Способ мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации объектов, эксплуатируемых в условиях динамических воздействий. Предложенный способ заключается в использовании для мониторинга технического состояния результатов синхронной регистрации контрольных параметров объекта мониторинга в ряде дискретных точек. Их использование на основе предложенной процедуры идентификации позволяет достоверно вычислить распределенные параметры напряженно-деформированного состояния объекта с последующей оценкой степени опасности их изменения в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде путем их соотнесения с прочностными характеристиками материалов объекта контроля, а также с функциональными параметрами эксплуатации. Технический результат заключается в повышении точности оценок технического состояния объекта мониторинга, при одновременном снижении объемов контроля и исключения процедуры метрологической аттестации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния объектов повешенной опасности и может быть использовано для мониторинга сооружений, к которым предъявляются повышенные требования безопасности при эксплуатации.

Известен способ определения устойчивости зданий и сооружений (патент на изобретение RU №2245531, МПК G01M 7/00, опубликовано 27.01.2005 г.), включающий возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов малой амплитуды, измерение колебаний с помощью установленных на объекте датчиков, определение динамических характеристик объекта, экспериментальное определение значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадки, и/или сдвига, и/или крена объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или период собственных колебаний грунта под объектом, и/или вокруг него, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затухания, и/или уровень грунтовых вод, сравнение полученных экспериментальных значений с данными теоретических моделей, рассчитанных для данной конструкции объекта и материалов изготовления, и определение устойчивости зданий и сооружений методом экспертных оценок.

Недостатком известного способа по патенту №2245531 является необходимость возбуждения колебаний объекта на собственных частотах, что не позволяет использовать указанный способ в отношении объектов, работающих в условиях динамических воздействий.

Известен способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений (патент на изобретение RU №2247958, МПК G01M 5/00, G01M 7/00, опубликовано 10.03.2005 г.), принятый за прототип. Известный способ характеризуется использованием ЭВМ в качестве пункта контроля и обработки информации. Согласно известному способу производят последовательный программный опрос датчиков (измерительных преобразователей), установленных в местах диагностирования конструкции, преобразование (оцифровывание) полученной с датчиков информации и ее передачу на пункт контроля, выполненный в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной с датчиков информации с заранее зафиксированными значениями параметров, в качестве которых используют данные метрологической аттестации, проведенной перед началом эксплуатации объекта, а по отклонению поступивших с датчиков сигналов судят о наличии изменений контролируемых параметров.

Недостатком известного способа по патенту №2247958 является невозможность контроля и оценки текущего и прогнозного состояния 100% объема конструкций объекта, в силу ограниченного числа точек контроля и их дискретности. Отсутствует также возможность мониторинга и отображения данных об изменении состояния несущих конструкций, конструктивных элементов объекта в режиме реального времени, что не позволяет обеспечить получение достоверных оценок текущего состояния объекта при возникновении кратковременных быстропротекающих процессов (например, сейсмическое событие). Кроме того, известный способ требует существенного увеличения объемов контроля (увеличения количества точек измерений) при контроле многосвязных пространственных конструкций объекта, а также увеличения требуемых объемов его метрологической аттестации.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение достоверных расчетно-экспериментальных оценок текущего и прогнозного состояния объектов повышенной опасности в целом по результатам мониторинга контрольных параметров в дискретных точках.

Поставленная задача решается тем, что в способе мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности, включающем опрос датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, преобразование полученной с датчиков информации и ее передачу на пункт контроля, выполненный в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее зафиксированными значениями параметров, согласно изобретению, опрос датчиков выполняют синхронно, осуществляют оценку текущего и прогнозного состояния объекта контроля в режиме реального времени посредством проведения идентификационных расчетов, заключающихся в вычислении распределенных параметров напряженно-деформированного состояния объекта по ограниченному числу измеренных параметров на основе минимизации отклонений расчетных параметров от измеренных, а в качестве заранее зафиксированных значений параметров, применяемых для оценки отклонений, свидетельствующих о наличии изменений контролируемых параметров в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде, используют прочностные характеристики материалов объекта контроля, а также функциональные параметры эксплуатации объекта повышенной опасности.

Для выполнения процедуры идентификации могут быть использованы результаты опроса датчиков перемещений, и/или осадок, и/или прогибов, и/или вибрации, и/или деформаций, и/или кренов, и/или сейсмических размещаемых в контрольных точках объекта мониторинга.

Вычисляемые параметры напряженно-деформированного состояния объекта, а также результаты оценки степени опасности изменения параметров напряженно-деформированного состояния объекта контроля в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде, могут быть выведены в виде звуковых или графических сообщений средствами аудио- и видео- информирования в режиме реального времени.

Технический результат выражается в повышении точности оценок технического состояния объекта мониторинга при одновременном снижении объемов контроля и исключения процедуры метрологической аттестации за счет применения авторских идентификационных алгоритмов, обеспечивающих вычисление в режиме реального времени распределенных параметров напряженно-деформированного состояния объекта, по ограниченному числу синхронно измеренных параметров. При этом интерпретация вычисляемых параметров напряженно-деформированного состояния объекта осуществляется на основе использования прочностных характеристик материалов объекта контроля, а также функциональных параметров эксплуатации объекта повышенной опасности.

Для осуществления предлагаемого способа объект мониторинга представляется в виде идеализированной математической модели - упругой механической системы с конечным числом степеней свободы, поведение которой в общем случае действия динамических нагрузок в матричном виде может быть записано в виде:

где [K], [С], [М] - матрицы жесткости, демпфирования и масс системы, {Р(t)} - вектор внешней нагрузки.

Построение математической модели объекта выполняют на основе проектной и исполнительной документации на объект контроля. В случае несоответствия фактического конструктивного исполнения объекта проектной и исполнительной документации построение математической модели выполняют по результатам натурных обмерочных работ.

С помощью полученной математической модели осуществляют вычисление спектра форм и частот собственных колебаний объекта, на основе чего формируют пространство для идентификации, представляемое матрицей [Ф], содержащей вектора собственных векторов объекта, по направлению регистрируемых датчиками параметров , i=1,2,…n,.

В общем случае в качестве регистрируемых параметров для последующего использования в процедуре идентификации могут выступать результаты опроса датчиков перемещений, и/или осадок, и/или прогибов, и/или вибрации, и/или деформаций, и/или кренов, и/или сейсмических.

При этом задача идентификации напряженно-деформированного состояния объекта в каждый момент времени решается из условия минимизации отклонений значений расчетных параметров {D} объекта от значений измеренных параметров {D*}.

Необходимым условием реализации предлагаемого способа является обеспечение синхронного опроса датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, что позволяет учесть возможные фазовые сдвиги между колебательными процессами в принятых для контроля точках объекта мониторинга. При соблюдении данного условия минимизация невязки {R} между значениями расчетных параметров {D} объекта и значениями измеренных параметров {D*} выполняется из решения дифференциального уравнения:

где {R} - вектор невязок, вычисляемый как:

{R}={D*}-{D}={D*}-W{d}.

Здесь {d} - искомый вектор обобщенных параметров, обеспечивающий наилучшее приближение вектора расчетных параметров {D} к вектору измеренных параметров {D*}.

Вычисляя вектор обобщенных параметров {d} на каждом шаге синхронного опроса датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, определяют требуемые параметры напряженно-деформированного состояния объекта в любой его точке по формуле:

{D}=[Ф]{d}.

Полученные распределенные параметры напряженно-деформированного состояния отображают фактическое физическое состояние эксплуатируемого объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции и используются для оценки степени опасности их изменения в текущий момент времени или в прогнозном периоде на основе соотнесения их с прочностными характеристиками материалов, из которых они изготовлены, а также с функциональными параметрами эксплуатации объекта.

Заявляемый способ мониторинга может быть осуществлен, например, посредством автоматизированной системы мониторинга технического состояния конструкций (СМТСК), структурная схема которой изображена на фиг. 1.

Структура СМТСК включает в себя три базовых уровня (фиг. 1): подсистему датчиков 1, подсистему сбора и обработки данных 2, а также экспертную систему оценки и прогнозирования технического состояния 3 объекта контроля, представляющую собой промышленный компьютер с инсталлированным программным обеспечением, оснащенным средствами аудио- и видео- информирования, например, монитором с аудиодинамиками.

На основе материалов проектирования, проектно-изыскательных работ, в экспертной системе 3 формируют расчетную математическую модель объекта, например, с использованием аппарата метода конечных элементов [1]. На основе построенной модели осуществляют формирование пространства для идентификации объекта контроля [Ф], путем расчета спектра частот и форм его собственных колебаний.

С использованием подсистемы датчиков 1 и подсистемы сбора и обработки данных 2 с предустановленной периодичностью опроса осуществляют синхронную регистрацию контрольных параметров объекта в выбранных дискретных точках, образующую вектор измеренных параметров {D*}, направляемый в экспертную систему 3 оценки и прогнозирования технического состояния.

На основе полученного в текущий момент времени вектора измеренных параметров {D*}, а также сформированного пространства для идентификации [Ф] в экспертной системе 3 оценки и прогнозирования технического состояния осуществляют процедуру идентификации и вычисляют распределенные параметры напряженно-деформированного состояния объекта. Пример визуального изображения вычисленных в системе СМТСК параметров напряженно-деформированного состояния показан на фиг. 2. Результаты оценки степени опасности изменения параметров напряженно-деформированного состояния объекта контроля в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде на основе соотнесения их с прочностными характеристиками материалов объекта контроля, а также с функциональными параметрами эксплуатации объекта, выводят в виде звуковых или графических сообщений средствами аудио и видео информирования в режиме реального времени (фиг. 2).

Заявляемое изобретение промышленно применимо и имеет изобретательский уровень, а заявленная совокупность существенных признаков обладает новой устойчивой взаимосвязью, что позволяет решить поставленную задачу с заявленным техническим результатом.

Предлагаемый способ мониторинга испытан на основе автоматизированной системы мониторинга технического состояния конструкций (СМТСК), включающей подсистему датчиков, подсистему сбора и обработки данных, а также экспертную систему оценки и прогнозирования технического состояния объекта контроля в проекте системы мониторинга технического состояния опасного производственного объекта - трансферных трубопроводов вакуумной колонны К-11 установки ЭЛОУ+АВТ6 (Нефтеперерабатывающий завод АО «Ангарская нефтехимическая компания», г. Ангарск), и подтвердил свою работоспособность.

Использованная литература

1. Бате К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вильсон. - М.: Стройиздат, 1982. - 448 с.

1. Способ мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности, включающий опрос датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, преобразование полученной с датчиков информации и ее передачу на пункт контроля, выполненный в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее зафиксированными значениями параметров, отличающийся тем, что опрос датчиков выполняют синхронно, осуществляют оценку текущего и прогнозного состояния объекта контроля в режиме реального времени посредством проведения идентификационных расчетов, заключающихся в вычислении распределенных параметров напряженно-деформированного состояния объекта по ограниченному числу измеренных параметров на основе минимизации отклонений расчетных параметров от измеренных, а в качестве заранее зафиксированных значений параметров, применяемых для оценки отклонений, свидетельствующих о наличии изменений контролируемых параметров в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде, используют прочностные характеристики материалов объекта контроля, а также функциональные параметры эксплуатации объекта повышенной опасности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выполнения процедуры идентификации используют результаты опроса датчиков перемещений, и/или осадок, и/или прогибов, и/или вибрации, и/или деформаций, и/или кренов, и/или сейсмических размещаемых в контрольных точках объекта мониторинга.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вычисляемые параметры напряженно-деформированного состояния объекта, а также результаты оценки степени опасности изменения параметров напряженно-деформированного состояния объекта контроля в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде, выводят в виде звуковых или графических сообщений средствами аудио- и видео- информирования в режиме реального времени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для измерения, контроля и управления динамическими характеристиками вибрационных технологических машин.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации.

Сейсмоплатформа относится к испытательной технике и воспроизводит сейсмические нагрузки в виде трехмерных затухающих колебаний. Сейсмоплатформа содержит плиту для размещения испытуемого элемента сооружения или здания, установленную на опоры, которые установлены на дополнительную прокладную плиту, которая в свою очередь опирается на фундамент через податливые в горизонтальном направлении опоры и соединена со стеной и с фундаментом через гидравлические приводы.

Изобретение относится к средствам и методам диагностики инженерных сооружений и может быть использовано для контроля и оценки ресурса надежности и безопасной эксплуатации сооружений, работающих в условиях динамического нагружения.

Изобретение относится к способу определения эффективности взрывозащиты. Способ заключается в том, что используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне в испытательном боксе, где устанавливают макет взрывоопасного объекта.

Изобретение относится к метрологии, в частности, к методам контроля пошипников ГТД. Способ предполагает использование спектроанализатора для контроля сигнала с выхода микрофона.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для динамических испытаний объектов на воздействие ударных перегрузок. Стенд содержит узел формирования внешнего ударного воздействия, контейнер в виде полого поршня и стол, предназначенный для закрепления объекта испытаний, размещенный в контейнере с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и связанный с контейнером посредством упругой связи.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к методам испытаний пролетных строений, и может быть использовано при испытании автодорожных и городских мостов.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для виброакустических испытаний различных систем, имеющих упругие связи с корпусными деталями объекта.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Стенд содержит основание, на котором закреплена жесткая переборка с датчиком уровня вибрации, на которую устанавливают два одинаковых исследуемых объекта на различных системах их виброизоляции, и проводят измерения их амплитудно-частотных характеристик.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытаний на ударные воздействия, и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования, требования к которым задаются в виде спектра удара. Устройство состоит из молота, подвески молота, поворотной траверсы, станины, фиксирующего устройства, наковальни для монтажа оборудования, регистрирующих датчиков. При этом наковальня выполнена в виде прямоугольной сменной металлической панели, жестко закрепленной к станине стенда с помощью стержней с резьбой, при этом сменная металлическая панель выполнена с вырезами прямоугольной формы и ребрами между вырезами. Причем все ребра одинаковые, а расстояние от кромки металлической панели, к которой прикладывается ударное воздействие, до вырезов не менее чем в 2 раза больше продольного размера выреза, но не менее чем в 2 раза меньше расстояния до противоположного относительно точки приложения ударного воздействия торца металлической панели. При этом собственные частоты поперечных колебаний ребер не совпадают с частотами продольных колебаний плиты до и после вырезов, а оси стержней, обеспечивающих крепление сменной металлической панели к станине, проходят через вырезы и не совпадают с осями ребер, причем между сменной металлической панелью и станиной устанавливают виброизолирующую прокладку. Технический результат заключается в повышении точности и стабильности воспроизведения ударного воздействия, заданного спектром ускорений. 11 ил., 2 табл.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, и может быть использовано в авиационной испытательной технике для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, также устройство содержит пульт управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении безопасности. 18 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ударных нагрузок на летательных аппаратах (ЛА). Способ включает измерение суммарного вибрационного и ударного процессов измерения суммарного вибрационного и ударного процесса в местах размещения бортового оборудования на концах крыла и концевых частях фюзеляжа ЛА, с применением преобразователей, чувствительные элементы которых реагируют на ускорение, возникающее в месте крепления этих преобразователей, его запись на регистратор. Дополнительно вначале выполняют обработку суммарной измерительной информации с получением измеренного амплитудного спектра в заданном диапазоне от нижней частоты до верхней. По заданному требованию в техническом задании на разработку БО эталонному удару с длительностью и амплитудным спектром, описываемым известным аналитическим выражением, вычисляют частоту среза, за пределами которой амплитудный спектр равен 0. Затем в пределах диапазона в измеренном амплитудном спектре выделяют частоту с максимальным значением амплитудного спектра. Производят идентификацию частоты с расчетным значением частот. Для этой частоты вычисляют ординату амплитудного спектра эталонного удара по известному аналитическому выражению для этого спектра в относительных величинах, рассчитывают амплитуду ускорения измеренного удара, а затем расчетное значение амплитуды удара сравнивают с заданным значением амплитуды эталонного удара. При этом должно быть выполнено условие, что амплитуда эталонного удара должна быть больше амплитуды измеренного удара, а полученное рассогласование между экспериментальным и заданными величинами амплитуд сравнивают с допустимым значением. В качестве эталонного может быть задан удар, амплитудный спектр которого описывается аналитической функцией полусинусоидального, прямоугольного или треугольного удара. Технический результат заключается в повышении достоверности определения параметров удара на конструкции крепления бортового оборудования ЛА, упрощении процедуры обработки и значительного сокращения времени анализа результатов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение при контроле состояния массивных бетонных сооружений. Способ включает создание компьютерных моделей сооружения, моделей нагрузок и воздействий на него, расчет характеристик несущих конструкций, сбор и обработку данных с контрольно-измерительной аппаратуры, данные натурных наблюдений по контрольно-измерительной аппаратуре, например закладных тензометров, восстанавливают по разработанной статистической модели с использованием расчетных значений напряжений в локальных точках массивного бетонного сооружения, полученных на имитационной математической модели, откалиброванной по значениям интегральных диагностических показателей сооружения, и данных наблюдений за сооружением в период, предшествующий выходу из строя контрольно-измерительной аппаратуры. Технический результат заключается в обеспечении мониторинга напряжений в случае выхода из строя закладной контрольно-измерительной аппаратуры и повышении тем самым надежности эксплуатации конструктивных элементов сооружений. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений, и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Способ исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов заключается в том, что испытываемый объект с новой исследуемой облицовкой устанавливают свободно на полу, включают на номинальные режимы работы и регистрируют уровни звукового давления на рабочем месте посредством акустических микрофонов, соединенных с шумомером из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам. Уровни звукового давления регистрируют в пяти точках по периметру испытываемого объекта на расстоянии 1 м от его габаритных размеров. Записывают показания шумомера в каждой точке не менее трех, а после замеров проводят расчет шумовых характеристик испытываемого объекта с новой исследуемой облицовкой по определенным математическим зависимостям. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит испытуемый объект, который установлен свободно на полу в помещении, а в пяти точках измерения, по периметру испытуемого объекта, на расстоянии 1 м от его габаритных размеров, установлены акустические микрофоны из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам, при этом количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем, после замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта по определенным математическим выражениям. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации объектов, эксплуатируемых в условиях динамических воздействий. Предложенный способ заключается в использовании для мониторинга технического состояния результатов синхронной регистрации контрольных параметров объекта мониторинга в ряде дискретных точек. Их использование на основе предложенной процедуры идентификации позволяет достоверно вычислить распределенные параметры напряженно-деформированного состояния объекта с последующей оценкой степени опасности их изменения в текущий момент времени, а также в прогнозном периоде путем их соотнесения с прочностными характеристиками материалов объекта контроля, а также с функциональными параметрами эксплуатации. Технический результат заключается в повышении точности оценок технического состояния объекта мониторинга, при одновременном снижении объемов контроля и исключения процедуры метрологической аттестации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх