автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Оперативная вибродиагностика технологических требопроводов и газоперекачивающего оборудования компрессорных станций

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ (ВНИМГАЗ)

На правах рукописи

ШВАЛЕВ Виктор Михайлович

УДК 622.691.4.052

ОПЕРАТИВНАЯ ВИБРОДИАГНОСГИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ И ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ОПЕРАТИВНАЯ ВИБРОДИАГНОСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ И ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ (ВНИИГАЗ)

На правах рукописи

ШВАЛЕВ Виктор Михайлович

УДК 622.691.4.052

Москва - 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте природных газов (ВКИИГАЗ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Галиуллин З.Т.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Харионовский В.В.,

кандедат технических наук, доцент Ходов Б.Й.

Ведущее предприятие - 11.И. "Оргтехдиагностика".

Защита состоится 1992 г. в час. мин.

на заседании специализированного совета Д 070.01.02 по присуждению ученой степени доктора технических наук при Всесоюзном научно-исследовательском институте природных газов.

Адрес: 142717, Московская обл..Ленинский район, пос. Развилка, ВНШГАЗ.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по указанное адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШИИГАЗа.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н.

Смерена В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Газовая промышленность является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, определяющих темпы его развития. Это положение отрасли обусловлено быстрым ростом потребностей народного хозяйства в энергоресурсах и невозможностью в полной мере удовлетворить его увеличивающийся спрос альтернативными источниками.

Создана и продолжает развиваться Единая газоснабжающая система страны.Протяженность этой системы более 200 тыс.км, в ней эксплуатируется свыше 380 компрессорных станций (КС), в состав которых входят 758 цехов с центробежными нагнетателями (ЦБН). на 1.01-90г.

Практика эксплуатации КС показала, что конструкция технологических трубопроводов, рассчитанная только на статические нагрузки, без учета воздействия динамических нагрузок, не обеспечивает работу без разрушений. Однако, до настоящего времени существующие нормы расчета трубопроводов КС не учитывают воздействие динамических нагрузок, á вопросы повышения несущей'способности технологических обвязок КС по статическим нагрузкам решаются за счет увеличения толщины стенки трубы.

Анализ аварийных ситуаций, возникающих на КС, показал неэффективность существующих планово-предупредительных работ и необходимость совершенствования диагностики и обслуживания технологических трубопроводов, газоперекачивающего оборудования КС.

Таким образом, создание новых методов и технических средств диагностики газоперекачивающего оборудования и трубопроводных обвязок КС, направленных на повышение надежности транспорта газа и безопасности работы обслуживающего персонала, а также обеспечение перехода к ремонтно-техническому обслуживанию оборудования по состоянию является для отрасли актуальной научной и практической задачей, на решение которой направлена настоящая диссертация.

Цель работы. Разработка и внедрение в практику эксплуатации магистральных газопроводов СМГ) новых методов и технических средств оперативной вибродиагностики технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КС, направленных на совершенствование системы эксплуатации, повышение надежности транспорта газа и обеспечение безопасных условий работы обслуживающего персонала.

Основные задачи работы:

1. Исследование объекта диагностирования, его функциональных особенностей и вибрационного состояния с учетом взаимного влияния технологических трубопроводов и центробежного нагнетателя.

2. Определение закономерностей и оценка изменения напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов КС от нагрузок и воздействий, возникающих на стадии монтажа, эксплуатации и ремонта.

3. Разработка методик и алгоритмов оперативной вибродиагностики технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КС.

4. Научно-методическая разработка методик по оптимизации обслуживания технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КЗ на основании обследований оперативной вибродиагностики.

5. Разработка и внедрение организационно-технических мероприятий по совершенствованию эксплуатации и ремонта технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КС с применением разработанных методов и технических средств оперативной вибродиагностики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- решена задача распознавания множества дефектных состояний центробежного нагнетателя на основе закономерностей взаимного распределения уровней виброскорости спектра вибрационного сигнала;

- разработана математическая оценка интенсивности вибрации элементов центробежного нагнетателя путем расчета коэффициента вибрационного состояния с учетом спектральных составляющих вибрационного сигнала;

- разработана математическая модель определения опасного сечения и величины динамического напряжения в трубопроводах по характеристикам вибрационных сигналов, на которой базируется новая методика оперативной вибродиагностики технического состояния технологических трубопроводов КС.

Практическая ценность работы заключается в том, что новые методики и технические средства оперативной вибродиагностики технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КС позволяют перейти к системе технического обслуживания обору-

дования с учетом его фактического состояния, более экономично и эффективно эксплуатировать КС, обеспечить более безопасные условия работы обслуживающего персонала, а также свести к минимуму аварийные ситуации.

Разработан новый способ дефектации технологических трубопроводов и центробежного нагнетателя по вибрационному состоянию, основанный на нормировании уровней вибрации центробежного нагнетателя и нормировании уровня эквивалентных напряжений трубопроводов в зависимости от динамических нагрузок.

Результаты диссертационной работы используются при проведении диагностирования технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования КС в Куйбышевском управлении магистральных газопроводов, в Башкирском управлении магистральных, газопроводов, в ПО "Волготрансгаз" с фактическим экономическим эффектом 484,3 тыс.руб. в год.

Важным практическим аспектом работы является также то, что универсальность новых методов и технических средств оперативной вибродиагностики позволяет использовать их для диагностирования не только оборудования КС, но технологических обвязок ТЭЦ, АЭС, ГРС, АГНКС и др., подверженных динамическим нагрузкам.'

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы трубопроводного транспорта нефти и газа" (Ивано-Франковск, сентябрь, 1985 г.), Х1У творческом семинаре молодых ученых и специалистов Мингазпрома СССР (г. Ашхабад, 1988 г.) ^ семинаре-соведании "Состояние и перспективы развития основных направлений автоматизации в газовой и нефтяной промышленности" (г.Киев, 1989 г.), Куйбышевской конференции главных специалистов нефтяной и газовой промышленности "Пути развития диагностирования технического состояния магистральных трубопроводов" (г.Куйбышев, 1990 г.), Всесоюзном семинаре "Газотранспортное оборудование компрессорных станций. Новые разработки и опыт эксплуатации" (Одесса, сентябрь, 1991 г.).

Публикация. На тему диссертации опубликовано 7 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 105 наименований и приложения. Работа изложена на 265 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 68 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цель и основные положения, выносимые на защиту, отмечена новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса и определению направлений совершенствования технического обслуживания технологических обвязок и газоперекачивающего оборудования КС.

Анализ причин, вызывающих аварии и отказы технологических обвязок и ЦБН, показал, что выходят из строя как сами трубопроводы, так и соединительные детали (тройники, отводы). Безотказная работа механической системы "ЦБН-технологическая обвязка-опорная система" в значительной мере зависит от дефектов, заложенных в нее на стадиях изготовления, монтажа, эксплуатации.

Значительное влияние на техническое состояние технологической обвязки ЦБН оказывает опорная система. Имеющиеся отказы практически не связаны с исчерпанием несущей способности труб и соединительных деталей, а связаны, в основном, с развитием трещин из концентраторов при средних напряжениях, которые существенно ниже предела текучести. При этом трещины могут возникать от коррозионных повреждений, от потока газа, содержащего твердые компоненты (происходит "вымывание" непроваров в соединительных стыках), а утончение стенок - от эрозионного износа. Также возможно возникновение трещин от малоцикловых нагрузок при повышенных вибрациях.

В настоящее время эксплуатируемые КЗ имеют технологические обвязки, спроектированные таким-образом, что при расчете на прочность учитывались только статические нагрузки (СНи11 2.05.06-85). Однако, значительное увеличение нагрузки на обвязку в процессе эксплуатации может быть вызвано повышением уровня пульсации давления газа. Следствием пульсации давления в трубопроводах являются повышенные уровни вибрации вплоть до недопустимых, что в настоящее время при проектировании не учитывается. Поэтому актуальной задачей для отрасли являлось проведение исследований по определению закономерностей и оценки изменения напря-

женно-деформированного состояния трубопроводов технологической обвязки и газоперекачивающего оборудования КС от нагрузок и воздействий, возникающих на стадиях монтажа, эксплуатации и ремонта.

В условиях перехода к системе технического обслуживания

оборудования ИЗ по фактическому состоянию значительно возрастает важность получения достоверной диагностической информации, что предъявляет повышенные требования к техническим средствам диагностирования.

Анализ существующих методов и технических средств вибрационного контроля технологических трубопроводов и газоперекачивающего оборудования показал, что в настоящее время существует ряд сложностей при организации технического обслуживания оборудования КС по фактическому состоянию:

- существующие методы дефектации предполагают сложную математическую обработку диагностической информации и потому сложно реализуются в специализированных технических средствах или по общему уровню вибрации обладают ограниченными функциональными возможностями;

- требуют привлечения высококвалифицированных специалистов, что в настоящее время возможно только при централизованной форме обслуживания КС;

- высокая стоимость технических средств вибродиагностики.

Решение проблемы обеспечения КС специализированными, недорогими, обладающими высокой достоверностью цифровыми средствами вибрационного диагностирования, позволит создать реальную базу для оперативного обслуживания газотурбинных двигателей, ЦБН и технологических обвязок О учетом технического состояния.

Результаты исследований, проведенных в настоящей главе, определили цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описаны и представлены результаты экспериментальных исследований по определению:

- напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов КС от статических и динамических нагрузок на стадиях монтажа, демонтажа, эксплуатации и ремонта оборудования, а также на различных режимах работы ЦБН;

- вибрационного состояния технологической обвязки НС с учетом взаимного влияния ЦЕН, трубопроводов и опорной системы;

- закономерностей распределения уровней роторных и лопаточных гармоник ЦБН при основных дефектах.

Для исследования напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов КС и нагрузок, действующих на обвязку, использовались два способа: тензометрирование и вибрационный.

Основным методом обработки данных экспериментальных иссле-

7

дований вибрационного состояния ЦБН принят спектральный анализ. 11ри исследовании были использованы инфранизкочастотные датчики, разработанные ГШ "Оргтехдиагностика", 'У/$?ОрО?{:" фирмы ЗсЬепк , УМ-61 фирмы "ОЫО50КУ" Япония, для записи вибрационных сигналов использовался магнитофон 7005 (фирмы "£ги/ и И^х?" Дания). Обработка результатов исследования проводилась в лабораторных условиях на спектроанализаторах С¥-300 (0М)Л)КУ).

Основные выводы, полученные в результате экспериментальных исследований, следующие:

- уровень вибрации технологических трубопроводов КС и сопряженного с ними оборудования в значительной степени зависит от технического состояния механической системы "ЦБН-трубопровод--опорные конструкции";

- суммарные (эквивалентные) напряжения в трубопроводной обвязке ЦБН от воздействия внутреннего давления, температуры,монтажа и вибрации могут значительно превышать расчетные (см. рис.1);

- неудовлетворительная конструкция "мертвых"опор обвязочных трубопроводов ЦБН типа 370-181 и 235-21-1; "

- подтверждены закономерности перераспределения уровней амплитуд виброскорости роторных гармоник при наличии дефектов, а также установлены информативные признаки дефектов на разной стадии их развития;

- при моделировании закона взаимного распределения амплитуд виброскорости роторных гармоник ЦБН и аппроксимации функциональной зависимости с погрешностью не более 1,5% могут быть эффективно использованы прикладные свойства рекуррентных соотношений (см. рис.3);

- исследование вибрационного состояния корпуса ЦБН позволило определить наиболее информативные частотные составляющие спектра:

роторных гармоник ' - г ;

лопаточных гармоник — ^ г///1 5

низкочастотных колебаний - ^ = 4 + 9 Гц (см. рис.2);

частоты собственных колебаний ротора ЦБН в сборе и отдельно его элементов, а также закономерность затухания величины этих колебаний в штатной точке замера (см. рис.5).

В третьей главе изложены результаты теоретического исследования диагностической информации технологического оборудования КС и разрабатывается методика дефектации ЦБН на основе соотношения

б" кг/с и'

Гидравлическое испытание

Ыонтах

Укладка труб на опоры

Натяг и центровка

(5м

бм+б'ч

вги

Давление технологического газа

5г

Эксплуатация

Пульсация давления гава-Колебание нагнетателя _ Резонанс трубопровода _ Температурные деформации. Просадка опор

бэка-1<3: от-

Ж*

О ибн

рвз

тел О пр

'.'Зин =

УВ

Время

Рио.1 Напряжение в технологических трубопроводах

мевду амплитудами роторных гармоник.

■ Проведено нормирование уровней роторных гармоник ЦБК исходя из опыта эксплуатации, анализа работы нагнетателей с повышенным уровнем вибрации, ремонтов и дефектации газоперекачивающего оборудования на КС. Обработано более 850 виброграмм, характеризующих техническое состояние ЦВН. Данная обработка дала возможность установить теоретическое распределение амплитуд роторных гармоник ЦБН, близкое к нормальному, что позволило среднюю математи-тическута амплитуду Вку составляющей за период наблюдения Т, записать в виде В0 ¿ВнИ)с/Ь где характер изменения К-к составляющих спектра вибрации. Тогда виброскорость можно записать в ваде

Уе - (аи)оИ -¡в0 = & , (I)

где: ^ - виброскорость (мм/с);

СХ - виброускорение (мм/с ) с амплитудой В0\ - частота К-й кратности.

Рассчитывая виброскорость для различных значений а по формуле ^1), можно определить закономерность теоретического распределения уровней виброскорости в зависимости от £ .

Из анализа нормированного (экспериментального) и теоретического распределения уровней виброскорости в зависимости от ^ следует, что теоретическое распределение уровней роторных гармоник в зависимости от основной частоты вращения ротора аппроксимируется некоторой характерной кривой (I). Данную зависимость в результате математических вычислений можно выразить некоторой экспоненциальной функцией в виде

где: постоянные аппроксимации экспоненциальной зависимости;

начальная фаза колебаний {-1 \

0О - частота вращения ротора, К = 1,2, ...

Анализ и обработка спектра вибрации реального технологического объекта в виде (I) или (2) связаны с определением истинных значений виброскорости (Хк, мм/с) К-х (К = I, ..., 8) гармонических составляющих. Метод дефектации ЦБН по значениям Хк в значительной мере определяет технические характеристики средств вибрационного диагностирования - быстродействие, точность и затраты на аппаратуру.

В настояцее время из существующих методов дефектации чаще других мспользуется вычислительный метод, согласно которому из

Э

X: ©90 нг

УЦцЛ^

■ 1Н а »<Нзг

V! -?491+4Еи

Рис.2 Спектрограмма ЦБН 370-18-1

Вк. мм/с

75 150 225' 300 375 «0. 525 600

Частота

Рис.3 К расчету аппроксимирующей кривой

(I) или (2) находятся значения коэффициентов , обеспечивающие соответствие измеренного Укк полученного по (I) или (2). Однако, для вычисления амплитуды К-й гармоники необходимо реализовать сложный алгоритм поиска. Автором предлагается процесс вычисления (I) или (2) аппроксимировать полиномом, значение которого для заданных К = I, 2, ..., совпадает со значением функции в контрольных точкех. Определен вид и степень аппроксимирующего полинома, сделан переход к рекуррентному уровню связи В* с В^.^ вида

при следующих условиях:

Тогда процедура аппроксимации зависимостей (I) или (2) для бездефектного ЦБН может состоять в моделировании закона распределения амплитуд гармонических составляющих на основе рекуррентного соотношения (3). При этом значение Хо подбирается таким,что все частные решения (К = 1, 2, ...) уравнения (I) или (2) совпадали с истинными значениями Вк (I, 8) для заданных /? . но данной модели аппроксимации возможно значительно упростить анализ и обработку диагностической информации.

Проведенные теоретические исследования спектральных составлявших роторных гармоник ЦЕН показали, что зависимость (2) аппроксимируется рекуррентным выражением (3). При этом наиболее информативными в области низкочастотного спектра при появлении основных дефектов (приводящих к наибольшим затратам при ремонте) является первые восемь роторных гармоник.

На основании статистической обработки результатов вибрационных обследований установлены области технического состояния ЦБН в зависимости от степени развития дефекта.

Реализация алгоритма анализа и обработка диагностической информации в технических средствах вибродиагностики требует установления доверительных интервалов, учитывающих возможное отклонение взаимного распределения уровней роторных гармоник от расчетного по всецу. исследуемо^ спектру.

Для количественной оценки вибрационного состояния и определения зоны интенсивности вибрации предложен коэффициент вибрационного состояния в виде 12

Рис Л Иллюстрация исследования вибрационного состояния трубопроводов КС

Затухание колебаний в штатной точке заиере (3) XI пт'У

Рис.5 Вибрация вала нагнетателя

aU Pegón. /г/ Oigo/7.

где: ¿ - номер контролируемой роторной гармоники, имевшей максимальный уровень Vg , им/с; Ве - допустимый уровень виброскорости i роторной гармоники; g. - уровень виброскорости I роторной гармоники; fi/joñ" допустимый уровень виброскорости / роторной гармоники; Л^и используется для расчета параметров тренд-анализа, предлагается аппроксимацию результатов измерения до I контрольной точки по замерам производить рекуррентным полиномом вида

где: '¿¿ ¿ {t k/-/]¡ //)<*/- параметры аппроксимации; - абсолютная погрешность аппроксимации; Q¡ - коэффициент аппроксимации, который определяется по

значениям корней характеристического уравнения. iipH //опорных точках можно построить /77 уравнений вида (5)

(Р^ШЪЧГХоЛЮ,

Че: / f ¡RtO}- начальное условие/rr аппроксимирующего полинома степени у , содержащего Ь/ спорных и Z контрольных точек

¿Г = 1, 2..... /^/Pj.

функция (6) дает математическую зависимость параметров процесса от- времени диагностирования, что определяет одну из основных задач прогнозирования и позволяет строить комбинированный тренд-анализ (длительный и кратковременный) с любой наперед заданной глубиной контрольных и опорных точек. Выбором 2 , р, Хд минимизируется погрешность аппроксимации ¿\ £ за счет возможности коррекции вычисления коэффициента Q¡.

ири практической реализации в технических средствах вибродиагностики метода, основанного на рекуррентных соотношениях, представляется возможным: повысить достоверность диагностирования за счет разделения дефектов и исключения взаимного влияния одного дефекта на другой; повысить качественный уровень диагностирования за счет распознавания дефектов в ранней стадии; расширить функциональные возможности технических средств ■иагностирования за счет возможности использования метода вибрационного диагностирования для различных типов ЦЬЬ и ГГД и бсзмолШосы прогнозирования технического состояния газоперека-

чивакхцего оборудования.

Также в настоящей главе представлен и ттерлэлн исследований по разработке метода определения технического состояния технологических трубопроводов КС.

Ьа трубопроводную систему КС действует два типа нагрузок: статические и динамические. При действии динамических нагрузок на конструкцию технологических трубопроводов КС в ней возникают колебательные процессы, которые в случае неблагоприятного сочетания факторов могут оказаться определяющими дтя ее прочности и надежности. Экспериментальные исследования показали, что при действии динамических нагрузок на технологические трубопроводы КС в них возникают упругие продольные, крутильные и изгибные колебания.

Конструкция трубопроводов обвязки ЦБК такова, что является особенно чувствительной к изгибным колебаниям (большая длина при относительно малой изгибной жесткости). При оценке динамической устойчивости элементов конструкции технологических трубопроводов КС определяются значения частот и амплитуд возмущающих нагрузок, при которых амплитуды колебаний могут неограниченно возрастать (резонанс), и вычисляются границы этой неустойчивости.

При аналитическом исследовании собственных форм и частот изгибных колебаний трубопроводов КС данная задача с определенной достоверностью решается путем представления трубопровода ь виде упруго-изогнутого бруса постоянного сечения.

Выбирается за начало отсчета сосредоточенная масса или опора (по данным экспериментальных исследований технологическая обвязка имеет наименьшую вибрацию на ДБЬ, запорной арматуре, опорах, при входе в землю), а ось Z направляется по упругой оси трубопровода. Тогда отклонения точек оси рассматриваемого стержня при поперечных колебаниях определяются функцией координат 2. и времени Ь

Г г,*).

Исследование показало, что граничные условия определяются способом закрепления трубопровода на расчетном участке. Если рассматривается отрезок трубопровода мевду ЦБН и фиксируетцей опорой, или краном и защемлением трубопровода грунтом, или фиксирующей опорой и краном, то сечение трубопровода в месте крепления можно считать жестко защемленным, для которого прогиб и угол поворота поперечного сечения равны нулю

s*0, §i*0.

..ри опирании трубопровода на опору его вибрация у опоры не равна нулю, поскольку необходимо учитывать возможные смещения спорно." конструкции и возникающие упругие восстанавливающие силы. Б ьтом случае начальные условия будут следующими:

S Сz,o)

где Функции£tfz) и $¡(2)определяют начальное отклонение и скорости точек упругой оси трубопровода.

е., л а определения собственных ферм колебаний используется уравнение свободных колебаний в виде

ЕJf-uJzrr>f=0. (8)

Граничные условия к уравнению (8) определяются из граничных условий ^лг функции Sí2, i)

y\z=0l-D -О ?_ л df"

ироведсно аналитическое исследование зависичости величины :жа:иического напряжения от амплитуды вибрационных колебаний и расстояния дс опасного сечения, от параметров вибрации в контро-льн.н точках получен1::

1) математическая зависимость

(9)

rie: £ - расстояние от контрольной точки до опасного сечения трубопровода, в метрах;

S,,SA - "зеличина смоления трубопровода ог нейтрального положения ь контрольных точкам;

Л - база прибора, равная расстоянию между контрольными точками;

К4 - коэффициент расстояния.

К. - . 1 . . (Ю)

4 Y/+ ;

3- jrte

где: /Y)z= А; 1 rtle = ; 17 т£>0;

Z - расстояние от места приложения эквивалентной силы до опасного сечения;

2) функциональная зависимость

сш

где величина напряжения, возникающего в трубопроводе выражена через диаметр трубопровода, смещение оси трубопровода'от нейтрального положения S и расстояние от точки замера величины вибрации до опасного сечения ¿

В четвертой главе подтверждена работоспособность новых методик и технических средств оперативной вибродиагностики в процессе опытной эксплуатации.

Для экспериментальной проверки методики определения технического состояния технологических трубопроводов КС был разработан и изготовлен стенд, максимально имитирующий реальные условия КС. В процессе стендовых испытаний прошли экспериментальную проверку математические зависимости (9), (10), (II), при этом экспериментальные значения параметров - Д , > 5¿> ■ Z изменялись, а 9)т, (f были постоянными.

На основании лабораторных исследований определены параметры и зависимости, которые положены в основу создания прибора ВМ-05. Прибор обеспечивает выполнение следующих операций:

¿ Z —> О1-* (J пэкв. .

При этом запас эквивалентной прочности предлагается определять по следующей формуле - _ ~

п - _ (13)

где: К- статический коэффициент напряжения трубопровода,учитывающий конструктивные коэффициенты напряженных сечений с максимальным напряжением-Кк; напряжения от температурных деформаций-Кт; напряжения от просадки опор и ^ коллекторсв-Кпр; напряжения от монтажных натягов-Кмонт; К - динамический коэффициент концентрации напряжений трубопровода, учитывающий состояние поверхности трубопрсво-да-КПов> местные концентраторы напряжения (сварные швы, риски, задиры, вмятины, каверны и т.д.)-Кконц; структуру металла в опасном сечении-Кмет! конструктивные особенности (переходы, тройники)- Кконц. lio техническому заданию был разработан и изготовлен опытный образец прибора ВМ-05. Прибор предназначен для оперативного

определения технического состояния технологических трубопроводов лС. принцип действия прибора заключается в определении величины динамических напряжений в опасном сечении и местоположения этого сечения по характеристикам вибросигналов.

Разработаны алгоритмы функционирования прибора по определению:

- величины динамического напряжения - С) и местоположения опасного сечения трубопровода;

- потных эквивалентных напряжений в сечецри трубопровода и запаса эквивалентной прочности.

проведены испытания прибора ВМ-05 в условиях работающей КС ;!а трубопроводах обвязки ЦЬН и трубопроводах обвязки пылеуловителей с целью определения достоверности прибора. (См. рис.4).

Спит промышленной эксплуатации прибора ВМ-05 в течение Кб'З-Х'лО годах показал, 'что достоверность установления дефектов не ниже 0,80. при этом внедрение прибора только на 5 ЛиУ Куи.бьмевского управления дало экономический эффект 93 тыс.руб. в год.

Для практической реализации методики оперативной вибро.диаг-ностики газоперекэчиваощего оборудования был изготовлен автоматический индикатор дефектов АЦЦ-2М, а также разработана структурная схема и алгоритм функционирования прибора. В состав прибора входят гибропреобразователь, усилитель заряда и интегратор, блок узкополосных фильтров, аналоговый мультиплексор, блок измерения вибрации, блок синтеза признаков дефектов, блок индикации, узел формирования опорных спектров сигналов, состоящих из формирователя оперного напряжения, аналого-цифрового преобразователя л генератора рекуррентных числовых последовательностей.

Ведомственная комиссия провела в реальных цеховых условиях Сергиевского ЛлУ в соответствии с программой испытания.Объектом лсследования являлся газоперекачивающий агрегат типа ГТК-10-4 с цЬЬ 370-18-1.

Испытания проводились методом введения основньзс механических дефектов по одному и в сочетании ("ослабление натяга на ысчадгл подшипника", "дисбаланс", "увеличен зазор", "расцентро-вка") гамера уровня виорации прибором АЩ-2« и сравнение его псказани": с эталонными приоорами.

Б журнале испмтшы;"' фиксировались зоны интенсивности вибрации и признаки дефектов по лВД-2и1.

1В

Испытания показали, ч"с прибор обеспечивает выявление следующих дефектов:

- дисбаланс турбины высокого давления;

- дисбаланс турбины низкого давления;

- дисбаланс ротора нагнетателя;

- расцентровка роторов турбины и нагнетателя;

- механическая разболтанность подшипников (исчезновение натяга на вкладышах подшипников);

- увеличение зазора в подшипниках.

Количество идентифицируемых зон интенсивности вибрации - 5:

- бездефектно;

. заровдающийся дефект;

. допустимо;

- недопустимо;

- аварийно.

Впервые в отрасли использование прибора позволило отказаться от централизованного технического обслуживания, что экономит 61,5 тыс.руб. в год на одной КС.

С целью проверки функциональных характеристик прибора на КС-9 Тольяттинского управления проведены обследования вибрационного состояния парка ГиА типа ГГК-Ю-4 с ЦБН 370-18-1 с одновременной записью вибрационного сигнала на магнитный регистратор и последующей обработкой на анализаторе спектров. Результаты обработки сравнивались с показанием прибора АВД-2М по всем гармоническим составляющим, входящим в программу обработки и анализа состояния прибора. Обработка вибрационного сигнала на анализаторе спектра, кроме спектрального анализа, включала корреляционный анализ (функция когерентности) и снятие амплитудно-частотных характеристик механических систем агрегата. Результаты данных обследований позволили определить действительные вибрационные ситуации П1А и установить соответствие с показаниями прибора АЦЦ-2М. Опыт промышленной эксплуатации АЦЦ-2М с марта 1989 г. по июль 1990 г. показал, что достоверность установления дефекта не ниже 0,82.

Внедрение прибора АИД-2М только в Куйбышевском управлении магистральных газопроводов, Башкирском управлении магистральных газопроводов, ЬО "Волготрансгаз" обеспечило экономический эффект 354,5 тыс.руб. в год.

Основные результаты и выводы:

1. Определены условия разработки новых методов оперативной вибродиагностики:

- необходим детерминированный подход к исследованию зибра-цлонных сигналов, возникающих в газоперекачивающем оборудовании;

- проведение прикладных исследований решения задач для упрощения анализа и переработки диагностической информации.

2. Доказано, что при моделировании закона взаимного распределения амплитуд виброскорости роторных гармоник центробежного нагнетателя и аппроксимации их функциональной зависимости могут быть эффективно использованы свойства рекуррентных числовых последовательностей .

3. Обоснованы теоретически и экспериментально подтверждены закономерности перераспределения уровней амплитуд виброскорости роторных гармоник центробежного нагнетателя при наличии дефектов, установлены информативные признаки основных неполадок на разной стадии их развития.

4. Обоснована теоретически оценка интенсивности вибрации элементов центробежного нагнетателя путем расчета коэффициента вибрационного состояния с учетом спектральных составляющих вибрационного сигнала, подобран аппроксимирующий полином и параметры, определяющие эффективность тревд-анализа, позволяющие строить прогноз с любой наперед заданной глубиной контрольных и опорных точек.

5. Разработана и экспериментально подтверждена математическая модель определения опасного сечения и величины динамического напряжения в трубопроводах по характеристикам вибрационного сишала.

6. В результате экспериментальных исследований и натурных испытаний на технологических обвязках КС и П1Л определены наиболее инфорчативные точки, пригодные для оперативного диагностирования механической системы "нагнетатель-трубопроводная обвязка-опорные конструкции", разработан алгоритм диагностирования и на его основе сформулированы требования к техническим и функциональным характеристикам приборов для оперативной вибродиагностики.

7. Разработаны и внедрены специализированные.технические средства и методики оперативного вибрационного диагностирования технологических трубопроводов и центробежных нагнетателей.

8. Внедрена в практику эксплуатации технологических трубо-

гроводов и центробежных нагнетателей система оперативной вибро-(иагностики и прогнозирования технического состояния, позволкю-;ая снизить количество аварийных ситуаций и перейти к системе )бслуживания оборудования с учетом технического состояния.

Основные положения диссертации опубликованы в слецущих >аботах:

Галиуллин З.Т., Швалев В.М., Ермаков A.A. Влияние некоторых факторов на напряженно-деформированное состояние обвязки X. Транспорт и подземное хранение газа,?? II, 1987, с. 13-17.

¡. Швалев В.М. Методы и средства оперативной вибродиашостики газоперекачивающего оборудования компрессорных станций.Сборник по автоматизации. Опыт разработки и внедрения АСУГП объектов нефтяной и газовой промышленности. Ки^вДйЭО, с.120--125.

3. Швалев В.М. Диагностирование технического состояния центробежного нагнетателя путем применения метода обнаружения дефектов с использованием рекуррентных соотношений. й.С. Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендованный к внедрению в газовой промышленности, 1990, № 9, с. 20-2Ь.

L. Швалев В.М. Методы и средства "оперативной вибродиашостики технологических трубопроводов КС НО "Куйбшевтрансгаз".Сборник трудов ВНИИГАЗа. Газопроводные конструкции в сложных условиях, М., 1990.

5. Швалев В.М. Автоматический индикатор дефектов - АВД-21Л. И.Л. КБШ ЦНТИ, № 38-91, 1991, с.4.

5. Швалев В.М. Прибор для определения динамических напряжений трубопроводов - ВМ-0,5. И.Л. КБШ ЦНТИ, № 37-91, 1991, с.г.

7. Швалев В.М. Диагностирование технического состояния газоперекачивающего агрегата ГГК-Ю-4. И.Л. КБШ ЦНТИ, Г- 212-91, 1991, с.З.