Applicazione dell'apprendimento automatico per il rilevamento dei guasti tra turni nel sistema di pompaggio

Jul 15, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12906 (2022) Citare questo articolo

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La diagnosi dei guasti della pompa è fondamentale per la manutenzione e la sicurezza dell'apparecchio trattandosi di un importante apparecchio utilizzato in diversi importanti settori. La diagnosi dei guasti al momento opportuno può ridurre i costi di manutenzione e risparmiare energia. Questo articolo utilizza un modello Simulink basato su equazioni matematiche per analizzare gli effetti della stima dei parametri delle pompe centrifughe basate su motore a induzione trifase in condizioni di guasto tra giri. Il guasto tra spire provoca un massiccio aumento di corrente, che influisce gravemente sui parametri sia del motore che della pompa. Questi sono stati analizzati mediante simulazione attraverso il modello Matlab Simulink. Successivamente, i risultati vengono verificati da un simulatore basato su hardware in loop (HIL). In questo articolo, per il rilevamento dei guasti sono stati applicati modelli di rete neurale artificiale (ANN) e ANFIS (ANN e Fuzzy) basati sull'apprendimento automatico (ML). I modelli basati su ANN e ANFIS forniscono un livello di accuratezza soddisfacente. Questi modelli forniscono risultati accurati di formazione e test. In base all'errore quadratico medio (RMSE), a R2, all'accuratezza della previsione e al valore medio di convalida, questi modelli vengono confrontati per scoprire quale è più adatto per questo esperimento. Vari algoritmi supervisionati vengono confrontati con ANN, ANFIS e infine viene individuato quale è il più adatto per questo esperimento.

Il motore a induzione è un dispositivo comunemente utilizzato e indispensabile in vari settori e ha ricevuto crescente attenzione per la sua struttura robusta, le prestazioni elevate, l'affidabilità e i costi di manutenzione1. Qualsiasi tipo di guasto nel motore a induzione provoca conseguenze drastiche nei dispositivi collegati al motore e nell'intero sistema. Se la pompa è collegata a un motore a induzione difettoso, il valore della prevalenza cambierà, la portata cambierà e vibrazioni colossali creeranno gravi danni2. Il guasto dell'intero sistema provoca danni al sistema e crea enormi perdite di energia, mentre improvvisi tempi di inattività non pianificati causano enormi costi di manutenzione. È stato riferito che nei motori a induzione si riscontrano guasti del 30-40% per guasti tra le spire dello statore3. Questo è in realtà un guasto elettrico e questo guasto elettrico è molto sensibile e causa gravi danni. Solo il 10–20% di guasti tra spire provoca un massiccio aumento di corrente nel motore a induzione, che provoca perdite di isolamento negli avvolgimenti4. I guasti elettrici sono classificati sia come guasti dello statore che del rotore5. Il guasto del rotore riscontrato nel motore a induzione è una barra del rotore rotta. I guasti dello statore sono principalmente tre: guasto tra fase e fase, guasto tra spire e guasto tra fase e terra. Tra questi, il guasto inter-turn è significativo e critico6. Questo guasto tra giri ostacola il funzionamento del motore a induzione e il funzionamento di pompaggio. Oltre ai guasti meccanici e idraulici, anche il guasto elettrico compromette le prestazioni della pompa. Una pompa centrifuga è una macchina rotante utilizzata per trasferire fluidi attraverso tubi. L'arresto improvviso del sistema di pompaggio provoca un'enorme perdita in termini di manutenzione7. È stato analizzato che il 70% dei costi di manutenzione riguarda il sistema di pompaggio. Pertanto è necessario migliorare la tecnologia di manutenzione per ridurre i costi. Sono state condotte varie ricerche per il rilevamento dei guasti tra spire nei motori a induzione. Per il rilevamento dei guasti sono stati utilizzati la tensione tra le linee, il neutro e il centro stella del motore. Questo è stato utilizzato come modello del motore e si è creato uno squilibrio a causa di un guasto di cortocircuito tra le spire. Prima del guasto totale e del danno significativo ai dispositivi, questo squilibrio dovrebbe essere identificato8. L'impedenza della sequenza negativa è stata stimata e utilizzata come indicatore di guasto nella ricerca. L'impedenza della sequenza negativa è stata riscontrata a causa di uno squilibrio nel motore. L'oscillazione utilizzata per la corrente di trasformazione del parco è stata utilizzata per il rilevamento dei guasti, creato per lo squilibrio.

Per identificare questo problema è necessaria l'analisi dei vettori spaziali9. Il guasto elettrico può essere rilevato mediante l'analisi della firma della corrente del motore (MCSA) e l'analisi delle vibrazioni. Per stimare l'impedenza negativa nel motore, è stata aggiunta come approccio la robustezza rispetto alla tensione di alimentazione sbilanciata10. Anche l'analisi dello spettro di frequenza e della trasformazione rapida di Fourier (FFT) sono utili per il rilevamento dei guasti dei motori a induzione. In alcuni lavori sono state utilizzate trasformazioni di pacchetti wavelet (WPT) e FFT insieme ad una sorta di classificatore11,12.