Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса модернизации систем «Конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 12
1.1. Методология реконструкции объектов ГТС 12
1.1.1. Критерии и требования вывода объектов в реконструкцию 12
1.1.1.1 .Системные критерии 13
1.1.1.2. Критерии вывода в реконструкцию объектов КС 14
1.1.2. Характеристика работ, относимых к категории «реконструкция» 16
1.1.3. Обоснование реконструкции как необходимого направления работ по обеспечению надежного функционирования объектов ГТС 17
1.1.4. Цели реконструкции газотранспортной системы 19
1.1.5. Принципы формирования программы реконструкции ГТС 19
1.1.6. Современная концепция реконструкции компрессорных станций 21
1.1.7. Особенности подходов к реконструкции объектов ГТС 26
1.1.8. Реконструкция компрессорных станций с использованием конвертированных авиационных технологий 26
1.2. Экономическая целесообразность различных видов модернизации 34
1.2.1. Определение эффективности инвестиций при реконструкции КС с заменой ГПА 34
1.2.2. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТПУ 39
1.2.3. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТГДУ 42
1.3. Конструктивные особенности ГПА с авиационным приводом 44
1.4. Анализ причин отказов систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» 48
1.4.1. Ротор нагнетателя 48
1.4.2. Соединительная муфта (торсионный вал, зубчатая обойма) 50
1.4.3. Главный насос смазки (ГНС) 55
1.4.4. Уплотнения и подшипники скольжения опорные 59
1.4.5. Критерии отказов и предельных состояний узлов и деталей, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 69
1.5. Анализ публикаций по конвертированным авиационным технологиям, используемым при реконструкции систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 72
1.6. Постановка задач исследования 73
2. Исследование эксплуатационной надежности систем «Конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и ее элементов 76
2.1. Разработка системы учета, обработки и анализа информации об отказах ГПА-Ц-16 76
2.1.1. Разработка программного обеспечения 78
2.1.2. Выбор нормируемых показателей надежности ГПА-Ц-16. Результаты анализа эксплуатационной надежности 80
2.1.3. Расчет надежности системы «конвертированный авиационный двигатель -нагнетатель природного газа» 85
2.2. Анализ дефектов уплотнений ГПА ООО «Газпром трансгаз Самара» 88
2.2.1. Расчет наработки на отказ 88
2.2.2. Определение наработки до отказа и вероятности отказа 90
2.2.3. Определение требуемых показателей надежности ТГДУ 93
2.3. Статистика дефектов опорных узлов конвертированных авиационных приводов НК-12СТ и НК-14СТ ООО «Газпром трансгаз Самара» 95
2.3.1. Качественный анализ надежности 95
2.3.2. Количественный анализ надежности 96
2.3.3. Расчет эмпирических характеристик 97
2.4. Экспериментальные исследования факторов, определяющих работоспособность элементов и узлов, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» в условиях эксплуатации 101
2.4.1. Изучение условий работы систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 101
2.4.2. Разработка программного обеспечения по обработке вибро- и тензосигналов 103
2.4.3. Исследование эксплуатационной нагруженное элементов систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 113
2.4.4. Результаты исследования вибрационного состояния нагнетателя на различных режимах эксплуатации 114
2.4.5. Выявление факторов, форсирующих появление отказа 118
3. Повышение эксплуатационной надежности системы «Конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» ГПА 122
3.1. Разработка гидродинамических демпферов в опору свободной турбины конвертированных двигателей НК-12СТ и НК-14СТ 122
3.1.1. Расчетная модель системы «СТ - нагнетатель» 122
3.1.2. Расчет собственных частот и форм колебаний валопровода НК-14СТ 124
3.1.3. Вынужденные колебания. Анализ возможных комбинаций дисбалансов системы «СТ - нагнетатель» 126
3.1.4. Определение критериев оптимального демпфирования 130
3.1.5. Выбор оптимального демпфирования в опорах двигателя НК-14СТ 131
3.1.6. Разработка конструкции демпфера 132
3.1.7. Оценка увеличения ресурса 133
3.2. Применение электромагнитных подвесов в системах «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 134
3.2.1. Анализ типов магнитных подвесов 134
3.2.2. Выбор параметров ЭМП для ГПА-Ц-16 136
3.2.3. Разработка систем управления магнитными подшипниками 143
3.2.4. Анализ результатов эксплуатации 147
3.3. Реконструкция систем «конвертированный авиационный двигатель -нагнетатель природного газа» за счет использования технологии уплотнений с газовой смазкой 150
3.3.1. Обоснование необходимости перехода на ТГДУ 150
3.3.2. Теоретические основы проектирования ТГДУ 156
3.3.3. Надежность ТГДУ. Анализ конструкций ТГДУ с целью выявления путей повышения надежности 174
3.4. Использование процесса термопластического упрочнения для повышения эксплуатационных характеристик деталей турбин 185
3.4.1. Сравнительный анализ методов упрочнения 185
3.4.2. ТПУ лопаток турбин 190
3.4.3. ТПУ дисков турбин 197
4. Создание стендового оборудования и методов ускоренных испытаний системы «Конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» 217
4.1. Выбор методов и средств ускоренных испытаний 217
4.1.1. Необходимость применения методики ускоренных испытаний 217
4.1.2. Выбор и оптимизация режимов испытаний по критериям совместимости принципов и автомодельности процессов разрушения 219
4.1.3. Оценка показателей надежности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» ГПА по результатам ускоренных испытаний 226
4.2. Экспериментальное исследование по оценке ресурса ротора центробежного компрессора с использованием методов ускоренных испытаний 228
4.2.1. Методика проведения исследования 228
4.2.2. Построение математических моделей, отражающих физические закономерности процессов, происходящих в деталях ротора при эксплуатации и при проведении ускоренных испытаний 236
4.2.3. Испытания препарированного ротора центробежного компрессора на стенде 239
4.2.4. Отработка методов ускоренных испытаний стандартных и специальных образцов 243
4.3. Эквивалентные испытания ТГДУ 252
4.3.1. Основы моделирования условий эксплуатации при доводке ТГДУ 252
4.3.2. Выбор определяющих параметров уплотнений и режимов работы динамического стенда при стендовых эквивалентных испытаниях ТГДУ 253
4.3.3. Моделирование попадания масла в проточную часть ТГДУ 263
4.4. Разработка стендового оборудования для испытания ТГДУ 267
4.4.1. Динамический стенд для исследования работоспособности пары трения при малых перепадах давления 267
4.4.2. Стенд для статических испытаний ТГДУ 269
4.4.3. Динамический стенд для экспериментальных исследований ТГДУ при высоких перепадах давления 273
4.4.4. Динамический стенд СУ-2 с автоматизированным управлением для испытаний ТГДУ 280
4.5. Разработка типовой программы и методики по проведению испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа 285
4.5.1. Типовая программа и методика испытаний ТГДУ на динамическом испытательном стенде 285
4.5.2. Типовая программа и методика испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа в условиях КС 285
4.6. Разработка установок для ТПУ 287
4.6.1. Расчет мощности и времени нагрева сектора диска в печи сопротивления 288
4.6.2. Функциональная схема и конструкция установки с использованием нагрева в печи сопротивления 291
4.6.3. Анализ электромагнитных и температурных полей при нагреве сектора диска в щелевом индукторе 294
4.6.4. Конструкция установки с использованием индукционного нагрева 296
4.6.5. Разработка ремонтной технологии ТПУ дисков турбин 298
5. Разработка методологии создания тгду для компрессоров 301
5.1. Этапы разработки ТГДУ 301
5.2. Концепция доводки ТГДУ на заданные параметры 302
5.3. Применение ТГДУ в нагнетателях природного газа 307
5.3.1. Особенности конструкции и использования системы ТГДУ 307
5.3.2. Формирование требований к температуре подаваемого в ТГДУ буферного газа 310
5.3.3. Возможные дефекты, причины их появления и способы устранения 316
5.3.4. Модернизация масляного подшипника и конструкция барьерного лабиринтного уплотнения 318
5.4. Теоретические и экспериментальные исследования возможностей ТГДУ 321
5.4.1. Оценка влияния монтажных технологических отклонений системы «ротор - корпус нагнетателя» на работу ТГДУ с «широкой» и «узкой» парами трения 321
5.4.2. Исследование характеристик ТГДУ в статике, динамике и при запуске ГПА 328
5.5. Разработка системы обеспечения функционирования ТГДУ 336
5.6. Анализ влияния материалов на надежность и экономичность ТГДУ 339
5.6.1. Требования к материалам пар трения, характеристики материалов, конструктивные особенности уплотнений с различными парами трения 339
5.6.2. Исследование теплового состояния колец пар трения 342
5.6.3. Деформации уплотнительных колец 344
5.6.4. Динамическое поведение ТГДУ 345
5.6.5. Прочностной расчет вращающихся колец 346
5.6.6. Расчет надежности ТГДУ по фактору разрушения вращающегося кольца 348
5.6.7. Перспективы использования технологии нанесения изнашиваемого покрытия на уплотнительные кольца плазменным напылением 349
5.6.8. Экспериментальные исследования вторичного уплотнения ТГДУ 353
5.7. Технические требования на разработку ТГДУ 357
5.8. Опыт разработки ТГДУ для газовой промьппленности 363
5.8.1. Разработка ТГДУ в Самарском регионе 363
5.8.2. ТГДУ нагнетателя Н-370-18-1 366
5.8.3. Параметры разработанных ТГДУ 370
Заключение 372
- Экономическая целесообразность различных видов модернизации
- Постановка задач исследования
- Качественный анализ надежности
- Применение электромагнитных подвесов в системах «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в аэрокосмической отрасли накоплен огромный потенциал, который при конвертировании может найти применение в газовой промышленности. В ОАО «Газпром» разрабатываются критерии оценки технического состояния газотранспортной системы (ГТС) с целью обеспечения прогнозирования ее безопасной работы, а также планирования реконструкции и технического перевооружения в связи с дальнейшим интенсивным моральным и физическим старением объектов транспорта газа. Необходимо системно рассмотреть использование технологий, разработанных для авиационных двигателей и космических силовых установок, для реконструкции компрессорных станций (КС), в том числе экономические аспекты. При использовании передовых конвертируемых технологий нужно адаптировать их к условиям эксплуатации в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА), а также усовершенствовать в связи с предъявляемыми высокими требованиями по ресурсу (более 100 тыс.ч).
В настоящее время в ОАО «Газпром» эксплуатируется более 4000 ГПА, из них более 1300 - с авиационными приводами. На ГПА с приводами такого типа приходится около 45% всех отказов, при этом их наработка на отказ составляет около 5000 ч. По этому показателю они уступают стационарным ГПА и агрегатам с судовыми приводами, вследствие чего особое значение придается обеспечению надёжности ГПА с авиационными приводами и снижению затрат на их ремонт.
Повышение эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» требует выявления критических элементов в условиях реального нагружения и разработки научно обоснованных технических и технологических решений для совершенствования существующих и создаваемых ГПА. Особо следует выделить лопатки и диски турбин, а также элементы опорно-уплотнительных узлов ротора. Перспективно использование и дальнейшее развитие технологий из аэрокосмической отрасли: гидродинамических демпферов (ГДД) и электромагнитных подвесов (ЭМП) для опор, систем торцовых газодинамических уплотнений (ТГДУ) для герметизации полости нагнетателя, термопластического упрочнения (ТПУ) деталей турбин и др.
При создании изделий общего машиностроения длительность доводочных испытаний может достигать до 80% от общего времени разработки конструкции. Поэтому исключительную важность представляют разработка и применение методов ускоренных испытаний элементов, направленных на сокращение сроков доводки ГПА до требуемых показателей надёжности. Это требует разработки соответствующего системного научного подхода и специального стендового оборудования.
Необходимость разработки теоретических основ для решения отмеченных проблем является весьма актуальной и определяет поставленные цель и задачи исследования.
Цель работы. Повышение эксплуатационной надёжности и эффективности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» газоперекачивающих агрегатов при их модернизации в условиях эксплуатации на основе развития конвертированных авиационных технологий.
Задачи исследования:
-
разработать методологические основы комплексного использования технологий, разработанных для авиационных двигателей и космических силовых установок, при реконструкции ГТС;
-
провести исследование эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и выявить её критические элементы; рассмотреть возможность и целесообразность использования конвертированных авиационных технологий (ускоренные испытания, гидродинамические демпферы, электромагнитные подвесы, уплотнения с газовой смазкой; термопластическое упрочнение деталей);
-
разработать комплекс методов и средств повышения эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и её элементов за счет развития конвертированных авиационных технологий, включающий:
метод оценки эксплуатационной надёжности;
метод ускоренных испытаний;
метод прогнозирования ресурса колеса центробежного компрессора;
метод повышения прочностной надёжности лопаток и дисков турбин;
метод повышения надёжности системы ТГДУ;
систему автоматизированного сбора, учёта и обработки информации о состоянии эксплуатации и отказах;
научно обоснованные рекомендации для служб эксплуатации по оценке и обеспечению показателей надёжности;
научно обоснованные рекомендации по выбору параметров ЭМП и ГДД;
оборудование для испытаний;
4) разработать методологические основы для внедрения в серийное произ
водство ТПУ дисков и лопаток турбин, а также систем ЭМП и ТГДУ.
Методы исследований. Общий методологический подход к решению проблемы базируется на комплексном анализе и математическом моделировании процессов, протекающих в элементах системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа». Для решения задач использовались методы математического анализа, теорий вероятности, гидро- и газодинамики, колебаний с представлением зависимостей в безразмерном (критериальном) виде.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной физической и математической постановкой задач, строгостью использованного математического аппарата, сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными на разработанных оригинальных стендах и натурных изделиях, а также положительным опытом крупномасштабного практического внедрения результатов диссертации.
Объекты исследования - динамические, тепловые и гидрогазодинамические процессы в элементах роторной системы ГПА с авиационным приводом, а также при ТПУ.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены следующие результаты:
1. Разработаны методологические основы комплексного использования конвертированных авиационных технологий при реконструкции ГТС.
-
Создан метод исследования и проведена оценка эксплуатационной надёжности ГПА с авиационным приводом мониторингом параметров в процессе натурных испытаний с использованием статистических методов обработки информации. Разработана система автоматизированного сбора, учёта и обработки информации о состоянии эксплуатации и отказах на примере ГПА-Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ, позволяющая определять законы и параметры распределения вероятности безотказной работы его основных элементов.
-
Модернизирован метод ускоренных испытаний системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и её элементов (основные этапы: исследование нагруженности в условиях эксплуатации, исследование эксплуатационной надёжности, анализ характера и причин отказов, создание моделей элементов ротора для проведения исследований, выбор и оптимизация режимов ускоренных испытаний). Создана методология испытаний и доводки элементов данной системы на специальных стендах и в условиях эксплуатации.
-
Разработан метод прогнозирования ресурса рабочего колеса центробежного компрессора с использованием методик «доламывания» и имитационного моделирования реального процесса нагружения, а также расчёта предела выносливости с учётом реального полигармонического нагружения.
-
Усовершенствован метод повышения прочностной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» за счет использования ТПУ лопаток и дисков турбин. Разработаны научные основы для разработки промышленных образцов оборудования ТПУ.
-
Создан метод повышения надёжности системы ТГДУ, включающий организационные, научные, экспериментальные, технологические и эксплуатационные аспекты. Усовершенствована математическая модель ТГДУ, учитывающая статические, динамические и тепловые воздействия.
-
По результатам экспериментальных и теоретических исследований выявлены закономерности динамических характеристик роторной системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» с электромагнитными подшипниками и гидродинамическими демпферами, а также взаимное влияние ЭМП, ГДД и ТГДУ.
-
Созданы и защищены патентами динамические испытательные стенды для ТГДУ, способ и технологическая установка для ТПУ лопаток и дисков турбин авиационных и стационарных приводов.
Практическая ценность заключается в следующем:
разработанный комплекс методов и средств позволяет обеспечить эксплуатационную надёжность, а также является основой для разработки конструкций более совершенных систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»;
выявлены элементы и узлы, лимитирующие надёжность системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» в реальных условиях эксплуатации, и разработаны методологические основы исследования их нагруженности; получены результаты параметрического, вибро- и тензометриче-ского обследования эксплуатационной нагруженности ГПА Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ на различных режимах работы изделия;
сформулированы научно обоснованные рекомендации для служб эксплуатации об оптимальных режимах загрузки ГПА, разработаны нормативные документы, регламентирующие объём и последовательность работ по оценке и обеспечению показателей надёжности ГПА с авиационным приводом;
разработаны научно обоснованные рекомендации по выбору параметров ЭМП и ГДД для роторной системы ГПА с авиационным приводом;
созданы методологические основы создания высоконадёжных ТГДУ, что позволило модернизировать нагнетатели с консольным расположением рабочего колеса;
разработаны научно обоснованные технологии ремонта лопаток и дисков турбин методом ТПУ, которые могут быть применены как для авиационных, так и стационарных приводов.
Реализация работы на практике.
-
Разработанные диссертантом научный подход и технико-экономическое обоснование реконструкции ГТС на основе использования конвертированных авиационных технологий легли в основу концепции реконструкции газотранспортной системы ООО «Газпром трансгаз Самара».
-
Впервые при непосредственном участии автора в ОАО «Газпром» были внедрены «сухие» нагнетатели НЦ-16 с авиационным приводом НК-16СТ, оснащенные ЭМП и ТГДУ. Внедрены гидродинамические демпферы в опору свободной турбины двигателя НК-14СТ.
-
Впервые в практике отечественного и зарубежного машиностроения на основе принципиально нового метода доводки удалось внедрить ТГДУ на нагнетателе Н-370-18-1 с консольным расположением рабочего колеса. В настоящее время на такие уплотнения в 000 «Газпром трансгаз Самара» переоборудованы 43 нагнетателя.
-
Впервые в отечественной промышленности внедрены в серийное производство в 000 «Газпром трансгаз Самара» технологии и оборудование по термопластическому упрочнению дисков и лопаток турбин авиационных и стационарных приводов.
-
Разработанные методы и методики проектирования и доводки системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и её элементов внедрены на ряде предприятий РФ. Результаты проведённых исследований использованы при реконструкции и создании новых ГПА. Основополагающие материалы диссертации используются в учебном процессе СГАУ.
Апробация работы. Результаты диссертации доложены, обсуждены и одобрены на 26 научно-технических конференциях (НТК), совещаниях (НТС) и симпозиумах: НТК «Повышение эффективности и надёжности машин и аппаратов в основной химии» (Сумы, 1989 г.); НТК «Создание компрессорных машин и установок, обеспечивающих интенсивное развитие отраслей топливно-энергетического комплекса» (Сумы, 1989 г.); НТК «Стандартизация контроля качества и надёжности промышленной продукции» (Горький, 1989 г.); НТК «Методы и средства обработки измерительной информации» (Челябинск, 1990 г.); НТК «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 1997 г.); Международная НТК (МНТК), посвященная 55-летию СГАУ «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе» (Самара, 1997г.); НТК «Актуальные проблемы состояния и разви-
тия нефтегазового комплекса России» (Москва, 1997г.); МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2003г., 2006г., 2009г.); 11-я МНТК «ГЕРВИКОН - 2005» (Украина, Сумы, 2005г.); LII научно-техническая сессия РАН по проблемам газовых турбин, работающих в промышленности и энергетике (Самара, 2005г.); МНТК «Актуальные проблемы трибологии» (Самара, 2007г.); МНТК «Hervikon-2008» (Poland, Kielce, 2008 г.); НТС СНПО им.М.В.Фрунзе и ООО «Газпром трансгаз Самара»; отраслевые совещания ОАО «Газпром».
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 монография, 37 статей (из них 10 в журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией), 10 тезисов докладов, 6 изобретений. Суммарный объём принадлежащего автору опубликованного материала 21,5 п.л.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Работа изложена на 390 страницах, включает 206 рисунков, 31 таблицу. Список литературы содержит 185 наименований.
Экономическая целесообразность различных видов модернизации
Проведение различных видов модернизации зависит от состояния изношенности парка ГПА, наличия свободных средств и от наличия на рынке предложений высокоэффективных машин или узлов. Экономические аспекты модернизации КС с заменой ГПА рассмотрим на примере реконструкции одной из КС с заменой одного турбоагрегата ГПУ-10 на новый ГПА-16М-02 «Урал» с авиационным приводом ПС-90СТ. Моторесурс ГПУ-10 истек и его использование без проведения замены нагнетателя и двигателя технически невозможно. Целью реконструкции КС является восстановление проектной производительности участка газопровода, обеспечение более надежной и стабильной работы КЦ за счет увеличения межремонтных периодов основного и вспомогательного оборудования, связанной с установкой нового современного оборудования, которое обладает высоким КПД, высокой степенью автоматизации, малыми сроками монтажных и ремонтных работ и позволяет снизить расход топливного газа, эксплуатационные затраты и затраты на ремонтное оборудование. Методика оценки эффективности инвестиций Оценка эффективности инвестиций в реконструкцию КС с заменой турбоагрегата (ГПУ-10 на ГПА-16М-02 «Урал») [20] выполнена в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов» (вторая редакция), утвержденных Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике №ВК 477 от 21.06.1999г., а также в соответствии с Методикой расчета тарифов на услуги по транспортировке газа по магистральным газопроводам, утвержденной приказом ФСТ России от 23.08.2005 № 388-э/1 (с изменениями и дополнениями). Эффективность инвестиций, сопряженных с расширением или реконструкцией действующей производственной системы, определяется с учетом производства по системе в целом, включая возможный в результате проекта прирост производственной программы. В расчетах используются действующие цены на продукцию (тарифы на услуги). В денежных потоках по предприятию в целом учитываются: выручка с учетом изменения производительности «с проектом», расходы по операционной деятельности с изменениями от влияния проекта, расходы на инвестиции по проекту.
При отрицательном результате в отраслях с устойчивой потребностью в товарной продукции допускается ценовая корректировка для уровня достижения установленных показателей рентабельности. В конкретном рассматриваемом проекте реконструкции КС с заменой агрегата в оценке эффективности инвестиций проекта приняты плановые основные показатели деятельности предприятия ООО «Газпром трансгаз Самара» на 2008 год: - товарно-транспортная работа -38,721 трлн. м км; - товарный газ - 90,45 млрд. м3; Не предусматривается падение объема транспортируемого газа при остановках на ремонт действующего оборудования ввиду наличия резервных компрессорных установок. Фактические эксплуатационные затраты по перекачке газа (10,2 млрд. руб.) скорректированы с одной стороны на рост цены газа в 2008 году, используемого на собственные нужды, с другой уменьшены в связи с экономией газа на топливо, электроэнергии, затрат на ремонт по агрегату ГПА-16М-02«Урал». Показатели экономической эффективности проекта определялись по денежному потоку, учитывающему: в притоках: а) экономию эксплуатационных издержек КС в ситуации «с проектом», относительно расходов КС «без проекта»; в) чистую прибыль ОАО «Газпром» от реализации сэкономленного газа на топливо - «с проектом» и «без проекта»; г) амортизацию по капитальным вложениям нового турбоагрегата. е оттоках: а) прирост капитальных вложений на замену одного агрегата в ситуации «с проектом». Для достижения внутренней нормы дохода (ВНД) 12% в притоках учитывался прирост выручки от товарно-транспортной работы всей газотранспортной системы ООО «Газпром Трансгаз Самара» в объеме плана на 2008г. за счет прироста действующего одноставочного тарифа в размере 32,55 руб. за 1000 куб. м. газа на 100 км. Макроэкономическое окружение Экономическая оценка целесообразности реализации проекта «Реконструкция КС с заменой ГПУ-10 на ГПА-16М-02 «Урал» произведена в текущих ценах I квартала 2008г. Расчеты произведены в условиях действующей налоговой системы. Норма дохода (дисконта) принята в размере 10%, что соответствует приемлемому уровню доходности инвестора нефтегазодобывающей промышленности. Экономическая оценка охватывает период в 11 лет с начала осуществления инвестиций (продолжительность расчетного периода в размере 10 лет, рассчитанная исходя из срока износа основной части производственных фондов, плюс пер- вый год осуществления капвложений, в который не производятся амортизационные отчисления). Оценка капитальных вложений Инвестиционные издержки представлены по следующим направлениям: - подготовка территории строительства; - турбоагрегат; - установка подготовки топливного, пускового и импульсного газа; - подъездная автодорога; - благоустройство и озеленение территории; - временные здания и сооружения; - прочие работы и затраты; - технический надзор; - проектные и изыскательские работы, авторский надзор; - непредвиденные расходы. Общая стоимость капитальных вложений в ситуации «с проектом» в ценах I квартала 2008 г. с учетом НДС составила 405 835,5 тыс. руб. Структура инвестиционных издержек без НДС по направлениям представлена на рис. 1.4. Экономия эксплуатационных расходов Объем экономии на эксплуатационных расходах представляет собой разность текущих издержек по обслуживанию КС в ситуациях «без проекта» и «с проектом».
Эксплуатационные затраты по обслуживанию КС рассчитаны в ситуациях «без проекта» и «с проектом» в разрезе следующих основных элементов: - материальные затраты, включающие затраты на топливо (газ на собственные нужды), материалы и электрическую энергию; - расходы на текущий и капитальный ремонт; - зарплата с отчислениями; - налоги, входящие в себестоимость; - прочие затраты, включающие в себя затраты на военизированную охрану, услуги связи, расходы на охрану труда и технику безопасности, командировочные расходы, прочие услуги. Годовая экономия эксплуатационных расходов в ситуации «с проектом» составит 42,21 млн. руб. за счет экономии на статьях: материальные затраты, текущий ремонт, капитальный ремонт. Притоки денежных средств. Показатели эффективности инвестиций Приток денежных средств без. учета инвестиционной надбавки в ситуации «с проектом» представляет экономию эксплуатационных расходов в размере 42,21 млн. руб. в год и чистую прибыль от реализации сэкономленного топливного газа - 12,7 млн. руб. в год, рассчитанную исходя из объема 24,52 млн. м /год и удельного показателя чистой прибыли в размере 518 руб./ЮОО м сэкономленного топливного газа (в соответствии с Изменениями №3 от 22.07.2006г. к Временным методическим указаниям по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО «Газпром»). Экономическая оценка по данному притоку указывает на необходимость окупаемости проекта, чистый дисконтированный доход (ЧДД) составит отрицательную величину - 20,0 млн. руб. Для достижения установленной нормы ВНД 12% требуется инвестиционная надбавка к действующему тарифу (одноставочному) в размере 0,03 руб. за 1000 куб. м. газа на 100 км. Таким образом, годовой размер притоков денежных средств по проекту с учетом инвестиционной надбавки составит: - прирост выручки от инвестиционной надбавки - 11,62 млн. руб.; - экономия эксплуатационных расходов - 42,21 млн. руб.; - чистая прибыль от реализации сэкономленного топливного газа - 12,7 млн. руб. При этом показатели коммерческой эффективности проекта с учетом инвестиционной надбавки имеют следующие величины: ЧДД составляет 31,7 млн. руб., реальная внутренняя норма дохода - 12,1%, срок окупаемости - 8,7 год, индекс доходности - 1,1. Графически показатели коммерческой эффективности представлены в динамике на рис. 1.5. Таким образом, результаты экономической оценки проекта «Реконструкция КС с заменой ГПУ-10 на ГПА-16М-02 «Урал» позволяют сделать вывод о целесообразности реализации рассматриваемого проекта.
Постановка задач исследования
При подготовке диссертационной работы были проанализированы и использованы некоторые результаты российских и зарубежных ученых. Критический анализ этих работ приведен в соответствующих главах. Вопросам конвертирования авиационных технологий, в частности газотурбинных двигателей, посвящено достаточно много публикаций (см. раздел 1.1.8). Особо следует выделить работы сотрудников ОАО «СНТК им.Н.Д.Кузнецова» и ОАО «СКБМ» [15-17]. В настоящее время считается наиболее перспективным производить модернизацию наземных установок одновременно по трем направлениям [18]: применение в качестве исходного объекта всего авиационного ГТД; применение отдельных узлов (модулей) исходного авиационного ГТД; использование научного, инженерного и производственного опыта авиационного двигателе-строения и производственных возможностей предприятий этой отрасли. При разработке методики эквивалентных испытаний ГПА следует опираться на работы Р.С.Кинасошвили [115], А.С.Гишварова [100-102], Н.Д.Кузнецова и В.И.Цейтлина [91, 116, 117], сотрудников ЦИАМ [95,98] и др. Необходимо выбрать наиболее подходящий для ГПА метод эквивалентных испытаний и адаптировать его, что является сложной и комплексной проблемой, требующей решения многих взаимосвязанных задач (см. раздел 4.1.1). В первую очередь, по мнению многих авторов, необходимо определить критерии эквивалентности процесса ускоренных испытаний и нормальной эксплуатации, а также обосновать и оптимизировать режимы эквивалентных ускоренных испытаний узлов и деталей ГПА [23-25, 32] (см. раздел 4.1 и 4.3). Большой вклад в разработку метода термопластического упрочнения для деталей авиационных двигателей внесли В.А.Барвинок и Б.Л.Кравченко с учениками, а также сотрудники ОАО «СНТК им.Н.Д.Кузнецова» [40, 87-89]. Необходимо исследование эффективности ТПУ для деталей турбин ГПА и создание научных основ проектирования промышленного технологического оборудования [90] (см. раздел 3.4). Теорией гидродинамического демпфирования в России успешно занимались ученые двух научных школ: в Куйбышевском авиационном институте (в настоящее время СГАУ) под руководством А.И.Белоусова [63] и в Московском авиационном институте под руководством Д.В.Хронина. В настоящее время гидродинамические демпферы стали стандартным решением для снижения вибрации в опорах современных авиационных двигателей.
Для промышленного применения разработок в газовой промышленности требуется разработать методику определения геометрических параметров ГДД с учетом динамических свойств роторной системы «свободная турбина — нагнетатель» (см. раздел 3.1). Вопросами использования в ГПА электромагнитных подшипников, которые были разработаны для космических силовых установок, занимались в ВНИИЭМ и ООО «Газхолодтехника» [68]. Актуальным является анализ особенностей ЭМП в ГПА, а также выбор принципов построения перспективных систем магнитного подвеса и аппаратуры управления ими (см. раздел 3.2). Теория торцовых бесконтактных уплотнений в СССР развивалась учеными нескольких научных школ: в Самаре А.И.Белоусовым, С.В.Фалалеевым, В.А.Зреловым [70, 175]; в Москве А.И.Голубевым [172], Б.М.Громыко, В.А.Мельником и др.; в Сумах В.А.Марцинковским, К.В.Лисицыным, Г.А.Бондаренко и др.; в Казани В.А.Максимовым и др.; в Минске Э.П.Кревсуном и др.; в Санкт-Петербурге Ю.Я. Болдыревым, Г.А. Лучиным, Г.Н. Деном и др. Исследованию уплотнений с газовой смазкой посвящено много работ зарубежных исследователей, таких как H.S. Cheng, I. Etsion, А.О. Lebeck, L.P. Ludwig, J. Zuk и др. Подавляющее большинство исследований уплотнений данного типа принадлежит сотрудникам фирм «John Crane" (Великобритания) [174], "Feodor Burgmann" (Германия) [173], "Floserv" (США), "Крейс» (Украина), но публикации научно-технического плана практически отсутствуют. Более 30 лет уплотнения с газовой смазкой успешно используются в ТРДД Д-18Т, ТРДДФ Д-30Ф6. Фирма "Feodor Burgmann" разработала широкую гамму уплотнений с газовой смазкой различной конструкции для применения в составе авиационных двигателей. Подробный анализ публикаций приведен в разделе 3.3. Необходимо проведение исследований по совершенствованию теории и конструкции ТГДУ с учетом условий их эксплуатации в составе ГПА [5]. Анализ проблем повышения надежности и имеющихся публикаций показал, что обеспечение надежности ГПА на этапах проектирования и реконструкции целесообразно за счет разработки методов и средств исследования эксплуатационной нагруженности и создания узлов ГПА с повышенными эксплуатационными характеристиками. Для достижения этой цели были сформулированы следующие задачи: 1) разработать методологические основы комплексного использования технологий, разработанных для авиационных двигателей и космических силовых установок, при реконструкции ГТС; 2) провести исследование эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и выявить её критические элементы; рассмотреть возможность и целесообразность использования конвертированных авиационных технологий (ускоренные испытания, гидродинамические демпферы, электромагнитные подвесы, уплотнения с газовой смазкой; термопластическое упрочнение деталей); 3) разработать комплекс методов и средств повышения эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» и её элементов за счет развития конвертированных авиацион ных технологий, включающий: - метод оценки эксплуатационной надёжности; - метод ускоренных испытаний; - метод прогнозирования ресурса колеса центробежного компрессора; - метод повышения прочностной надёжности лопаток и дисков турбин; - метод повышения надёжности системы ТГДУ; - систему автоматизированного сбора, учёта и обработки информации о состоянии эксплуатации и отказах; - научно обоснованные рекомендации для служб эксплуатации по оценке и обеспечению показателей надёжности; - научно обоснованные рекомендации по выбору параметров ЭМП и ГЛД; - оборудование для испытаний; 4) разработать методологические основы для внедрения в серийное про изводство ТПУ дисков и лопаток турбин, а также систем ЭМП и ТГДУ. Выводы по гл. 1 1. Научно обоснованный анализ критериев и путей реконструкции газотранспортной системы позволил создать методологические основы ее реконструкции.
При этом в ряде случаев наиболее оптимальным для модернизации систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» является использование конвертированных авиационных технологий. Проведённое технико-экономическое обоснование показало, что в зависимости от экономической целесообразности реконструкции могут подвергаться как целые цеха, так и отдельные агрегаты или их узлы. 2. Всесторонний анализ характера и причин отказов узлов и систем ГПА с авиационным приводом, эксплуатирующихся на магистральных газопроводах страны, позволил определить перечень основных узлов, лимитирующих надежность агрегатов, и показал, что наиболее подвержены повреждениям роторы нагнетателей, соединительные муфты (торсионный вал, зубчатая обойма), главные масляные насосы, опорные и упорные подшипники скольжения, а также масляные уплотнения опор роторов. Из всех имевших место отказов преобладают два вида: разрушение пар трения вследствие изнашивания и отказы, вызванные усталостными разрушениями. Использование при профилактических осмотрах установленных в диссертационной работе критериев отказов и предельных состояний позволяет исключить возможность доведения узла до разрушения и выводу из строя изделия в целом. 3. Для кардинального решения вопроса повышения эксплуатационной надежности зубчатого зацепления приводной муфты ГПА-Ц-16 с приводом НК-16СТ представляется необходимым: повысить точность изготовления пары для обеспечения максимально возможной равномерности нагружения зубьев; - увеличить живое сечение для протока масла между зубьями за счет увеличения бокового зазора до 0,25...0,35 мм; - организовать подвод масла непосредственно в ванну, образуемую обой мой и козырьком.
Качественный анализ надежности
Эксплуатационная надежность - свойство изделий, определяющее их способность нормально функционировать в заданных условиях эксплуатации. В состав работ, выполняемых при анализе надежности, входят [44]: - качественный анализ надежности. - количественный анализ надежности. Качественный анализ надежности выполняется по статическим данным двигателя НК-14СТ. Процентное соотношение отказов и их классификация представлены на рис. 2.11-2.13. В результате анализа представленных диаграмм приходим к выводу, что наибольшее количество отказов приходится на неисправности механической части. По процентному соотношению наиболее часто возникающими неисправностями являются разрушение передней опоры свободной турбины. Для дальнейшего углубленного анализа выбираем переднюю опору свободной турбины. Это обосновывается тем, что разрушение опоры встречается довольно часто при отказах двигателя и обычно приводит к повреждению и досрочному снятию с эксплуатации двигателя. Количественный анализ надежности заключается в определении теоретического закона распределения наработки объекта до отказа и его параметров. Определяется фактическая надежность объекта и его параметров, в пределах назначенного ресурса, а также необходимость проведения мероприятий, направленных на повышение надежности [44]. В качестве объекта исследования рассматривается подшипник передней опоры СТ. Исходными данными для проведения качественного анализа надежности являются: Т - общая продолжительность эксплуатации (объекта), ч; план наблюдения [NUT];N-o6mee число эксплуатируемых объектов; п-число отказавших объектов за время наблюдения; tl,t2,t3 - наработка объектов до отказа, ч. tp =15000 ч. N=26 п=10. Наработка объектов до отказа: 1860, 5729, 4932, 9710, 13564, 6665,7044, 7296, 11444, 10999 ч. Большинство регистрируемых и нерегистрируем ых процессов, происходящих в газоперекачивающих агрегатах, (как и большинство физических процессов в природе) относятся к случайным [48, 49]. Так, изменения давлений, температур, вибраций, усилий относятся к случайным стационарным и нестационарным процессам. Лишь небольшую часть происходящих процессов составляют детерминированные (могут быть описаны точными математическими соотношениями, т.е. для любого момента времени значение какого-либо параметра может быть точно определено). Строго говоря, ни один физический процесс в природе нельзя считать детерминированным, поскольку всегда существует возможность того, что в будущем какое-либо непредвиденное событие изменит ожидаемое течение процесса.
Для решения задач, связанных со случайными и быстроизменяющимися процессами [50], происходящими в газоперекачивающих агрегатах, была разработана система, включающая первичные датчики, соединяющие линии, предусилители, калибраторы, измерительный магнитофон мод. 7005, ЭВМ "Лабтам-3000" с установленными специальными платами, имеющими аналогово-цифровые преобразователи (АШ) и алгоритм преобразования Фурье, платы FFT/АД а также комплекс программ, выполняющих управление платами FFT/АД, обработку, запись на диск и графическое представление получаемых характеристик [51]. Назначение и основные возможности системы Система предназначена для анализа, случайных и быстропеременных процессов, записанных на какой-либо магнитный носитель в аналоговой или цифровой форме. Одна из реализованных схем по записи данных приведена на рис. 2.19. Основные характеристики плат FFT/АД, используемых в системе: - 12-ти разрядный АЦП с максимальной частотой опроса 40 кГц; -Локальная память платы (ОЗУ) 25 6К; -Аналоговый фильтр нижних частот с программируемой частотой среза. В реальном масштабе времени плата выполняет спектральный анализ с частотами дискретизации 520-360 Гц в зависимости от числа точек в выборке (для 128-4096 точек соответственно). Плата оснащена процессорами 8086 и 8087 с таковой частотой 8 МГц. Разработанный комплекс программ на языке СИ управляет работой плат FFT/АД (задается необходимая частота дискретизации, соответствующий фильтр, тип сглаживания, объем выборки, число осреднений, число одновременно обрабатываемых каналов, калибровочные характеристики). Схема системы по обработке случайных и быстропеременных процессов помещена на рис. 2.20. Примеры графического представления получаемых характеристик помещены на рис. 2.21. Пакет прикладных программ, разработанных для системы, позволяет получить: - временную реализацию 4-х процессов с независимым шагом дискретизации; - зависимость одного процесса относительно другого для случая одинаковых частот дискретизации по используемым каналам (возможно получение траектории движения центра вала ротора); - эмпирическую плотность распределения с задаваемым числом интервалов разбиения; Все перечисленные выше и указанные в табл. 2.10 программы, работающие с платой FFT/АД, управляют специальными файлами, где указывается: - количество точек в реализации; - режим работы процессора (прямая передача значений АЦП, быстрое преобразование Фурье (БПФ) и т.п.); - окно сглаживания выборки (по Ханнинг, Хамминг, трехугольное или без сглаживания); - номер канала, с которым работает программа; - номер аналогового фильтра низких частот; - частота опроса АЦП в Гц; - количество осреднений; - параметры калиброванного сигнала или масштабный коэффициент. В процессе работы программ полученные данные могут быть записаны в файлы для построения графиков или дальнейшей обработки. Программа USK05 выполняет оцифровку аналогового сигнала по одному каналу, считывание заданной выборки в оперативную память по команде оператора. Программа USK 55 выполняет эту же операцию по двум каналам. Каждая выборка может быть записана с индивидуальным именем на диск для хранения и последующей обработки. Программа USK033 определяет среднюю частоту периодического сигнала с заданной периодичностью на заданном периоде времени.
Алгоритм программы определяет время совершения полного числа циклов. Это позволяет определять, например, частоту вращения (при использовании импульсного датчика) с точностью до 0,1%. Программа USK04 определяет статические характеристики: среднеквадратическое отклонение, дисперсию, среднее значение сигнала для заданного числа выборок и создает файл результатов обработки. Программа USK334 определяет среднюю частоту периодического сигнала по 1-ому каналу и статистические характеристики выборки по 2-ому каналу при произвольном числе анализируемых выборок. Программа OBR04 выполняет расчет авто- и взаимокорреляционной функции при чтении исходных данных из файла. В процессе работы программа создает файлы с результатами расчета. Программа USK06 выполняет схематизацию процесса нагружения по методу полных циклов [52]. Схематизация процесса нагружения включает следующие этапы: - предварительную подготовку процессов нагружения к схематизации; - дискретизацию процесса нагружения; - вычисление статистических характеристик последовательности ординат процесса нагружения; - выделение экстремумов процесса нагружения; - замену реального процесса нагружения схематизированным по методу полных циклов; - определение эмпирических распределений нагрузок схематизированного процесса и вычисление основных статистических характеристик распределений. Для дальнейшего обобщения и накопления данных по эксплуатационной нагруженности приняты следующие параметры: а) Статистические характеристики мгновенных ординат процесса: - среднее значение ат; - среднеквадратическое отклонение S0 ; - коэффициент вариации г ; б) Статистические характеристики распределения амплитуд циклов; - среднее значение аа; - среднеквадратическое отклонение SGa - коэффициент вариации г аа. Программа USK09 выполняет преобразование Фурье по одному каналу и получение мгновенного и собственного Спектра с использованием выбранного окна сглаживания. Программа создает файлы коэффициентов Фурье для последующего расчета и построения спектров процесса, а также создается файл максимумов гармоний исследуемого спектра.
Применение электромагнитных подвесов в системах «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»
Использование электромагнитных подвесов в ГПА позволяет выполнить их «сухими», то есть без применения смазки в опорах ротора [66]. Это существенно влияет на надежность ГПА. Электромагнитный подшипник принципиально отличается от подшипников всех других типов из-за отсутствия механического контакта между движущейся и опорной частями, что обуславливает ряд его преимуществ: - отсутствие изнашивания; - высокие рабочие скорости; - низкие уровни вибрации, трения и нагрева; - управляемость характеристиками жесткости и демпфирования; - возможность работы в вакууме, агрессивных и чистых средах, потоке жидкости; - снижение трудоемкости и стоимости обслуживания; - экологическая чистота. Преимущества электромагнитных подшипников делают их пригодными для широкого применения от малых машин с массой ротора менее килограмма до тяжелых машин и механизмов с массой ротора в несколько тонн. Принцип действия электромагнитного подшипника иллюстрирует рис.3.13. Ротор машины подвешен на электромагнитах, ток в которых регулируется электронной аппаратурой, управляемой сигналами датчика положения ротора. Соответствующий выбор закона регулирования тока позволяет обеспечить устойчивое положение ротора и его центровку в зазоре, а также получить заданные характеристики по жесткости и демпфированию колебаний ротора. К настоящему времени известно много схем электромагнитных опор (ЭМО). Условно их можно разбить на несколько типов [67]. ФД - ферродинамический - взаимодействуют две сплошные части, обтекаемые токами, одна из которых является стальной; ЭМ - электромагнитный - усилие действует на стальную часть, намагничиваемую обмоткой; ФМ - ферромагнитный - усилие действует на стальную часть, намагничиваемую постоянным магнитом; ПМ - взаимодействуют постоянные магниты; МЭ — магнитоэлектрические - усилие действует на обмотку или шину с током в поле постоянного магнита; ЭД - электродинамический - взаимодействуют две обмотки с током; ФМЭ - ферромагнитоэлектрический - усилие действует на стальную шину с током в поле постоянного магнита. Индексами I....V отмечаются разновидности одного и того же типа опоры. Индексом (П) отмечаются опоры с подмагничивающими постоянными магнитами. Анализ всех типов позволяет выделить в первую группу наиболее перспективных типы опор, обеспечивающие создание усилия Q порядка (1.15) Мн/м3.
К ним относятся ФДI, ЭМ I, ФМ, ПМ, ФМ(П), ФД IV и ФД V опоры. Для газотурбинных двигателей лучше всего подходят опоры первой группы по своим силовым характеристикам, но применение опор типа ПМ и ФМ нежелательно, т.к. под воздействием высокой температуры магнитные свойства плоского магнита ухудшаются. Следовательно, в газотурбинных двигателях выгодно применять опоры ФД I, ЭМ I, ФД IV и ФД V. К настоящему времени на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов предприятиями ОАО «Газпром» накоплен достаточный опыт работы нагнетателей с магнитными подшипниками (МП) и «сухими» газовыми уплотнениями. Такие машины, наряду с очевидными преимуществами [66], имеют определенные особенности, которые необходимо учитывать при их эксплуатации. Основные факторы, влияющие на жесткость магнитного подшипника Магнитные подшипники по сравнению с традиционными подшипниками скольжения имеют значительно меньшую жесткость, причем возможности повышения этой жесткости в системах магнитного подвеса (СМП) по ряду причин существенно ограничены. Это приводит к несколько большим вибрациям ротора «сухих» нагнетателей в предпомпажных режимах, что часто рассматривается как недостаток системы, ограничивающий возможность ее работы на режимах, максимально близких к помпажным. Такая особенность обычно рассматривается изолированно от других характеристик нагнетателей с магнитными подшипниками и иногда является аргументом для сужения области их применения. В связи с этим представляется целесообразным рассмотрение соответствующих характеристик «сухих» нагнетателей. Жесткость магнитного подшипника определяется как значение передаточной функции регулирующей части канала СМП, которое в упрощенном виде может быть представлено выражением где дат- передаточная функция датчика положения и его нормирующего усилителя; W рег - передаточная функция регулятора; " - передаточная функция усилителя мощности канала; э" - передаточная функция электромагнита. На первый взгляд, повышение жесткости может быть достигнуто увеличением модуля передаточной функции любого звена, входящего в канал регулирования.
Однако в действительности для этого существуют как принципиальные, так и конструктивные ограничения. Принципиальные ограничения На рис. 3.14 приведены упрощенные частотные характеристики регулирующей части канала системы магнитного подшипника. Вид этих характеристик объясняется необходимостью получения усилия, развиваемого каналом СМП при смещении ротора из центрального положения, эквивалентного усилию традиционного подшипника, которое имеет вил где с и Ъ - коэффициенты, определяющие соответственно жесткость и демпфирование в подшипнике; z - смещение ротора из центрального положения. Передаточная функция канала имеет вид Амплитудно-частотная характеристика соответствующего регулятора представлена на рис. 3.14 (линия I). Поскольку такой регулятор не работоспособен (модуль его передаточной функции при увеличении частоты входного возмущения неограниченно возрастает), в реальной системе применяется регулятор, передаточная функция которого выражается в таком упрощенном виде: где К - статический коэффициент передачи канала управления (от смещения ротора к силе, развиваемой подшипником); т - постоянная времени дифференцирующего звена в регуляторе; Т- постоянная времени одного или нескольких апериодических звеньев, играющих роль фильтров нижних частот; р - оператор Лапласа; - частота начала демпфирования; J - частота среза канала; А - частота, при которой модуль коэффициента передачи разомкнутого канала (включая его механическую часть) равен единице.
