Влияние температурных полей на нарушение центровки деталей трансмиссии газоперекачивающего агрегата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Голуб, Виктор Петрович

• Голуб, Виктор Петрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Голуб, Виктор Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ

АГРЕГАТОВ С АВИАЦИОННЫМ ГАЗОТУРБИННЫМ

ПРИВОДОМ, ОТКАЗЫ ТРАНСМИССИИ КАК ОДИН

ИЗ ОСНОВНЫХ ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Особенности ГПА с авиационным газотурбинным приводом.

1.2. Основные положения по технической эксплуатации, проведению регламентных работ и ремонтов.

1.3. Анализ опыта эксплуатации ГПА-Ц-16 за последние 10 лет, отказы трансмиссии как один из лимитирующих факторов. Постановка задачи исследования.

2. СОЗДАНИЕ ЕДИНОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПО КОНТРОЛЮ

ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСМИССИЙ ГПА-Ц-16,

КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ И РАЗРАБОТКА

ПРОГРАММ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Создание единой базы данных по контролю технического состояния трансмиссий ГПА-Ц-16.

2.2. Анализ и классификация дефектов трансмиссии ГПА-Ц-16 и установление вероятных причин их возникновения.

2.3. Разработка программ экспериментального и теоретического исследований влияния эксплуатационных факторов на центровку соединения «двигатель — нагнетатель».

Выводы по главе 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ОТСЕКАХ ГПА И В ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ДВИГАТЕЛЯ, СВОБОДНОЙ ТУРБИНЫ И НАГНЕТАТЕЛЯ.

3.1. Подготовка ГПА, аппаратура для проведения исследований и технические характеристики приборов.

3.2. Исследования температурных полей ГПА на эксплуатационных режимах, статистический анализ результатов измерений.

3.3. Исследование изменения соосности двигатель - нагнетатель при моделировании температурных полей в отсеках соответствующих эксплуатационным режимам.

Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РАСЧЕТ В СРЕДЕ АШУв ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГПА-Ц-16.

4.1. Общая характеристика расчетной модели.

4.2. Результаты расчета температурных перемещений при работе агрегата.

4.3. Расчет компенсационных монтажных перемещений.

Выводы по главе 4.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ ОПОРНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ И УРОВЕНЬ ВИБРАЦИЙ ГПА.

5.1. Схема установки лазерных источников на неподвижных опорах и приемников лазерных лучей на двигателе, свободной турбине, нагнетателе для контроля тепловых перемещений опорных конструкций.

5.2. Контроль положения опорных конструкций двигателя, свободной турбины и корпуса нагнетателя на различных режимах работы ГПА.

5.3. Мероприятия по своевременному обнаружению и устранению дефектов вального соединения двигатель — нагнетатель.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние температурных полей на нарушение центровки деталей трансмиссии газоперекачивающего агрегата»

В настоящее время, наработка некоторых ГПА с авиационным приводом составляет свыше 100000 часов. Основными агрегатами, имеющими такую высокую наработку, являются ГПА-Ц-16, которые эксплуатируются с 1983 года.

Автор анализирует отказы, связанные с износом и разрушением деталей соединения валов двигатель-нагнетатель (трансмиссии) сопровождавшиеся повышением вибрации на силовой турбине и передней опоре нагнетателя. Предварительные исследования, показали, что на соосность вального соединения двигатель-нагнетатель существенно влияет изменение температурных полей. Нарушение соосности ведет к повышенному износу и разрушению сопрягаемых деталей трансмиссии, вследствие чего детали и узлы не вырабатывают назначенный ресурс. Существующая нормативно-техническая документация по этому вопросу также нуждается в доработке.

Разница температурных полей опорных конструкций двигателя и нагнетателя существенно влияет на их деформации, которые в свою очередь изменяют положение осей валов. Данной методикой предлагается провести комплекс работ по выявлению значений изменения центровки при изменении температурных полей агрегата и при необходимости ввести компенсационные смещения при центровке валов. Таким образом, разработка методики введения компенсационных смещений для выполнения центровки вального соединения двигатель-нагнетатель с использованием методов компьютерного моделирования, позволяющей существенно снизить износ деталей трансмиссии, является одной из наиболее актуальных задач при эксплуатации ГПА.

Целью работы является исследование влияния изменений температурных полей на степень расцентровки деталей трансмиссии ГПА и разработка методики ее своевременного обнаружения и предотвращения.

Задачи диссертации:

1. Классификация дефектов трансмиссии ГПА-Ц-16 и причин их возникновения.

2. Проведение промышленного эксперимента для исследований термических деформаций и смещений опор двигателя, свободной турбины и нагнетателя при различных эксплуатационных режимах ГПА.

3. Проведение промышленного эксперимента для исследований температурных полей в отсеках ГПА и в опорных конструкциях двигателя и нагнетателя, а также оценка их влияния на изменение центровки двигатель-нагнетатель.

4. Разработка модели термических деформаций опорных конструкций ГПА-Ц-16 при помощи численных методов.

5. Разработка и внедрение методики центровки вального соединения двигатель-нагнетатель с учетом радиальных и осевых смещений, возникающих в газоперекачивающем агрегате ГПА-Ц-16 в процессе его эксплуатации.

Методы решения задач

При решении поставленных задач использовались теоретические, численные и экспериментальные методы исследования температурных полей, термических деформаций опорных конструкций ГПА и их влияние на расцентров-ку и надежность трансмиссии ГПА. Теоретические исследования базируются на научных основах механики, теплопередачи и методе конечных элементов. При проведении экспериментальных исследований применяются методы измерения температур, термических деформаций, параметров вибраций и статистической обработки данных.

На защиту выносятся

1. Результаты анализа и классификация дефектов трансмиссии ГПА.

2. Результаты численного исследования термических деформаций опорных конструкций ГПА.

3. Результаты экспериментального исследования температурных полей опорных конструкций в отсеках двигателя и нагнетателя.

4. Результаты экспериментального исследования термических деформаций опорных конструкций и их влияние на центровку двигатель-нагнетатель на различных режимах работы ГПА.

5. Методика повышения надежности эксплуатации ГПА-Ц-16, путем реализации мероприятий по недопущению критической расцентровки двигатель-нагнетатель.

Научная новизна результатов

Классифицированы, и статистически обработаны виды дефектов трансмиссий ГПА-Ц-16. Установлено, что одной из основных причин разрушений являются недопустимые значения расцентровки осей валов трансмиссии.

2. В ходе выполнения промышленного эксперимента получены функциональные зависимости между изменениями температурных полей на эксплуатационных режимах ГПА и параметрами соосности осей трансмиссии.

3. Разработана математическая модель, и выполнено численное исследование влияния термических деформаций рам двигателя, свободной турбины и корпуса нагнетателя на величину расцентровки вального соединения.

Практическая значимость результатов

• Создана база данных изменения показателей технического состояния турбоагрегатов путем исследования 227 турбоагрегатов восьми компрессорных станций Надымского региона ООО «Тюмень трансгаз», что позволило разработать методику повышения надежности на основе индивидуального подхода к центровке турбоагрегатов при проведении регламентных и ремонтных работ.

• Разработана методика центровки вального соединения двигатель-нагнетатель с учетом радиальных и осевых смещений, возникающих в процессе температурных воздействий при эксплуатации агрегата.

Апробация работы Основные положения диссертации доложены и обсуждались:

- на Международной научно-технической конференции «Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли», г. Тюмень;

- на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», г. Самара;

- на Российской научно-технической конференции «Мавлютовские чтения», г. Уфа;

- на совместном расширенном заседании кафедр «Авиационные двигатели» и «Основы конструирования механизмов и машин» Уфимского государственного авиационного технического университета. Публикации

Основное содержание работы отражено в 11 опубликованных работах, в их числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Голуб, Виктор Петрович

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана и внедрена единая база данных по контролю за техническим состоянием трансмиссий ГПА-Ц-16, которая позволяет: контролировать техническое состояние каждого конкретного ГПА; обеспечить оперативное планирование и управление проведением ремонта; своевременно обеспечивать запасными частями; своевременно планировать и проводить диагностирование агрегата.

2. Проведенные экспериментальные исследования температурных полей в отсеках и рамах двигателя, свободной турбины и корпуса нагнетателя, позволили установить разницу температур в отсеках и в рамных конструкциях ГПА до 80°С, что вызывает нарушение соосности вального соединения двигатель-нагнетатель, вследствие больших термических деформаций на эксплуатационных режимах.

3. Разработана математическая модель и с использованием программного комплекса ANSYS выполнено численное исследование термических деформационных перемещений рам двигателя , свободной турбины и корпуса нагнетателя. Сравнение результатов экспериментального и теоретического исследования изменения центровки двигатель-нагнетатель, показывают удовлетворительную сходимость (до 7%).

4. Экспериментальные исследования термических деформаций и смещений опорных поверхностей двигателя, свободной турбины, передней и задней опор ротора нагнетателя, проведенные с помощью лазерных систем измерений «Fixturlaser Shaft 100» позволили определить величины и направления смещений опорных поверхностей двигателя, свободной турбины и ротора нагнетателя. Введение «упреждающей» расцентровки (несоосности) позволило снизить уровень вибраций ГПА в 2 раза. Разработан комплексный метод корректировки центровки вального соединения двигатель-нагнетатель, с учетом смещений, который опробован на 7 агрегатах и дал положительные результаты.

5. Разработана и апробирована методика центровки осей вального соединения двигатель-нагнетатель, позволяющая определить расчетным и экспериментальным методами величины компенсационных смещений, вводимых заранее, для парирования термических деформационных смещений опорных конструкций ГПА на рабочих режимах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Голуб, Виктор Петрович, 2009 год

1. Агрегат газоперекачивающий ГПА-Ц-16. Руководство по эксплуатации. 97. 0000. 00 ИЭ.

2. Агрегат газоперекачивающий ГПА-Ц-16. Инструкция по центровке двигателя. 1. 4300. 4. 00 00. 0000 Д 2. Сумской филиал СКБ ТХМ.

3. Агрегат газоперекачивающий ГПА-Ц-16, техническое описание. СМНПО им. Фрунзе, ВНИИКОМПРЕССОРМАШ, 1983. С. 157.

4. Александрович Р.Б., Голуб В.П. Комплексное диагностическое обследование по эксплуатационным параметрам ГТУ ГПА-16 и ГПА-12 «Урал». Газотурбинные технологии. 207. - № 1 (52). - С. 30 - 33.

5. Александрович Р.Б., Голуб В.П. Диагностическое обследование ГТК-10-4 по эксплуатационным параметрам как концепция перехода на обслуживание ГПА по техническому состоянию. Газотурбинные установки. М. ОАО «Газпром», 2007, № 2 (53). С. 18 - 22.

6. Александрович Р.Б., Голуб В.П. Комплексное диагностическое обследование по эксплуатационным параметрам газотурбинных установок ГПА-16 и ГПА-12 «Урал». Технологии ТЭК. Мониторинг объектов НТК. 2007, № 3. - С. 88-91.

7. Александрович Р.Б., Голуб В.П. Концепция перехода на обслуживание и ремонт газоперекачивающих агрегатов по техническому состоянию вместо регламентного обслуживания. Технологии ТЭК. Мониторинг и обустройство объектов НТК. 2007, № 6. - С. 44 - 48.

8. Анализ технико-экономических показателей трубопроводостроитель-ных потоков при сооружении магистральных газопроводов. Вып. 6 — М.: ВНИИСТ, 1985.

9. Барков A.B., Баркова H.A. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации : Учеб. пособие // СПб ГМТУ, 2004. 156 с.

10. Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учеб. пособие // СПб.: Изд. центр СПб ГМТУ, 2000. 159 с.

11. Басов К. А. ANS YS справочник пользователя. М.: ДМК пресс, 2005. - 640 с.

12. Басов К.А. Графический интерфейс комплекса ANSYS. М: ДМК пресс, 2006. - 248 с.

13. Басов К. А. ANS YS в примерах и задачах // Под общ. ред. Д.Р. Крас-ковского. М.: Компьютер Пресс, 2002. - 224 с.

14. Бикмухаметов В.Д. Газоперекачивающие агрегаты с авиадвительным приводом как наземные энергетические установки: Учебное пособие Уфа:1. УАИ, 1987.-79 с.

15. Газоперекачивающие агрегаты. Временный порядок проведения ремонтов. М. ОАО Газпром». 2006.

16. Говдяк P.M. Актуальные проблемы модернизации газотурбинных газоперекачивающих агрегатов // Говдяк P.M., Шелковский Б.И., Любчик Г.М., Варламов Г.Б. //Экотехнологии и ресурсосбережение. 2003, № 5. - С. 66 - 72.

17. Голуб В.П., Тарасенко A.A. Влияние нестационарных температурных полей на изменение соосности соединений двигатель — нагнетатель ГПА-Ц-16. Нефтегазовое Дъело. 2008, т. 6, № 2. - С. 192 - 195.

18. ГОСТ Р ИСО 10816-3 -99 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на невращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощьностью более 15 кВт и номинальной скоростью от 120 до 15 000 мин"1.

19. ГОСТ 18 322 78. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения.

20. ГОСТ 19604 74. Порядок сдачи в ремонт и приемки из ремонта. Общие требования.

21. ГОСТ 20 440 75. Установки газотурбинные. Методы испытаний.

22. ГОСТ 27. 002 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

23. ГОСТ 28775 90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия.

24. Добров В.Л. Комплекс защиты и мониторинга технического состояния газоперекачивающего агрегата ГПА 10 «Simon» /Добров В.Л., Игуменцев Е.А., Марчук Я.С. // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. № 1 - С. 18-26.

25. Еремин Н.В. Компрессорные станции магистральных газопроводов. С.-Петербург. 1995.

26. Ермолаев А. Реконструкция ГПА — Ц — 16 с заменой двигателя H — 16 CT на ГТУ-16ПЦ /Ермолаев А., Панчеха С., Тихонов С. // Газотурбинные технологии. 2003. № (26). - С. 20 - 22.

27. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с анг., М: Мир, 1975.-474 с.

28. Зорин В.А., Акмалетдинов Р.Г. Охрана окружающей среды от шума газотурбинных установок с авиационными двигателями на магистральных газопроводах //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей. Вып. 20. Уфа, 2004. С. 207 - 212.

29. Игуменцев Е.А. Нормирование вибрации газоперекачивающих агрегатов /Игуменцев Е.А., Марчук Я.С., Гетьманенко C.B. //Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2003. 3. - С. 7 - 11.

30. Игуменцев Е.А. Нормирование вибрации газоперекачивающих агрегатов по результатам виброобследований /Игуменцев Е.А., Прокопенко Е.А., Марчук Я.С. //Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2004. № 2. - С. 23 - 27.

31. Изотов С.П., Шашкин В.В., Капралов В.М. и др.: Под общей ред. Шашкина В.В. «Авиационные ГТД в наземных установках», Л.: Машиностроение, 1984.-228 с.

32. Калегин A.A. Унификация конструкций газоперекачивающих агрегатов /Калегин A.A. и др. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. № 10.-С. 13-15.

33. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2009. - 272 с.

34. Комплексное диагностическое обследование по эксплуатационным параметрам. Газотурбинная установка ГПУ-16П. Методика. 83-00-900ПМ. Пермь. 2005.

35. Кузнецов Н.Д., Резник В.Е., Горелов Г.М., Орлов В.Н. /Проблемы повышения эффективности авиационных двигателей, конвертируемых в газотурбинные установки наземного применения /Изв. Вузов/ Авиационная техника, № 6, 1992- 11 с.

36. Маки С. Методы стимулирования прогнозирования сохраняемости оборудования с точки зрения анализа вибрации. Пер. с японского //Э.- И. «Надежность и контроль качества», ВИНИТИ, 1990. № 13. - С. 14-20.

37. Марчуков Е.Ю. Научные основы конверсии авиационного двигателя для истребителя в привод наземных газотурбинных установок. АО Люлька-Сатурн. М. 1998.-250 с.

38. Методика 83-00-900 ПМ 156 «Комплексное диагностическое обследование по эксплуатационным параметрам ГТУ-16П. //ОАО «Авиадвигатель». Пермь, 2006.

39. ОСТ 108.022.01 81. Агрегаты газоперекачивающие. Порядок проведения предварительных и приемочных испытаний опытных образцов и опытной партии.

40. Панасевич Б.Л. Опыт проведения сдаточных испытаний газоперекачивающего агрегата на объектах заказчиков /Панасевич Б.Л., Ежев В.И., Кожин H.H. //Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. № 4. — С. 12-14.

41. Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов ВРД 39-1.10-006-200.

42. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для вузов. /Ахмедзянов A.M., Алексеев Ю.С., Гумеров Х.С., Итбаев В.К. и др.;

43. Под общ. редакцией Ахмедзянова A.M. М.: Машиностроение, 2000. - 454 с.

44. Регламент диагностического обслуживания газоперекачивающих агрегатов // М.: НТЦ «Оргтехдиагностика». 2004.

45. Ряховский O.A. Муфты. Справочник по муфтам. Л.: Политехника, 1991 -384 с.

46. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. // Пер. с анг. -М: Мир, 1979-392 с.

47. Соколовский М. Газоперекачивающие агрегаты ангарного исполнения /Соколовский М., Саков Ю., Мельничук В. и др. //Газотурбинные технологии. -2003. №6 (27).-С. 30-32.

48. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчет напряженно-деформированного состояния деталей методом конечных элементов. Курган: изд. Курганского гос. ун-та, 2000. — 112 с.

49. Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам, ВНИИГАЗ. 1997.

50. Трансмиссия пластинчатая ART8-B-FHF318-8. Инструкция по центровке двигателя и нагнетателя 1111.03.01.0000ИН1. фирма «А. Fridr. Flender AG», ОАО КПП «Авиамотор».

51. Хронин Д.В. Теория и расчет колебаний двигателей летательных аппаратов. М. Машиностроение. 1985 285 с.