WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Бурлий Владимир Васильевич

УДК 622.691.4.052.12

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ГАЗОТУРБИННОГО

ДВИГАТЕЛЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛИМИТИРУЮЩЕГО ЕГО РЕСУРС

ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013

Работа выполнена на кафедре «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина»

кандидат технических наук, доцент

Научный руководитель:

Пекин Сергей Сергеевич Захаров Михаил Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, профессор кафедры «Оборудования нефтегазопереработки»

Балицкий Феликс Янович кандидат технических наук, ФГБУН Институт машиноведения имени акад. А. А. Благонравова РАН, старший научный сотрудник ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Ведущее предприятие:

Защита состоится « » 2013 года в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.200.07 при РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина по адресу: 119991, г.

Москва, Ленинский проспект, 65, корп. 1, ауд. 612.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим направлять по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина.

Автореферат разослан «_»_ 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н. Гинзбург Эдуард Самуилович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Диссертационное исследование посвящено проблемам надежности нефтегазопромыслового оборудования. В частности рассматриваются вопросы определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газотурбинных двигателей промысловых газоперекачивающих агрегатов.

В связи с падением пластового давления на газовых и газоконденсатных месторождениях появилась необходимость повышения давления газа на газовых и газоконденсатных промыслах, в связи с чем возросла стоимость единицы добываемой продукции с вводом дожимных компрессорных станций на объектах добычи.

Это обусловлено высокой стоимостью технического обслуживания, ремонтов и диагностики этого оборудования. Очевидно, что научные исследования по повышению надежности этого вида оборудования позволяют получить ощутимый эффект, поэтому необходимо совершенствовать диагностику этого вида оборудования с целью повышения ее достоверности, что будет способствовать увеличению межремонтного периода и переходу к эксплуатации по фактическому техническому состоянию. Ввиду этого научные исследования в этом направлении приобретают все большую актуальность в связи со старением парка оборудования и продлением его ресурса. Поэтому рациональное сочетание технического обслуживания, ремонта и диагностики позволит существенно повысить технико-экономические показатели добычи.

Актуальность исследований в этом направлении также подтверждена включением темы в перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» и ООО «Газпром добыча Ямбург» в частности как крупнейшего предприятия, добывающего порядка половины газа в структуре ОАО «Газпром».

Цель исследования Целью диссертационного исследования является повышение достоверности определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса подшипниковых узлов газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов (ГТД ГПА).

Задачи исследования Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

провести статистический анализ основных дефектов газотурбинного двигателя «НК-16 СТ», выявить лимитирующие его ресурс элементы и определить типы их основных дефектов;

выявить типы закономерностей развития дефектов по изменению контролируемых параметров дефектных и отказавших подшипниковых узлов;

прогнозирования остаточного ресурса по подшипниковым узлам газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата;

экспериментально исследовать зависимость параметров вибрации подшипника от величины радиального биения, для чего создать стенды для контроля подшипников качения по величине радиального биения и параметрам вибрации;

по разработанной методике провести определение технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса промыслового газотурбинного двигателя.

Научная новизна работы:

газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата на основе оценки технического состояния подшипниковых узлов, основанная на выявлении типа закономерности развития дефекта.

Выявлено, что при росте коэффициентов, входящих в закономерность развития дефектов, имеющей вид экспоненциальной (дефект типа износ), и превышении величины суммы амплитуд виброускорения, взятого на трех первых гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, свыше 5,5 мм/с2, следует ожидать превращение дефекта типа износ в дефект типа появление трещины, скол, забоина или отслоения материалов контактирующих поверхностей с вероятностью более 95%. Также диагностическим признаком является ускоренный рост амплитуды виброускорения на второй гармонике частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника качения. Выявлено, что превышение частоты вращения ротора высокого давления сверх 6400 об/мин приводит к ускорению процессов изнашивания в подшипнике качения, т.е. это порог, при котором существуют условия для превращения дефекта типа износ в более опасные типы дефектов как трещина, скол или забоина.

скорости вращения ротора компрессора высокого давления, равной 7100 об/мин, получен аварийный порог для значений суммы амплитуд виброускорений, взятых по трем гармоникам частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника, равный 9,2 мм/с2.

Выведена зависимость для расчета коэффициента передачи вибрации от элементов, находящихся в проточной части двигателя, к датчику вибрации, установленному на корпусе.

Получены закономерности изменения коэффициента запаса прочности, величины эквивалентной деформации и долговечности от изменения величины радиального биения наружного кольцо переднего подшипника ротора компрессора высокого давления.

Основные защищаемые положения Методика прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата на основе оценки технического состояния лимитирующих его ресурс подшипниковых узлов.

Математические закономерности изменения параметров вибрации в зависимости от изменения геометрических характеристик подшипника.

Математические закономерности изменения величин эквивалентных напряжений и деформаций и долговечности в зависимости от изменения геометрических характеристик подшипника.

газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата, в действительные значения вибрации исследуемых узлов газотурбинного двигателя при помощи коэффициента передачи.

Способ определение опорных точек контролируемых параметров вибрации на основе установления взаимосвязей с имеющимися нормами геометрических отклонений подшипника, при достижении которых имеется возможность появления дефекта.

Практическая значимость исследования Основные положения разработанной методики определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата используются в ООО «Газпром добыча Ямбург».

Практическая значимость работы состоит в следующем:

При использовании метода на основе проведенного исследования увеличивается точность диагностики за счет сокращения количества типов возможных дефектов с 14 до 3 по имеющимся диагностическим признакам.

Выявлено, что дефекты подшипников качения составляют порядка 17 % от общего количества дефектов ГТД. Также выявлено, что среди дефектов подшипников наибольшую распространенность имеют дефекты типа износ (порядка 43 %).

Разработанная методика прогнозирования остаточного ресурса позволяет использовать существующие средства диагностики без их модернизации и закупки нового оборудования.

Получен прогнозируемый остаточный ресурс газотурбинного двигателя «НК-16СТ» - 52 700 часов.

Результаты диссертационного исследования используются для анализа технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газопромысловых газоперекачивающих агрегатов дожимных компрессорных станций Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Также на газовых промыслах используются созданные в ходе исследования стенды контроля подшипников качения.

Апробация работы Результаты исследований докладывались на: седьмой и восьмой всероссийских конференциях молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России “Новые технологии газовой промышленности» (2009, 2011), на 61, 62 межвузовских студенческих научных конференциях «Нефть и газ» (2007, 2008 год соответственно), на тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций» (2009 г.).

Публикации.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах (в том числе 2 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ), включая заявку на получение авторского свидетельства.

Структура и объём диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (169 наименований) и трех приложений. Содержание работы изложено на 138 страницах машинописного текста. Диссертация содержит таблиц, иллюстрирована 32 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности, необходимости методической разработки темы исследования, раскрывается степень ее проработанности, устанавливаются задачи, требующие дополнительных исследований.

В первой главе проведен анализ работ, связанных с оценкой виброактивности подшипников качения газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов, существующих способов определения их технического состояния, сформулированы цель и задачи исследования.

Задачи связанные с оценкой технического состояния подшипников качения рассматривались Д.Е. Бентли (США), Балицким Ф.Я, Соколовой А.Г., Барковым А.В., Барковой А.А., Крейном А.З., Ровинским В.Д., Смирновым В.А., Нееловым Ю.В., Фесенко С.С., Коротеевым П.С., Христензеном В.Л. и др. Следует отметить, что в этих исследованиях отмечается, что подшипники являются наиболее уязвимым звеном газоперекачивающего агрегата, в связи с чем их диагностика имеет важное значение для повышения эффективности эксплуатации.

При изучении работы подшипников качения методами вибродиагностики установлено, что при работе подшипников качения возникают характерные частоты (частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, частота перекатывания сепаратора, частота перекатывания тел качения), интенсивность которых используется для оценки технического состояния. Однако в тех случаях, когда дефекты находятся на ранней стадии развития, характерные подшипниковые частоты малы и закрываются в спектре роторными гармониками.

Основным способом выделения характерных подшипниковых частот является анализ огибающей, позволяющий выявить эти частоты и оценить их изменение во времени. Следует отметить, что, как правило, при наличии дефекта в подшипнике возникает несколько характерных частот, что затрудняет определение дефекта. Во всех работах, связанных с анализом вибрации подшипников диагностика опасности дефекта основана на оценке интенсивности подшипниковых частот. При этом критерии, используемые при оценке опасности вибрации, как правило, получены на основании статистики и не имеют научного обоснования. Проблемы, связанные с оценкой опасности вибрации подшипника качения кроме того связаны с тем, что каждый агрегат обладает индивидуальными свойствами, которые должны учитываться при оценке опасности дефекта.

Научно обоснованный подход к оценке опасности вибрации подшипников качения и прогнозирования остаточного ресурса должен основываться на определении напряженно-деформированного состояния, которое должно определяться с учетом основных сил, действующих на подшипник.

Наиболее существенный вклад в разработку способов прогнозирования остаточного ресурса был сделан Шнейдеровичем Р.М., Серенсеном С.В., Когаевым В.П., Гецовым Л.Б., Гинзбургом А.Е., Осасюком В.В., Олисовым А.Н., Волковым В.Д.

Предложенные ими способы прогнозирования остаточного ресурса предполагают вероятностную оценку изменения технического состояния по среднему значению от суммы коэффициентов запаса прочности элементов агрегата. Однако, такой подход не учитывает, что коэффициенты запаса прочности отдельных узлов могут быть ниже требования норм при среднем значении коэффициента запаса прочности выше установленных норм, что может вызвать отказ этих узлов, а, следовательно, и всего агрегата. Недостатком этих методов является то, что в каждом конкретном техническом состоянии необходимо проведение большого объема экспериментальных работ. Кроме того, надежность результатов прогноза зависит от длительности проведенных испытаний и степени обоснованности методик проводимых экстраполяции значений долговечности.

В результате проведенного анализа работ по определению технического состояния и прогнозированию остаточного ресурса установлено, что ресурс газотурбинных двигателей определяется ресурсом подшипника качения и определение ресурса должно быть связано с оценкой взаимосвязи параметров вибрации и напряженно-деформированного состояния.

В диссертации в качестве объекта исследования принят конвертированный авиационный двигатель «НК-16СТ», предназначенный для привода нагнетателя природного газа в составе газоперекачивающих агрегатов типа «ГПА-Ц-16», который является наиболее распространенным в газовой отрасли.

На основе анализа результатов исследований, выполненных различными авторами, определены цель и задачи исследования.

работоспособности подшипников качения. Хотя дефекты подшипников качения составляют 17% от общего числа дефектов, но 71% дефектов этого узла приводили к отказам этого узла и аварийной остановке этого агрегата.

характеристику вибрации подшипников. В работе предлагается это влияние учитывать с помощью коэффициента передачи. Необходимость получения коэффициента передачи обусловлена искажением энергии сигнала при прохождении различных сред. Сигнал от подшипника передается к датчику, проходя через опорный диск двигателя (рис.1) Рис. 1. Схема прохождения сигнала от подшипника к датчику.

Хкорп – расстояние от оси врещения до наружного кольца подшипника качения, Хкорп – расстояние от оси вращения до места установки датчика на опорном диске.

В результате проведенных исследований установлено, что основное влияние на искажение вибрации подшипника оказывают различные скорости распространения волн (с) в подшипнике и опорном диске.

При этом коэффициент передачи имеет вид:

где аподш, акорп – виброускорение на подшипнике и корпусе соответственно, мм/с2; подш – частота подшипника, об-1; xподш, хдатчика – удаление от оси вращения наружного кольца подшипника (диаметр наружного кольца подшипника качения) и установки датчика (диаметра корпуса газотурбинного двигателя); ссталь, саллюм – скорость распространения сигнала в подшипнике и корпусе газотурбинного двигателя.

В процессе исследований были выбраны каналы измерения сигналов, обеспечивающие минимальные погрешности и надежность работы.

В связи с тем, что подавляющее число разрушений подшипников качения происходило по наружному кольцу, в качестве диагностического параметра предложено использовать сумму амплитуд виброускорения первых трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, который отличается от широко используемого ранее среднеквадратичного значения виброускорения в диапазоне частот 10…10000 Гц поскольку оказывается более чувствительным к дефектам подшипника, так как в нем не учитываются роторные гармоники. Такой подход позволяет повысить точность диагностики на ранних стадиях развития дефекта.

В связи с тем, что изменение выбранного диагностического параметра во времени зависит от типа дефекта, в работе были установлены законы изменения вибрации во времени (таб. 1).

В отличие от известного в настоящее время экспоненциального изменения вибрации при износе при других дефектах характер изменения вибрации во времени резко меняется. Этот факт может быть полезен при диагностике дефектов подшипников качения. Более того, установлено, что вместо рекомендуемых в литературе 14 видов дефектов подшипников качения реальное техническое состояние подшипника определяется четырьмя дефектами. Это значительно упрощает диагностику подшипников качения.

Тип закономерности полости подшипника;

нарушение крепления Логарифмического (Заедание тел качения;

Экспоненциального (Износ подшипников (Появление трещины, раковины и забоины;

В результате проведенных исследований установлено, что износ подшипников качения составляет 45 процентов от общего числа дефектов. Износ элементов подшипника приводит к росту величины радиального биения, которое может привести к отказу этого узла.

Замена подшипников является очень трудоемкой и сопровождается необходимостью разборки ротора при помощи специальных приспособлений, а также его обратную сборку и установку, которая должна быть проведена с соблюдением необходимых допусков и посадок.

Для разработки методики расчета работоспособности и прогнозирования остаточного ресурса необходимо оценить зависимость изменения суммы амплитуд виброускорений трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника от частоты вращения ротора и времени. Например, зависимость изменения суммы амплитуд виброускорений трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника от частоты вращения ротора компрессора высокого давления (ротора КВД) двигателя «НК-16СТ» (рис.3) при наличии дефекта типа износ. Эта зависимость аппроксимируется уравнением (формула 2) Рис.3. Зависимость изменения суммы виброускорений по трем гармоникам от частоты вращения ротора компрессора высокого давления.

Здесь ось у – значение виброускорения, мм/с2; ось х – частота вращения ротора На рисунке 4 показана зависимость суммы виброускорений по трем гармоникам частоты перекатывания тел качения по наружнему кольцу от наработки и прогнозирование по ней.

Рис.4. Прогнозирование максимально допустимого значения суммы амплитуд виброускорений взятого по трем гармоникам в зависимости от наработки.

Здесь у – значение виброускорения, мм/с2; х – наработка, в часах.

Эта зависимость аппроксимируется уравнением 3, вид которой характерен для дефекта типа износ:

Поскольку показатель степени мал, то скорость износа мала и дефект находится на начальной стадии развития. Полученные уравнения 2 и 3 характеризуют текущее работоспособности и прогнозирования ресурса.

Таким образом, на основе проведенных исследований:

При измерении параметров вибрации подшипников ГТД ГПА необходимо учитывать влияние элементов, искажающих возникающие сигналы.

В качестве диагностического параметра следует использовать сумму амплитуд виброускорения трех первых гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, что позволит повысить точность диагноза дефекта, особенно на ранней стадии развития.

Установлено, что большинство дефектов, возникающих в подшипниках качения ГТД ГПА могут быть объединены в группы, каждая из которых имеет различный вид распределения вибрации по времени. Это позволяет упростить диагностику подшипников.

диагностического параметра от числа оборотов и времени. В третьей главе необходимо установить взаимосвязь диагностического параметра и напряженно-деформированного состояния подшипника, и определить допустимое и аварийное значения диагностического параметра.

В третьей главе проведено экспериментальное исследование для выявления функциональных зависимостей между параметрами вибрации, величинами эквивалентных напряжений и деформаций, долговечностью и величиной радиального биения. Базовыми значениями для проведения эксперимента явились нормативные значения геометрических характеристик подшипниковых узлов, указанные в ГОСТ 520Для реализации поставленных целей спроектированы стенды для контроля подшипников качения по величине радиального биения и по параметрам вибрации (рис.4,5).

Рис.4. Схема испытательного стенда Рис. 5. Схема испытательного стенда №2 для №1 для замера величин радиальных замера параметров вибрации подшипника 1 – индикатор часового типа; 2 – – испытываемый подшипник; 4 – привод; 5 подшипник качений; 3 – шпилька, планка нажимная с антифрикционными гайки и шайба; 4 – шайба под контактными поверхностями; 6 - нажимная внутреннее кольцо; 5 – планшайба; 6 – гайка; 7 – шайбы; 8 – прижимной стакан; 9 – Для ускорения процесса развития дефекта подшипника качения типа износ в смазку подшипника добавлены абразивные частицы. Сделан состав абразивной смазки из смазки и песка в соотношении 2:1.

Были выбраны 3 подшипника, после чего были последовательно наполнены смазкой. На стенде №1 проводился замер величины радиального биения, на стенде № замер выбранных контролируемых параметров вибрации. На стенде №2 были созданы реальные условия эксплуатации подшипника – с заданием максимально допустимой величины дисбаланса и приложением нагрузки путем затяжки гайки 4 моментным ключом и приложением радиальной нагрузки путем установки упора к приводному валу.

Замеры среднеквадратического значения виброускорения проводились на заполненном песком подшипнике до достижения следующих величин 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 мм/с2, после чего исследуемый подшипник снимался со стенда №2, очищался и устанавливался на стенд №1, на котором проводился замер величины радиального биения. Затем очищенный от смазки с песком подшипник устанавливался на стенд №2 для замера суммарного значения амплитуд виброускорения, взятых на каждой из трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу.

Экспериментальные исследования показывают, что при приближении величины радиального биения к норме 0,02 мм, установленной в ГОСТ 520-2002, происходит рост амплитуды виброускорения на второй гармонике частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника. Рост амплитуд виброускорения на первой и второй гармониках происходит одинаково. Также в ходе эксперимента установлено, что при этом изменяется вид математической зависимости параметров вибрации от величины радиального биения, в частности изменяется показатель степени экспоненты - от 25 до 64. Это свидетельствует об увеличении скорости износа, когда величина радиального биения становится близка к 0,02 мм.

На рисунке 6 показана закономерность изменения суммы амплитуд виброускорения, взятых по каждой из трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника, в зависимости от изменения величины радиального биения. Нормативному значению, равному 0,02 мм, соответствует величина суммы амплитуд виброускорения, взятых по каждой из трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу составляет 5,5 мм/с2.

Для контроля достоверности полученных закономерностей полученные точки последовательно аппроксимированы различными законами распределения, а затем провести сравнение величин достоверностей аппроксимации R2. Полученные точки Величина достоверности аппроксимации R2 составляет более 0,95. Аппроксимация полученных точек другими типами законов распределения позволяет получить максимальное значение достоверности аппроксимации R2, равную 0,79 (степенной закон распределения). Разброс выборки составил 0,217.

Рис. 6. Зависимость суммы амплитуд виброускорения, взятого по каждой из трех гармоник частоты перекатывания по наружнему кольцу подшипника, от изменения Зеленым цветом показан график изменения параметров вибрации от величины радиального биения до достижения нормативного значения радиального биения, предложено характеризовать техническое состояние агрегата: «Отлично», «Хорошо», «Допустимо», «Требует принятия мер», «Недопустимо».

соответствующих параметров дефектов. Геометрические параметры дефекта получены в рамках проведенного экспериментального исследования.

На основании данных расчета напряженно-деформированного состояния определены закономерности изменения значений коэффициента запаса прочности и значений максимальных эквивалентных деформаций в зависимости от нагрузки (рис.7,8).

Запас прочности Рис.7. Зависимость изменения запаса Рис.8. Зависимость изменения величин прочности в зависимости от величины эквивалентной деформации в зависимости На рисунке 9 показана зависимость долговечности работы подшипника от величины радиального биения его наружного кольца.

Рис.9. Зависимость долговечности работы подшипника от величины радиального четырех уравнений для описания взаимосвязей:

частоты перекатывания тел качения по наружнему кольцу подшипника, величиной радиального биения;

На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных в третьей главе, сформулированы следующие выводы:

Выявлено, что при росте коэффициентов, входящих в закономерность развития дефектов, имеющей вид экспоненциальной (дефект типа «износ»), и превышении величины суммы амплитуд виброускорения, взятых на трех первых гармониках частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, свыше 5,5 мм/с2, следует ожидать превращение дефекта типа «износ» в дефект типа «трещина», «скол», рассматриваемом случае величина аварийного значения диагностического параметра составляет 9,2 мм/с2.

характеризующего развитие дефектов, количественно увеличивается величина суммы амплитуд виброускорения, взятых на трех первых гармониках частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, то есть выбранный диагностический параметр может использоваться для оценки работоспособности и остаточного ресурса подшипников качения.

Показано, что при оценке технического состояния подшипника помимо коэффициента запаса прочности необходимо учитывать величину максимальной эквивалентной деформации, поскольку, резкое увеличение деформации, хотя, и не приводит к пластическому деформированию, но вызывает охрупчивание материала и способствует образованию дефектов типа «трещина».

В четвертой главе представлен расчет остаточного ресурса переднего подшипника компрессора высокого давления ГТД, который имеет наработку после капитального ремонта более 10000 часов.

прогнозирования остаточного ресурса проведен анализ помехоустойчивости каналов измерения контролируемых параметров и выявлено, что канал измерения вибрации в помехоустойчив для двигателей НК-16СТ, что и определило его использование.

После выборки значений суммы амплитуд виброускорений взятых на трех гармониках частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу с учетом коэффициента передачи получена графическая зависимость изменения контролируемого параметра вибрации от частоты вращения ротора компрессора высокого давления (рис.10).

Рис. 10. Зависимость значений сумм амплитуд виброускорений взятых на каждой из трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу с учетом коэффициента передачи от изменения частоты вращения ротора высокого давления.

При скоростях вращении ротора компрессора высокого давления свыше об/мин величина суммы амплитуд виброускорения частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу исследуемого подшипника составляет более 5,2 мм/с2. Как показало экспериментальное исследование, на спектре сигнала сумма гармоник не должна превышать 5,5 мм/с2, поскольку при этом значении величина радиального биения наружного кольца подшипника качения становится равной максимально допустимому нормативному значению, указанному в ГОСТ 520-2002. Таким образом, частота вращения ротора компрессора высокого давления, равная 6460 об/мин является порогом эксплуатации, после которого начинается ускорение процессов изнашивания в подшипнике качения, т.е. это порог, при котором существуют условия для превращение дефекта типа «износ» в дефект типа «трещина», «забоина» или «скол». Поэтому, установленную заводом изготовителем предельно допустимую частоту вращения этого ротора, равную 7100 об/мин, примем за частоту, при которой скорость износа станет разрушительной для подшипника. Если по полученным графическим зависимостям и их описывающим закономерностям провести прогнозирование, продлив полученный тренд и опустив перпендикуляр к нему от отметки в 7100 об/мин, а затем перпендикуляр к оси параметров вибрации, то получим аварийный порог значений суммы амплитуд виброускорения, взятых по трем гармоникам частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника, равный 9,2 мм/с2, при установленной изготовителем максимально-допустимой скорости вращения ротора компрессора высокого давления, равной 7100 об/мин.

С целью определения закономерности развития дефекта необходимо проследить, как изменялись амплитуды виброускорения гармонических составляющих частоты перекатывания тел качения по наружному и их суммарная составляющая, взятые на спектре сигнала, на схожих режимах эксплуатации при одинаковых частотах вращения ротора компрессора высокого давления, равных 6460 оборотов, при увеличении наработки с учетом коэффициента передачи. Проводя графическое прогнозирование по полученной графической зависимости параметров вибрации от наработки, получим остаточный ресурс газотурбинного двигателя по переднему подшипнику ротора высокого давления 52 700 часов (рис.11).

Рис. 11. Графическое прогнозирование остаточного ресурса подшипника качения по изменению суммы амплитуд виброускорения по трем гармоникам в зависимости от С учетом полученных в результате экспериментов уравнений получим систему из шести закономерностей для определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата по лимитирующему его эксплуатацию подшипниковому узлу:

В результате исследования было выявлено, как изменяются коэффициенты, входящие в экспоненциальную зависимость, в зависимости от наработки. Коэффициент, стоящий перед экспонентой в функции изменялся в пределах от 5,2347 до 5,4377.

Однако, как показало экспериментальное исследование, в случае отклонений в условиях эксплуатации, например засорении смазки и повышенном износе может измениться вид математической зависимости. Поэтому полученная закономерность развития дефектов может быть использована только для прогнозирования остаточного ресурса подшипникового узла при сохранении текущих условий эксплуатации для описания текущих процессов выработки (износа) элементов газотурбинного двигателя.

По выявленной в результате экспериментального исследования графической зависимости параметров вибрации от величины радиального биения (рис.6) определим, что текущей величине суммы амплитуд виброускорения на трех гармониках частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника равной 5,206 мм/с соответствует величина радиального биения 0,0178 мм (нормативное значение 0,02 мм согласно ГОСТ 520-2002). По уравнениям полученной системы определим, что этой величине соответствует эквивалентная деформация равная 0,00172 м и коэффициент запаса прочности 2,68, чему соответствует техническое состояние «Хорошо».

Остаточный ресурс подшипника для данного технического состояния более часов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выявлено, что дефекты подшипников качения составляют 17 % от общего количества, из которых порядка 71 % приводит к росту вибрационной активности агрегата и преждевременному отказу узла. Исходя из анализа отказов подшипников качения выявлено, что порядка 45 % случаев перехода в неработоспособное состояние подшипников качения происходит по причине появления дефектов наружного кольца подшипника, связанных с износом.

зависимости от наработки для следующих типов дефектов:

- нарушение герметичности, нарушение крепления подшипника линейного вида;

- износ элементов подшипника - экспоненциального вида;

- рост трещины, раковины или забоины; нарушение смазки;

появление сколов - степенного вида.

Установлено, что первые три гармоники частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу на спектре огибающей позволяют отслеживать изменение характеристик дефекта. Предложено использовать сумму амплитуд трех этих гармоник для оценки работоспособности и остаточного ресурса подшипников.

Получена математическая модель для связи параметров вибрации подшипника, величины радиального биения и напряженно-деформированного состояния. Экспериментальные и опытно-промышленные исследования показали адекватность полученной математической модели в лабораторных и промысловых условиях.

Выявлено, что при величине радиального биения в 0,02 мм соответствует уровень диагностического параметра, равный 5,5 мм/с2. Значение аварийного порога диагностического параметра составило 9,2 мм/с2.

Разработанная методика оценки работоспособности и остаточного ресурса подшипника качения ГТД ГПА позволяет устанавливать зависимости между параметрами вибрации, наработки, величиной радиального биения и напряженнодеформированным состоянием. Опытно-промышленное применение методики на Ямбургском нефтегазоконденсатном месторождении подтвердило возможность ее распространения не только на газотурбинных двигателях марки «НК-16 СТ», но также на агрегатах типа «ДГ-90».

На основании полученной математической модели проведена оценка технического состояния и остаточного ресурса подшипника качения промыслового ГТД ГПА: техническое состояние является «Хорошим», его остаточный ресурс составляет 52 700 часов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ

РАБОТАХ

1. Бурлий В.В. Применение газотурбинных двигателей в качестве приводов нефтегазового оборудования // «Бурение и нефть», №06, Июнь 2007;

газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов // Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина. 2010. №2.

Бурлий В.В. Седьмая Всероссийская конференция молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России “Новые технологии газовой промышленности» Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина 2009г., 6-9 октября 2009г. – Тезисы.

Бурлий В.В. Восьмая Всероссийская конференция молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России “Новые технологии газовой промышленности» Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина 2009г., 6-9 октября 2009г. – Тезисы.

Бурлий В.В. XXXII Самарская областная студенческая научная конференция.

Часть 1. Общественные, естественные и технические науки Самара, Самарский государственный аэрокосмический университет, 18-28 апреля 2006г. – Тезисы.

Бурлий В.В. Студенческая научная конференция «Нефть и газ - 2007».

Секция «Инженерная и прикладная механика нефтегазового комплекса» Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 10-13 апреля 2007г. – Тезисы.

Бурлий В.В. Студенческая научная конференция «Нефть и газ - 2008».

Секция «Инженерная и прикладная механика нефтегазового комплекса» Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 10-13 апреля 2008г. – Тезисы.

Бурлий В.В. Студенческая научная конференция «Молчановские чтения Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, кафедра «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», 10 марта 2008г. – Тезисы.

Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций:

Материалы XXVIII тематического семинара. Жуков И.Е., Спиридонов Д.А., Зинин В.А., Бурлий В.В. (ООО «Газпром добыча Ямбург»). Прогнозирование остаточного ресурса подшипников качения ГТД ГПА, эксплуатируемых в условиях заполярных месторождений. Стр.12-18. (г. Геленджик, 12-16 октября 2009 г.): В 2 т. – Т. 2. – М.:

ООО «Газпром экспо». 2010 г.

10. Заявление о выдаче патента Российской Федерации «Способ контроля технического состояния роторных агрегатов». Регистрационный номер 2011145366. Дата 09.11.2011 г. Количество листов – 17.

Подписано в печать: 14.05. Отпечатано в типографии «Реглет»

119526, г. Москва, Страстной бульвар, д. 6, стр. (495) 978-43-34; www.reglet.ru

 


Похожие работы:

«Макаревский Андрей Сергеевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА САЖЕСОБРАЗОВАНИЯ И СНИЖЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ПРИ НАБРОСЕ НАГРУЗКИ ДИЗЕЛЯ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.02 - тепловые двигатели Москва - 2007 г. Работа выполнена на кафедре комбинированных двигателей внутреннего сгорания инженерного факультета Российского Университета Дружбы Народов Научный руководитель...»

«БУРДЫГИНА ЕКАТЕРИНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Машиностроение в нефтеперерабатывающей отрасли) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа - 2003 2 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Байков Игорь...»

«Солис Пинарготе Нестор Вашингтон РАЗРАБОТКА НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ C ПРИМЕНЕНИЕМ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО ВИБРАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ Специальность: 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструмент инженерного факультета Российского университета дружбы...»

«Тихомиров Станислав Александрович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород 2014 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель : доктор...»

«Кондрашов Алексей Геннадьевич ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ФАСОК НА ТОРЦАХ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА ОСНОВЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗУБОФАСОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Набережные Челны - 2008 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения, металлорежущие станки и...»

«ЯНТУРИН РУСЛАН АЛЬФРЕДОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТОВ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНОВОК НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ БЕЗОРИЕНТИРОВАННОГО БУРЕНИЯ Специальность 05.02.13 – “Машины, агрегаты и процессы” (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук УФА - 2005 Работа выполнена на кафедре нефтегазопромыслового оборудования Уфимского государственного нефтяного технического университета. Научный руководитель доктор...»

«Шилин Максим Андреевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТУПЕНЕЙ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Брянский государственный технический...»

«Копанева Ирина Николаевна МОНИТОРИНГ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛОГИКИ АНТОНИМОВ Специальность 05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2002 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, В.Н. Тисенко Официальные оппоненты : доктор технических...»

«КАЗАЧЕК Семен Викторович НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ АКУСТОУПРУГОСТИ 05.02.11 – Методы контроля и диагностика в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Нижегородском филиале Учреждения Российской Академии наук Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН и в ООО Инженерная фирма ИНКОТЕС. Научный руководитель : доктор технических...»

«Никитин Сергей Васильевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК И СНИЖЕНИЯ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ ЦЕПНЫХ КОНВЕЙЕРОВ Специальность: 05.05.04 Дорожные, строительные машины и подъемно – транспортные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт–Петербург 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический...»

«Аронсон Константин Эрленович РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК В СОСТАВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ТЭС 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Екатеринбург 2008 Работа выполнена на кафедрах Турбины и двигатели и Тепловые электрические...»

«МАРТЫНОВА ТАТЬЯНА ГЕННАДЬЕВНА РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.02.18 – теория механизмов и машин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск, 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет Научный руководитель : Подгорный...»

«ГЛУХОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ СНИЖЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ 2Ч 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА МЕТАНОЛЕ С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук профессор Лиханов Виталий Анатольевич Официальные оппоненты...»

«Бессуднов Иван Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинский государственный авиационный технический...»

«Рожкова Елена Александровна ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ НЕРАЗБОРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С РАВНООСНЫМ КОНТУРОМ С НАТЯГОМ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чита – 2014 2 Работа выполнена в Забайкальском институте железнодорожного транспорта филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального...»

«МАКСИМОВА МАРИНА ИВАНОВНА РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ В КАНАВКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СБОРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«БАХОНИН АЛЕКСЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Специальность 05.02.13 машины, агрегаты и процессы (машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук У ф а 2003 2 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук,...»

«Чупин Павел Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ВНЕШНЕГО ТЕПЛООБМЕНА ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН, ОСНОВАННОГО НА РЕШЕНИИ ОСРЕДНЕННЫХ УРАВНЕНИЙ НАВЬЕ-СТОКСА И МОДЕЛИ ЛАМИНАРНОТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2010 Работа выполнена в Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального...»

«АЛТУНИН ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООТДАЧИ К УГЛЕВОДОРОДНЫМ ГОРЮЧИМ И ОХЛАДИТЕЛЯМ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Специальность: 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Казань – Работа выполнена на кафедре Конструкции, проектирования и эксплуатации артиллерийских орудий и...»

«ИНОЗЕМЦЕВ Алексей Владимирович ПРОЦЕССЫ ФРАГМЕНТАЦИИ, ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И РАСПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ: ТИТАН – ОРТОРОМБИЧЕСКИЙ АЛЮМИНИД ТИТАНА И МЕДЬ – ТАНТАЛ 05.16.01 – металловедение и термическая обработка металлов и сплавов 05.02.10 – сварка, родственные процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.