Введение к работе
- 3-
Актуальность темы.
В современных экономических условиях оснащение компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов (МГ) новыми современными газоперекачивающими агрегатами (ГПА) с электроприводом большой мощности затруднено. Физическое старение работающих ГПА обуславливает значительное увеличение затрат на эксплуатацию. Экономия, бережливость и эффективность становятся немаловажными критериями работы газотранспортных систем. Газовая промышленность относится к категории повышенного риска, поэтому основным критерием является безаварийность работы оборудования.
Организация диагностирования ГПА с непрерывным контролем его технического состояния в процессе всей эксплуатации является немаловажным звеном в обеспечении требуемой надежности основного оборудования КС.
Основными критериями оценки технического состояния машин должны являться достоверность, эффективность и глубина диагноза. Опыт эксплуатации и диагностирования ГПА показал, что периодические обследования технического состояния работающего оборудования обеспечивают достоверность диагноза Д = 0,4. Низкая достоверность обусловлена тем, что 60% дефектов, возникающих в машинах и приводящих к поломкам и отказам, не распознаются существующими средствами диагностирования. К таким отказам относятся: усталостные поломки лопаточного аппарата, тепловые смещения, разрушение подшипников качения, отслоение и выкрашивание антифрикционного слоя подшипников скольжения, износы и поломки зубьев муфт и редукторных пар, снижение жесткостных характеристик соединяемых элементов агрегата, их опор и фундаментов. Все эти отказы и поломки происходят на агрегатах с уровнем вибрации, соответствующем градации «хорошо» или «удовлетворительно». Вклад колебательной энергии этих элементов и звеньев в общий уро-
вень вибрации незначителен, а высокий уровень вибрации возникает только в момент их разрушения, который, как правило, не совпадает по времени с обследованиями.
Эксплуатация мощных, быстроходных синхронных турбодвигателей (СТД), которые имеют значительные линейные размеры, массы и моменты инерции подвижных звеньев, требует особого подхода к созданию автоматизированных систем непрерывного диагностирования (АСНД). Это связано с тем, что даже небольшие ускорения подвижных систем приводят к возникновению значительных сил инерции, способствующих появлению больших динамических нагрузок в элементах СТД и ГПА в целом. Особо напряженными являются переходные процессы, последствия которых влияют на интенсивность вибрации ГПА в стационарном режиме.
В связи с этим задача разработки и внедрения АСНД является актуальной, и ее решение позволит повысить надежность эксплуатации и эффективность использования ГПА.
Эта задача неразрешима без проведения теоретических и экспериментальных исследований, которые позволят создать методы и алгоритмы диагностирования ГПА, значительно повысить достоверность диагноза и усовершенствовать обслуживание агрегата.
Данная работа выполнена в рамках Целевой Комплексной Программы по созданию отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций ОАО «Газпром» Утв. Председателем Совета Директоров ОАО «Газпром» 13.02.97, и планов важнейших работ ООО «Самаратрансгаз» по внедрению новых ресурсе- и энергосберегающих технологий.
Цель работы
Целью диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов диагностирования электроприводного ГПА для АСНД.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
разработка математической модели СТД, позволяющей определить мгновенные значения переменных, характеризующих электромагнитные и электромеханические процессы;
получение аналитических зависимостей, отражающих взаимосвязь электромагнитных и механических процессов в момент пуска;
разработка модели нестационарных процессов в момент возникновения в подшипниках СТД торцевого трения скольжения с возбуждением автоколебаний и определение зоны их устойчивости;
проведение экспериментальных исследований пусковых режимов ГПА;
выявление и обоснование диагностических признаков неисправностей и на их основе формирование модели диагностирования;
разработка методов и программных средств диагностирования ГПА с применение взаимного спектрального и корреляционного анализов вибрационных процессов.
Методы и средства исследований
Для теоретических исследований электромагнитных и электромеханических процессов в СТД применялась обобщенная теория электромеханических преобразователей с традиционными допущениями.
При разработке математических моделей вибрационных, нестационарных процессов использовались: математический аппарат быстрого преобразования Фурье; методы расчета взаимосвязанных колебаний; методика расчета гидродинамических сил в подшипниках скольжения из работ Позняка Э.Л.
Экспериментальные исследования проводились с применением аппаратуры записи, обработки и анализа виброакустических сигналов фирмы Brtiel & Kjaer, Дания: анализирующий комплекс 3550, магнитный регистратор WQ-1122.
- б- '
Научная новизна
-
Разработана математическая модель для расчета численным методом переходных электромагнитных, электромеханических процессов и сил одностороннего магнитного тяжения в СТД-12500. Модель отличается от известных более полным учетом изменения параметров роторных контуров в зависимости от частоты индуцируемых в них токов, а также отсутствием преобразования трехфазной обмотки статора к двухфазной.
-
Теоретически обосновано возбуждение автоколебаний при задевании вращающихся частей о неподвижные элементы подшипника и определены зоны их устойчивости.
-
Впервые предложена методика вибрационного диагностирования СТД-12500 на пусковых режимах с r-рименением взаимного корреляционного анализа.
-
Сформулированы диагностические признаки резонансных колебаний, предложена методика их распознавания в спектрах вибрации.
Практическая ценность и реализация работы
Практическая ценность работы определяется потребностью повышения глубины и достоверности диагностирования электроприводных ГПА типа СТД-12500 и перехода на ресурсо- и энергосберегающую технологию эксплуатации «по состоянию».
Разработанные программные средства могут применяться при доводке существующих и проектировании новых электроприводов на базе СТД.
Внедрение системы эксплуатации по техническому состоянию с использованием разработанной методики в ООО «Самаратрансгаз» дало экономический эффект 168 тыс. рублей на один агрегат в год.
На основании внедренных методов разработаны регламент диагностиче. ских измерений, инструкции для Инженерного центра технической диагности. ки (ИЦТД) и цеховых инженеров - диагностов при организации эксплуатации ГПА по техническому состоянию.
На защиту выносятся следующие положения
_ математическая модель для расчета электромагнитных, электромехани. ческих процессов и сил одностороннего магнитного тяжения;
_ модели для анализа нестационарных вибрационных процессов, происходящих в СТД на пусковых и стационарных режимах;
_ результаты экспериментальных исследований, подтверждающие математические модели и расчеты;
_ методы и алгоритмы диагностирования ГПА для АСНД.
Достоверность научных положений и выводов
Обоснованность научных положений и математических моделей, представленных в работе, подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными непосредственно на КС с агрегатами СТД-12500. Анализ экс. периментальных данных подтвердил результаты расчетов.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и обсужда. лись на:
- XVI Международном тематическом семинаре «Диагностика оборудова
ния компрессорных станций ». Одесса. 1996 г.
_ Международной конференции «Энергодиагностика». Москва. 1997 г.
_ Международной конференции «Электромеханика и электротехнологии МКЭЭ-98». Россия, Клязьма 1998 г.
- XV Российской научно - технической конференции «Неразрушающий
контроль и диагностика^ Москва. 1999г.
Международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте». Самара. 1999г.
Научно - технических семинарах кафедры «Электромеханика и нетрадиционная энергетика» Самарского государственного технического университета, 1998- 1999 г.г.
Публикации.
Результаты диссертационной работы опубликованы в десяти печатных работах.
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Разработка методов автоматизированного диагностирования электроприводного газоперекачивающего агрегата с учетом переходных процессов
