Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Вибрационная диагностика газоперекачивающих агрегатов судового типа с использованием режимных параметров

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Егоров, Сергей Иванович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Техническая диагностика газотранспортного оборудования 8 компрессорных станций

1.1. Состояние и перспективы развития газотранспортного оборудо- 8 вания компрессорных станций магистральных газопроводов

1.2. Техническая диагностика газоперекачивающих агрегатов

1.3. Современное состояние вопроса исследования вибрации 24 оборудования

1.4. Основные направления развития систем вибродиагностики

1.5. Аппаратная база для решения задачи комплексного диагности- 42 рования газоперекачивающего агрегата судового типа

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

2.1. Особенности газоперекачивающего агрегата с судовым приво- 47 дом как объекта диагностирования

2.2. Описание объекта диагностирования

2.3. Статистический анализ взаимосвязей между группами 57 режимных и вибрационных параметров

2.3.1. Корреляционный анализ данных внутри групп

2.3.2. Регрессионный анализ вибрационных данных как функций 68 режимных параметров

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА СИСТЕМЫ ВИБРАЦИ- 73 ОННОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ АГРЕГАТОВ СУДОВОГО ТИПА

3.1. Методы вибрационной диагностики подшипников качения

3.2. Обоснование перспективности использования температур на 78 сливах подшипниковых опор для целей технической диагностики

3.3. Разработка метода мониторинга подшипников двигателей

ДГ90Л2 по температурам масла - смазки

3.4. Коррелирование вибрационных параметров и диагностического признака приведенного перепада температур масла-смазки подшипниковых опор

ГЛАВА 4. ВНЕДРЕНИЕ И ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

4.1. Практическое использование различных видов данных при диагностировании процесса разрушения камер сгорания двигателей ДГ90Л

4.2. Практическое использование различных видов данных при диагностировании тепловой деформации корпуса двигателя ДГ90 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Вибрационная диагностика газоперекачивающих агрегатов судового типа с использованием режимных параметров"

Диагностирование газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и непрерывный контроль их технического состояния (ТС) в процессе эксплуатации является важным звеном в обеспечении требуемой надежности основного оборудования компрессорных станций (КС) [1].

Внедрение методов и средств технической диагностики позволяет снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт газотранспортного оборудования, увеличить его моторесурс, сократить топливно-энергетические затраты на транспорт газа.

В условиях длительного непрерывного производства и интенсивного старения оборудования при ограниченности возможных инвестиций применение технической диагностики становится наиболее кардинальным средством, обеспечивающим экономичность, эффективность и надежность работы оборудования магистральных газопроводов (МГ), позволяет осуществить переход от традиционной системы эксплуатации к ресурсосберегающей системе эксплуатации по техническому состоянию (рис. 1) [16]. Такая эксплуатация предусматривает оптимизацию ремонтно-технического обслуживания и управления технологическим процессом работы оборудования на основе фактических характеристик каждой единицы оборудования.

Необходимость внедрения методов и средств технической диагностики неразрывно связано с решением таких ключевых проблем как повышение качественного уровня газотранспортного оборудования, сокращение сроков его освоения, затрат на эксплуатацию газопроводов, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов, повышение эффективности и надежности функционирования газотранспортной системы [16].

При этом максимальный эффект достигается, если диагностирование распространяется на весь жизненный цикл элементов газотранспортной системы в целом: предпроектное прогнозирование, предэксплуатационное диагностирование, диагностирование в процессе эксплуатации и ремонта.

Перехода

И<сплуатаци5 учетом Состояния

JL

Снижение затрат на Tev'Htt'ifcCKoe пбглужнваныеч л р?ыпнтна ИГ*ш»нн» flpcynr.» в гртн+и и л id К

Прорсд-^нис технического обс^уМ'ИН^НИЯ И IN.IILUM u РЕМОНТ II СРОКИ

ИНДНИИ ДЧ/ИЛ I, I ПИСАЛИ кл.идпй единиц 1,1 лГ>п|1удлГ1,1Ник ь сьатвгтетьин с иго тьуслстояниеи по результатам диагностирована

Проезде иле технического обслуживания и еывсд в ремонт е строг установленные регламентом сроки

Ге м о н тн о -тех н ич е.ское обслужи ванне

Снижение затрат гдза -I?. ГОЙГТВРНН»1Р чужды ч,\ «-10% jlL

Расчет режимое по индивидуал ычым фактическим характеристикам оборудование определяемые результатами диагностировачич

Расчет режимое по усредненным харакгеристжам оборудования (постоянные во времени)

Управление технологическим процессам

Эксплуатация традиционная

Рис.1. Характеристики новой ресурсосберегающей системы эксплуатации газотранспортного оборудования с учетом фактического технического состояния.

Такой подход, положенный в основу технической политики ОАО «Газпром», позволяет:

• на основе накопленного опыта эксплуатации газопроводов и диагностических систем формировать в процессе предпроектного прогнозирования исходные требования на основное оборудование, технологическое оборудование, трубопроводы, предусматривающие при их реализации соответствие качества мировому уровню на период начала их эксплуатации;

• внедряя диагностирование в стадиях проектирования и изготовления обеспечить соответствие фактических характеристик значениям, оговоренных в исходных требованиях. Дальнейшее диагностирование в процессе строительства и монтажа трубопроводов и оборудования призвано не допустить отклонений от заявленных требований;

• изучить объект в процессе приемочных испытаний, ориентируясь на выявление возможных скрытых дефектов на самой ранней стадии, не допуская их проявления в процессе эксплуатации;

• обеспечить, путем своевременного проведения технического обслуживания, максимально возможное поддержание исходных характеристик в период до ремонта;

• обеспечить восстановление технического состояния оборудования и трубопроводов в процессе ремонта за счет широкого использования диагностической техники при пооперационном контроле.

К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт разработки и внедрения методов диагностики ГПА. Однако нельзя не отметить, что различные типы ГПА требуют, как правило, разработки своих систем диагностики. Это объясняется целым рядом факторов: особенностями конструкции, различием рабочих процессов эксплуатации, систем технического обслуживания и ремонта и т.д. Наименее исследованным объектом диагностирования являются судовые ГПА. При этом следует отметить, что перенос методов диагностики, разработанных для судовых газотурбинных установок (ГТУ) и используемых на транспорте на ГПА с судовым приводом оказался невозможным в силу целого ряда особенностей их эксплуатации на КС (см. раздел 2.1).

В онлайновых системах технической диагностики сложных роторных машин основным источником информации являются вибрационные параметры. Однако использование только виброинформации во многих случаях не обеспечивает высокую достоверность диагнозов. В качестве подтверждающей информации необходимо использовать другие независимые виды данных (режимные параметры, трибологические данные и т.д).

В настоящей работе проведено исследование возможности создания эффективной системы диагностирования подшипников конвертированных двигателей судового типа с использованием двух независимых видов входных данных:

- виброинформации;

- перепадов температур масла- смазки в подшипниковых опорах. Работа проводилась в соответствии с тематикой научно - исследовательских работ кафедры термодинамики и тепловых двигателей РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина и направлена на реализацию:

1. Постановления Правительства Российской Федерации № 241 от 28.03.02.

2. Концепции научно-технической политики РАО "Газпром" до 2015 года.

3. Перечня приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2002-2006 гг, утвержденного Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером.

4. Решения заседаний НТС ОАО "Газпром" секции "Диагностика оборудования объектов газовой промышленности", утвержденного Заместителем Председателя Правления ОАО "Газпром" А.Г. Ананенковым 12.08.02.

5. Целевой комплексной программы по созданию отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций РАО «Газпром», утвержденной Председателем Правления РАО «Газпром» Р.И. Вяхиревым 13.02.97.

6. Решений международных тематических семинаров "Диагностика оборудования и трубопроводов КС".

7. Решений международных конференций "Энергодиагностика и Condition monitoring".

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Егоров, Сергей Иванович

1. Проведенное исследование показало возможность создания эффективной системы диагностирования подшипников конвертированных двигателей судового типа с использованием двух независимых видов входных данных: виброинформации и перепадов температур масла-смазки в подшипниковых опорах.2. Разработана диагностическая модель онлайнового контроля агрегатов с судовым приводом ГПА-Ц16С.

3. Проведенный статистический анализ взаимосвязей между режимными и вибрационными параметрами показал, что заметная часть общего уровня вибрации обусловлена составляющими, отличными от первых гармоник (резонансные и комбинационные составляющие).4. Сформулирована и обоснована концепция «событий», согласно которой газотурбинный двигатель в процессе эксплуатации может переходить из одного исправного технического состояния в другое исправное техническое состояние, причем эти состояния могут давать разные диагностические отклики (температура масла-смазки, вибрация и т.д.).5. Разработан метод мониторинга технического состояния подшипников качения для конвертированных газотурбинных двигателей с использованием приведенных перепадов температур масла-смазки на входах-выходах опор подшипников.6. Разработанный программный комплекс апробирован и внедряется в рамках автоматизированной системы диагностики компрессорного оборудования в составе АСУ ТП КС.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Егоров, Сергей Иванович, Москва

1. Автоматизированная система вибромониторинга и диагностики энергомеханического оборудования /С.П.Зарицкий, Ю.В.Галицкий, А.Н.Стрельченко и др./ Сб. трудов Третьего Международного Конгресса Защита.- М.: ИРЦ Газпром, 1998, с. 8 - 13.

2. Васильев Ю.Н., Бесклетный М.Е., Игуменцев Е.А.- Вибрационный контроль технического состояния газотурбинных газоперекачивающих агрегатов.- М.: Недра, 1987.- 197 с.

3. Вибрационная диагностика подшипников авиационного двигателя. Адаменко В.А., Жеманюк П.Д., Карасев В.А., Потапов И.А. Современные технологии автоматизации, №1, 1998.

4. ГОСТ Р ИСО 10816-4-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 4. Газотурбинные установки М.:ИПК Издательство стандартов, 2000.

5. ГОСТ Р ИСО 10817-1-99. Вибрация. Системы измерений вибрации вращающихся валов. Часть 1. Устройства для снятия сигналов относительной и абсолютной вибрации- М.: ИПК Издательство стандартов, 2000.

6. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для втузов. Изд. 5-е, перераб. и доп.- М.: «Высшая школа», 1977.-479 с.

7. Дедешко В.Н. Комплексная диагностика и ремонт газопроводов -основа повышения надежности ЕСГ России. Одинадцатая международная деловая встречам «Диагностика 2001». Пленарные доклады,- М.: ООО «ИРЦ Газпром»,2001, том 1. с. 9 20.

8. Зарицкий С.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом: Дис. . докт. техн. наук.- Москва, 1988. 267 с.15.3арицкий С.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом.- М.: НедраД987. 198 с.

9. Зарицкий С.П. Диагностическое обслуживание оборудования КС-М.ЮОО «ИРЦ Газпром». Обз. инф. Газовая промышленность на рубеже 21 века. 2000. 155 с.

10. Зарицкий С.П., Лопатин А.С. Подготовка специалистов в области технической диагностики оборудования газотранспортных систем.- М.: ИРЦ Газпром. НТС "Диагностика оборудования и трубопроводов", № 6, 1995, с. 20-23.

11. Козаченко А.Н., Никишин В.И., Поршаков Б.П. Энергетика трубопроводного транспорта газов: Учебное пособие.- М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. -400 с.

12. Концепция научно-технической политики РАО "Газпром" до 2015 года. Седых А.Д., Вольский Э.Л., Авдеев Я.И.- В кн.: Седьмая международная деловая встреча "Диагностика-97" (том 1, пленарные доклады).- М.: ИРЦ Газпром, 1997, с. 19 24.

13. Лопатин А.С. Научные основы создания системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций. Дис. . докт. техн. наук.- М., 1998. 314 с.

14. Лопатин А.С. Разработка методов термогазодинамитческой диагностики газотурбинных газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов: Дис. . канд. техн. наук.- М., 1984. 197 с.

15. Лопатин А.С. Техническая диагностика оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов: учебное пособие РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 1999. - 56 с.

16. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В.Клюев, Ф.Р.Соснин, В.Н.Филинов и др.- М.: Машиностроение, 1995. 488 с.

17. Об эффективности использования стационарных систем диагностики ГПА/ Зарицкий С.П., Усошин В.А., Чарный Ю.С., Вертепов А.Г.- М.: ИРЦ Газпром. НТС "Диагностика оборудования и трубопроводов", № 3, 1997, с. 5- 19.

18. Перель Л.Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание опор. Справочник.-М.: Машиностроение, 1983. 543 с.

19. Перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2002-2006 гг.- М.: ИРЦ Газпром, 2002. 14 с.

20. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки: Учебн. для вузов.- М.: Недра, 1992. -216 с.

21. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки для транспорта газа и бурения скважин.-М.: Недра, 1982. 184 с.

22. Проблемы реконструкции газотранспортных систем/ Поршаков Б.П., Лопатин А.С., Козаченко А.Н., Никишин В.И.- М.: ИРЦ Газпром. НТС "Диагностика оборудования и трубопроводов", № 4 6, 1996, с. 43 - 50.

23. Рафиков Л.Г., Иванов В.А. Эксплуатация газокомпрессорного оборудования КС.- М.: Недра, 1992. 237 с.

24. Ревзин Б.С., Ларионов И.Д. Газотурбинные установки с нагнетателями для транспорта газа: Справ, пособие.- М.: Недра, 1991. 216 с.

25. Седых З.С. Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом: Справ, пособие.- М.: Недра. 203 с.

26. Семичастнов В.Г. Разработка методов автоматизированного диагностирования электроприводного газоперекачивающего агрегата с учетом переходных процессов. Дис. . канд. тех. наук.- М., 2000. 136 с.

27. Справочник по теории вероятности и математической статистики. В.С.Королюк, Н.И.Портенко, А.В.Скороход, А.Ф.Турбин.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 640 с.

28. Типовые технические требования к системам технической диагностики оборудования компрессорных цехов ОАО «Газпром».-М.: ИРЦ Газпром, 1999. 38 с.

29. Толстов А.Г. Информатика систем вибрационной диагностики (ИТЦ «Оргтехдиагностика»).- М.: ИРЦ Газпром, 1997, часть 1, 2. 79 с.

30. Усошин В.А. Комплексное диагностическое обеспечение газотранспортных предприятий РАО "Газпром". Дис. . канд. тех. наук.- М., 1997. 148 с.

31. Формирование единой отраслевой системы диагностического обслуживания (ОСДО) РАО "ГАЗПРОМ"/ Ремизов В.В., Седых А.Д., Зарицкий С.П., Лопатин А.С., Броновец М.А.- М.: ИРЦ Газпром. НТС "Диагностика оборудования и трубопроводов", № 4 6, 1996, с. 7 - 22.

32. Целевая комплексная программа по созданию отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций РАО «Газпром» (до 2000 г.). Ремизов В.В., Зарицкий С.П., Лопатин А.С.- М.: ИРЦ Газпром, 1997, часть 1 3.

33. Ширман А., Соловьев А. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования,- Москва, 1996. -276 с.

34. Щуровский В.А., Зайцев Ю.А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты.- М.: Недра, 1994.

35. Щуровский В.А. Новое поколение ГТУ для магистральных газопроводов. Специализированный информационно-аналитический журнал «Газотурбинные технологии». Июль-август, 1999, 8 13 с.

36. Эксплуатация газопроводов Западной Сибири/ Г.В.Крылов, А.В.Матвеев, О.А.Степанов, Е.И.Яковлев.-Л.: Недра, 1986. 288 с.

37. Якубович В.А. Оценка вибросостояния энергомеханического оборудования. Справочное пособие. Москва, 1997.-215 с.55.3300 Systems for monitoring aeroderivatives, «Orbit» June 1991.

38. Donnnellan P., «Condition monitoring of cooling tower fan gearboxes», International Conference on Condition Monitoring Venue.UK, 2001.137

39. ISO/DIS 13373-1. Condition monitoring and diagnostics of machines. Vibration condition monitoring of machines. Part 1. General procedures. International Organization for Standartization, 2000.

40. Predictive Maintenance through the monitoring and Diagnostics of Rolling Element Bearings, Application Note AN044-02, BNC.

41. Reeves C.W., «The Vibration Monitoring Handbook», Coxmoor Publishing Co, UK 2001.

42. Starr A, Hannah P., Esteban J., Willets R., «Data fusion as a model for advanced condition based maintenance», International Conference on Condition Monitoring Venue.UK, 2001.

43. Wang L, Hope A.D., Sadek H. «Fault diagnosis using artificial neural networks for waste water pump bearings», International Conference on Condition Monitoring Venue.UK, 2001.