Совершенствование системы диагностирования при управлении газоперекачивающими турбоустановками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат технических наук Карташов, Алексей Леонидович

• Карташов, Алексей Леонидович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карташов, Алексей Леонидович

Основные обозначения.

Ведение.

Глава 1. Повышение эффективности эксплуатации парков ГПА магистральных газопроводов.

1.1. Анализ системы технической эксплуатации ГПА и возможности повышения её эффективности.

1.2. Пути совершенствования системы диагностирования парка ГПА с целью повышения эффективности их эксплуатации.

Глава 2. Диагностирование как основа управлением техническим состоянием и использованием ГПА.

2.1. Назначение диагностики газоперекачивающих агрегатов.

2.2. Классификация технических состояний ГПА.

2.3. Выбор параметров диагностирования ГПА

2.4. Структура методов и алгоритмов оценки уровней развития типовых неисправностей ГПА в процессе эксплуатации.

2.5. Разработка алгоритма оценки уровней развития типовых неисправностей проточной части газотурбинного двигателя.

Глава 3. Система мониторинга радиальных зазоров в осевых турбоустановках ГПА.

3.1. Разработка и реализация модельного экспериментально-диагностического стенда.

3.2. Опытные исследования влияния величины и окружной неравномерности радиального зазора рабочего колеса на характеристики турбинной ступени и структуру потока в её проточной части.

Глава 4. Обоснование организационных мероприятий по внедрению и обеспечению развития систем диагностирования парков ГПА.

4.1. Функциональная схема системы управления техническим состоянием и использованием парка однотипных ГПА.

4.2. Целесообразность создания экспериментально - диагностических стендов для процедур мониторинга развития типовых неисправностей ГПА

4.3. Централизованное оперативное диагностирование парка ГПА на основе данных регистрации параметров системами автоматического управления

Основные результаты диссертационной работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование системы диагностирования при управлении газоперекачивающими турбоустановками»

Особенности развития газопроводной системы страны, исходя из важной роли природного газа в её топливном балансе, требуют кардинального повышения эффективности при транспортировке газового топлива путем внедрения перекачивающего оборудования с высоким уровнем технико-экономических показателей и оптимизацией технических служб эксплуатации парков данного оборудования [38, 44, 51].

В последнее время в эксплуатацию поступают газоперекачивающие агрегаты (ГПА) нового поколения с повышенными показателями топливной экономичности и эксплуатационной технологичности. Превалирующая же часть парка ГПА имеет значительный ресурс по наработке и, соответственно, пониженную эффективность, не позволяющую обеспечивать требуемый уровень надёжности работы при их эксплуатации с использованием современных технических стратегий.

Эксплуатация парка ГПА представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных технологических процессов. К их числу следует отнести процессы технической эксплуатации, изменяющиеся во времени [31].

Техническая эксплуатация призвана обеспечивать работоспособность и готовность к использованию оборудования по назначению при минимальных затратах [58, 72].

Техническая эксплуатация оборудования включает в себя работы по техническому обслуживанию, ремонту, хранению и транспортировке.

Эффективность процесса технической эксплуатации ГПА определяется большим числом факторов, действующих на различных этапах их разработки и производства, испытаний и эксплуатации. Это прежде всего глубина проработки конструкций агрегата и полнота обеспечения требований по надёжности работы, эксплуатационной технологичности, полноте и качеству проведения ресурных испытаний на надёжность, совершенству предлагаемой программы ТОиР, уровню производственно-технической базы эксплуатационных и ремонтных предприятий.

Разрабатывающие и производящие ГПА предприятия разных ведомств вносят свой конкретный вклад в решение проблемы повышения эффективности эксплуатации. Тем самым, обеспечивается соответствующий уровень конструктивно-эксплуатационных свойств ГПА и разрабатывается программа его ТОиР на длительный период эксплуатации. Разработка программ ТОиР на стадиях создания новых типов ГПА осуществляется во взаимодействии с программами обеспечения долгосрочной по времени надёжности, эксплуатационной технологичности и контролепригодности. Организация такого взаимодействия должна позволить выполнять одновременно и согласованно весь комплекс работ по обеспечению приспособленности конструкции ГПА к наиболее эффективным стратегиям ТОиР, разработке этих стратегий и подготовке эксплуатационных и ремонтных предприятий к их использованию.

Использование единой отраслевой системы диагностического обслуживания оборудования отрасли «Газпром» будет способствовать развитию основных направлений научно-технического прогресса, в том числе:

- по совершенствованию систем диагностирования эксплуатируемых ГПА путём расширения состава контролируемых параметров, повышению точности.их измерений, оптимизации режимов и периодичности контроля, повышению эффективности алгоритмов распознования классов состояний объектов, автоматизации процессов диагностирования, разработке эффективных правил принятия решений по результатам диагностирования;

- по внедрению в эксплуатацию новых ГПА, обладающих развитыми штатными системами контроля и регистрации, интегрированными в автоматизированные системы комплексного диагностирования.

В предлагаемой работе обосновываются, на основе экспериментально-аналитических разработок методы совершенствования диагностирования, выдвигаются рекомендации по созданию специализированных диагностических стендов, с использованием полученных автором результатов экспериментальных исследований для расширения методических основ диагностирования ГТУ в условиях эксплуатации.

В основу выполненных исследований положены следующие материалы: а) данные о результатах эксплуатации наиболее используемых в газовой отрасли типов ГПА, в том числе материалы об их отказах и неисправностях. б) протоколы приемо-сдаточных испытаний ГПА и их основных элементов после изготовления и ремонтов; в) результаты экспериментальных исследований влияния геометрических факторов и параметров, дефектов элементов проточных частей ГТУ на их рабочие характеристики; г) существующие руководящие рекомендации по совершенствованию средств и систем контроля и методов проведения диагностирования ГПА в условиях эксплуатации.

Проведенные нами исследования базируются на теоретических и практических материалах работы современных турбомашин, , методах использования (применения) технической диагностики, теории вероятности, математической статистике и др.

Заключение диссертации по теме «Турбомашины и комбинированные турбоустановки», Карташов, Алексей Леонидович

Основные результаты диссертационной работы

1. Определены методологические основы создания и совершенствования системы диагностирования парков ГПА, заключающееся в использовании для построения реализуемых ею диагностических процедур следующих трёх источников данных: статистического анализа результатов эксплуатации парков агрегатов; математического моделирования процессов функционирования, а также нагружения и разрушения материалов конструктивных элементов агрегатов; экспериментальных исследований указанных процессов происходящих в ГПА.

2. Показана целесообразность создания экспериментальных стендов, предназначенных для изучения влияния типовых неисправностей элементов проточной части двигателей и нагнетателей ГПА на протекающий в них рабочий процесс, а также для обоснования и отладки процедур мониторинга развития указанных неисправностей в условиях эксплуатации.

3. Создан оснащённый современными измерительно-информационными средствами экспериментальный стенд, предназначенный для обоснования и отладки методического и технического обеспечений процедур функционального диагностирования элементов проточной части ГТУ.

4. Проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния величин и окружной неравномерности радиальных зазоров в рабочих ступенях газовой турбины на её функциональную характеристику и структуру движущегося потока в проточной части; материал исследований может быть положен в основу эффективных процедур функционального диагностирования элементов проточной части газотурбинных двигателей различной мощности.

5. Разработан алгоритм распознавания классов технических состояний ГПА, обоснованный наблюдениями различного вида отклонений критериев технического состояния от базовых значений свойственных для типовых неисправностей.

6. Разработана и предложена для использования функциональная схема системы управления техническим состоянием парка однотипных ГПА, основанная на реализации достаточной совокупности оперативных, периодических и разовых диагностических процедур, обладающих идентичными методическими, техническими, программными и организационными данными.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карташов, Алексей Леонидович, 2005 год

1. Акимов В.М. Основы надёжности газотурбинных двигателей/ В.М. Акимов// М.: Машиностроение, 1981.-208с.

2. Шульженко Н.Г. Аппаратурное обеспечение систем непрерывного вибромониторинга роторных агрегатов / Н.Г. Шульженко и др. // Энергетика и электрификация, №7 (204), Киев, 2000.-С.35-38.

3. Аронсон К.Э. Концепция комплексной системы мониторинга оборудования энергоблока / К.Э. Аронсон, Б.Е. Мурманский, Ю.М. Бродов // Совершенствование турбин и турбинного оборудования: Региональный сборник научных статей. Екатеринбург: УГТУ, 2001 С. 181-191.

4. Ахмедзянов A.M. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам / A.M. Ахмедзянов, Н.Г. Дубравский, А.П. Тунаков //- М.: Машиностроение, 1983. 208 с.

5. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин / Под общ.ред. В.А. Черникова. Л.: Машиностроение, 1980.- 263 с.

6. Барзилович Е.Ю. Статистические методы оценки состояния авиационной техники /Е.Ю. Барзилович, М.В. Савенков.//-М: Транспорт, 1987.-240с.

7. Биргер И А. Техническая диагностика. / И. А. Биргер // М.: Машиностроение, 1978.

8. Бикчентай Р.Н. Диагностика технического состояния газотурбинных приводов ГПА. / Р.Н. Бикчетай, А. Ванчин // Газотурбинные технологии, 2003.- С. 36-38.

9. Балотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций./ В.В. Балотин // М.: Машиностроение, 1984.-312с.

10. Буглаев В.Т. Сотовые уплотнения в турбомашинах./ В.Т. Буглаев и др.// -Монография. Брянск: БГТУ.2002.- 148 с.

11. Буглаев В.Т. Целесообразность непрерывного мониторинга для диагностирования радиальных зазоров в проточной части газовых турбин/ В.Т. Буглаев, A.JI. Карташов, В.Т. Перевезенцев //. Известия Академии Промышленой Экологии, №1, 2005.-С.15-19.

12. Буглаев В.Т. Совершенствование системы эксплуатационного сопровождения парка ГПА. / В.Т. Буглаев, A.JI. Карташов, П.В. Королёв, В.Т. Перевезенцев. // Вестник Брянского государственного технического университета, №2(6) 2005.-С.47-50.

13. Буглаев В.Т. К выбору базового параметра диагностирования ГПА. / В.Т. Буглаев, A.JI. Карташов, В.Т. Перевезенцев, A.B. Осипов //. Инженерный журнал. Справочник 2005-№9.С.26-30.

14. Гоголев И.Г. Аэродинамические факторы и надежность турбомашин./ И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов, А.Е. Зарянкин //- Брянск, «Грани», 1993.- 168 с.

15. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования/. Под ред. И.М.Синдеева.-М.: Транспорт, 1984.-192с.

16. Епифанов C.B. Синтез систем управления и диагностирования газотурбинных двигателей./ C.B. Епифанов // Киев : Техника, 1998. - 312 с.

17. Епифанов C.B. Подсистема параметрической диагностики ГПА и вспомогательного оборудования САУиР ГПА фирмы ССС. / C.B. Епифанов и др. // Газотурбинные технологии, 2002г. № 6 (27), С. 20-23.

18. Жернаков C.B. Комплексная диагностика и контроль параметров ГТД вусловиях неопределенности на базе нечёткой экспертной системы30 + // Информационные технологии, №8, 2000.- С. 33-40.

19. Заболоцкий И.Е. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. / И.Е. Заболоцкий, Ю.А. Коростелёв, P.A. Шипов // М., Машиностроение, 1977, 160с.

20. Зарицкий С.П. Диагностика ГПА с газотурбинным приводом. / С.П. Зарицкий //-М.: Недра, 1987. 198 с.

21. Кеба И.В. Диагностика авиационных двигателей. / И.В. Кеба // М.: Транспорт, 1976.- 280 с.

22. Киржнер P.A. Минимально допустимый радиальный зазор в турбине ГТД / P.A. Киржнер, Б.И. Мамаев. // Изв. вузов. Авиационная техника, 1989. №3, С. 52-56.

23. Кириллов И.И. Теория турбомашин. / И.И. Кириллов II— Л.:

24. Машиностроение, 1972.-536 с.

25. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. / А.Н. Козаченко. //- М.: Нефть и газ, 1999.- 463 с.

26. Козаченко А.Н. Энергетика трубопроводного транспорта газов. / А.Н. Козаченко, В.И. Никишин, Б.П. Поршаков. // ГУЛ Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.Н. Губкина, М.: 2001, 399 с.

27. Крылов Г.В. Техническая диагностика газотранспортных магистралей. / Г.В. Крылов, М.Н. Чекардовский, Е.И. Яковлев, Н.М. Блошко. // Киев: Наукова думна, 1990.-301с.

28. Кульчихин В.Г. Испытание и диагностика газотурбинных двигателей на стенде ОАО «Газтурбосервис» / В.Г. Кульчихин и др. // Газотурбинные технологии, 2004.-С.2-6.

29. Ленц. Оценка надёжности газотурбинного двигателя. / Ленц, Хилл. // Современное машиностроение, серия А, 1989, №11.-С.29-34.

30. Лозицкий Jl.П. Основные проблемы повышения надежности авиационных двигателей / Л.П. Лозицкий. // Обеспечение надежности авиационных двигателей в эксплуатации: Сб. научных трудов Киев: КИИГА, 1993 - С. 310.

31. Лозицкий Л.П. Разработка автоматизированной системы управления техническим состоянием двигателя ПС-90А / Л.П. Лозицкий, A.B. Тарасенко. // Обеспечение надежности авиационных двигателей в эксплуатации: Сб. научных трудов-Киев: КИИГА, 1993. С. 10-20.

32. Локай В.И. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. / В.И. Локай, М.К. Максутова, В.А. Стрункин. // М.: Машиностроение, 1979. -448 с.

33. Максимов В.П. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. / В.П. Максимов, И.В. Егоров, В.А. Карасёв // М.: Машиностроение. 1987.-209с.

34. Мерингтон. Диагностика неисправностей газотурбинных двигателей по результатам измерений в переходном режиме / Мерингтон. // Современное машиностроение, серия А, 1989, №11.-С.43-50.

35. Шульженко Н.Г. Методическое обеспечение систем непрерывного мониторинга и анализа параметров колебаний для диагностирования вибрационного состояния роторных агрегатов / Н.Г. Шульженко и др. // энергетика и электрификация, №9 (206). Киев, 2000.-С.34-40.

36. Мозгалевский A.B. Система диагностирования судового оборудования. / A.B. Мозгалевский, В.П. Калявин. //Л.: Судостроение. 1987.-244с.

37. Антонова Е.О. Мониторинг силовых агрегатов на компрессорных станциях / Е.О.Антонова, И.А. Иванов, O.A. Степанов, М.Н. Чекардовский. // -СПб.: ОАО «Издательство «Недра», 1998.-216с.

38. Гриценко E. А. Некоторые вопросы проектирования авиационных двигателей / Е.А. Гриценко и др. // Самара: СНЦРАН. 2002.-С.319-425.

39. Никишин В.И. Энергосберегающие технологии в трубопроводном транспорте природных газов. / В.И. Никишин // М.: Нефть и газ, 1998.352 с.

40. Орлик В.Г. Центрирующий эффект в лабиринтовых уплотнениях и его влияние на нискочастотную вибрацию турбомашин / В.Г. Орлик, С.Ш. Розенберг, H.JI. Сорокин. // Энергомашиностроение, №10, 1975.- С. 25-29.

41. Пархоменко П.П. Основы технической диагностики. Кн.1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под. ред. П.П. Пархоменко.// М.: Энергия, 1976.-462 с.

42. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки на газопроводах. / Б.П. Поршаков, A.A. Апостолов, А.Н. Козаченко, В.И. Никишин. // ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.Н. Губкина. М.: 2004-215 с.

43. Применение бесконтактных измерителей крутящего момента типа БИКМ М-106М для определения выходных характеристик ГТУ в процессе эксплуатации. // ОООФПК «Космос-Нефть-Газ», г.Воронеж, ООО «Оргтехдиагностика» 2004.-14с.

44. Прокопец А.О. Необходимость диагностирования радиальных зазоров в проточной части газотурбинных двигателей. / А.О. Прокопец, Б.С. Ревзин, A.B. Рожков. // Газотурбинные технологии, май-июнь. 2004.- С. 14-16.

45. Проскуряков Г.В. Приводные ГТУ и конвертированные ГТД для транспорта газа. / Г.В. Проскуряков. // Екатеринбург: уГТУ. 1999.

46. Зарицкий С.П. Развитие системы диагностического обслуживания ' оборудования объектов ОАО «Газпром»./ С.П. Зарицкий, И.Ф. Егоров, В.А.

47. Усощин, В. А. Якубович. // НТС «Диагностика оборудования и трубопроводов». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003.- №3. С.3-15. .

48. Сараванамутто. Термодинамические модели для диагностики газовых турбин, устанавливаемых на газопроводах. / Сараванамутто, Макисаак. // Энергетические машины, 1983, т. 105, №4.- С. 128-139.

49. Седых З.С. Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. / З.С. Седых. // М.: Недра 203 с.

50. Сиротин H.H. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. / H.H. Сиротин, Ю.М. Коровкин. II М.: Машиностроение, 1979.-272с.

51. Соболь A.B. Способы корректировки математических моделей газотурбинных двигателей. / A.B. Соболь. // Проблемы управления технической эксплуатацией авиационной техники. Сборник научных трудов, КМУГА. Киев, 1996.-С.70-73.

52. Солохин Э.Л. Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей. /Э.Л. Солохин II М.: Машиностроение, 1979.-288с.

53. Сула А. Образная диагностика ГТД. / А. Сула, В. Ремизов. // Техника и вооружение, 1989, №6.

54. Терентьев А.Н. Надёжность газоперекачивающих агрегатов. / А.Н. Терентьев, З.С. Седых, В.Г. Дубинский. //М.: Недра, 1978.-166с.

55. Клюев В.В. Технические средства диагностирования. Справочник./ Под ред. В.В. Клюева. //-М.: Машиностроение, 1989.-636с.

56. Смирнов H.H. Техническая эксплуатация летательных аппаратов: учебник для вузов / H.H. Смирнов, Н.И. Владимиров, Ж.С. Черненко и др. // Под ред. Смирнова H.H. М.: Транспорт, 1990.- 423 с.

57. Тунаков А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей. / А.П. Тунаков. // М.: Машиностроение, 1979.-184с.

58. Урьев Е.В. Концепция системы вибрационной диагностики паровой турбины. / Е.В. Урьев, Б.Е. Мурманский, Ю.М. Бродов. // Теплоэнергетика,4, 1995.-С. 89-97

59. Фрейман В.Б. Восстановление технического состояния ГПА типа ГТК-10. / В.Б. Фрейман, К.В. Фрейман. // ИТС «Диагностика оборудования и трубопроводов». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003.- №3, С.15-24.

60. Холщевников К.В. Теория и расчёт авиационных лопаточных машин. / К.В. Холщевников. //-М.: Машиностроение, 1970. 160 с.

61. Целевая комплексная программа по созданию отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций РАО «Газпром» (до 2000 года). М.: ИРЦ, «Газпром», 1997.-96с.

62. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. / А.Я. Черкез. // М.: Машиностроение, 1975.- 380 с.

63. Щуровский В.А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. / В.А. Щуровский, Ю.А.Зайцев. // -М.: Недра, 1994.- 192 с.

64. Щуровский В.А. Методические указания по проведению технологических и газодинамических расчётов при испытаниях ГГПА / В.А. Щуровский, Г.С. Синицин. // -М.: ВНИИГАЗ, 1999. - 51 с.

65. Экер. Метод моделирования на ЭВМ для определения снижения к.п.д. газовой турбины в результате загрязнения компрессора. / Экер, Сараванамутто., В.А. Щуровский, Г.С. Синицин. // Современное машиностроение, серия А, 1989, №11.- С. 88-97.

66. Янко А.К. Актуальные задачи технической эксплуатации сложных систем. / А.К. Янко. // Киев: Знание, 1980.- 28 с.

67. Янко А.К. Диагностирование проточной части авиационного газотурбинного двигателя. / А.К. Янко, П.В. Королев. // Обеспечение надежности авиационных двигателей в эксплуатации: Сб. научных трудов Киев: КИИГА, 1993.-С. 33-39.

68. Agrawal R.K., Macisaac B.D., Saravanamuttoo H.I.H., "An Analysis Procedure for Validation of On-Site Performance Measurements for Gas Turbines", ASME Journal of Engineering for Pover, Vol.101, № 3, 1979, p.p 405-414.

69. Cohen H., Rogers G.F.C., Saravanamuttoo H.I.H., "Gas Turbine Theory", 2nd ed., Longman, 1972.

70. Karanjia D.J. and Saravanamuttoo H.I.H., 1980, "A Cost Effective Engine Health Monitoring System for On-Board use on Hovercraft", ASME Paper №80-GT-185.

71. Matthee F.A.H. and Saravanamuttoo H.I.H., 1982, "Development of a Low Cost Performence Monitoring System for Use on Board Naval Vessels", ASME Paper №82-GT-297.

72. Williams L.J., "The Use of Mathematical Modelling in the Analysis of Gas Turbine Compressor Unit Test Data", ASME Paper №81-GT-217, 1981.

73. Williams L.J., 1981, "The Optimisation of Time Between Overhauls for Gas Turbine Compressor Unit ", Proc. Fourth Symposium on Gas Turbine Operations and Maintenance, National Research Conncil of Canada, Toronto, Canada.