Metodi matematici di identificazione di guasti in macchine rotanti

Fault identification and prediction in rotating machines, using model-based techniques, are methods treated in recent literature trying to give a quantitative approach to locate and to evaluate the severity of the malfunctions on that machines. Models developed for turbogroups, machines of interest in this thesis, can be studied both in time and frequency domain. Among most recent and functional approaches there are fault identification techniques based on least squares identification in frequency domain. The aim of these techniques is to reproduce the dynamic behavior of the faulty rotor using a set of equivalent excitations. Despite of the goodness of the results obtained using this method, even if the mathematical model presents simplifications, there are situations in which more than one result seems reliable; that’s what happened in the case of study reported below. Sometimes, the objective function, to be minimized in the fault identification method, shows multiple sufficiently low values that are associated with different sets of equivalent excitations by means of which the fault can be modeled. The aim of the thesis is to complete this model-based identification technique on large rotating machines, based on least square identification in frequency domain, using a modal approach. It will be shown how the knowledge of the contribution of each normal mode of interest, to the vibration predicted at each measurement point, can provide useful information to identify univocally the actual fault present on the rotor. For supporting this thesis the complete methodology will be applied to a real case.

L’identificazione e la predizione di guasti in macchine rotanti, attraverso modelli matematici di simulazione, sono tecniche trattate dalla letteratura recente nel tentativo di giungere ad un approccio quantitativo per localizzare e valutare la severità di malfunzionamenti su macchine di questo tipo. I modelli di simulazione sviluppati per turbogruppi, di interesse nella tesi, possono essere studiati nel dominio del tempo o delle frequenze. Tra gli approcci più recenti e funzionali ci sono tecniche atte all’identificazione di guasti basate sulla minimizzazione del residuo nel dominio delle frequenze. Tali tecniche vogliono riprodurre il comportamento vibratorio del rotore soggetto ai guasti attraverso un determinato numero di forzanti equivalenti. Nonostante i buoni riscontri ottenuti con l’applicazione di questo metodo, anche in presenza di alcune approssimazioni, possono presentarsi situazioni in cui i risultati non sono univoci; ciò è avvenuto per il caso di studio presentato di seguito. Capita quindi che la funzione obiettivo, da minimizzare, mostri più minimi sufficientemente bassi che possono essere associati a diversi set di forzanti equivalenti. Lo scopo della tesi è, dunque, completare questa tecnica di identificazione di guasti in macchine rotanti, basata sulla minimizzazione del residuo nel dominio delle frequenze, utilizzando un approccio modale. Verrà mostrato come la conoscenza del contributo di ogni modo di vibrare alla vibrazione attuale del rotore possa apportare indicazioni fondamentali per giungere all’identificazione univoca del guasto. A supporto di ciò la metodologia completa verrà applicata ad un caso reale di studio.