автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка методов и средств повышения эксплуатационной надежности системы "конвертированный авиационный двигатель – нагнетатель природного газа

МЕДВЕДЕВ Станислав Данилович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ СИСТЕМЫ «КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ -НАГНЕТАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА»

Специальность: 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

2 2 ИЮЛ ?ою

Самара 2010г.

004607383

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмическ университет имени академика С.П. Королёва» (национальный исследовательск университет) на кафедре конструкции и проектирования двигателей летательн аппаратов и в ООО «Газпром трансгаз Самара»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

С.В.Фалалеев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Д.С. Еленевский

доктор технических наук, профессор

Ю.А.Равикович

доктор технических наук, профессор

Г.В.Смирнов

Ведущая организация: ОАО «Самарское конструкторское бюро машиностроения», г. Самара

Защита состоится " 24_" сентября 2010г. в 10 часов на заседании диссертац онного совета Д212.215.02 в Самарском государственном аэрокосмическом ун верситете имени академика С.П. Королёва по адресу: 443086, г. Самара, Москс ское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государс венного аэрокосмического университета (СГАУ).

Автореферат разослан "_2_" _июня_2010г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

-А.Д.Головин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальностъ 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 газо-[ерекачивающих агрегатов (ГПА), а также усовершенствовать в связи с предъяв-яемыми высокими требованиями по ресурсу (более 100 тыс.ч).

В настоящее время в ОАО «Газпром» эксплуатируется более 4000 ГПА, из их 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 виационный двигатель - нагнетатель природного газа» требует выявления кри-ических элементов в условиях реального нагружения и разработки науч-юобоснованных технических и технологических решений для совершенствования уществующих и создаваемых ГПА. Особо следует выделить лопатки и диски урбин, а также элементы опорно-уплотнительных узлов ротора. Перспективно [спользование и дальнейшее развитие технологий из аэрокосмической отрасли: идродинамических демпферов (ГДЦ) и электромагнитных подвесов (ЭМП) для шор, систем торцовых газодинамических уплотнений (ТГДУ) дня герметизации юлости нагнетателя, термопластического упрочнения (ТПУ) деталей турбин и др.

При создании изделий общего машиностроения длительность доводочных !спытаний может достигать до 80% от общего времени разработки конструкции. 1оэтому исключительную важность представляют разработка и применение мето-(ов ускоренных испытаний элементов, направленных на сокращение сроков до-юдки ГПА до требуемых показателей надёжности. Это требует разработки соот-¡етствующего системного научного подхода и специального стендового оборудо-¡ания.

Необходимость разработки теоретических основ для решения отмеченных гроблем является весьма актуальной и определяет поставленные цель и задачи ис-ледования.

Цель работы. Повышение эксплуатационной надёжности и эффективности ;истемы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного гада) газоперекачивающих агрегатов при их модернизации в условиях эксплуатации га основе развития конвертированных авиационных технологий.

Задачи исследования:

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 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;

- научнообоснованные рекомендации для служб эксплуатации по оценке и обеспечению показателей надёжности;

- научнообоснованные рекомендации по выбору параметров ЭМП и ГДД;

- оборудование для испытаний;

4) разработать методологические основы для внедрения в серийное производство 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 про цессов, протекающих в элементах системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа». Для решения задач использовались метод! математического анализа, теории вероятности, гидро- и газодинамики, теории ко лебаний с представлением зависимостей в безразмерном (критериальном) виде.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректной физиче ской и математической постановкой задач, строгостью использованного математиче ского аппарата, сопоставлением теоретических результатов с экспериментальным! данными, полученными на разработанных оригинальных стендах и натурных издели ях, а также положительным опытом крупномасштабного практического внедрена результатов диссертации.

Объекты исследования - динамические, тепловые и гидрогазодинамиче ские процессы в элементах роторной системы ГГ1А с авиационным приводом, I 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.

4

2. 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.

3. Модернизирован метод ускоренных испытаний системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и её элементов, включающий 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.

4. 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.

5. 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.

6. Создан метод повышения надёжности системы ТГДУ, включающий организационные, научные, экспериментальные, технологические и эксплуатационные аспекты. Усовершенствована математическая модель ТГДУ, учитывающая статические, динамические и тепловые воздействия.

7. 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 влия-ше ЭМП,ГДДиТГДУ.

8. Созданы и защищены патентами динамические испытательные стенды для ГГДУ, способ и технологическая установка для ТПУ лопаток и дисков турбин жиационных и стационарных приводов.

Практическая ценность заключается в следующем:

- разработанный комплекс методов и средств позволяет обеспечить эксплуатационную надёжность, а также является основой для разработки конструкций бо-гее 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 гагруженности; получены результаты параметрического, вибро- и тензометриче-ского обследования эксплуатационной нагруженности ГПА Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ на различных режимах работы изделия;

5

- сформулированы научнообоснованные 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 научнообоснованные 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 научнообоснованные технологии ремонта лопаток и дисков турбин методом ТПУ, которые могут быть применены как для авиационных, так и стационарных приводов.

Реализация работы на практике.

1. Разработанные диссертантом научный подход и технико-экономическое обоснование реконструкции ГТС на основе использования конвертированных авиационных технологий явились основой концепции реконструкции газотранспортной системы ООО «Газпром трансгаз Самара».

2. При непосредственном участии автора впервые в ОАО «Газпром» были внедрены «сухие» нагнетатели НЦ-16 с авиационным приводом НК-16СТ, оснащенные ЭМП и ТГДУ. Внедрены гидродинамические демпферы в конструкцию опоры свободной турбины двигателя НК-14СТ.

3. Впервые в практике отечественного и зарубежного машиностроения на основе принципиально нового метода доводки удалогь внедрить ТГДУ на нагнетателе Н-370-18-1 с консольным расположением рабочего колеса. В настоящее время в ООО «Газпром трансгаз Самара» системами ТГДУ оборудованы 43 нагнетателя.

4. Впервые в отечественной промышленности внедрены в серийное производство в ООО «Газпром трансгаз Самара» технологии и оборудование по термопластическому упрочнению дисков и лопаток турбин авиационных и стационарных приводов.

5. Разработанные методы и методики проектирования и доводки системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и её элементов внедрены на ряде предприятий РФ. 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), посвящённая 55-летию СГАУ «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе» (Самара, 1997г.); НТК «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1997г.); МНТК «Проблемы и пер-

6

спективы 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 опубликованы: 1 монография, 37 статей (из них 10 в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией), 10 тезисов докладов, 6 патентов и авторских свидетельств на изобретения. Суммарный объем 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, проведён анализ особенностей работы и отказов ГПА с авиационными приводами. Также даётся краткая характеристика диссертационной работы, сформулированы основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе проведён анализ современного состояния вопроса модернизации ГПА и предложена методология реконструкции объектов ГТС.

Проведённый научнообоснованный анализ критериев и путей реконструкции ГТС показал, что наиболее оптимальным для модернизации ГПА является использование конвертированных авиационных технологий. Проведённое технико-экономическое обоснование показало, что в зависимости от экономической целесообразности модернизации могут подвергаться как целые цеха, так и отдельные агрегаты или их узлы.

Всесторонний анализ характера и причин отказов систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» ГПА, эксплуатирующихся на магистральных газопроводах страны, позволил определить перечень основных узлов, лимитирующих надёжность агрегатов, и показал, что наиболее подвержены повреждениям роторы нагнетателей, соединительные муфты (торсион-1ый 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: износовые, т.е. вызванные разрушением iap трения, и вызванные усталостными разрушениями. Использование установ-генных в диссертационной работе критериев отказов и предельных состояний по-¡воляет исключить возможность доведения узла до разрушения.

Разработаны научнообоснованные рекомендации по модернизации узлов :истемы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного raía». Показано, что для повышения эксплуатационной надёжности роторов и их шор возможно использовать конвертированные авиационные технологии: ТПУ шементов ротора (валов, дисков и лопаток); газодинамические уплотнения опор; ■идродинамические демпферы и электромагнитные подшипники ротора; методы 'скоренных испытаний.

В диссертационной работе проведён критический анализ публикаций по тематике диссертации. Среди публикаций, посвященных вопросам конвертирования авиационных технологий, в частности, газотурбинных двигателей, особо следует выделить работы сотрудников ОАО «СНТК им.Н.Д.Кузнецова» и ОАО «СКБМ» Е.А. Гриценко, В.П. Данильченко, Г.В.Зарова, А.М.Идельсона и Д.Г.Федорченко. При разработке методики эквивалентных испытаний ГПА следует опираться на работы В.М.Акимова, И.А.Биргера, А.С.Гишварова, P.C. Кинасошвили, Н.Д.Кузнецова, В.И.Цейтлина и др. Большой вклад в разработку метода ТПУ внесли В.А.Барвинок, Б.Л.Кравченко с учениками и др. Теорией гидродинамического демпфирования успешно занимались ученые СГАУ под руководством

A.И.Белоусова и МАИ под руководством Д.В.Хронина. Вопросами использования ЭМП в ГТ1А занимались в ВНИИЭМ и ООО «Газхолодтехника». Теория ТГДУ развивалась учеными нескольких научных школ: в Самаре А.И.Белоусовым, С.В.Фалалеевым, В.А.Зреловым; в Москве А.И.Голубевым, В.А.Мельником и др.; в Сумах В.А.Марцинковским, К.ВЛисицыным, Г.А.Бондаренко и др.; в Казани

B.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), "Feodor Burgmann" (Германия), "Flowserve" (США), "Грейс» (Украина).

Вторая глава посвящена исследованию эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа». Для анализа надёжности была разработана система учёта, обработки и анализа информации об отказах ГПА-Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ. В основе построения информационных блоков базы данных лежит разработанный классификатор отказов. Он необходим для размещения поступающей информации об отказах в соответствии с их конструктивной принадлежностью к какому-либо узлу или системе. Комплекс программ на ЭВМ позволяет выполнять сортировку отказов по вызвавшим их причинам, объединять выборки по цехам, компрессорным станциям, газопроводам и в целом по газотранспортным объединениям.

Программа расчёта показателей надёжности позволяет получить: вероятность безотказной работы; функцию распределения; среднюю наработку до отказа; нижнюю и верхнюю границы вероятности безотказной работы и у %- наработку до отказа.

На основании статистической обработки информации об эксплуатационной надёжности структурных элементов ГПА были получены параметры теоретических распределений и определены функции вероятности безотказной работы, которые приведены в табл.1. Исходя из представленных зависимостей, можно определить для каждого узла и системы в целом вероятность безотказной работы в определенном временном интервале.

Структурная схема надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» представляет собой последовательное соединение узлов. Если наработки узлов распределены по известным в статистике

аконам или по одинаковым законам, то средняя наработка на отказ ГПА в целом пределяется по формуле:

це Ты- средняя наработка на отказ г-го узла (системы).

Таблица I. Надёжность составных частей ГПА Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ

№ п/п Наименование детали (сборочной единиць^ и вероятность безотказной работы Показатели надежности Параметры распределения

Нарабогаа до отказа Тер, ч Среднее время восстановление Тв, ч Ресурс до текущего ремонта, Трт, ч Установленная безотказная' наработка (80%) Ту, ч

1 Ротор (раба1 Р(г)= езр гее колесо) Г-иг 1,9963 ) 9963 168 6000 3449 Вейбулла в=1.8 а=9963д

2 Торсионный вал рИ-мрИдк-ю-4*,) 9443 96 2000 2682 Экспоненциальное Ы,06-11Н,1/ч

3 Упорный подшипник 11290 48 2000 4414 Экспоненциальное £=8,9-10;М/ч

4 Опорный подшипник 8989 48 2000 2353 Экспоненциальное Х=1,1Ы0-М/ч

5 Уплотнения масленые #П=ехр(-8,<>8-10"51М 11520 60 2000 4667 ; Экспоненциальное ^бЗ'Ю-М/ч

6 Система смазки 9058 36 8000 2148 Экспоненциальное 31=1.10-10',,1/ч

7 Елок маслонасосов Р!1} = ехр(-9,08-10~5т,) ПОЮ 72 8000 3986 Экспоненциальное ¿=9,08-ШМ/ч

8 Главный насос смазкй 8505 36 4000 2302 Экспоненциальное Я=1,18-№,1/ч

9 Система уплотнений Р[у1=ехр{-2Л6-10'*Т1) 4848 48 4000 ' ■ 493 Экспоненциальное Х=2,0б-№',1/ч

10 ГПА в целом Р \ 1) = мд» ¡,- 4,5 7 • 10 г,! 2187 300 6000 .867 Экспоненциальное Х=4,57-1»М/ч

Анализ дефектов уплотнений энергетических установок ООО «Газпром рансгаз Самара» за период с 01.01.2000г. по 31.12.2004г. показал, что средняя на-аботка на отказ за год ТГДУ в составе нагнетателя НЦ-16 составила от 12975ч до 6537 ч, а масляных уплотнений - от 5736 до 5891 ч. Этот результат свидетельст-ует, что уровень надёжности ТГДУ выше, чем у масляных уплотнений. Анализ

отказов по масляным уплотнениям показал, что большое их количество связано с отказами систем регулирования.

Анализ работы уплотнений нагнетателя Н-370-18-1 показывает, что средняя годовая наработка масляных уплотнений на отказ составляет от 5736 до 15821 ч. Средняя наработка на отказ по КС составляет 12345 ч. На нагнетателях Н-370-18-1 с ТГДУ за это время отказы отсутствовали.

Другим важным частным показателем надёжности является вероятность безотказной работы. Для ее расчёта была выделена дополнительно информация о работе указанных выше нагнетателей с определением наработки от ремонта до отказа. Анализ графиков (рис. 1 и 2) показывает, что гипотеза экспоненциального распределения вероятности безотказной работы ТГДУ подтверждается на отдельных участках по наработке. По разработанной методике оценки надёжности ГПА определено, что для обеспечения наработки на отказ ГПА 5000 ч требуемая наработка на отказ системы ТГДУ в год должна составлять не менее 8600 ч.

1

и 0,75

О) Л -

ю Б 0,5 л \о

5 а

§ 0,25

I-§

а

£ о

\

8000

0 2000 4000 6000 Наработка, ч

Рис. I. Зависимость вероятности безотказной работы уплотнений от наработки

О 2000 4000 6000 8000 Наработка, ч

Рис.2. Зависимость интенсивности отказов уплотнений от наработки

Был проведён также анализ надёжности опорных узлов авиационного привода НК-14СТ и показано, что разрушение переднего подшипника свободной турбины (СТ) составляет до 30% всех дефектов по механической части. По данным эксплуатации была рассчитана наработка подшипника, соответствующая вероятности безотказной работы Р(т) = 0,95, которая составила около 2600 ч, что значительно меньше межремонтного ресурса двигателя (15000 ч). Отсюда сделан вывод о необходимости доработки конструкции опор СТ введением ГДД.

Для определения факторов, определяющих работоспособность элементов, лимитирующих надёжность ГПА с авиационным приводом НК-16СТ, проведены исследования их условий работы. Установлены временные зависимости параметров работы ГПА от их суммарной наработки за двухлетний период эксплуатации. Результаты анализа представлены на рис. 3. Определено, что 80% времени приходится на частоты вращения 440 - 500 рад/с, при этом ГПА работает 90% времени с давлением на входе в нагнетатель Рю = 4,5 - 5,5 МПа и степенью повышения давления к = 1,2 -1,4. Таким образом, получены фактические диапазоны работы ГПА на магистральных газопроводах. Они будут определяющими при подсчете расходования ресурса узлов и деталей, лимитирующих надёжность ГПА.

Частота вращения ротора нагнетателя, рад/с

1,15 1,2 1,3 1,39 1,44 Степень повышения давления в нагнетателе

Рис.З.Статистичгские данные по наработке ГПА-Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ

Вибрационное состояние нагнетателя оценивалось экспериментально. Исследованию подвергались агрегаты, имеющие различную наработку на различных режимах. На рис. 4 представлен спектральный анализ вибрационного сигнала, на котором четко видна основная составляющая на оборотной частоте 75 Гц и на кратных оборотной частоте гармониках. Учитывая то, что каждая из гармоник

несёт определённую информацию о вкладе соответствующих динамических процессов работы нагнетателя в общее вибрационное состояние изделия, то в дальнейшем при анализе вибрационного состояния и режимной работы нагнетателя сделан вывод о вкладе каждого из эксплуатационных факторов в вибрационное состояние изделия.

Создание системы ускоренных испытаний ГПА требует выявления основных эксплуатационных факторов, влияющих на вибрационное состояние нагнетателя. Это позволит определить факторы, форсирующие появление отказа. Для определения входных параметров работы нагнетателя, влияющих на уровни вибрации ротора нагнетателя, был произведён регрессионный анализ сигнала виброперемещения при работе нагнетателя в реальных условиях эксплуатации и определено уравнение регрессии, которое имеет вид:

}' = ал + а,х, + а-х, +„.4-в х

Рис. 4. Спектральный анапиз вибрационного сигнала

где а0- константа; Я/. а2,.~ап- коэффициенты регрессии; х/, х2...хп - входные п; раметры работы нагнетателя.

Для определения коэффициентов уравнения регрессии использованы следующие параметры: п- число оборотов нагнетателя, об/мин; Рю, Рвш - соответс венно давление газа на входе в нагнетатель и выходе из него, МПа; 1вх /,,,„ - соо: ветственно температура газа на входе в нагнетатель и выходе из него, °С; к - ст< пень повышения давления нагнетателя; Ртд- перепад давления «масло-газ» системы уплотнения, МПа; Рцм - давление масла на входном коллекторе системы нагнетателя, МПа; /ям - температура масла на входном коллекторе системы нагнетателя, °С; /да - температура масла на выходе из передней опоры нагнетателя, °С; Цо - температура масла на выходе из задней опоры нагнетателя, °С; 1уц - температур масла на выходе из упорного подшипника, °С. В качестве выходных параметров принимались следующие величины: ОБ — осевое смещение вала ротора нагнетателя, мм; РР,РЬ - виброперемешение вала ротора на передней опоре, м.км; '¿С,7Л' виброперемещение вала ротора на задней опоре, мкм.

Проверка соответствия выполнялась с использованием критерия Фишера. Таким образом проверяется корреляционная зависимость переменной Хот каждого из входных параметров, перечисленных выше. В случае выполнения условия по критерию Фишера этот входной параметр принимается в качестве определяющего. В частности, для зависимой переменной РЬ установлено, что она находится в корреляционной зависимости от параметров п, Ршх, >па Ыь и уравнение регрессии выглядит следующим образом:

РЬ =88+0,0132п-12, 1Р,Ш+10,3 7/жг0,4КНМ.

Следовательно, любой из определенных выше входных параметров может использоваться как форсирующий фактор, т.к. он определяег выходной параметр РЬ - вибросмещение вала ротора на передней опоре нагнетателя. Аналогично выполняется анализ и для других зависимых переменных.

Третья глава посвящена разработке мероприятий по повышению эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа». Одним из способов повышения надёжности двигателя НК-14СТ, применяющегося в качестве привода для ГПА Ц-6,3, является применение ГДД в передней опоре СТ. Для определения характеристик ГДД был проведён расчёт динамики роторной системы «НК-14СТ — Н6,ЗЦ» (рис.5). Расчёты собственных и вынужденных колебаний системы проводились методом начальных параметров с использованием динамически эквивалентной модели ротора, в которой ротор представляется в виде последовательности элементов, состоящих из узлов обладающих массово-инерционными характеристиками, и невесомых податливых участков. Расчёты показали, что первая собственная частота колебаний ротора находится вблизи режима малого газа. Это может неблагоприятно влиять на вибросостояние ротора СТ, поэтому необходимо проработать методы его демпфирования. В качестве критериев оптимизации коэффициента демпфирования выбраны амплитуда колебаний на резонансе, ограниченная зазорами в лабиринтах и равная 0,2 мм, и минимальный коэффициент передачи усилия на рабочем режиме. Результаты расчётов вынужденных колебаний представлены на рис.6.

л

-фм»-

Л]

А

Т

Рис. 5. Динамическая модель роторной системы «НК-14СТ—Н-6,ЗЦ»

Амплитуда колебаний ротора на критической частоте изменяется обратно пропорционально демпфированию. Особенно сильно влияет демпфирование в передней опоре, т.к. она более податлива. Для обеспечения приемлемых амплитуд колебаний ротора, вызванных искусственным дисбалансом 750 Гсм, достаточно [меть коэффициент демпфирования в передней опоре 57 кН/с/м. При этом коэф-шциент передачи усилия от узла, содержащего СТ, на переднюю опору на рабо-:ей частоте равен 0,9. Конструкция спроектированного ГДЦ показана на рис.7.

Для оценки повышения долговечности опоры СТ при снижении коэффици-нта передачи предлагается метод, основанный на использовании кривых устало-ти (кривых Велера). Согласно этому методу снижение виброскорости на корпусе ЛГ в 1,4 раза за счет применения гидродинамического демпфера даёт увеличение апаса по долговечности как минимум в 3,8 раза.

Рис.6. Влияние демпфирования на амплитуду Рис. 7. ГДЦ передней опоры СТ

тебаний ротора А и коэффициент передачи Т

Следующим примером повышения эксплуатационной надёжности системы конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» явля-тся применение ЭМП в опорах нагнетателей. Использование ЭМП в ГПА по-воляет выполнять их «сухими», то есть без применения смазки в опорах ротора. >МП принципиально отличается от подшипников всех других типов отсутствием [еханического контакта между движущейся и опорной частями. Это обуславлива-т ряд преимуществ: отсутствие изнашивания; высокие рабочие скорости; низкие ровни вибрации, трения и нагрева; управляемость характеристиками жёсткости и емпфирования; возможность работы в вакууме, агрессивных и чистых средах, отоке жидкости; снижение трудоёмкости и стоимости обслуживания.

Принцип действия ЭМП заключается в подвеске ротора машины на элек-ромагнитах, ток в которых регулируется электронной аппаратурой. Это позволя-

ет обеспечивать устойчивость и центровку ротора в зазоре, а также получать заданные характеристики по жёсткости и демпфированию опор.

Жёсткость опоры определяется значением передаточной функции регулирующей части канала ЭМП, которое в упрощённом виде может быть представлено выражением

" "дат "рк "ум "м>

где \¥дат,\¥рег, IVум, 1¥М1 - передаточные функции, соответственно датчика положения и усилителя, регулятора, усилителя мощности канала, электромагнита.

Передаточная функция канала имеет вид: 1Р=К+т-р, где Л"-статический коэффициент передачи канала управления (от смещения ротора к силе, развиваемой подшипником); т-постоянная времени дифференцирующего звена в регуляторе; р - оператор Лапласа.

На рис. 8 приведены характеристики вибрации ротора (нагнетатель НЦ-16 при увеличении степени сжатия и постоянной частоте вращения. При приближе нии к помпажному режиму наблюдается резкий рост вибраций, в особенности по осевому каналу. Увеличение жёсткости подшипника, необходимое для «парирования» силовых воздействий на ротор в этих режимах, требует увеличения частот! токов электромагнитов, соответствующих частотам возмущений.

Анализ опытной эксплуатации «сухих» нагнетателей показал, что использование электромагнитных подвесов в ГШ требует оптимизации их жесткостных характеристик. Выявлены основные факторы, влияющие на жёсткость магнитного подшипника при наличии

конструктивных ограничений и проведё! анализ работы «сухого» нагнетателя в предпомпажном режиме. Это позволило сформулировать научнообоснованные рекомендации по выбору жёсткости магнитных подшипников с учётом комплекс эксплуатационных свойств нагнетателя.

В частности, допустимый уровень вибрации определяется возможностям] ТГДУ. Проведённый сравнительный анализ аналоговой и цифровой систем управ ления магнитными подшипниками однозначно показал перспективность послед ней. Результаты испытаний модернизированной системы магнитного подвеса ро тора нагнетателя НЦ-16 подтвердили правильность выбранных принципов по строения перспективных систем магнитного подвеса и аппаратуры управления. I результате проведённой работы проблемы вибрации роторов «сухих» нагнетателе! в ООО «Газпром трансгаз Самара» отсутствуют, осевая и радиальная вибрация ро тора не превышает 50 мкм, а на предпомпажных режимах - 120 мкм.

Проведённые исследования показали, что ТГДУ, являющееся высокотехнологичным изделием, позволяет получать значительную экономическую эффективность. К нему можно не только предъявлять высокие требования по надёжности, но и обеспечивать их в серийном производстве. Правильно спроектированное

К,—

150

100

50

Радиальная вибрация

_ свободного конца вала ..... / /

Радиальная вибрация

- приводного конца вала

-^ Осевая вибрация вала

и

1,3

1,4

Рис. 8. Зависимость вибрации ротора нагнетателя НЦ-16 от степени повышения давления Як при скорости вращения ротора нагнетателя 5200 об/мин

ТГДУ обладает гарантированной смазочной пленкой, которая в основном определяет его надёжность и герметичность. Неточно определённые характеристики смазочного слоя и, как следствие, определяющие динамику уплотнения параметры могут привести к существенным ошибкам при проектировании, значительным утечкам во время эксплуатации и преждевременному выходу уплотнения из строя. При создании высокоэффективных уплотнений турбомашин различного назначения необходим новый подход, требующий большого объёма расчётных и экспериментальных исследований.

Комплекс задач, решаемых при проектировании торцовых уплотнений с газовой смазкой, требующих обширного расчётного исследования, представлен на рис. 9. В диссертации рассмотрены методические основы их комплексного решения и сформулированы требования к материалам пары трения ТГДУ.

Усовершенствованная математическая модель ТГДУ включает модули: расчёта газодинамических процессов в щели уплотнения; определения силовых деформаций уплотнительных колец; расчёта теплового состояния уплотнения и температурных деформаций уплотнительных колец; расчёта динамического состояния уплотнения; оценки надёжности уплотнения: расчёта эксплуатационных характеристик уплотнения; расчёта режимных параметров динамического стенда при эквивалентных испытаниях ТГДУ с использованием модельного газа. Дня разработки модулей данной математической модели использовались теоретические основы расчёта течения газа в тонких шелях, программный комплекс «АЫБУБ» на основе МКЭ, а также другие методы определения модельных параметров при проведении эквивалентных испытаний. Её использование позволило учесть происходящие в ТГДУ физические процессы, а также конструктивные параметры уплотнения.

Течение охлаждающего газа в полости

перед уплотнением

пемешения вала

Рис. 9. Схема ТГДУ и решаемые заоачи при его проектировании

Задача определения характеристик ТГДУ сводится к интегрированию уравнения распределения давления по ширине уплотнительного пояска при определённых условиях, зависящих от геометрической формы уплотнительных поверхно-

стей и способа подачи газа в зазор. Статическими характеристиками ТГДУ являются зависимости утечек т, несущей способности IV, жёсткости слоя С и изгибающего момента Мтг от параметров уплотнения и величины зазора /г„,„

В сформулированной газодинамической математической модели, в отличие от общепринятой, при определении распределения давления по ширине уплотни-тельного пояска вычисляется не осреднённое по радиусу значение параметра сжи-6/мог2

маемости л - —, а его зависимость от радиуса. Здесь: ц - коэффициент ди-

РгК*

намической вязкости; а - частота вращения ротора; г - радиус; р2 - давление уплотняемого газа. Это позволяет точнее определять характеристики ТГДУ за счёт учёта зависимости теплофизических свойств газа от давления и температуры.

Использование усовершенствованной математической модели ТГДУ позволило повысить надёжность и запасы прочности ТГДУ, выбрать оптимальные материалы, выявить предельные технологические монтажные отклонения, создать метод доводки ТГДУ и методику эквивалентных испытаний ТГДУ на динамическом стенде с использованием модельного газа. Так, учёт изменения теплофизических свойств газа от текущих значений давления и температуры в зазоре уплотнения позволяет до 8% повысить точность расчёта величины зазора, однозначно определяющего все эксплуатационные характеристики ТГДУ, и до 23% - точность расчёта утечек газа.

Были выявлены конструктивные, технологические и эксплуатационные причины увеличения утечек через ТГДУ (наиболее существенные - разрушение элементов передачи крутящего момента, перекос вала, выпадение осадка (включая конденсат) из газа, разрушение вторичного уплотнения), а также разработаны обоснованные расчётами конструктивные пути повышения надёжности критических элементов узла уплотнения. Разработаны рекомендации по оценке состояния ТГДУ при плановых остановах ГПА, что позволит в дальнейшем перейти на эксплуатацию ТГДУ по техническому состоянию и существенно сократить затраты на ремонт.

К числу деталей, определяющих ресурс газотурбинного двигателя, относятся лопатки и диски турбины и компрессора. Проблема увеличения срока эксплуатации наиболее ответственных и дорогостоящих деталей ГТД должна решаться не только за счет постановки на изделия новых деталей взамен изношенных, но и путём разработки и внедрения в производство научнообоснованных технических решений, которые обеспечивали бы эффективное восстановление вышедших из строя деталей.

В диссертации была исследована эффективность использования процесса ТПУ для повышения эксплуатационных характеристик деталей ГПА. Этот метод защищен патентами РФ и наиболее приемлем для деталей типа турбинных дисков. Он заключается в прогреве детали до температуры начала термопластических деформаций и фазо-структурных превращений с последующим ускоренным (водяным душем) охлаждением. Образуемый в результате температурный перепад в тонком поверхностном слое обеспечивает создание температурных напряжений, превышающих по величине предел текучести упрочняемого материала.

После окончательного охлаждения всей детали в её поверхностном слое формируются сжимающие остаточные напряжения.

Проведённые сравнительные исследования упрочненных лопаток и дисков турбин (рис. 10, 11) подтвердили, что разработанный для авиадвигателестроения процесс ТПУ является наиболее эффективным методом повышения их эксплуатационной надёжности при ремонте. Для внедрения ТПУ в газовую промышленность требуется решение ряда технических и организационных проблем. Анализ результатов усталостных испытаний образцов позволил выявить наиболее оптимальную технологию их обработки при наличии трещины. При этом выносливость образцов с заваренными трещинами с последующим ТПУ не уступает новым образцам.

С целью проверки эффективности применения процесса ТПУ для увеличения долговечности новых и восстановления работоспособности дисков турбины ГПА ГТК-10-4, отработавших ресурс, были проведены сравнительные испытания серии образцов для исследования температурных полей, остаточных напряжений и усталости. Все образцы вырезались непосредственно из диска первой ступени турбины из жаропрочной стали 20Х12ВНМФ (ЭИ 893), снятого с изделия ГТК-10-4. Исследования проводились методом послойного стравливания материала с непрерывной регистрацией величины деформации образца.

зя

с

2

X 1,0 2,0 . ЗЛ 1,0 10,0

Количество циклов N. 10°

Рис. 10. Усталостные испытания лопаток: 1. Исходные (новые) после наработки г = 6000-10000 ч; 2. После наработки т = 600010000 ч и упрочнения УЗД; 3. Новые после наработки г = 6000-10000 ч, упрочненные ТПУ с последующей наработкой т= 10200 ч

... S

j/ \

N

Количество циклов N

Рис. 11. Усталостная прочность плоских образцов, обработанных по вариантам: 1-отжиг (исходный); 2-отжиг+ТПУ

Расчёт остаточных напряжений проводился по методу акад. H.H. Давиденко-ва с использованием формулы, предложенной И.А. Биргером для прямоугольного сечения. Результаты свидетельствуют о том, что максимальные остаточные напряжения расположены на поверхности и составляют а=500-520 МПа. Глубина их залегания ДА >300 мкм. Выносливость образцов, подвергнутых термоупрочнению после сварки, составляет а.1>21о7=220 МПа, что на 30% больше, чем у не-упрочненных образцов (a.It 2 io7=170 МПа). Усталостные испытания проведены в соответствии со стандартной методикой СНИЦ АПИД. В настоящее время в эксплуатации находится 16 дисков турбин и более 1500 лопаток ТНД и ТВ Д.

Анализ эксплуатационных данных показал, что наиболее массовым является дефект в виде усталостной трещины на верхней впадине выступа зуба, который интенсивно проявляется через 50...60 тыс.ч наработки ГПА. Поэтому было рекомендовано подвергать все турбинные диски ТПУ после 35...40 тыс. ч эксплуатации. Для этого необходима разработка принципиальных основ создания установок для ТПУ.

В четвёртой главе разработаны научные основы применения методов ускоренных испытаний для повышения эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» с учётом её особенностей (назначенный ресурс более 100 тыс.ч, однорежимность работы). Создана методология организации и проведения испытаний системы и её элементов как на созданных модельных стендах, так и в условиях эксплуатации. На рис.12 приведена предложенная автором классификация эквивалентных ускоренных испытаний.

Рис, 12. Классификация жвиваинтныхускоренных испытаний

Рассмотрены основные этапы исследований: определение нагруженное™ элементов в условиях эксплуатации, исследование эксплуатационной надёжности, анализ характера и причин отказов, выбор и оптимизация режимов ускоренных испытаний. Разработана и внедрена методика исследований физической модели объекта с обеспечением имитационного моделирования реального процесса на-гружения. Изложен подход и реализован пересчёт процесса полигармонического нагружения к эквивалентному одночастотному, а также схематизация процесса нагружения по методу полных циклов, что позволило создать методику расчёта предела выносливости специального образца.

Автором предложена методика прогнозирования ресурса рабочего колеса центробежного компрессора с использованием метода «доламывания». Принцип "доламывания" (рис. 13) заключается в том, что изделия, имеющие некоторую эксплуатационную наработку в нормальном режиме, доводят до отказа (предельного состояния) в форсированном режиме ("доламывают"). Представлен алгоритм

оценки ожидаемого ресурса ротора нагнетателя по его наиболее слабому звену -рабочему колесу. По результатам проведённых ускоренных испытаний специальных Т-образных образцов (рис. 14) выполнена оценка ожидаемого ресурса ротора нагнетателя с использованием метода "доламывания". Полученные результаты хорошо согласуются с результатами расчёта показателей надёжности ротора нагнетателя.

Предложена структурная схема оценки показателей надёжности на основании нормативных документов, разработанных во ВНИИкомпрессормаш с участием автора. Получены зависимости для прогнозирования показателей безотказности циклически нагруженных деталей расчётно-экспериментальным методом. Показатели безотказности определялись на основании стендовых (лабораторных) испытаний образцов и замеров напряжений во время натурных испытаний изделия и его составных частей.

Т-о5рдзец

Ту Тн) Тч2

Время

Рис. 13. Схема использования принципа Рис. 14. Места выреза Т-образных образцов

«доламывания» для определения ресурса изделия

Для определения такого показателя безотказности, как наработка до отказа циклически нагруженных деталей, на основании кратковременных натурных испытаний изделия получена зависимость

о 10^

Т =т

' ¡од 1 ос.

где <э„,й>, - число циклов нагружения аналога и детали; (та,од- амплитудные приведенные напряжения аналога и детали, МПа; та, тд, са,сд - параметры левой части кривой усталости аналога и детали, определяемые по эмпирическим формулам т = 0,0273сгд +1,367 и с = 0,0823о\, + 5,9, су11 - предел выносливости аналога (детали), МПа.

Предел выносливости детали определяется на основании предела выносливости аналога по формулам

Ауп а $*ор .а

Руп.д $кор .д

где К3 - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжения и масштабный фактор;

Ко_ - эффективный коэффициент концентрации напряжения; е„ - масштабный фактор; /5, Р^, Ртр - коэффициенты влияния состояния поверхности, поверхностного упрочнения и коррозии, соответственно.

Для определения показателей безотказности - вероятности безотказной работы до первого отказа циклически нагруженной детали, полученной на основании стендовых испытаний образцов, имитирующих напряжённое состояние, и макетов, которые по напряжённому состоянию в опасных сечениях или геометрии отличаются от натурных деталей, получены соответственно зависимости:

Р(г)=ехр

где сд - амплитудное приведённое напряжение в опасных сечениях деталей, МПа; Г - Гамма-функция; в - параметр формы распределения Вейбулла (определяется в зависимости от коэффициента вариации долговечности аналогов или результатов испытания образцов).

Сформирован подход по выбору и оптимизации режимов ускоренных испытаний, определены факторы, определяющие ресурс основных деталей и виды испытаний в ускоренной эквивалентной программе.

С учётом полученного опыта разработана методика эквивалентных испытаний ТГДУ на модельном газе. Предложенные автором способы моделирования характеристик ТГДУ показаны в табл. 2. В диссертации приведены найденные критериальные комплексы для каждого способа. Так, использование критериального комплекса ¡ла позволяет моделировать величину зазора, критериальный комплекс ц2а3 можно использовать при моделировании объёмного расхода газа.

Таблищ 2. Способы моделирования характеристик ТГДУ

Исследуемые явления Возможные способы моделирования характеристик

Газодинамические характеристики уплотнения За счет подбора определяющих параметров: Ръ (О, Т

Тепловое состояние пары трения, температурные деформации колеп пары трения За счёт подбора определяющих параметров: ш, Т, а

Силовые деформации колец пары трения За счёт создания рабочего значения Р2

Динамическое состояние уплотнения Моделированием осевых вибраций за счёт создания торцового биения <5

Ресурсные показатели (время работы, пуски-остановы) Моделироваше необходимого числа пусков-остановов агрегата, подбор циклограммы его работы с моделированием эксплуатационных нагрузок

10е

ех{

Для исследования и доводки ТГДУ были созданы уникальные по воспроизводимым параметрам стенды для динамических испытаний (табл. 3).

Динамические стенды позволяют проводить испытания как отдельных ТГДУ (стенд СУ-1), так и комплекта из двух уплотнений (стенд СУ-2) (рис. 15) в руч-

ном, а также в автоматизированном режиме с использованием программного продукта LabView компании National Instruments).

Таблица 3. Сравнительные характеристики стендов СУ-1 и СУ-2

Стенд СУ-1 Стенд СУ-2

Давление воздуха (азота) 12 МПа 12 МПа

Обороты ротора до 15000об/мм до 9 000 об/мин

Диаметр вата 50... 200 мм 50... 200 мм

Диаметр корпуса 150...350 мм 150...350 мм

Количество испыту емых узлов 1 2

Управление стендом и регистрация данных Ручное Полная автоматизация цикла испытаний

Длительность испытаний 1 ч 24 ч и более

Дополнительные возможности Моделирование перекосов вата Замеры крутящего момента и температуры Моделирование нестационарных процессов

С участием автора разработана и внедрена в ООО «Газпром трансгаз Самара» типовая программа и методика проведения испытаний ТГДУ в стендовых условиях и в условиях КС, что создало основу для внедрения систем ТГДУ в на-

а б

Рис. /5. Стенд СУ-2 для динамических испытаний комплекта ТГДУ: а - схема стенда: б - информация на экране монитора при работе стенда

На основе проведённых исследований электромагнитных и температурных полей при нагреве диска в щелевом индукторе (рис. 16) разработаны теоретические основы синтеза процесса ТПУ и созданы установки и ремонтные технологии термопластического упрочнения лопаток и дисков турбин (рис.17 и 18).

Применение этих установок в промышленных масштабах позволяет увеличить в несколько раз срок эксплуатации дорогостоящих дисков и лопаток турбин и получить значительный экономический эффект.

Экономический эффект от разработки и внедрения системы ускоренных испытаний получен за счёт снижения приведенных затрат. Расчёт годового экономического эффекта выполнен в соответствии с действующими на момент расчёта нормативными документами и составляет более 380 тыс.руб. на одно изделие с учётом затрат на проведение научно-исследовательских работ.

Рис. 16. Моделирование распределения Рис. 17. Фото диска турбины с технологиче-температуры в диске сии валом при ТПУ

В пятой главе рассмотрено создание ТГДУ для нагнетателей природного газа. В отличие от уплотнений авиационных двигателей ТГДУ ГПА должны быть работоспособны при более высоких перепадах давления (5...20 МПа), значительных биениях ротора (до 0,3 мм) в течение длительного срока эксплуатации (100 тыс.ч). Применение ТГДУ позволяет существенно повысить надёжность ГПА при соблюдении разработанных в диссертации рекомендаций по созданию и эксплуатации ТГДУ. Полученный автором опыт разработки ТГДУ и переоборудования нагнетателей с «масляным гидрозатвором» на ТГДУ позволил разработать метод создания надёжных систем ТГДУ, включающий 24 этапа разработки и доводки их на заданные параметры. Все этапы обеспечены специально разработанной методической и организационной документацией, позволившей успешно провести модернизацию нагнетателей, находящихся в эксплуатации.

Процесс экспериментальной доводки ТГДУ целесообразно разделить на ряд этапов: исследование работоспособности уплотнительного узла при низких перепадах давления; определение уровня температурных деформаций; оптимизация газодинамических сил; статическая доводка уплотнительного узла: динамическая доводка уплотнительного узла. Во время динамической доводки проводится исследование влияния торцовых и радиальных биений вала, радиального смешения корпуса, оценка динамической устойчивости узла, выбор типа вторичного уплотнения, определение расходных характеристик уплотнительного узла, испытание системы обвязки, определение потребного количества воздуха на охлаждение, испытание эффективности масляных уплотнений (отсутствие попадания масла в ТГДУ), проверка систем защит. Параметры динамических воздействий определяются динамикой ротора с учетом характеристик опор (ЭМП и ГДД).

В диссертации рассмотрены аспекты применения ТГДУ в нагнетателях природного газа с учётом особенности конструкции нагнетателей. ТГДУ обладает следующими основными характеристиками: конструкция уплотнения ремонтопригодная: наработка на отказ не менее 12000 ч; межремонтный ресурс - ] 2000 ч; назначенный ресурс - 100 000 ч; утечки газа не более 90 нормол/мин; потери мощности в узле ТГДУ не более 2 кВт. ТГДУ выполнен по схеме «двойное последовательное уплотнение» с подачей буферного газа для продувки полости перед уплот-

нением и барьерного воздуха для разделения масляной полости подшипника и полости отвода утечек газа. ТГДУ является конструктивно сложным узлом и требует особого внимания при изготовлении, монтаже и эксплуатации. При анализе работы ТГДУ необходимо рассматривать его в составе системы, а не как отдельный узел. В диссертации разработаны рекомендации для этапа проектирования системы подачи буферного газа в ТГДУ с учётом эффекта Джоуля-Томсона и фазовой диаграммы для перекачиваемого природного газа. Модернизированная конструкция масляного подшипника и барьерного лабиринтного уплотнения успешно эксплуатируется на ряде нагнетателей ООО «Газпром трансгаз Самара».

При функциональном отказе ТГДУ очень важно в минимальные сроки иден-ифицировать его причину. Использование системного подхода к анализу факторов, определяющих работоспособность систем ТГДУ, позволило определить кри-ические элементы в конструкции уплотнения и масляного подшипника, системах ¡одвода буферного газа и барьерного воздуха, а также установить причины дефек-ов. Разработанные научнообоснованные рекомендации и конструктивные реше-:ия повысили надёжность и обеспечили диагностику вероятных дефектов.

Для широкого внедрения ТГДУ необходимо определить их эксплуатацион-[ые возможности. В диссертации было оценено влияние монтажных технологиче-ких отклонений системы «ротор - корпус нагнетателя» на динамическую работу ГДУ с «широкой» (Аг~(кгК,)/П,^0,2... 0,25) и «узкой» (Аг-0,05...0,1) парами рения, что является актуальным для нагнетателей консольной схемы. Здесь К2 и !; - наружный и внутренний радиусы уплотнительного пояска, соответственно.

При радиальном смещении ротора спиральные канавки располагаются с экс-ентриситетом по отношению к графитовому кольцу, которое в итоге деформиру-гся неравномерно по окружности (рис. 19). В результате проведённого статиче-кого и динамического анализа ТГДУ были выявлены однозначные преимущества широкой» пары трения.

5 1

О га X э-и л

? с 5 о

О х

/Г« '

. » * ■

Рис. ¡8. Функциональная схема установки ТПУ дисков газовых турбин

Смещение радиуса расположения спиральных канавок, мм

Рис. 19. Изменение величины деформации уп-лотнитгльной поверхности графитового кольца при радиальном смещении ротора:

---широкая пара трения;

— - узкая пара трения

Проблема вибрации является исключительно важной для работоспособности 'плотнений. Проведённые исследования динамических характеристик ТГДУ с 'чётом различных видов возбуждения и реальной геометрии позволяют более

обоснованно выбирать параметры создаваемых уплотнений. Рис. 20 демонстрирует результаты расчёта динамических характеристик исследуемых уплотнений при перепаде давления 7 МПа и частоте вращения ротора 567 рад/с. ТГДУ с «узкой» парой трения (нагнетатель Н370-18-1) работоспособно до биения ротора в 100 мкм. ТГДУ с «широкой» парой (нагнетатель НЦ-16М с авиационным приводом ПС-90СТ) работоспособно даже при биении ротора в 150 мкм, что было подтверждено экспериментально. Расчётная и экспериментальная расходные характеристики показаны на рис. 21. Проведённый анализ ТГДУ показал, что «узкая» пара трения может быть применена только в уплотнениях нагнетателей с радиальными смещениями и биениями ротора, соответствующими техническим требованиям на сборку. Поэтому при монтаже ТГДУ необходимо строго контролировать монтажные технологические отклонения.

s £

С X

S s

to -

£ о S

0 0,005 0,001

Время, с

Рис. 20. Изменение ветчины минимального зазора в зависимости от времени при различных величинах биения вала: 1 -10мкм (370-18-1); 2-150 мкм (370-18-1); 3 -150 мкм (НЦ-16М); 4~ 100 мкм (370-18-1); 5 -100 мкм (НЦ-16М)

s 6

20 40 60 60 1С Величина биения вала, мкм

Рис. 21. Зависимость отношения утечек газа через ТГДУ нагнетателя Н-370-18-1 с наличием торцового биения вала и при его отсутствии от величины биения

В технической литературе отсутствуют сведения о пусковых характеристиках ТГДУ. В процессе теоретико-экспериментальных исследований (рис. 22 и 23) были получены рекомендации по выбору геометрии спиральных канавок, обеспечивающей минимальный момент трения в уплотнении при запуске агрегата.

Проведённые исследования ТГДУ при опрессовке, работе и запуске ГПА позволили выявить границы их применимости при использовании в нагнетателях с технологическими отклонениями и определить оптимальные параметры уплотнений. Благодаря этому впервые в мировой практике создано ТГДУ для нагнетателя с консольным расположением рабочего колеса (Н-370-18-1).

Для контроля надёжности ТГДУ необходимо уделять особое внимание разработке системы обеспечения его функционирования, которая выполняет следующие функции: подвод и очистку буферного газа и барьерного воздуха, замер и отвод утечек газа из ТГДУ, контроль давления и утечек газа, а также предупредительной и аварийной сигнализации. В диссертации разработаны научнообосно-ванные технические решения по созданию высоконадёжной стойки контроля и управления ТГДУ.

Перепад давления, МПа

Рис. 22. Зависимость величины зазора в реверсивном ТГДУ от перепада давления газа и частоты вращения ротора: — п=0; — ■--п=500 об/мин; ■ ■ ■ - п =5500 об/мин

Время, с

Рис. 23. Экспериментальные пусковые характеристики ТГДУ: - утечки (), нл/мин; — - частота вращения вала ш, 10 рад/с; --момент трения Мтр, Нм

Проведён анализ влияния материалов уплотнительных колец на прочность, надёжность и экономичность ТГДУ. Рассмотрены требования к материалам пар трения, характеристики материалов, конструктивные особенности уплотнений с различными парами трения (ВК15-Нигран В, \VC-GAI, 8КМ}А1, БЮ-БК^). Выбор комбинации материалов зависит от давления газа, диаметра колец и частоты вращения вала. Переход с карбида вольфрама на карбид кремния в качестве материала вращающихся уплотнительных колец позволил упростить конструкцию ТГДУ. Применение графита с пропиткой сурьмой и, особенно, карбида кремния для изго-:овления аксиально-подвижных уплотнительных колец обеспечивает снижение зазора во вторичном уплотнении и исключает выдавливание вторичного уплотнения ! зазор, а также даёт возможность использовать уплотнение при более высоких пе-)епадах давления. Проведённый всесторонний анализ характеристик пар тремя из различных материалов показал высокую работоспособность ТГДУ с кольцами из карбида кремния при действии силовых, тепловых и динамических нагру-¡ок. Напряжения в кольце из карбида кремния в 5 раз ниже, чем в кольце из карби-Ш вольфрама. Экспериментальные исследования ТГДУ с кольцами из карбида сремния на динамическом стенде подтвердили меньший разогрев уплотнения.

Применение комбинации «БЮ - ¿¡С» обеспечивает устойчивую форму уп-ютнительного зазора и более благоприятное распределение температуры. Однако с целью получения необходимых пусковых характеристик уплотнения кольца посрываются твердым и одновременно хорошо скользящим диамантным покрытием, зыла поставлена задача - найти альтернативное решение, позволяющее произво-щть ремонт таких уплотнений, используя технологии, существующие в нашей стране. Было исследовано 5 вариантов покрытий, выполненных в СГАУ плазменным напылением: хром и молибден; графит и незначительная часть титана; смесь

1-го и 2-го вариантов; нитрид титана; нитрдц алюминия. Первый вариант покрытия позволил осуществить 10 пусков-остановов 'ГГДУ.

Проведённые исследования прочности важнейших элементов ТГДУ при действии различных эксплуатационных факторов (выделяющееся в зоне трения тепло, центробежные силы, перепад давления) позволили выбрать материалы для пары трения и вторичного уплотнения, обеспечивающие работоспособность ТГДУ в течение заданного ресурса. Выявлено, что в качестве вторичного уплотнения необходимо использовать резиновые кольца с твердостью 70...75 единиц и диаметром жгута 3...3,5 мм. Была получена оптимальная форма канавки под резиновое кольцо.

В связи с тем, что в Самаре было организовано серийное производство систем ТГДУ и в газовой отрасли стали одновременно использоваться узлы зарубежного и отечественного производства, в ОАО «ГАЗПРОМ» с участием автора были разработаны «Типовые технические требования к газодинамическим уплотнениям центробежных нагнетателей природного газа и системам, обеспечивающим их работоспособность». При разработке ТГДУ для компрессоров с масляными подшипниками автором был сформулирован ряд дополнительных условий, которые успешно используются в ООО «Газпром трансгаз Самара».

В ООО «Газпром трансгаз Самара» в настоящее время эксплуатируется 43 ГПА, в том числе 38 переоборудованных путем модернизации маслосистемы и замены масляных уплотнений на разработанные с участием автора ТГДУ (со спиральными и реверсивными канавками). ООО «Газпром трансгаз Самара» совместно с учеными СГАУ непрерывно совершенствуют ТГДУ с учётом опыта эксплуатации, получая при этом новые научные и практические результаты. Созданы технология проектирования, изготовления и ремонта ТГДУ и, что особенно важно, метод их доводки на заданные параметры. На созданном стендовом оборудовании можно испытывать все типоразмеры эксплуатируемых в ОАО «Газпром» ТГДУ. Совместно с ООО «ВНИИГАЗ» разработана «Типовая программа и методика по проведению испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа в условиях КС». Параметры разработанных ТГДУ приведены в табл. 4.

Таблща 4. Параметры ТГДУ

Наименование нагнетателя прщ водного газа

Н-370-18-1 НЦ- 16/76- 1,44М Н-16-76-1,44(1,35) Н-235 нц- 6,ЗБ(В) ГЦ 2-580 ГПА «Не-ва-25НК» СПЧ 370 „36/76 12/6500 ГПА-12Р «Урал»

Частота вращения ротора, об/мин 4700 4900 6200 5500 8300 5250 5250

Перепад давления, МПа 7,5 5,3 6 5,3 5,3 5,3 6

Диаметр вала, мм 140 150 140 139 116 180 160

Утечки, ш/мин 30 25 45 35 45 40 40

На базе ПТП СГЭР (подразделение ООО «Газпром трансгаз Самара») соз-ша производственная и экспериментальная базы. В настоящее время предпри-:ие готово ремонтировать все ТГДУ для нагнетателей природного газа, эксплуа-1руемых в ОАО «Газпром». Общая наработка нагнетателей, укомплектованных ГДУ производства ПТП СГЭР, составляет более 300,0 тыс.ч, при этом наработка щерного ТГДУ составила 27,6 тыс.ч. Сокращение затрат на эксплуатацию сис-:м ТГДУ достигается двумя путями: увеличением ресурса ТГДУ; разработкой и (едрснием эффективной системы технического обслуживания нагнетателей, осиленных ТГДУ. В рамках первого направления удалось увеличить наработку до ;монта ТГДУ до 12000 час. В рамках второго направления успешно ведётся раз-1ботка системы диагностирования ТГДУ. Выполнение данной работы позволит грейти в дальнейшем к эксплуатации системы ТГДУ в составе ГПА по техниче-сому состоянию. Разработанная автором методология внедрения систем газоди-адических уплотнений в центробежные нагнетатели позволила создать в Самар-сом регионе научно-производственный потенциал и накопить опыт создания вы-жонадёжных ТГДУ, что явилось основой для серийного производства россий-сих ТГДУ как импортозамещающих технологий для ОАО «Газпром».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Решена крупная научная проблема повышения эксплуатационной надёжно-ги системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природно-) газа», имеющая важное хозяйственное значение, за счёт комплексного исполь->вания и развития технологий, разработанных для авиационных двигателей и кос-ических силовых установок. Выявленные особенности работы важнейших эле-ентов системы и разработанные рекомендации по их проектированию и модерни-щии создают предпосылки для совершенствования ГПА и обеспечения требуе-ых показателей их надёжности. Подводя итоги проделанной работы, можно сде-еть следующие выводы:

1. Разработаны методологические основы комплексного использования кон-зртированных авиационных технологий при реконструкции газотранспортной 4стемы, обеспечивающие требуемые показатели прочности и надёжности ГПА.

2. Проведён всесторонний анализ характера и причин отказов элементов гстемы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного га-1» на основе параметрического, вибро- и тензометрического обследования их экс-луатационной нагруженное™ на различных режимах работы. Выявлены крити-гские элементы, лимитирующие надёжность данной системы: роторы нагнетате-гй, соединительные муфты, главные масляные насосы, опорные и упорные под-[ипники, а также масляные уплотнения опор роторов. Установлено, что примене-ие модернизированных конструктивно-технологических решений из аэрокосми-еской отрасли позволяет существенно повысить надёжность ГПА. Выявлено, что аиболее эффективны модернизация опорно-уплотнительных узлов за счет ис-ользования ЭМП, ГДД и ТГДУ, применение ТПУ дисков, лопаток и валов Турин, а также методов ускоренных испытаний.

3. Разработан комплекс методов и средств обеспечения назначенного ресурса истемы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного га'», включающий:

- метод исследования и оценки эксплуатационной надёжности по данны эксплуатации и натурных испытаний с использованием статистической обработк информации, позволяющей получить параметры теоретических законов pacnps делений для прогнозирования показателей надёжности вновь разрабатываемы ГГТА с авиационным приводом;

- модернизированный метод ускоренных испытаний системы и её элементе на специальных стендах и в условиях эксплуатации, позволяющий сократить врем доводки изделий в 2...3 раза;

- метод прогнозирования ресурса рабочего колеса центробежного компрес сора с использованием методик «доламывания», проведения прочностных иссле дований физической модели объекта с обеспечением имитационного моделировг ния реального процесса нагружения и расчёта предела выносливости специальног образца с учётом реального полигармонического нагружения; использование ме то да позволило увеличить ресурс рабочего колеса нагнетателя в 1,25 раза;

- модернизированный метод ТПУ лопаток и дисков турбин, предполагай щий его многократное применение; срок окупаемости ТПУ одного комплекта ло паток составляет 3 года;

- метод создания высоконадёжной системы ТГДУ, основанный на комплекс ном рассмотрении организационных, научных, экспериментальных, технологиче ских и эксплуатационных аспектов и на результатах математического моделиро вания поведения уплотнения при статических, динамических и тепловых воздейст виях; использование метода позволило увеличить наработку ТГДУ на отказ почт] в 2 раза, срок окупаемости при внедрении одного ТГДУ составляет 1 год;

- систему автоматизированного сбора, учёта и обработки информации о состоянии эксплуатации и отказах на примере ГПА Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ;

- научнообоснованные рекомендации для служб эксплуатации об оптимальных режимах загрузки ГПА, а также нормативные документы, регламентирующие объём и последовательность работ по оценке и обеспечению показателей надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»;

- научнообоснованные рекомендации по выбору параметров системы ЭМП и ГДД для роторной системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнета тель природного газа», в результате чего амплитуда колебаний ротора нагнетателя на рабочем режиме не превышает 50 мкм, а виброскорость на корпусе свободной турбины авиационного привода была снижена в 1,4 раза;

- уникальное оборудование для реализации внедрения ТПУ лопаток и дисков турбин;

- уникальное стендовое оборудование, методическое обеспечение для испытаний и доводки ТГДУ.

4. Результаты работы по повышению прочностной и эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» использованы при проектировании, изготовлении, испытании и реконструкции находящихся в эксплуатации ГПА, а также в учебном процессе СГАУ. На предприятиях газовой отрасли (ООО «Газпром трансгаз Самара», ЗАО «Газпром инвест Юг»), а также в МОО ПО РИА внедрены: план реконструкции га-

28

этранспортной системы; научный подход к разработке систем обработки инфор-ации о состоянии эксплуатации ГПА с авиационным приводом; оборудование и гхнология ремонта дисков и лопаток турбин методом ТПУ; ЭМП для нагнетателя [Ц-16 и ГДД для свободной турбины авиационного конвертированного двигателя [К-14СТ с улучшенными параметрами; методология переоборудования масляных агнетателей на систему ТГДУ; динамические стенды и технология для изготовле-ия и ремонта ТГДУ; методика эквивалентных испытаний ТГДУ на динамическом генде с использованием модельного газа; ТГДУ для семи типов нагнетателей (43 ПА, переоборудованных на системы ТГДУ, находятся в эксплуатации).

Основные научные результаты диссертации изложены в следующих ра-отах:

Монографии:

. Медведев, С.Д. Повышение эксплуатационной надёжности ГПА развитием конвертированных виационных технологий [Текст]/ С.Д. Медведев, С.В.Фалалеев, Д.К.Новиков, В.Б. Балякин. -амара: СНЦ РАН, 2008,- 371с.

Статьи в рекомендованных ВАК РФ журналах: . Медведев, С.Д. Стенд для динамических испытаний «сухих» газовых уплотнений [Текст]/ :.Д.Медведев, Н.И.Россеев, А.В.Монахов, В.Б.Еалякин, Д.К.Новиков, С.В.Фалалеев// Газовая ромыпшепиость, 2001, №4. -С.55-58.

. Медведев, С.Д. Оценка эффективности эксплуатации НК-12СТ [Текст]/С.Д.Медведев, 1Б.Балямш, Д.К.Новиков, Н.И.Россеев // Газовая промышленность, 2001, №5. - С.54-55. . Медведев, С.Д. Динамика «сухих» уплотнений [Тексг]/С.Д.Медвсдев, С.В.Фалалеев, 1.Б.Башшш, Д.К.Новиков, Н.И.Россеев //Газовая промышленность, 2001, №10. -С.66-68. . Медведев, С.Д. Критерии оценки технического состояния объектов при реконструкции газо-ранепортной системы ООО «Самаратрансгаз» [Текст]/ С.Д. Медведев, О.А.Степаненко // (естн. Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2006, №2 . Ч.2.-С. 276-280.

. Медведев, С.Д. Пути реализации программы реконструкции газотранспортной системы ООО Самаратрансгаз» [Текст]/ С.Д.Медведев// Вестн. Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2006, №2 . Ч.2.-С. 80-286.

. Медведев, С.Д. Демпфирование в опоре - эффективный путь увеличения ресурса двигателя IK-14CT [Текст]/ С.Д.Медведев, В.Б.Еалякин, И.С.Барманов, Д.К.Новиков// Известия СНЦ РАН. Самара, 2007. -С. 671-684.

. Медведев, С.Д. Разработка методики эквивалентных испытаний торцовых газодинамиче-ких уплотнений [Текст]/ С.Д.Медведев, С.В.Фалалеев// Известия СНЦ РАН. - Самара, 2008, омЛО, №3. -С. 844-848.

Медведев, С.Д. Методология реконструкции компрессорных станций за счет использования инвертированных авиационных газотурбинных двигателей [Текст]/ С.Д.Медведев// Известия ;НЦ РАН. - Самара, 2008, том. 10, №3. -С. 688-693.

0. Медведев, С.Д. В поисках эффективности [Текст]/ С.Д.Медведев, В.А.Грабовец, А.Е.Лапин, ¡.В.Иоффе //Газовая промышленность, 2008, Ns9. -С.35-36.

1. Медведев, С.Д. Использование конвергированных авиационных газотурбинных двигателей и ехнологий [Текст]/ С.Д.Медведев, В.Б.Еалякин// Вестн. Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2009, №3 . L3.-C. 292-298.

1убликации:

2. Хорощенко, A.M. Усовершенствованное выхлопное устройство ГПА-Ц-6,3 [Текст]/ У.М.Хорощенко, В.П.Клисенко, С.Д.Медведев, М.Н.Удод // Газовая промышленность, 1985, № I. С.23.

3. Комлык, Ю.Ф. Испытания модельных проточных частей нагнетателей природного газа Текст]/ Ю.Ф.Комяык, А.М.Хорощенко, А.И.Апанасенко, С.Д.Медведев // Энергомашинострое-ше, 1985, №9. -С.18-19.

4. Криниякий, Е.В. Прогнозирование надежности нефтеперерабатывающего оборудования Текст]/ Е.В.Криницкий, С.Д.Медведев, А.Л.Тимин, В.С.Шубин // Надёжность оборудования, фоизводств и автоматизированных систем в химических отраслях промышленности -М.: ЦИН-ГИХИМнефтемаш, 1987. -С. 19-20.

5. A.C. 4149108/26-06 (160138). Отводчик жидкости/ Балаценко В.П., Медведев С.Д., Данилей-

ко В.И., Балацешсо С.Л. Опубл.: 30.05.1988, Бюл.№ 20.

16. Хорощенко, А.М. Ускоренные испытания узлов и систем турбокомпрессорах мапшн [Текст]/ А.М.Хорощенко, А.Н.Нацвин, С.Д.Медведев, И.И.Беловодский, Е.В.Криницкий// Химическое и нефтяное машиностроение, 1989, №2. -С. 28-29.

17. Хорошенко, А.М. Управление формированием надёжности компрессоров на стадиях создания [Текст]/ А.М.Хорощенко, Е.В.Криницкий, С.Д.Медведев, В.С.Шубин // Повышение эффективности и надёжности мапшн и аппаратов в основной химии. -Сумы, 1989. -С.168-169.

18. Криницкий, Е.В. Ускоренная оценка надёжности компрессорных машин [Текст Е.В.Криницкий, С.Д.Медведев, В.С.Шубип // Повышение эффективности и надёжности маши и аппаратов в основной химии. -Сумы, 1989. -С.181-182.

19. Апанасенко, А.И. Исследования выхлопных патрубков газотурбинного привода компрес сорного агрегата ГПА-Ц-16 [Текст]/ А.И.Апанасенко, В.П.Парафейник, С.Д.Медведев, М.Н.Удод // Химическое и нефтяное машиностроение, 1989, №1. -С.20-23.

20. Аронов, И.З. Метод формирования расслоенной выборки при испытаниях на надежной машин ца основе флуктуационной модели [Текст]/ И.З.Аронов, Г.И.Грозовский, М.В.Журце!

A.Э.Немеровская, С.Д.Медведев, А.П.Усатенко // Стандартизация контроля качества и надёжно ста промышленной продукции. -Горький, 1989. -С. 10-11.

21. Поляков, С.Н. Выбор информативной системы эксплуатационных параметров в задаче оцеп ки надёжности функционирования турбокомпрессорных агрегатов [Текст]/ С.Н.Поляков, С.Д.Медведев, В.С.Шубин// Создание компрессорных машин и установок, обеспечивающих ив тенсивное развитие отраслей топливно-энергетического комплекса. -Сумы, 1989. -С.60.

22. Медведев, С.Д. Информационно-измерительная система для анализа случайных и быстропе ременных процессов [Текст]/ С.Д.Медведев, А.П.Усатенхо // Методы и средства обработки измерительной информации. -Челябинск, 1990. -С.44.

23. Россеев, H.H. Опыт эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с авиаприводом в ДП «Са-маратрансгаз» и перспективы их совершенствования [Текст]/ Н.И.Россеев, С.Д.Медведев,

B.С.Аверкиев // Новые технологии в газовой промышленности: тез. докл. 2-ой всеросс. конф. молод, уч. и спец. по проблемам газовой промышленности. -М.: ГАНГ им. И.М. Губкина, 1997.

C.26-27.

24. Кравченко, Б.А. Опыт эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с лопатками, обработанными методом термопластического упрочнения (ТПУ) [Текст]/ Б.А.Кравченко, В.Г.Круцилс С.Д.Медведев // Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекс; России: тез. докл. 2-й научно-техн. конф. -М., 22-24 января 1997. -С.35.

25. Фалалеев, C.B. Разработка и результаты испытаний «сухого» газового уплотнения для нагнетателя 370-18-1 [Текст]/ С.В.Фалалеев, Д.К.Новшсов, В.Б.Балякин, Н.И.Россеев, С.Д.Медведев, Ю.А.Клячин // Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе: тез. докл. междун. научно-техн. конф. -Самара: СГАУ, 1997, ч. 2. - С.357-360.

26. Новиков, Д.К. Снижение вибрации двигателя НК-12СТ в эксплуатации [Текст] Д.К.Новиков, В.Б.Балякин, Ю.А.Клячин, С.Н.Кулагин, С-Д.Медведев // Газовая промышленность. -М„ 1998, №12. -С.36-37.

27. Фалалеев, C.B. "Сухое" газовое уплотнение для нагнетателя 370-18-1 [Текст]/ С.В.Фалалеев, Д.К.Новиков, В.Б.Балякин, Н.И.Россеев, С.Д.Медведев, Ю.А.Клячин // Газовая промышлен ность, 1998, №4. -С.55-57.

28. Наумов, Н. Бессмазочные нагнетатели природного газа [Текст]/ Н.Наумов, В.Подоровский,

B.Верещагин, Н.Россеев, С.Медведев // Газовая промышленность, 1999, №7. -С. 59-60.

29. Медведев, С. Структурная модель многофункциональной ИИС газотранспортного пред приятия [Текст]/ С.Медведев, Н.Россеев, В.Кузнецов il Современные информационно-управляющие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.:Изд-во Российской инженерной академии, 1999, Вып. №1. - С. 21-33.

30. Медведев, С. Информационный и надёжностный критерии для оценки эффективносп иерархической структуры многофункциональной ИИС газотранспортного предприятия [Текст]

C.Медведев, Н.Россеев, В.Кузнецов // Современные информационно-управляющие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.:Изд-во Российской инженерной академии, 2000, Вып. №2. - С. 28-35.

31. Россеев, Н. Математические модели измерительных преобразователей электропроводности для локальных систем контроля загрязнения сточных вод на территории промышленных предприятий [Текст]/ Н.Россеев, С.Медведев, В.Павловский // Современные информационно-управляошие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.: Из-во Российской инженерной академии. 2000, Вып. № 2. - С. 74-81.

32. Россеев, H. Анализ погрешностей информационно - измерительных систем с функционально - связанными измерительными каналами методом стахостичеекой линеаризации [Текст]/ Н.Россеев, С.Медведев, М.Дудин // Современные информационно-управляющие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2000, Вып. №2. -С. 90-100.

33. Россеев, Н. Корпоративная сеть ООО «Самаратрансгаз» - основа ИИУС газотранспортного предприятия [Текст]/ Н.Россеев, С.Медведев, В.Изосимов // Современные информационно-управляющие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2000, Вып. № 3. -С.4-24.

34. Россеев, Н. Роль и задачи ИИС в системе транспорта газа при новом способе редуцирования газа на ГРС [Текст]/ Н.Россеев, С.Медведев, И.Романов // Современные информационно-управляющие системы газотранспортного предприятия: тематич. сб. статей. -М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2000, Вып. Xs 3. -С.24-40.

35. Свидетельство № 17958 на полезную модель. Стенд для испытаний торцовых газодинамических испытаний уплотнений роторов нагнетателей природного газа /Балякин В.Б., Медведев С.Д., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Фалалеев C.B. Опубл. 10.05.2001. Бюл.№13.

36. Патент №2171857. Способ восстановления циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля /Кравченко Б.А., Россеев Н.И., Забродин Ю.В., Круцило В.Г., Медведев С.Д., Монахов A.B. Опубл. 10.08.2001. Бюл.№22.

37. Патент №2170272. Установка для термопластического упрочнения лопаток /Кравченко Б.А., Россеев Н.И., Круцило В.Г., Медведев С.Д., Монахов A.B. Опубл. 10.07.2001. Бюл.№19.

38. Патент России №2173423. Торцовое бесконтактное уплотнение/ Фалалеев C.B., Балякин

B.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Опубл. 10.09.2001, Бюл.№25.

39. Патент России №2177572. Торцовое бесконтактное уплотнение (варианты)/ Фалалеев C.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Опубл. 27.12.2001, Бюл.№36.

40. Медведев, С.Д. Повышение надёжности деталей типа дисков турбины газоперекачивающего агрегата технологическими методами упрочнения [Текст]/ С.Д.Медведев, М.А.Вишняков, Б.А.Кравченко //Газотурбинные технологии. -Рыбинск, 2003, №2. - С.24-26.

41. Белоусов, Ю. Цифровая аппаратура управления магнитными подшипниками роторных машин [Текст]/ Ю.Белоусов, Д.Кочетов, Д.Кравцов, Е.Кравцова, С.Медведев, Н.Козлов // Газотурбинные технологии. - Рыбинск, 2003, №5. -С.38-41.

42. Епейкин, J1. Повышение ресурса и прочностной надёжности двигателя НК-16СТ путем модернизации камеры сгорания с помощью конструктивных элементов, автоматически выбирающих зазоры [Текст]/ Л.Епейкин, А.Маркушин, И.Канунников, О.Васин, С.Медведев, Ю.Забродин, И.Водбольский // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: тез. докл. междунар. научно-техн. конф. - Самара, 2003, 4.2. -С.61-63.

43. Курбатов, В.П. МВИ ГПА-Ц1-10Б/76-1,35: дан старт серийному производству нового агрегата [Текст]/ В.П.Курбатов, В.Н.Овчинников, Н.С.Щербаков, С.Д.Медведев, И.Ю.Водбольский// Газоту рбинные технологии, 2004, №5. -С.2-5.

44. Степаненко, O.A. Проблемы и перспективы применения «сухих» уплотнений в стационарных ГТУ [Текст]/ О.А.Степаненко, С.В.Фалалеев, С.Д.Медведев //LH научно-техн.сессия РАН по проблемам газовых турбин, работающих в промышленности и энергетике: Тез. докл. -Самара, 2005. -С. 116-118.

45. Фалалеев, C.B. Проблемы создания и перспективы использования реверсивных торцовых газодинамических уплотнений для нагнетателей природного газа [Текст]/ С.В.Фалалеев, Д.К.Новиков, В.Б.Балякин, О.А.Степаненко, С.Д.Медведев // Гервикон-2005: Труды 11-ой межд.научно-техн.конф. -Сумы, Украина:Вид-во СумДУ, 2005, т.З. -С.291-297.

46. Фалалеев, C.B. Создание математической модели ТГДУ ГПА для проведения их эквивалентных испытаний на динамическом стенде [Текст]/ С.В.Фалалеев, С.Д.Медведев // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Труды межд.научно-техн.конф. -Самара: РИО СГАУ, 2006, ч2. -С.163-164.

47. Новиков, Д.К. Динамические характеристики ротора двигателя НК-14СТ с демпфером [Текст]/ Д.К.Новиков, В.Б.Балякин, С.В.Фалалеев, С.Д.Медведев // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Труды межд.научно-техн.конф. -Самара: РИО СГАУ, 2006, ч.1. -

C.4-5.

48. Степаненко, O.A. Критерии оценки технического состояния объектов при реконструкции газотранспортной системы ООО «Самаратрансгаз» [Текст]/ О.А.Степаненко, С.Д.Медведев//Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Труды межд.научно-техн.конф. -Самара: РИО СГАУ, 2006, ч.1. -С.132-133.

(Vх

49. Степаненко, O.A. Пути реализации программы реконструкции газотранспортной системы ООО «Самаратрансгаз» [Текст]/ О.А.Степаненко, С.Д.Медведев//Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Труды межд.научно-техн.конф. -Самара: РИО СГАУ, 2006, ч.1. -С.130-131.

50. Медведев, С.Д. Прочностные, динамические и надёжностные аспекты модернизации газоперекачивающих агрегатов при использовании конвертируемых узлов авиационных двигателей [Текст]/ С.Д.Медведев, С.В.Фалалеев, Д.К.Новиков, В.Б.Балякин // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Материалы докл. междунар. науч.-техн. конф. - Самара: СГАУ, 2006,- 4.2.- С.140-141.

51. Балякин, В.Б. Расчёт динамики ротора системы «НК-14СТ - ГПА-Ц6,3» с гидродинамическим демпфером [Текст]/ В.Б.Балякин, И.С.Барманов, С.Д.Медведев, Д.К.Новиков //Актуальные проблемы трибологии: Труды межд.научно-техн.конф. -М. Машиностроение, 2007. -С. 78-93.

52. Грабовец, В.А. Опыт разработки торцовых газодинамических уплотнений [Текст]/ В.А.Грабовец, С.Д.Медведев, В.В.Седов, С.В.Фалалеев// Мегапаскаль: специал. информационно-аналитич. журнал. - Рыбинск, 2008, №2. -С.20-22.

53. Белоусов, А.И. Проблемы разработки торцовых газодинамических уплотнений для газовой промышлешюсти [Текст]/ А.И.Белоусов, С.В.Фалалеев, С.Д.Медведев // Hervíkon-2008, V.2. -Kielce (Poland): Politechnika Svetokruzska, 2008. - pp. 45-54.

54. Медведев, С.Д. Создание экспериментальной базы для испытаний торцовых газодинамических уплотнений [Текст]/ С.Д.Медведев, В.В.Седов, С.В.Фалалеев, В.Б.Балякин, Д.К.Новиков, Д.СЛежин // Мегапаскать: специал. информационно-ал ал итич. журнал. - Рыбинск, 2008, №3. -С.14-16.

Личный вклад: Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоял в непосредственном участии во всех стадиях работы, начиная от постановки задач, выполнения теоретических и экспериментальных исследований до внедрения полученных результатов. В частности:

- в монографии автором получены научные результаты в области повышения падёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» и проведено научное обоснование технических и технологических решений для повышения эффективности, прочности и надёжности ГПА;

- в работах 2,54 автором проведена разработка научнообоснованных рекомендаций для создаваемого стендового оборудования;

- в работах 3,7,26,47,51 автором проведено научное обоснование применения гидродинамических демпферов;

- в работах 4,8,45,46 автором усовершенствованы математические модели торцовых газодинамических уплотнений;

- в работах 5,10,11, 29-34,48-50 автором разработан научный подход и получены результаты модернизации ГПА с использованием конвертированных технологий, разработанных для авиационных двигателей и космических силовых установок;

- в работах 11,14,17,19,21,23,25,27,28,42-44,52,53 автором получены результаты повышения эффективности, прочности и надёжности ГПА с авиационным приводом;

- в работах 13,16,18,20,22 автором разработаны математические модели и получены экспериментальные результаты ускоренных испытаний элементов системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» ГПА;

- в работах 24,40 автором проведено научное обоснование применения метода термопластического упрочнения для элементов турбин ГПА;

- в работе 41 автором проведено научное обоснование цифровой аппаратуры для электромагнитных подшипников, а также анализ результатов ее экспериментального исследования;

- в работах 15,35,36,37-39 автору принадлежат идеи запатентованных решений и результаты экспериментального подтверждения научной новизны.

Подписано в печать: 2 июня 2010 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Объем: 2 усл.печ.л. Тираж: 100 экз. Отпечатано в типограф™ издательства СГАУ 443086, Самара, Московское шоссе,34.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМ

КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ

ПРИРОДНОГО ГАЗА».

1.1. Методология реконструкции объектов ГТС.

1.1.1. Критерии и требования вывода объектов в реконструкцию.

1.1.1.1 .Системные критерии.

1.1.1.2. Критерии вывода в реконструкцию объектов КС.

1.1.2. Характеристика работ, относимых к категории «реконструкция».

1.1.3. Обоснование реконструкции как необходимого направления работ по обеспечению надежного функционирования объектов ГТС.

1.1.4. Цели реконструкции газотранспортной системы.

1.1.5. Принципы формирования программы реконструкции ГТС.

1.1.6. Современная концепция реконструкции компрессорных станций.

1.1.7. Особенности подходов к реконструкции объектов ГТС.

1.1.8. Реконструкция компрессорных станций с использованием конвертированных авиационных технологий.

1.2. Экономическая целесообразность различных видов модернизации.

1.2.1. Определение эффективности инвестиций при реконструкции КС с заменой ГПА.

1.2.2. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТПУ.

1.2.3. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТГДУ.

1.3. Конструктивные особенности ГПА с авиационным приводом.

1.4. Анализ причин отказов систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа».

1.4.1. Ротор нагнетателя.

1.4.2. Соединительная муфта (торсионный вал, зубчатая обойма).

1.4.3. Главный насос смазки (ГНС).

1.4.4. Уплотнения и подшипники скольжения опорные.

1.4.5. Критерии отказов и предельных состояний узлов и деталей, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный . двигатель - нагнетатель природного газа».

1.5. Анализ публикаций по конвертированным авиационным технологиям, используемым при реконструкции систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа».

1.6. Постановка задач исследования.

Выводы по гл.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ «КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ

ПРИРОДНОГО ГАЗА» И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ.

2.1. Разработка системы учета, обработки и анализа информации об отказах ГПА-Ц

2.1.1. Разработка программного обеспечения.

2.1.2. Выбор нормируемых показателей надежности ГПА-Ц-16. Результаты анализа эксплуатационной надежности.

2.1.3. Расчет надежности системы «конвертированный авиационный двигатель

- нагнетатель природного газа».

2.2. Анализ дефектов уплотнений ГПА ООО «Газпром трансгаз Самара».

2.2.1. Расчет наработки на отказ.

2.2.2. Определение наработки до отказа и вероятности отказа.

2.2.3. Определение требуемых показателей надежности ТГДУ.

2.3. Статистика дефектов опорных узлов конвертированных авиационных приводов НК-12СТ и НК-14СТ ООО «Газпром трансгаз Самара».

2.3.1. Качественный анализ надежности.

2.3.2. Количественный анализ надежности.

2.3.3. Расчет эмпирических характеристик.

2.4. Экспериментальные исследования факторов, определяющих работоспособность элементов и узлов, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» в условиях эксплуатации.

2.4.1. Изучение условий работы систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа».

2.4.2. Разработка программного обеспечения по обработке вибро- и тензосигналов.

2.4.3. Исследование эксплуатационной нагруженности элементов систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа».

2.4.4. Результаты исследования вибрационного состояния нагнетателя на различных режимах эксплуатации.

2.4.5. Выявление факторов, форсирующих появление отказа.

Выводы по гл. 2.

3. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ

КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ

ПРИРОДНОГО ГАЗА» ГПА.

3.1. Разработка гидродинамических демпферов в опору свободной турбины конвертированных двигателей НК-12СТ и НК-14СТ.

3.1.1. Расчетная модель системы «СТ - нагнетатель».

3.1.2. Расчет собственных частот и форм колебаний валопровода НК-14СТ.

3.1.3. Вынужденные колебания. Анализ возможных комбинаций дисбалансов системы «СТ - нагнетатель».

3.1.4. Определение критериев оптимального демпфирования.

3.1.5. Выбор оптимального демпфирования в опорах двигателя НК-14СТ.

3.1.6. Разработка конструкции демпфера.

3.1.7. Оценка увеличения ресурса.

3.2. Применение электромагнитных подвесов в системах «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа».

3.2.1. Анализ типов магнитных подвесов.

3.2.2. Выбор параметров ЭМП для ГПА-Ц-16.

3.2.3. Разработка систем управления магнитными подшипниками.

3.2.4. Анализ результатов эксплуатации.

3.3. Реконструкция систем «конвертированный авиационный двигатель -нагнетатель природного газа» за счет использования технологии уплотнений с газовой смазкой.

3.3.1. Обоснование необходимости перехода на ТГДУ.

3.3.2. Теоретические основы проектирования ТГДУ.

3.3.3. Надежность ТГДУ. Анализ конструкций ТГДУ с целью выявления путей повышения надежности.

3.4. Использование процесса термопластического упрочнения для повышения эксплуатационных характеристик деталей турбин.

3.4.1. Сравнительный анализ методов упрочнения.

3.4.2. ТГТУ лопаток турбин.

3.4.3. ТПУ дисков турбин.

Выводы по гл.

4. СОЗДАНИЕ СТЕНДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДОВ

УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ «КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА».

4.1. Выбор методов и средств ускоренных испытаний.

4.1.1. Необходимость применения методики ускоренных испытаний.

4.1.2. Выбор и оптимизация режимов испытаний по критериям совместимости принципов и автомодельности процессов разрушения.

4.1.3. Оценка показателей надежности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» ГПА по результатам ускоренных испытаний.

4.2. Экспериментальное исследование по оценке ресурса ротора центробежного компрессора с использованием методов ускоренных испытаний.

4.2.1. Методика проведения исследования.

4.2.2. Построение математических моделей, отражающих физические закономерности процессов, происходящих в деталях ротора при эксплуатации и при проведении ускоренных испытаний.

4.2.3. Испытания препарированного ротора центробежного компрессора на стенде.

4.2.4. Отработка методов ускоренных испытаний стандартных и специальных образцов.

4.3. Эквивалентные испытания ТГДУ.

4.3.1. Основы моделирования условий эксплуатации при доводке ТГДУ.

4.3.2. Выбор определяющих параметров уплотнений и режимов работы динамического стенда при стендовых эквивалентных испытаниях ТГДУ.

4.3.3. Моделирование попадания масла в проточную часть ТГДУ.

4.4. Разработка стендового оборудования для испытания ТГДУ.

4.4.1. Динамический стенд для исследования работоспособности пары трения при малых перепадах давления

4.4.2. Стенд для статических испытаний ТГДУ.

4.4.3. Динамический стенд для экспериментальных исследований ТГДУ при высоких перепадах давления.

4.4.4. Динамический стенд СУ-2 с автоматизированным управлением для испытаний ТГДУ.

4.5. Разработка типовой программы и методики по проведению испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа.

4.5.1. Типовая программа и методика испытаний ТГДУ на динамическом испытательном стенде.

4.5.2. Типовая программа и методика испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа в условиях КС.

4.6. Разработка установок для ТПУ.

4.6.1. Расчет мощности и времени нагрева сектора диска в печи сопротивления.

4.6.2. Функциональная схема и конструкция установки с использованием нагрева в печи сопротивления.

4.6.3. Анализ электромагнитных и температурных полей при нагреве сектора диска в щелевом индукторе.

4.6.4. Конструкция установки с использованием индукционного нагрева.

4.6.5. Разработка ремонтной технологии ТПУ дисков турбин.

Выводы по гл. 4.

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ТГДУ ДЛЯ КОМПРЕССОРОВ

5.1. Этапы разработки ТГДУ.

5.2. Концепция доводки ТГДУ на заданные параметры.

5.3. Применение ТГДУ в нагнетателях природного газа.

5.3.1. Особенности конструкции и использования системы ТГДУ.

5.3.2. Формирование требований к температуре подаваемого в ТГДУ буферного газа.

5.3.3. Возможные дефекты, причины их появления и способы устранения.

5.3.4. Модернизация масляного подшипника и конструкция барьерного лабиринтного уплотнения.

5.4. Теоретические и экспериментальные исследования возможностей ТГДУ.

5.4.1. Оценка влияния монтажных технологических отклонений системы «ротор - корпус нагнетателя» на работу ТГДУ с «широкой» и «узкой» парами трения.

5.4.2. Исследование характеристик ТГДУ в статике, динамике и при запуске ГПА

5.5. Разработка системы обеспечения функционирования ТГДУ.

5.6. Анализ влияния материалов на надежность и экономичность ТГДУ.

5.6.1. Требования к материалам пар трения, характеристики материалов, конструктивные особенности уплотнений с различными парами трения.

5.6.2. Исследование теплового состояния колец пар трения.

5.6.3. Деформации уплотнительных колец.

5.6.4. Динамическое поведение ТГДУ.

5.6.5. Прочностной расчет вращающихся колец.

5.6.6. Расчет надежности ТГДУ по фактору разрушения вращающегося кольца.

5.6.7. Перспективы использования технологии нанесения изнашиваемого покрытия на уплотнительные кольца плазменным напылением.

5.6.8. Экспериментальные исследования вторичного уплотнения ТГДУ.

5.7. Технические требования на разработку ТГДУ.

5.8. Опыт разработки ТГДУ для газовой промышленности.

5.8.1. Разработка ТГДУ в Самарском регионе.

5.8.2. ТГДУ нагнетателя Н-370-18-1.

5.8.3. Параметры разработанных ТГДУ.

Выводы по гл. 5.

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 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.

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 надежности. Для этого требуется разработка соответствующего системного научного подхода, а также специального стендового оборудования.

Необходимость разработки теоретических основ для решения отмеченных проблем является весьма актуальной и определяет поставленные цель и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной надёжности и эффективности системы «конвертированный авиационный привод — нагнетатель природного газа» газоперекачивающих агрегатов при их модернизации в условиях эксплуатации на основе развития конвертированных авиационных технологий.

В диссертационной работе системно рассмотрены существующие на сегодняшний день тенденции и пути реконструкции КС, в том числе их экономические аспекты. Проанализированы основные типовые отказы ГПА, на основе анализа эксплуатационной нагруженности выявлены наиболее слабые элементы, на которые необходимо обратить внимание при повышении эксплуатационной надежности ГПА. Среди них особо выделяются лопатки и диски турбин, а также элементы опорно-уплотнительных узлов ротора. Поэтому особое внимание в диссертации уделено обоснованию, особенностям использования в ГПА и дальнейшему развитию перспективных технологий из аэрокосмической отрасли: гидродинамических демпферов и электромагнитных подшипников для опор, систем торцовых газодинамических уплотнений (ТГДУ) для герметизации полости нагнетателя, термопластического упрочнения (ТПУ) для деталей турбин. Разработаны направления и пути повышения ресурса вышеуказанных устройств.

Большой интерес представляют разработка и применение системы ускоренных испытаний элементов, направленной на сокращение сроков доводки ГПА до требуемых показателей надежности. Это особенно актуально, так как ГПА является оборудованием большой единичной мощности с назначенным ресурсом 100 тыс.ч с высокими требованиями по надежности. Создание системы ускоренных испытаний потребовало разработки соответствующего научного подхода, а также специального стендового оборудования.

Впервые в технической литературе описана методология разработки и особенности применения систем ТГДУ в газоперекачивающих агрегатах. Так как проведение стендовых испытаний на натурном рабочем теле (природный газ) из-за условий безопасности затруднено, поэтому была разработана теория эквивалентных испытаний ТГДУ на воздухе.

В работе обобщены выполненные автором разработки в области развития и использования технологий из аэрокосмической отрасли для повышения эксплуатационной надежности ГПА.

В первой главе проведён анализ современного состояния вопроса модернизации ГПА и предложена методология реконструкции объектов ГТС. Проведен анализ публикаций по теме диссертации. Поставлены задачи исследования.

Во второй главе проведены исследования эксплуатационной надежности ГПА с авиационным приводом и его элементов.

В третьей главе разработаны мероприятия по повышению эксплуатационной надежности ГПА.

В четвёртой главе разработаны научные основы применения методов ускоренных испытаний для повышения эксплуатационной надежности системы «конвертированный авиационный привод — нагнетатель природного газа» ГПА.

В пятой главе рассмотрены научные аспекты создания ТГДУ для нагнетателей природного газа.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором и обладающие научной новизной:

1. Разработаны методологические основы комплексного использования конвертированных авиационных технологий при реконструкции ГТС.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Создан метод повышения надёжности системы ТГДУ, включающий организационные, научные, экспериментальные, технологические и эксплуатационные аспекты. Усовершенствована математическая модель ТГДУ, учитывающая статические, динамические и тепловые воздействия.

7. 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.

8. Созданы и защищены патентами динамические испытательные стенды для ТГДУ, способ и технологическая установка для ТПУ лопаток и дисков турбин авиационных и стационарных приводов.

Оценка достоверности полученных результатов.

Достоверность принятых допущений и полученных результатов подтверждена обоснованностью использования исходных предпосылок, физических законов, предложенного математического аппарата, соответствием результатов экспериментов на разработанных оригинальных стендах или натурных изделиях и выдвигаемых в диссертации теоретических положений, а также положительным опытом крупномасштабного практического внедрения результатов диссертации.

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертации

Теоретическая значимость диссертации заключается в теоретических положениях, развивающих фундаментальный комплексный подход к повышению надежности систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа»:

- теоретическое обоснование законов и параметров распределения вероятности безотказной работы основных элементов системы;

- теоретическое обоснование метода ускоренных испытаний системы и ее элементов;

- теоретическое обоснование метода исследования прочности и прогнозирования ресурса рабочего колеса центробежного компрессора;

- теоретические модели роторной системы с гидродинамическим демпфером в опоре свободной турбины авиационного конвертированного двигателя;

- теоретическая модель торцовых газодинамических уплотнений, учитывающая особенности эксплуатации в составе системы;

- теоретическое обоснование метода ТПУ для лопаток и дисков турбин.

Полученные в диссертации результаты являются решением крупной научной проблемы в области повышения эксплуатационной надежности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» за счет использования и развития авиационных технологий, открывающим широкие возможности для комплексного анализа происходящих в них процессов с целью совершенствования и обеспечения требуемых показателей надежности.

Практическая значимость проведенных в диссертационной работе исследований 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 тензометрического 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.

Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту, д.т.н., профессору Фалалееву C.B., а также д.т.н., профессору Белоусову А.И., д.т.н., профессору Балякину В.Б., д.т.н., профессору Новикову Д.К., сотрудникам ООО «Газпром трансгаз Самара» за помощь в выполнении этапов диссертационной работы.

4. Результаты работы по повышению прочностной и эксплуатационной надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» использованы при проектировании, изготовлении, испытании и реконструкции находящихся в эксплуатации ГПА, а также в учебном процессе СГАУ. На предприятиях газовой отрасли (ООО «Газпром трансгаз Самара», ЗАО «Газпром инвест Юг»), а также в МОО ПО РИА внедрены: план реконструкции газотранспортной системы; научный подход к разработке систем обработки информации о состоянии эксплуатации ГПА с авиационным приводом; оборудование и технология ремонта дисков и лопаток турбин методом ТПУ; ЭМП для нагнетателя НЦ-16 и ГДД для свободной турбины авиационного конвертированного двигателя НК-14СТ с улучшенными параметрами; методология переоборудования масляных нагнетателей на систему ТГДУ; динамические стенды и технология для изготовления и ремонта ТГДУ; методика эквивалентных испытаний ТГДУ на динамическом стенде с использованием модельного газа; ТГДУ для семи типов нагнетателей (43 ГПА, переоборудованных на системы ТГДУ, находятся в эксплуатации).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований решена крупная научная проблема повышения эксплуатационной надежности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа», имеющая важное хозяйственное значение, за счет комплексного использования и развития технологий, разработанных для авиационных двигателей и космических силовых установок. Выявленные особенности работы важнейших элементов системы и разработанные рекомендации по их проектированию и модернизации создают предпосылки для совершенствования ГПА и обеспечения требуемых показателей их надёжности. Подводя итоги проделанной работы, можно сделать следующие выводы:

1. Разработаны методологические основы комплексного использования конвертированных авиационных технологий при реконструкции газотранспортной системы, обеспечивающие требуемые показатели прочности и надёжности ГПА.

2. Проведён всесторонний анализ характера и причин отказов элементов системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» на основе параметрического, вибро- и тензометрического обследования их эксплуатационной нагруженности на различных режимах работы. Выявлены критические элементы, лимитирующие надёжность данной системы: роторы нагнетателей, соединительные муфты, главные масляные насосы, опорные и упорные подшипники, а также масляные уплотнения опор роторов. Установлено, что применение модернизированных конструктивно-технологических решений из аэрокосмической отрасли позволяет существенно повысить надёжность ГПА. Выявлено, что наиболее эффективны модернизация опорно-уплотнительных узлов за счет использования ЭМП, ГДД и ТГДУ, применение ТПУ дисков, лопаток и валов турбин, а также методов ускоренных испытаний.

3. Разработан комплекс методов и средств обеспечения назначенного ресурса системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа», включающий:

- метод исследования и оценки эксплуатационной надёжности по данным эксплуатации и натурных испытаний с использованием статистической обработки информации, позволяющей получить параметры теоретических законов распределений для прогнозирования показателей надёжности вновь разрабатываемых ГПА с авиационным приводом;

- модернизированный метод ускоренных испытаний системы и её элементов на специальных стендах и в условиях эксплуатации, позволяющий сократить время доводки изделий в 2. .3 раза;

- метод прогнозирования ресурса рабочего колеса центробежного компрессора с использованием методик «доламывания», проведения прочностных исследований физической модели объекта с обеспечением имитационного моделирования реального процесса нагружения и расчёта предела выносливости специального образца с учётом реального полигармонического нагружения; использование метода позволило увеличить ресурс рабочего колеса нагнетателя в 1,25 раза;

- модернизированный метод ТПУ лопаток и дисков турбин, предполагающий его многократное применение; срок окупаемости ТПУ составляет 3 года;

- метод создания высоконадёжной системы ТГДУ, основанный на комплексном рассмотрении организационных, научных, экспериментальных, технологических и эксплуатационных аспектов и на результатах математического моделирования поведения уплотнения при статических, динамических и тепловых воздействиях; использование метода позволило увеличить наработку ТГДУ на отказ почти в 2 раза, срок окупаемости при этом составил 1 год;

- систему автоматизированного сбора, учёта и обработки информации о состоянии эксплуатации и отказах на примере ГПА Ц-16 с авиационным приводом НК-16СТ;

- научно обоснованные рекомендации для служб эксплуатации об оптимальных режимах загрузки ГПА, а также нормативные документы, регламентирующие объём и последовательность работ по оценке и обеспечению показателей надёжности системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»;

- научно обоснованные рекомендации по выбору параметров системы ЭМП и ГДД для роторной системы «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа», в результате чего амплитуда колебаний ротора нагнетателя на рабочем режиме не превышает 50 мкм, а виброскорость на корпусе свободной турбины авиационного привода была снижена в 1,4 раза;

- уникальное оборудование для реализации внедрения ТПУ лопаток и дисков турбин;

- уникальное стендовое оборудование, методическое обеспечение для испытаний и доводки ТГДУ.

1. Степаненко O.A., Медведев С.Д. Критерии оценки технического состояния объектов при реконструкции газотранспортной системы ООО «Самаратрансгаз» // Вестн. Самар. гос. аэрокосм, ун-та. Самара, 2006, №2, 4.2. -С.276-280.

2. Медведев С.Д. Пути реализации программы реконструкции газотранспортной системы ООО «Самаратрансгаз» // Вестн. Самар. гос. аэрокосм, ун-та. Самара, 2006, №2, 4.2. -С.280-286.

3. Бойко А. Компрессорные станции Газпрома; Эксплуатация и техническое обслуживание// Газотурбинные технологии. -Рыбинск, 2001, №2. -С.2-3.

4. Казаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. —М.: Нефть и газ, 1999. -463с.

5. Медведев С.Д., Фалалеев C.B., Новиков Д.К., Балякин В.Б. Повышение эксплуатационной надежности ГПА развитием конвертированных авиационных технологий. Самара: СНЦ РАН, 2008. - 371с.

6. Хорощенко A.M., Клисенко В.П., Медведев С.Д., Удод М.Н. Усовершенствованное выхлопное устройство ГПА-Ц-6,3// Газовая промышленность, 1985, № I. -С.23.

7. Апанасенко А.И., Парафейник В.П., Медведев С.Д., Удод М.Н. Исследования выхлопных патрубков газотурбинного привода компрессорного агрегата ГПА-Ц-16// Химическое и нефтяное машиностроение, 1989, №1. — С.20-23.

8. Курбатов В.П., Овчинников В.Н., Щербаков Н.С., Медведев С.Д., Водбольский И.Ю. МВИ ГПА-Ц10Б/76-1,35: дан старт серийному производству нового агрегата// Газотурбинные технологии, 2004, №5. -С. 2-5.

9. Николаев В.В., Рыжинский И.Н. Наземное применение газотурбинных двигателей авиационного типа// Газотурбинная энергетика под маркой «НК»: Сб. статей. Самара, 2005.-С.12-16.

10. Гриценко Е.А., Идельсон A.M. Некоторые вопросы конвертирования авиационных ГТД // Новые технологические процессы и надежность ГТД: Сб. ЦИАМ. М., 1992. - С.42-51.

11. Кузнецов Н.Д., Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Резник В.Е. Основы конвертирования авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения: учебное пособие. — Самара: СГАУ, 1995. 89с. Приложение. — 27с.

12. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов /Ю.С.Елисеев, Э.А.Мануин, В.Е.Михайцев и др. М.:. Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. - 640с.

13. Идельсон A.M. Моделирование как метод исследования и доводки серийных авиационных ГТД// Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей: Сб. научн. тр. КуАИ. Куйбышев, 1985. -С.45-52.

14. Создание установки для ремонта лопаток ТВД и ТНД газоперекачивающих агрегатов методом ТПУ: ТЭО проекта. М.: НИИгазэкономика 2000. - 25с.

15. Александров А., Россеев Н., Шайхутдинов А. Эксплуатация ГПА по техническому состоянию в ООО «Самаратрансгаз» // Газотурбинные технологии. -Рыбинск, 2001, №2. -С.4-6.

16. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. —М.: Машиностроение, 1990. -558с.

17. Колотников М.Е. Предельные состояния деталей и прогнозирование ресурса газотурбинных двигателей в условиях многокомпонентного нагружения. -Рыбинск: Изд-во РГАТА, 2003. -136с.

18. Разработка системы ускоренных (эквивалентных) испытаний турбокомпрессорных машин для нефтяной и газовой промышленности: Отчет о НИР по теме 0562/908-87/ВНИИкомпрессормаш. № ГР01870042495. - Инв. N 02890032955. - Сумы, 1985. - 190с.

19. Раер Г.А. Динамика и прочность центробежных компрессорных машин. JL: Машиностроение, 1965. - 258с.

20. Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1970. - 364с.

21. Состав и общие правила задания требований к надежности// Надежность в технике. Методические указания. РД 50-650-87. Издательство стандартов, 1988. - 23с.

22. Порядок проведения анализа причин отказов изделий // Надежность в технике: Методические указания РД 50-514-84. Изд-во стандартов, 1985. 15с.

23. ГОСТ 27.103-83. Критерии отказов и предельных состояний// Надежность в технике. Основные положения. М., 1983. - 5с.

24. Медведев С.Д. Повышение эксплуатационной надежности газоперекачивающих агрегатов с использованием методов ускоренных испытаний// Диссерт. на соиск. уч. степ, канд.техн.наук. -М: Моск. инст-т хим. машиностроения, 1991.- 192с.

25. Методические указания по прогнозированию надежности на стадии проектирования. РД 26-12-8-86. Сумы: ВНИИкомпрессормаш, 1986. - 108с.

26. Компрессоры. Испытания на надежность. Порядок проведения и методика расчета показателей надежности. Методические указания. РД 26-1226-88. Сумы: ВНИИкомпрессормаш, 1988. - 111с.

27. Турбокомпрессоры. Испытания на надежность. Программа и методика ускоренных испытаний. РД 0557-48-89. Сумы: ВНИИкомпрессормаш, 1989. -47с.

28. Ресурсное проектирование авиационных ГТД. Руководство для конструкторов. Вып. 1. Общие принципы ресурсного проектирования и модели долговечности материалов и деталей авиационных ГТД// Тр.ЦИАМ, 1990, №1253. -208с.

29. Надежность, диагностика, контроль авиационных двигателей/ Под ред. Шепеля В.Т. Рыбинск, 2001. -351с.

30. Ануров Ю.М., Федорченко Д.Г. Основы обеспечения прочностной надежности авиационных двигателей и силовых установок. -СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2004. -390с.

31. Новиков A.C., Пайкин А.Г., Сиротин H.H. Контроль и диагностика технического состояния газотурбинных двигателей. -ML: Наука, 2007. -469с.

32. Сиротин H.H. Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей и энергетических установок. — М.: РИА «ИМ ИМФОРМ», 2002. -420с.

33. Елисеев Ю.С., Крымов В.В., Малиовский К.А., Попов В.Г. Технология эксплуатации, диагностика и ремонт газотурбинных двигателей. —М.: Высш. шк., 2002. -355с.

34. Косточкин В.В. Надежность авиационных двигателей и силовых установок. — М., Машиностроение, 1976. — 247с.

35. ГОСТ 27.001-95. НАИМЕНОВАНИЕ: Система стандартов "Надежность в технике". Основные положения. ДАТА ВВЕДЕНИЯ 01/01/97, КОД ОКС 21.020.

36. ГОСТ 27.003-90. НАИМЕНОВАНИЕ: Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности. ДАТА ВВЕДЕНИЯ 01/01/92, КОД ОКС 03.120.01; 21.020

37. Хорощенко A.M., Криницкий Е.В., Медведев С.Д., Шубин B.C. Управление формированием надежности компрессоров на стадиях создания// Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии. -Сумы, 1989. -С.168-169.

38. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. Изд-во МИР.: М., 1974. - 464 с.49.0рнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники.: Высшая школа. 1983. - 455 с.

39. Максимов В.П., Егоров И,В., Карасев Б.А. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. М.: Машиностроение. -1983.-208 с.

40. Медведев С. Д., Усатенко А.П. Информационно-измерительная система для анализа случайных и быстропеременных процессов// Методы и средства обработки измерительной информации. -Челябинск, 1990. —С.44.

41. ГОСТ 25.101-83. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов.: Изд-во стандартов. 1983. - 29с.

42. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Унвер У. Колебания в инженерном деле.: М. Машиностроение, 1985. 472с.

43. Маслов Г.С. Расчеты колебания валов: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 151с.I

44. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987. - 288с.

45. Новиков A.K. Статистические измерения в судовой акустике. -JL: Судостроение. 1985. - 272с.

46. Рунов Б.Т. Исследование и устранение вибрации паровых турбоагрегатов. М.: Энергоиздат. - 1982. - 352с.

47. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа. - 1988. - 359с.

48. Тайберт П. Оценка точности результатов измерений. М. :Энергоиздат, 1988. -88с.

49. Новиков Д.К., Балякин В.Б., Клячин Ю.А., Кулагин С.Н., Медведев С.Д. Снижение вибрации двигателя НК-12СТ при эксплуатации. — Газовая промышленность, 1998, №12. -С. 36-37.

50. Балякин В.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Оценка эффективности эксплуатации НК-12СТ. — Газовая промышленность, 2001, №5. С.54-55.

51. Белоусов А.И., Балякин В.Б., Новиков Д.К. Теория и проектирование гидродинамических демпферов опор роторов. Самара, изд-во Самарского научного центра РАН, 2002. -335с.

52. Новиков Д.К., Балякин В.Б., Фалалеев С.В., Медведев С.Д. Динамические характеристики ротора двигателя НК-14СТ с демпфером // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Труды межд.научно-техн.конф. -Самара: РИО СГАУ, 2006, 4.1. -С.4-5.

53. Балякин В.Б., Барманов И.С., Медведев С.Д., Новиков Д.К. Демпфирование в опоре — эффективный путь увеличения ресурса двигателя НК-14СТ// Сборник научных трудов СНЦ РАН. Самара, 2007. -С.671-684.

54. Наумов Н., Подоровский В., Верещагин В., Россеев Н., Медведев С. Бессмазочные нагнетатели природного газа// Газовая промышленность. —М., 1999, №7.-С. 59-60.

55. Фролов Б.В. Сравнительный анализ силовых электромагнитных опор/ Электромеханика: Известия ВУЗов. — М., 1985, №2. -С.73-77.

56. Белоусов Ю., Кочетов Д., Кравцов Д., Кравцова Е., Медведев С., Козлов Н. Цифровая аппаратура управления магнитными подшипникамироторных машин// Газотурбинные технологии. -Рыбинск, 2003, №5.380

57. Фалалеев C.B., Чегодаев Д.Е. Торцовые бесконтактные уплотнения двигателей летательных аппаратов: Основы теории и проектирования: Учебное пособие.-М.:Изд-во МАИ, 1998. 276с.

58. Whipple R.R. Herringbone Pattern Thrust Bearing//AERE, 1949.-T/M 29.

59. Muijderman E.A. Spiral groove bearings. Springer - Verlag, 1966.

60. Пинегин C.B., Емельянов A.B., Табачников Ю.Б. Газодинамические подпятники со спиральными канавками. — М.: Наука, 1977. — 107с.

61. Фалалеев C.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Динамика «сухих» уплотнений// Газовая промышленность.- М., 2001, №10. -С.66-68.

62. Максимов В.А., Хадиев М.Б., Хисамеев И.Г., Галиев P.M. Бесконтактные уплотнения роторов центробежных и винтовых компрессоров. -Казань: Издательство "ФЭН", 1998. -292с.

63. Подшипники с газовой смазкой/ Под редакцией Н.С. Грэссема и Д.У. Пауэлла М.: Мир, 1966. - 423с.

64. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. — М.: Машиностроение, 1980. 184 с.

65. Григорьянц А.Г., Соколов A.A. Лазерная обработка неметаллических материалов. — М.: Высшая школа, 1988. 188 с.

66. Burgmann-Lexicon: ABC der Gleitringdichtung. — Feodor Burgmann GmbH (Germany), 1988. 341 s.

67. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы. - Москва, 1972.-544с.

68. Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Учебник, 2 издание. - Л.: Судостроение, 1969. - 695с.

69. Термопластическое упрочнение — резерв повышения прочности и надежности деталей машин: Монография / Б.А. Кравченко, В.Г. Круцило, Г.Н. Гутман; Самара, СамГТУ, 2000 — 216 с.

70. Вишняков М.А. Повышение эксплуатационных характеристик крупногабаритных деталей ГТД. Самара: СНЦ РАН, 2003. -107с.

71. Барвинок В.А., Вишняков М;А., Курбатов В.П. Влияние качества поверхности на эксплуатационные характеристики деталей ГТД. Самара: СНЦ РАН, 2003.-148с.

72. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1976.-216с.

73. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. -М.: Машиностроение, 1988—240с.

74. Патент №2219250. Установка для термопластического упрочнения крупногабаритных деталей. /Б.А. Кравченко, М.А. Вишняков и др. Опубл. 20:12.2003 г.Бюл. №35.

75. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением /Л.А. Хворостухин, C.B. Шишкин, И.П. Ковалев, P.A. Ишмаков-М.: Машиностроение, 1988.-144с.

76. Биргер И.А. Ресурс и эквивалентные испытания авиационных двигателей //Испытания авиационных двигателей: Межвузовский научн.сб./ Уфимский авиационный ин-т.- Уфа, 1976, Вып.4. -С. 17-48.

77. Выбор методов и средств сравнительных испытаний на надежность изделий машиностроения при аттестации: Методы ускоренных испытаний //ВШИШАШ, МР37-82.-М., 1982.-75с.

78. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. -М.Машиностроение, 1981. -207с.

79. Биргер И.А., Шор Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. -М. Машиностроение, 1979. 702с.

80. Гишваров A.C. Теория ускоренных ресурсных испытаний технических систем. -Уфа: Гилем, 2000. -338с.

81. Гишваров A.C. Оптимизация ресурсных испытаний технических систем имитационным моделированием в системе жизненного цикла. -Уфа: Гилем, 2003. -328с.

82. Гишваров A.C. Совмещенные ресурсные испытания технических систем. -Уфа: Гилем, 2001. -258с.

83. Гишваров А.С, Ахмедзянов A.M. Расчет оптимальных ускоренных режимов испытания авиационных ГТД //Авиационная промышленность. -1983, № 3. С.73-76.

84. Лозицкий Л .П., Ветров А.Н., Лашпов В.Ф. Обоснование режимов ускоренных эквивалентных испытаний авиационных ГТД// Проблемы прочности.- 1986, №4. С.73-77.

85. Гишваров А.С, Ахмедзянов A.M., Либерман В.Е. Оптимальная область режимов ускоренных испытаний авиационных ГТД// Авиационная промышленность.- 1983, № 7. -С.78-81.

86. Гишваров A.C., Скачков A.A., Либерман В.Е. Исследование ВСУ с целью построения программы ускоренных испытаний // Испытания авиационных двигателей; Межвуз. научн.сб. Уфимский авиац. ин-т. -Уфа,1980, №8. -С.102-111.

87. Гишваров А.С, Ахмедзянов A.M., Скачков A.A. Программа ускоренных испытаний ВСУ// Испытания авиационных двигателей; Межвуз. научн.сб. Уфимский авиац. ин-т. Уфа, 1980, №8. -С.140-147.

88. Гишваров А.С, Либерман В.Е., Бадамшин И.Х. Эффективность ускоренных испытаний вспомогательной установки //Авиационная промышленность. 1983,№ 10. -С.24-26.

89. Олейник Н.В., Скляр С.П. Ускоренные испытания на усталость.-Киев: Наук.думка, 1985.- 304с.

90. Гусятников В. А., Леонтьев СП. Ускоренные эквивалентные испытания дизелей промышленных тракторов // Двигателестроение. — 1988, №5. -С.7-9.

91. Гусев А.С, Гиндентуллер Н.Г., Панкратов Н.М. Оптимизация режимов ускоренных испытаний сложных металлоконструкций //Машиноведение. -1989,№ I. -С. 102-110.

92. Левитанус А.Д. К вопросу о математической модели системы доводочных испытаний // Тракторы и сельхозмашины. — 1981,№ 2. С.9-10.

93. Величкин И.Н., Кугелъ Р.В:, Дмитриченко СС, Дьяков И.Я. Ускоренные испытания надежности тракторов, их агрегатов и узлов //Тракторы и сельхозмашины. 1975, № 11. -С.31-33.

94. Гатман A.M., Субботин E.H., Трунин Г.В. Выбор режимов и расчет параметров ускоренных испытаний центробежных насосов //Вестник машиностроения. 1989, №9. -СД8-19.

95. Судаков P.C. Испытания технических систем: Выбор объемов и продолжительности. М.: Машиностроение, 1988. -272с.

96. Кинасошвили P.C. Определение запасов прочности при нестационарной температуре и нестационарной напряженности// Изв. АНСССР «Механика и машиностроение» -1959, № 3. -С. 126-128.

97. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И. Программа эквивалентных испытаний газотурбинных двигателей //Проблемы прочности. -1970, №10. -С. 14-19.

98. Кузнецов Н.Д. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей //Проблемы прочности. -1970, № 60. -С.74-77.

99. Ахмедзянов A.M., Гишваров А.С Эквивалентные испытания авиационных двигателей: Учебн.пособие.- Уфа: Уфимский авиац.ин-т., 1978. -72с.

100. Светлаков Ч.Л., Черкасов В.В., Махнеев А.Г. К вопросу об оценке надежности турбомашин по результатам ускоренных испытаний на форсированных режимах //Проблемы прочности.- 1974,№2. -С.88-91.

101. Когаев В.П., Лебединский С.Г. Вероятностная модель процесса развития усталостной трещины// Машиноведение. -1983, № 4. -С.78-83.

102. Олейник Н.В., Медведев С.А., Пелюхно О.Н., Греченко П.И., Скляр С.П. Оценка рассеяния предела выносливости деталей машин при ускоренных испытаниях // Детали машин. — 1984, вып. 38. -С.60-66.

103. Когаев В.П. Связь между параметрами уравнения подобия усталостного разрушения// Машиноведение. -1984, № 3. -С.61-65.

104. Ветров А.Н., Кучер А.Г. Вероятностные методы оценки остаточного ресурса конструктивных элементов авиационных ГТД в эксплуатации // Проблемы прочности. 1989, № 8. -С.70-76.

105. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера. -К.: Техника, 1975. 768 с.

106. Кинасошвили P.C. Определение запаса прочности в общем случае нестационарных условий работы детали //Вестник машиностроения. -1964, №6. -С.32-34.

107. Тескин СИ., Медведев O.A. Планирование объемов испытаний для контроля надежности технических систем на основе модели отказов прочность-нагрузка // Надежность и контроль качества. 1985, №5. —С.16-19.

108. Гусев Ю.И., Карасев И.Н., Кольман-Иванов Э.Э., Макаров Ю.И., Макевнин Е.Д., Рассказов Н.И. Конструирование и расчет машин химических производств. М.: Машиностроение, 1985. -408с.

109. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М.: Машиностроение, 1986. -224с.

110. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Грун Г., Нойман В. Обеспечение и методы оптимизации надежности химических производств. -М.:Химия, 1987. -272с.

111. Ермаков СМ., Жиглявский A.A. Математическая теория оптимального эксперимента. М.:Наука, 1987. -320с.

112. Грязнов Б.А., Тугаринов А.С, Якшир H.A. Методика прогнозирования технического ресурса рабочих лопаток ГТД по параметру "остаточная усталостная долговечность" //Надежность и долговечность авиационных газотурбинных двигателей -Киев, 1972,№ 3. -С. 17-22.

113. Кордонский Х.Б., Фресин B.C. Форсированные испытания на усталостную долговечность методом "доламывания" //Заводская лаборатория. — 1967,№ 3. -С.321-331.

114. Аронсон А.Я. Об определении сопротивления усталости и скорости роста трещин в столях при полигармоническом нагружении// Проблемы прочности. 1988,№ 10. -С.21-26.

115. Салениекс Н.К., Сергеев В.И., Упитис Г.В. Модели модулированных флуктуации параметров движения передаточных механизмов// Машиноведение. 1983, №6. -С.24-30.

116. Когаев В.П. Оценка функции распределения долговечности при случайном нагружении и плоском напряженном состоянии// Вестник машиностроения. 1971, № 8. -С. 19-21.

117. Почтенный Е.К. Опенка циклической прочности деталей машин с учетом характера эксплуатационных нагрузок// Вестник машиностроения. — 1971,№8. -С.14-16.

118. Цыфанский С.Л., Бересневич В.И. Влияние несимметрии упругой характеристики на колебания нелинейной системы //Машиноведение. — 1983, №4. -С.31-35.

119. Зельнер А. Байесовские методы в эконометрии. Пер. с англ. -М.: Статистика, 1980. 438с.

120. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Методы оптимизации. -Минск, 1981.350с.

121. Лозовский В.Н., Бондал Г.В., Каксис А.О., Коптунов А.Е. Диагностика авиационных двигателей. М:Машиностроение, 1988. -280с.

122. Когаев В.П., Крамаренко О.Ю., Гальперин М.Я. Накопление усталостных повреждений при нерегулярном погружении в связи с влиянием конструктивных факторов// Вестник машиностроения. — 1983,№ 2. -С.17-19.

123. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л. ¡Машиностроение, 1983. -239с.

124. Когаев В.П. Сопротивление усталости в зонах концентрации напряжений с малыми радиусами кривизны //Машиноведение. -1983,№1. -С.60-61.

125. Власенко И.П., Потиченко В.А., Созонов Ю.И., Храповицкий И.С, Шукайло В.Ф. Статистические оценки нижних порогов ресурса деталей машин //Машиноведение. 1983,№ 6. -С.83-87.

126. Зайцев В.Г. О влиянии различия в наклоне индивидуальных усталостных кривых на выполнение правила линейного суммирования усталостных повреждений //Проблемы прочности. -1988,№10. -С.29-34.

127. Комлык Ю.Ф., Хорощенко A.M., Апанасенко А.И., Медведев С.Д. Испытания модельных проточных частей нагнетателей природного газа// Энергомашиностроение, 1985, №9. -С.18-19.

128. Хорощенко A.M., Нацвин А.Н., Медведев С.Д., Беловодский И.И., Криницкий Е.В. Ускоренные испытания узлов и систем турбокомпрессорных машин//Химическое и нефтяное машиностроение, 1989, №2. -С. 28-29.

129. Криницкий Е.В., Медведев С.Д., Шубин B.C. Ускоренная оценка надежности компрессорных машин// Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии. -Сумы, 1989. —С. 181 -182.

130. Ускоренные испытания. Основные положения. Методические указания. РД 50-424-83. -М.:Изд-во стандартов, 1984. 12с.

131. Методы ускоренных испытаний на усталость для оценки пределов выносливости материалов, элементов машин и конструкций. Надежность в технике. Методические указания // Госстандарт. РД 50-686-89. М.,1990. - 25с.

132. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. -М.:Изд-во стандартов, 1980. 32с.

133. ГОСТ 25.507-85. Метода испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. М.: Изд-во стандартов, 1985. -32с.

134. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.Машиностроение, 1985. -232с.

135. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. —М.: Наука, 1977. -438с.

136. Белоусов А.И., Фалалеев C.B., Виноградов A.C., Бондарчук П.В. Проблемы использования торцовых газодинамических уплотнений в авиационных двигателях //Авиационная техника: Известия высших учебных заведений. Казань, 2007, №4. -С.31-33.

137. Фалалеев C.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Виноградов A.C. Методология доводки торцового газодинамического уплотнения на заданные параметры Деп. в ВИНИТИ 30.05.02. - № 977. Самара, 2002. - 111с.

138. Свидетельство № 17958 на полезную модель. Стенд для испытаний торцовых газодинамических испытаний уплотнений роторов нагнетателей природного газа /Балякин В.Б., Медведев С.Д., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Фалалеев C.B. Опубл. 10.05.2001.

139. Россеев Н.И., Медведев С.Д., Монахов A.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Фалалеев C.B. Стенд для динамических испытаний «сухих» газовых уплотнений// Газовая промышленность. М., 2001, №4. — С.55-58.

140. Типовая программа и методика испытаний ТГДУ на динамическом испытательном стенде. -М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2006.160: Типовая программа и методика испытаний ТГДУ для нагнетателей природного газа в условиях КС. —М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2006.

141. Патент №2171857. Способ восстановления циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля /Кравченко Б.А., Россеев Н.И., Забродин Ю.В., Круцило В.Г., Медведев С.Д., Монахов A.B. Опубл. 10.08.2001.

142. Патент №2170272. Установка для термопластического упрочнения лопаток /Кравченко Б.А., Россеев Н.И., Круцило В.Г., Медведев С.Д., Монахов A.B. Опубл. 10.07.2001.

143. Медведев С.Д., Вишняков М.А., Кравченко Б.А. Повышение надежности деталей типа дисков турбины газоперекачивающего агрегата технологическими методами упрочнения //Газотурбинные технологии. — Рыбинск, 2003, №2. С.24-26.

144. Фалалеев C.B., Виноградов A.C. Некоторые вопросы проектирования торцовых бесконтактных уплотнений// Компрессорная техника и пневматика. -СПб: АСКОМП, 1998. Вып. 1 -2. С. 18-19.

145. Фалалеев C.B. Проблемы и перспективы использования торцовых уплотнений с газовой смазкой в современных ГТД// Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Вестник СГАУ. — Самара, 2000, Вып. 4, 4.2. -С.152-160.

146. ГОСТ 23194. Состав и свойства расчетного природного газа. -М.:Изд-во стандартов, 1984.

147. ГОСТ 5542. Физико-химические свойства природных газов. -М.:Изд-во стандартов, 1976.

148. Dynamik realer Gase. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 1996.

149. VDI-Waermeatlas. VDI-Verlag, 1977.

150. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/ Под общей ред. А.И. Голубева и JI.A. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. — 464 с.

151. Gasgeschmierte Gleitringdichtungen. Wolfratshausen (Germany): Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH, 1977. -75s.

152. Гольвсвейн Я. Сухие уплотнения фирмы "John Crane" / Уплотнения и вибрационная надежность центробежных машин: Труды VI научно-техн. конф. Сумы, 1991. - С.295-313.

153. Белоусов А.И., Зрелов В.А. Конструкция и проектирование уплотнений вращающихся валов турбомашин двигателей летательных аппаратов: Учебное пособие/ КуАИ. Куйбышев, 1989. 108 с.

154. Фалалеев C.B., Бондарчук П.В. Оценка влияния технологических отклонений на характеристики торцовых газодинамических уплотнений// Гервикон-2005: Труды 11-ой межд.научно-техн.конф. -Сумы, Украина:Вид-во СумДУ, 2005, т.З. -С.284-290.

155. Балякин В.Б., Фалалеев C.B., Новиков Д.К. Герметичность вторичного уплотнения// Газовая промышленность. М., 2002. №8. — С.56-58.

156. Типовые технические требования к газодинамическим уплотнениям центробежных нагнетателей природного газа и системам, обеспечивающим их работоспособность. -М.: ОАО «Газпром», 2006.

157. Белоусов А.И., Фалалеев C.B., Лежин Д.С., Виноградов A.C. Опыт обеспечения повышенного ресурса торцовых уплотнений лопаточных машин// Материалы 1й научно-техн. конф. «СИНТ'01». Воронеж, 2001. С. 215 -224.

158. Патент России №2099618. Торцовое бесконтактное уплотнение/ Балякин В.Б., Новиков Д.К., Фалалеев C.B. Опубл. 20.12.1997, Бюл.№35.

159. Патент России №2173423. Торцовое бесконтактное уплотнение/ Фалалеев C.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д.Опубл. 10.09.2001, Бюл.№25.

160. Патент России №2177572. Торцовое бесконтактное уплотнение (варианты)/ Фалалеев C.B., Балякин В.Б., Новиков Д.К., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Опубл. 27.12.2001, Бюл.№36.

161. Фалалеев C.B., Новиков Д.К., Косицын И.П., Вигурский A.B. Опыт создания «сухих» уплотнений для высокооборотного компрессора// Гервикон-2005: Труды 11-ой межд.научно-техн.конф. -Сумы, Украина:Вид-во СумДУ, 2005, т.З.-С.270-277.