автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Разработка методов оценки технического состояния оборудования системы теплоснабжения

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Экспертная оценка факторов, определяющих надежность функционирования оборудования системы теплоснабжения

1.2.Методы контроля и диагностики технического состояния оборудования

1.3. Анализ режимов работы оборудования системы теплоснабжения

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Планирование экспериментальных .исследований сетевых насосов

2.2. Вибрационные и термодинамические исследования сетевых насосов и подогревателей сетевой воды

2.2.1. Вибрационные исследования сетевых насосов

2.2.2. Экспериментальное определение собственных частот роторов сетевых насосов

2.2.3. Прогнозирование остаточного ресурса работы сетевых насосов

2.2.4. Термодинамический режим работы сетевых насосов

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

3.1. Ожидаемые частоты проявления основных неисправностей сетевых насосов

3.2. Методика расчета критических частот вращения сетевых насосов

3.3. Гидравлический расчет сетевых насосов

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ВНЕДРЕНИИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 94 4.1 .Проблемы повышения технико-экономической эффективности работы сетевых насосов 94 4.2. Методика и результаты расчета технико-экономической эффективности при переходе на эксплуатацию по фактическому состоянию сетевых насосов 100 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 107 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108 ПРИЛОЖЕНИЯ

Централизованное теплоснабжения городов, промышленных объектов от тепловых электроцентралей является важной жизнеобеспечивающей системой. Особенно актуальна задача надежности этой системы в ЗападноСибирском регионе с его суровыми, резко континентальными климатическими условиями. Это связано в первую очередь с тем, что Западно-Сибирский регион является в настоящее время главной топливо-энергетической базой России и от надежной работы этого комплекса зависит нормальное развитие промышленного производства во всех регионах страны. Как показали последние годы перебои в теплоснабжении ведут к катастрофическим последствиям - остановкам промышленного производства, резкому ухудшению жизненных условий населения. Поэтому задача поддержания стабильной и эффективной работы системы теплоснабжения является актуальной.

Одним из основных элементов, обеспечивающих стабильную и экономичную работу всей системы теплоснабжения являются сетевые насосы. Следует иметь в виду, что насосные агрегаты рассчитаны на строго определенные режимы работы, однако в силу технологических, экономических и других причин эксплуатируются не в оптимальных условиях по подаче, давлению, мощности и КПД.

Одним из широко распространенных способов согласования параметров тепловой сети с характеристиками насосов, является обточка внешнего диаметра рабочих колес, однако в этом случае не всегда полностью соблюдается оптимальные рабочие характеристики, кроме этого меняются вибрационные параметры агрегатов.

Вопросам повышения надежности и эффективности работы систем теплоснабжения посвящено большое число работ ученых: Богословского В.Н., Бодрова В.И., Ионина А.А., Копьева С.Ф., Моисеева Б.В., Новодережкина Р.А., Соколова Е.Я., Степанова О.А., Чистовича С.А., Шаповала А.Ф. и др.

Однако ряд вопросов требует своего дальнейшего развития и исследования. Данная работа, в связи с вышеизложенным, посвящена исследованию режимов работы и технического состояния сетевых насосов со стандартными и уменьшенными по диаметру рабочими колесами на Тюменских теплоэлектроцентралях.

Объектом исследования является оборудование системы теплоснабжения.

Предметом исследования: сетевые насосы (СН) тепловых электроцентралей, промежуточных насосных станций.

Целью настоящего исследования является разработка методов оценки технического состояния сетевых насосов системы теплоснабжения.

Основные задачи диссертационной работы:

• проведение математически обоснованного ранжирования факторов влияющих на надежность и эффективность работы оборудования системы теплоснабжения;

• разработка методики комплексных исследований сетевых насосов со стандартным и уменьшенным диаметром рабочего колеса;

• определение по вибрационным и энергетическим параметрам диагностических признаков проявления основных неисправностей сетевых насосов;

• теоретическое и экспериментальное определение собственных частот из-гибных колебаний ротора;

• разработка эмпирической модели расчета остаточного ресурса работы сетевых насосов;

• определение потенциального экономического эффекта при внедрении и совершенствовании системы контроля и диагностики (СКД).

Методологическими основами исследований являются законы и методы технической термодинамики и теплопередачи, теории надежности, включающей математическую статистику и теорию вероятностей.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, полученных в работе с другими результатами, известными в научной и справочной литературе, использованием метрологически нормированной измерительной аппаратуры.

Связь с тематикой научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась согласно основным направлениям постановления правительства РФ№1087 «О неотложных мерах по энергоснабжению», в рамках целевой комплексной программы «Энергетическая стратегия России», принятой правительством России 1994г; Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» на 1998-2005 годы, принятой в 1998 г.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке новых методов контроля и диагностики технического состояния сетевых насосов системы ТС на базе экспериментальных и теоретических исследований. На защиту выносятся:

• диагностические признаки основных неисправностей сетевых насосов со стандартным и уменьшенным диаметром рабочего колеса;

• модернизированная методика теоретического и экспериментального определения собственных частот изгибных колебаний ротора сетевого насоса;

• эмпирическая модель расчета остаточного ресурса сетевого насоса по общему уровню вибрации.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что разработанные неразрушающие методы контроля и диагностики оборудования системы ТС использованы для своевременного обнаружения неисправностей и нарушений режимов работы.

Предложенная модель расчёта собственных и вынужденных частот вибрации роторов позволяет определить частоты, на которых проявляются основные неисправности роторов насосов, подшипников, и по тренду вибрации установить допустимый срок службы без превышения установленного уровня вибрации с разработкой паспорта вибрационных параметров узлов и агрегатов.

Автором предложены математические модели определения термодинамических и вибрационных параметров СН на основе которых выполняется анализ технического состояния.

Теоретические и практические результаты исследований используются при чтении лекций и выполнения курсовых и дипломных работ студентами ТюмГАСА.

Апробация результатов. Основные положения и результаты исследований докладывались на: Международной научно-практической конференции «Информационно-компьютерные технологии в решении проблем промышленности, строительства, коммунального хозяйства и экологии» (Пенза 2000г.), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы реформирования жилищно-коммунального хозяйства в России» (Пенза 2000.), Научно-практической конференции, посвященной 30-летию ТюмГАСА "Актуальные проблемы строительства и экологии Западно-Сибирского региона" (Тюмень, 2000 г.), XI сессии Российского акустического общества

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура работы. Диссертация объёмом 114 машинных страниц (включая 18 таблиц и 37 рисунков) состоит из введения, 4 глав, основных выводов, библиографии из 70 наименований и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Проведено математически обоснованное ранжирование факторов влияющих на надежность и эффективность работы оборудования системы теплоснабжения на основе экспертной оценки и определены наиболее значимые из них: режим работы, ремонт, контроль и диагностика оборудования.

2. Разработана и апробирована методика комплексных экспериментальных исследований эксплуатируемых сетевых насосов и получены значения энергетических (мощность, напор, кпд) и вибрационных параметров (амплитудно-частотные и фазовые характеристики).

3. Впервые получены диагностические признаки основных неисправностей сетевых насосов со стандартным и уменьшенным диаметром рабочего колеса;

4. Теоретически рассчитаны и экспериментально подтверждены значения собственных частот колебаний ротора сетевого насоса со стандартным и уменьшенным диаметром рабочего колеса, расхождение результатов расчетов при сравнении с экспериментальными данными составила 5-10%.

5. Разработана на базе полученных экспериментальных данных эмпирическая модель изменения общего уровня вибрации сетевого насоса для определения остаточного ресурса работы и сроков проведения ремонтов по фактическому техническому состоянию.

6. Дана оценка экономического эффекта при внедрении системы контроля и диагностики, по предложенной автором методике. Экономия средств составляет - 0,62 млн.руб/год.

1. Илюхин К.Н., Чекардовский С.М. Решение задач ресурсо- и энергосбережения путем повышения надежности работы оборудования системы теплога-зоснабжения//Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Пенза: 2000. С. 28-32.

2. Вагнер Г. Основные исследования операций. М.: Мир, 1972-1973. -Т. 1,2,3.

3. Джини К. Логика в статистике. М.: Статистика, 1973. - 126 с.

4. Смирнов Н.В. Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятности и математической статистики дня технических приложений. М.: Наука, 1965. - 512с.

5. Яковлев Е.И., Куликов В.Д., Антипьев В.Н. и др. Диагностика и обеспечение работоспособности систем трубопроводного транспорта. -М.: ВНИИЮЭНГ, 1992. Часть 1, 2.

6. Надежность систем энергетеки. Терминология. Вып.95. -М.: Наука, 1980. -43с.

7. Илюхин К.Н., Шаповал А.Ф., Чекардовский С.М. Организация контроля и диагностики состояния оборудования в системе теплогазоснабжения// Сборник материалов научно-практической конференции посвященной 30-летию ТюмГАСА. М.: 2000. С. 182-185.

8. Атовмян И.О., Вайрадян А.С., Руднев Ю.П. и др. Надежность автоматизированных систем управления. -М.: Высшая школа, 1978. -288с.

9. Проблемы надежности и ресурса в машиностроении/ Сб.науч.тр. -М.: Наука, 1988. -246с.

10. Основы технической диагностики/ Под. ред. Пархоменко П.П. -М.: Энергия, 1976.-464с.

11. Илюхин К.Н., Чекардовский С.М. Влияние параметров наружного воздуха на эффективность работы оборудования системы теплогазоснабжения// Сборник материалов научно-практической конференции посвященной 30-летию ТюмГАСА. М.: 2000. С. 178-182.

12. Надежность и эффективность в технике: Справочник. Т.2. -М.: Машиностроение, 1987.-254с.

13. Пушкин В.Г. Проблемы надежности. -М.: Наука, 1971. -190с.

14. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984.-321с.

15. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. -Л.: Судостроение, 1983. -256с.

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

17. Максимов В.П., Егоров И.В., Карасев В.А. Измерение обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. -М.: Машиностроение, 1987. -208с.

18. Приборы и системы измерения вибрации, шума и ударов // Под. ред. Клюева В.В. Т.1 и 2. -М.: Машиностроение, 1978.

19. Малов Н.Н. Основы теории колебаний. Пособие для учителей. -М.: Просвещение, 1971.-198с.

20. Чекардовский М.Н. Методология контроля и диагностики энергетического оборудования системы теплогазоснабжения. -СПб.: ООО «Недра», 2001. -145с.

21. Кальменс В. Я. Обеспечение вибронадёжности роторных машин на основе методов подобия и моделирования. СПб.: СЗПИ, 1992. - 372 с.

22. Карасёв В. А., Ройтман А. Б. Доводка эксплуатационных машин. Вибродиагностические методы. М.: Машиностроение, 1986. - 188 с.

23. ГОСТ Р ИСО 7919-1-99. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов. -15с.

24. ГОСТ ИСО 10816-1-99. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся валах. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов, 1999. -13с.

25. ГОСТ ИСО 2954-97. Вибрация машин с возвратно-поступающим и вращательным движением. Требования к средствам измерений. Минск: Изд-во стандартов, 1997.-5с.

26. Коллакот Р. Диагностика повреждений. М.: Мир, 1989. -512с.

27. Илюхин К.Н., Чекардовский М.Н. Исследование технического состояния оборудования теплоснабжения путь к энергосбережению// Строительный вестник Тюменской области. -№2, 2001. С. 30-32.

28. Борьба с шумом/ Под общ. ред. Юдина Е.Я. -М.: Стройиздат, 1964. -701с.

29. Баранов В.Н., Богомолов В.П., Разбойников А.А., Чекардовский М.Н., Шаповал А.Ф. Исследование технического состояния оборудования системы теплоснабжения. -М.: 2001. -208с.

30. Чумаченко Н.Г. Статистико-математические методы анализа и управления производства США. М.: Статистика, 1973. - 162 с.

31. Ионин А.А. Надежность систем тепловых сетей. -М.: Стройиздат, 1989. -268с.

32. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учеб. Для вузов. -4-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1991.-480с.

33. Богомолов В.П., Моисеев Б.В., Чикишев В.М., Шаповал А.Ф. Повышение надежности и эффективности системы теплоснабжения в Западной Сибири. -М.: Недра, 1999.-175с.

34. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. -М.: Издательство МЭИ, 1999. -472с.

35. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник/Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. -2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989.-608с.

36. Малюшенко B.B., Михайлов А.К. Насосное оборудование тепловых электростанций. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Энергия, 1975. -280с.

37. Карелин В.Я., Новодережкин Р.А. Насосные станции с центробежными насосами. -М.: Стройиздат, 1983. -204с.

38. Карелин В.Я., Миняев А.В. Насосы и насосные станции: Учебник для вузов. -М.: Стройиздат, 1986. 320с.

39. Березин B.JL, Бобрицкий Н.В. Сооружение насосных и компрессорных станций: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1985. -288с.

40. Дон Э.А. Осоловский В.П. Расцентровка подшипников турбоагрегатов. -М.: Энергоатомиздат. 1994.-192с.

41. Малюшенко В.В., Михайлов А.К. Энергетические насосы. Справочное пособие -М.: Энергоиздат, 1981. -265с.

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

43. Яковлев Е.И., Куликов В.Д., Антипьев В.Н. и др. Диагностика и обеспечение работоспособности систем трубопроводного транспорта. -М.: ВНИИОЭНГ, 1992. -224с.

44. Broch J.Т. Mechanical Vibration and Shock Measurments. Bruel & Kjear, ISBN 8787355 36 1, 1984.

45. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. //Под ред. М.Д. Генкина. М.: Наука, 1984. - 363с.

46. Гольдин А.С. Устранение вибраций турбоагрегатов на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1980. - 96с.

47. Олимпиев В.И. Собственные и вынужденные колебания роторов на подшипниках скольжения. //Труды ЦКТИ, 1964, Вып. 44. - С. 54 - 69.

48. Олимпиев В.И., Костарев В.В., Крупский Л.Г. Рекомендации по устранении низкочастотной вибрации роторов энергетических турбин. Л.: ЦКТИ, 1976.

49. Гольдин А.С. Вибрация роторных машин: 2-е изд. Исправл. -М: Машиностроение, 2000. -344с.

50. Перевощиков С.И. Гидродинамическая вибрация насосных агрегатов. -Тюмень: ТюмГНГУ, 1997. -108с.

51. Русов В.А. Спектральная вибродиагностика. -Пермь: Вибро-Центр, 1996. -176с.

52. Крылов Г.В., Чекардовский М.Н., Яковлев Е.И., Блошко Н.М. Техническая диагностика газотранспортных магистралей. -Киев: Наукова думка, 1990.-304с.

53. Дон Э.А., Солонец Б.П. Расцентровка и вибрация валов мощных турбоагрегатов. //Теплоэнергетика, 1973. № 5 - 62 - 66с.

54. Рагульскис К.М., Юркаускас А.Ю. Вибрация подшипников. -JL: Машиностроение, 1985.

55. Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. -М.: Машиностроение, 1975. -336с.

56. Хорошев Г.А. Вибрации насосов вызванные кавитацией// Энергомашиностроение. -М.: РАН, 1960. №4. С. 19.

57. Папченко И.И. Вибрационная прочность лопаток турбин. -JL: МАШГИЗ, 1959.-254с.

58. Быховицкий И.И. Основы теории вибрационной техники. -М.: Машиностроение, 1969. -362с.

59. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. -2-е изд., перераб. и доп. -Киев: Наук, думка, 1988. -736с.

60. Хуторецкий Г.М., Токов М.И., Толвинская Е.В. Проектирование турбогенераторов. -Д.: Энергоатомиздат, 1987. 256с.

61. Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. и др. Марочник сталей и сплавов. -М.: Машиностроение, 1989. -640с.

62. Отчет НТЦ «Норд» по договору №41 от 6 июня 1994г. Разработка рекомендаций по увеличению надежности работы сетевых и подпорных насосов113

63. Тюменской ТЭЦ-2 на теплосеть г. Тюмень/ В.П. Богомолов, Р.А. Новодереж-кин, Б.Р. Новодережкин и др. -М., 1995.

64. Илюхин К.Н., Моисеев Б.В. и др. Математическая модель теплосети при решении задач энерго- и ресурсо сбережения// Сборник материалов международной научно практической конференции. Пенза: 2000. С. 16-19.

65. Степанов О.А., Моисеев Б.В., Хоперский Г.Г. Теплоснабжение на насосных станциях нефтепроводов: Учебное пособие. М.: Недра, 1998. -302с.

66. Чистов JI.M. Оптимизация развития социалистического производства.- Л.: Лениздат, 1977. 207 с.

67. Акимов В.М, Старик Д.Э. Морозов А.А. Экономическая эффективность повышения ресурса и надежности газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1972. - 172 с.

68. Методические указания по определению экономической эффективности использования в газовой промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. -М., ВНИИЗгазпром, 1980.

69. Исходные принципы комплексной оценки эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса. // Экономика и математические методы. М.: Наука, 1987. Т.ХХШ. вып. 5. - С. 805-813.

70. Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС РОССИИ»

71. Открытое акционерное общество «Тюменьэнерго»

72. ТЮМЕНСКАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ 2625053, г. Ткшень, ст.Войновка р/с 4070281070002000001)8 к/с 30101810500000000962, ИНН 8602060185 Тюменский фюиал ООО КБ «А.-ропромкредит» г. Тюмень

73. ПРЕДСТАВИТЕЛИ ТюмГАСА Начальник НИС, к.т.н.1. Чекардовский М.Н.1. Илюхин К Н.1. Аспирант ^1.J-ICa^1. Аспирант1. Чекардовский С.М.

74. ПРЕДСТАВИТЕЛИ Тюменской ТЭЦ-2ектора по экономике1. Бессчастнов А. А.1. Лебедев В В.1. Утверждаю»ьс;'Д\Директор НИИСФ х\°%^йдемик РААСН ^ р рои Г.Л.Осипов '/Jl>V/ 2001 г.

75. Акт внедрения рекомендаций но энергосбережению, разработанных в Тюменской государственной архитектурно-строительнойакадемии

76. Научно-исследовательский институт строительной физики принял для использования рекомендации по теме «Системы теплогазоснабжения для гражданских и производственных зданий и сооружений»:

77. Мониторинг термодинамических и теплотехнических показателей инженерных систем оборудования для обеспечения заданных параметров системы энергоснабжения.

78. Методики и алгоритмы расчетов на ПЭВМ термодинамических и теплотехнических параметров системы обеспечения расчетных характеристик температурного режима оборудования, зданий и сооружений в зимних условиях эксплуатации.

79. Методика и алгоритм расчета на ПЭВМ тепловлагопереноса вблизи заглубленных в грунт систем трубопроводов.1. Разработчикиот ТюмГАСАот НИИСФ РААСН1. ХлевчУк В-Р

80. Зав.лаб №12, д.т.н., проф.2. Карякина С.В., к.т.;3. Фомина В.В.,1. Гл. науч.сотр., д.т.н.7~ Гягяпин В.Г.4. Чекардовский С.М.5. Илюхин К.Н.

81. УТВЕРЖДАЮ альник Тюменского управления Магистральных газопроводов кандидат технических наук1. Крамскор В.Ф.о внедрении рекомендации по научно-исследовательским работам сотрудников ТюмГАСА и ТУМГ

82. УТВЕРЖДАЮ Главный инженер 00 «Сургутгазпром»к.т.н.1. Иванов НА.1. АКТо внедрении научно-технической работы «Методика определения термогазодинамических параметров газоперекачивающих агрегатов»

83. Зам. главного инженера Начальник ОНТП и Р1. АКТо внедрении результатов исследований авторского коллектива в Hi И! "Вибробит", г. Ростов-на-Дону

84. ЛАУРЕАТ КОНКУРСА ГРАНТОВ ГУБЕРНАТОРА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

85. Илюхин Константин Николаевич

86. Разработка новых энергосберегающих методовконтроля и диагностики режимов работы и технического состояния оборудования системы теплоснабжения Тюменской области»1. Губернатор1. Тюмень, 2001 <?."1. С С. Собянин