиг между сигналами представляет собой фазу АФЧХ [1].

Для сравнения производится построение АФЧХ по линеаризованной математической модели ЭЭС. В результате линеаризации системы уравнений (1) получена линейная система вида:

В случае устойчивой разомкнутой системы критерий Найквиста можно сформулировать так: для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ устойчивой разомкнутой системы Wp(jω) не охватывала точку (–1, j0) [2].

Так разомкнутая система является устойчивой, то из рисунка 2 можно сделать вывод о том, что замкнутая система также является устойчивой согласно критерию устойчивости Найквиста. Сравнение численных данных и построенных на их основе частотных откликов позволяет сделать вывод о применимости использования в расчетах статической устойчивости нелинеаризованных систем дифференциальных уравнений. Однако процент изменения входного сигнала, создающий малые колебания, не должен превышать трех процентов, в противном случае ярко проявляется нелинейность системы.

366

Литература

1.Интеллектуальные энергосистемы: труды 1 Международного молодѐжного форума. В 2т. Томск 21-25 октября 2013г. Т.2.- Материалы 1 Международного форума «Интеллектуальные энергосистемы», с. 9397.

2.Бесекерский В.Л., Попов Е. II. Теория систем автоматического управления/ В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб, Изд-во «Профессия», 2003. - 752 с. - (Серия: Специалист).

3.Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.– М.: Высшая школа, 1985. – 536 с.

4.Хрущев Ю.В. Методы расчета устойчивости энергосистем: учебное пособие / Ю.В. Хрущев; Томский политехнический университет. –

Томск: STT, 2005. – 176 с.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ПЕРФОРИРОВАННОЙ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ НА СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ

Колев Ж.М.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»

e-mail: jackkolev@gmail.com

Решение для моделирования работы пологой нефтяной скважины на нестационарном режиме описано в работе [1]. Там же приведены результаты расчета, поученные с помощью составленной вычислительной программы.

На кафедре «Моделирования и управления процессами нефтегазодобычи» получено решение и разработано программное обеспечение для моделирования работы перфорированной нефтяной скважины, в котором реализованы возможности:

определения профиля притока перфорированной нефтяной скважины, работающей на стационарном режиме;

определения профиля притока перфорированной нефтяной скважины, работающей на стационарном режиме, вскрывающей несколько пластов;

расчета распределения давления по стволу добывающей нефтяной скважины с учетом возникающих гидравлических потерь;

построения эпюры скоростей течения жидкости по стволу;

367

построения траектории ствола по заданным координатам, с вычислением длины каждого участка, изменения пространственного угла участка относительно предыдущего, зенитного и азимутального угла;

автоматического нанесения на заданный профиль отверстий, исходя от начала и конца интервала, а также плотности перфорации, с вычислением пространственных координат каждого отверстия и расстояния по траектории ствола от его начала.

В качестве примера рассмотрим перфорированную нефтяную скважину, работающую на стационарном режиме, пологий ствол которой вскрывает пласт мощностью 20 м. Перфорированный интервал (z=2-8м) находится в верхней части пласта.

Исходные данные для численного моделирования: радиус контура питания 1000 м, давление в начале ствола 20 МПа, пластовое давление 30 МПа, Горизонтальная проницаемость 80 мД, Вертикальная проницаемость 40 мД, Длина ствола 104,64 м, плотность перфорации 5 отв/м, Количество отверстий 140 шт.

На рисунке 1 показана графическая визуализация траектории пологого ствола и интервала перфорации.

Рис. 1. Траектория пологого ствола скважины

Варьируя глубину перфорационного канала, были получены следующие картины работы перфорационных отверстий (рисунок 2).

368

Рис. 2. Профили притока к пологому стволу нефтяной скважины при различной глубине перфорационного канала

Как видно из рис. 2, меньшие дебиты наблюдаются у отверстий, находящихся в середине перфорированного интервала, причем дебиты отверстий, находящихся ближе к началу интервала, ниже, чем у симметрично расположенных у конца интервала. Вогнутая форма профиля притока объясняется взаимным влиянием работы перфорационных отверстий, и наглядно демонстрируется следующим схематичным изображением (рисунок 3).

На рисунке 3 показано, что к перфорационным каналам, находящимся в начале и конце интервала перфорации, приток больше, вследствие их геометрического положения относительно кровли и подошвы, а также относительно других отверстий. В рассматриваемом случае начало интервала перфорации ближе к кровле, чем конец интервала к подошве, поэтому дебиты отверстий на конце интервала несколько выше.

369

Рис. 3. Схема притока к перфорационным каналам

Оценим влияние кровли и подошвы пласта на дебит скважины. Для этого, в интервале продуктивного пласта мощностью 10 м разместим горизонтальный ствол скважины у кровли (z=0 м), у подошвы (z=10 м), и в различной удаленности от границ пласта. На рисунке 4 показаны зависимости дебита горизонтальной скважины от глубины расположения ствола при различном значении вертикальной проницаемости.

Риc. 4. Зависимость дебита горизонтальной скважины от вертикальной координаты и проницаемости по вертикали

370