Development of a mathematical model for technical diagnostics of reciprocating compressors for the rocket and space complex
DOI:
https://doi.org/10.25206/2588-0373-2025-9-3-38-46Keywords:
reciprocating compressor, indicator diagram, Hilbert-Huang transforming, diagnostic model, diagnostic parameters, technical diagnostics.Abstract
The article examines a piston compressor as the object of diagnostics, which is a part of the compressor equipment complex for the production, storage, and distribution of gases at launch sites providing launch vehicles. A diagnostic model for the piston compressor as for the primary device for producing compressed air has been selected, based on the processes of changes in air parameters such as pressure, volume, and temperature over one full cycle. The use of the Hilbert–Huang transforming is proposed for processing diagnostic parameters obtained from the analysis of indicator diagrams of the piston compressor stages. By applying a correlation-type function similar to the Hausdorff metric, the method compares signals from a technically faulty piston compressor with a reference (a properly functioning piston compressor) to identify characteristic malfunctions.
Downloads
References
(1). Чокой С. А. Теоретическое исследование процесса диагностирования цилиндропоршневой группы тестовым методом // АПК России. 2024. Т. 31, № 2. С. 218–229. DOI: 10.55934/2587-8824-2024-31-2-218-229. EDN: HBKGMU.
Chokoy S. A. Teoreticheskoye issledovaniye protsessa diagnostirovaniya tsilindroporshnevoy gruppy testovym metodom [Theoretical study of the diagnostic process of the cylinder-piston group by the test method]. APK Rossii. Agro-Industrial Complex of Russia. 2024. Vol. 31, no. 2. P. 218–229. DOI: 10.55934/2587-8824-2024-31-2-218-229. EDN: HBKGMU. (In Russ.).
(2). Хейрабади Г., Мусави С. Техническое диагностирование и прогнозирование технического состояния оборудования // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2024. № 4–5(91). С. 157–164. DOI: 10.24412/2500-1000-2024-4-5-157-164. EDN: JDTABC.
Kheyrabadi G., Musavi S. Tekhnicheskoye diagnostirovaniye i prognozirovaniye tekhnicheskogo sostoyaniya oborudovaniya [Technical diagnostics and technical forecasting equipment condition]. Mezhdunarodnyy zhurnal gumanitarnykh i estestvennykh nauk. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2024. No. 4–5 (91). P. 157–164. DOI: 10.24412/2500-1000-2024-4-5-157-164. EDN: JDTABC. (In Russ.).
(3). Мосейко Е. С. Оценка надежности судовых механических систем с учётом применения методов потенциальных отказов // Жизненный цикл конструкционных материалов. Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2022. С. 307–314. EDN: CTSGNZ.
Moseiko E. S. Otsenka nadezhnosti sudovykh mekhanicheskikh sistem s uchetom primeneniya metodov potentsial’nykh otkazov // Zhiznennyy tsikl konstruktsionnykh materialov. Life Cycle of Structural Materials. Irkutsk, 2022. P. 307–314. EDN: CTSGNZ. (In Russ.).
(4). Оскома А. А., Суриков Д. Г. Формирование модели диагностирования СКАВ-7,5 на основе вектора его диагностических параметров // Вестник Международной академии холода. 2021. № 4. С. 30–37. DOI: 10.17586/1606-4313-2021-20-4-30-37. EDN: AUQLDG.
Oskoma A. A., Surikov D. G. Formirovaniye modeli diagnostirovaniya SKAV-7,5 na osnove vektora ego diagnosticheskikh parametrov [Model for diagnosing SKAB-7.5 on the basis of the vector for its diagnosing parameters]. Vestnik Mezhdunarodnoy akademii kholoda. Journal of International Academy of Refrigeration. 2021. No. 4. P. 30–37. DOI: 10.17586/1606-4313-2021-20-4-30-37. EDN: AUQLDG. (In Russ.).
(5). Зимарев А. В., Сафронов К. С. Моделирование работы воздушного компрессора // Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2021. № 1-1. EDN: AWRXAU.
Zimarev A. V., Safronov K. S. Modelirovanie raboty vozdushnogo kompressora [Simulation of the operation of an air compressor]. Nedelya nauki Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo morskogo tekhnicheskogo universiteta. Science Week of St. Petersburg State Maritime Technical University. 2021. № 1-1. EDN: AWRXAU. (In Russ.).
(6). Ковалев И. В., Ковалев Д. И., Лосев В. В. [и др.]. Математическое моделирование и алгоритмизация функций мониторинга технологических процессов на основе многоточечных измерительных систем // Современные наукоемкие технологии. 2021. № 6-1. С. 29–38. DOI: 10.17513/snt.38693. EDN: ERYLYC.
Kovalev I. V., Kovalev D. I., Losev V. V. [et al.]. Matematicheskoye modelirovaniye i algoritmizatsiya funktsiy monitoringa tekhnologicheskikh protsessov na osnove mnogotochechnykh izmeritel’nykh sistem [Mathematical modeling and algorithmization of technological processes monitoring functions based on multi-point measuring systems]. Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii. Modern High Technologies. 2021. No. 6-1. P. 29–38. DOI: 10.17513/snt.38693. EDN: ERYLYC. (In Russ.).
(7). Ходырев А. И., Шахов А. В. Математическое моделирование неисправностей ступени поршневого компрессора в целях технического диагностирования // Территория Нефтегаз. 2020. № 1-2. С. 46–54. EDN: FSNQDW.
Khodyrev A. I., Shakhov A. V. Matematicheskoye modelirovaniye neispravnostey stupeni porshnevogo kompressora v tselyakh tekhnicheskogo diagnostirovaniya [Mathematical simulation of reciprocating compressor stage defects for technical diagnosis]. Territoriya Neftegaz. 2020. No. 1-2. P. 46–54. EDN: FSNQDW. (In Russ.).
(8). Хайруллин Б. А. Прогнозирование удельной ошибки расчёта распределения термобарического состояния газоконденсата при выборе уравнения состояния реального газа // Оригинальные исследования. 2022. Т. 12, № 5. С. 163–173. EDN: ZNZKCS.
Khayrullin B. A. Prognozirovaniye udel’noy oshibki rascheta raspredeleniya termobaricheskogo sostoyaniya gazokondensata pri vybore uravneniya sostoyaniya real’nogo gaza [Prediction of the specific error in calculating the distribution of the thermobaric state of a gas condensate when choosing the equation of state of a real gas]. Original’nyye issledovaniya. Original Research. 2022. Vol. 12, no. 5. P. 163–173. EDN: ZNZKCS. (In Russ.).
(9). Юша В. Л., Сутягинский М. А., Потапов Ю. А., Русских Г. С. Адаптация системы регулирования производительности технологического поршневого водородного компрессора к нестабильным условиям эксплуатации // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 3. С. 29–35. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-3-29-35. EDN: YYBXSR.
Yusha V. L., Sutyaginskii M. A., Potapov Yu. A., Russkikh G. S. Adaptatsiya sistemy regulirovaniya proizvoditel'nosti tekhnologicheskogo porshnevogo vodorodnogo kompressora k nestabil'nym usloviyam ekspluatatsii [Adaptation of the performance control system of a technological piston hydrogen compressor to unstable operating conditions]. Omskii nauchnyi vestnik. Seriya Aviatsionno-raketnoe i energeticheskoe mashinostroenie. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2024. Vol. 8, no. 3. P. 29–35. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-3-29-35. EDN: YYBXSR. (In Russ.).
(10). Лихачев В. Г. Судовые вспомогательные механизмы и системы. Санкт-Петербург: Лань, 2023. 256 с. ISBN 978-5-507-45027-5.
Likhachev V. G. Sudovyye vspomogatel’nyye mekhanizmy i sistemy [Vessel auxiliary mechanisms and systems]. Saint Petersburg, 2023. 256 p. ISBN 978-5-507-45027-5. (In Russ.).
(11). Щерба В. Е. Теория, расчет и конструирование поршневых компрессоров объемного действия. 2-е изд., доп. Москва: Юрайт, 2019. 323 с. ISBN 978-5-534-09232-5. EDN: QWCJGO.
Shcherba V. E. Teoriya, raschet i konstruirovanie porshnevykh kompressorov ob"emnogo deistviya [Theory, calculation and design of volumetric reciprocating compressors]. 2nd ed., expanded. Moscow, 2025. 323 p. ISBN 978-5-534-09232-5. EDN: QWCJGO. (In Russ.).
(12). Юша В. Л. Анализ термодинамической эффективности теоретического многоступенчатого компрессора с комбинированным применением адиабатного, изотермического и субизотермического процессов сжатия // Омский научный вестник. Серия Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8, № 4. С. 29–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-29-38. EDN: WVAYGR.
Yusha V. L. Analiz termodinamicheskoi effektivnosti teoreticheskogo mnogostupenchatogo kompressora s kombinirovannym primeneniem adiabatnogo, izotermicheskogo i subizotermicheskogo protsessov szhatiya [Analysis of the thermodynamic efficiency of a theoretical multi-stage compressor with the combined use of adiabatic, isothermal and subisothermal compression processes]. Omskii nauchnyi vestnik. Seriya Aviatsionno-raketnoe i energeticheskoe mashinostroenie. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2024. Vol. 8, no. 4. P. 29–38. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-29-38. EDN: WVAYGR. (In Russ.).
(13). Бураков А. В., Хотский Р. Р., Кузнецов Л. Г. Выбор и изучение способов реализации модели диагностирования компрессорных станций ракетно-космического комплекса // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2025. Т. 9, № 1. С. 72–82. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-72-82. EDN: JRHMTO.
Burakov A. V., Khotsky R. R., Kuznetsov L. G. Vybor i izucheniye sposobov realizatsii modeli diagnostirovaniya kompressornykh stantsiy raketno-kosmicheskogo kompleksa [Selection and study of methods for implementing a diagnostic model for compressor stations of the rocket and space complex]. Omskiy nauchnyy vestnik. Seriya aviatsionno-raketnoye i energeticheskoye mashinostroyeniye. Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering. 2025. Vol. 9, no. 1. P. 72–82. DOI: 10.25206/2588-0373-2025-9-1-72-82. EDN: JRHMTO. (In Russ.).
(14). Хотский Р. Р., Макшанов А. В., Бураков А. В. [и др.]. Диагностика неисправностей судовых поршневых компрессоров с использованием преобразования Гильберта-Хуанга // Морской вестник. 2025. № 1 (93). С. 71–75. EDN: JVLHQR.
Khotskiy R. R., Makshanov A. V., Burakov A. V. [et al.]. Diagnostika neispravnostey sudovykh porshnevykh kompressorov s ispol’zovaniyem preobrazovaniya Gil’berta-Khuanga [Diagnostics of malfunctions of marine piston compressors by the Hilbert-Huang transformation]. Morskoy Vestnik. 2025. No. 1 (93). P. 71–75. EDN: JVLHQR. (In Russ.).
(15). Huang N., Shen Zh., Long S. [et al.]. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1998. Vol. 454. P. 903–995. DOI: 10.1098/rspa.1998.0193.
(16). Вознесенский А. С., Шестопалов М. Ю., Миненков Д. В. [и др.]. Частотно-временной анализ сигналов с использованием алгоритмов EMD, ITD и VMD // Инженерный вестник Дона. 2024. № 10 (118). С. 15–35. EDN: HSLXAC.
Voznesenskiy A. S., Shestopalov M. Yu., Minenkov D. V. [et al.]. Chastotno-vremennoy analiz signalov s ispol’zovaniyem algoritmov EMD, ITD i VMD [Time-frequency analysis of signals using EMD, ITD AND VMD algorithms]. Inzhenernyy vestnik Dona. Engineering Journal of Don. 2024. No. 10 (118). P. 15–35. EDN: HSLXAC. (In Russ.).
(17). Саксонов Е. А., Симонов С. Е., Городничев М. Г. Обзор методов обнаружения неисправностей синхронного электродвигателя с постоянными магнитами // Инженерный вестник Дона. 2023. № 4 (100). С. 8–38. EDN: ZAMMDU.
Saksonov E. A., Simonov S. E., Gorodnichev M. G. Obzor metodov obnaruzheniya neispravnostey sinkhronnogo elektrodvigatelya s postoyannymi magnitami [Review of methods for detecting faults in a permanent magnet synchronous motor]. Inzhenernyy vestnik Dona. Engineering Journal of Don. 2023. No. 4 (100). P. 8–38. EDN: ZAMMDU. (In Russ.).
(18). Загретдинов А. Р., Гапоненко С. О., Серов В. В. Концепция оценки технического состояния оборудования на основе HHT-преобразования виброакустических сигналов // Инженерный вестник Дона. 2015. № 3 (37). С. 16. EDN: VHSAHB.
Zagretdinov A. R., Gaponenko S. O., Serov V. V. Kontseptsiya otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya oborudovaniya na osnove HHT-preobrazovaniya vibroakusticheskikh signalov [The concept of evaluation technical condition with HHT-transform vibro-acoustic signals]. Inzhenernyy vestnik Dona. Engineering Journal of Don. 2015. No. 3 (37). P. 16. EDN: VHSAHB. (In Russ.).
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Non-exclusive rights to the article are transferred to the journal in full accordance with the Creative Commons License BY-NC-SA 4.0 «Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Worldwide License (CC BY-NC-SA 4.0»)
