автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование методов оценки технического состояния насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа

На правах рукописи

Гареев Рустэм Рашитович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 НОЯ 2014

Уфа-2014

005556046

005556046

Работа выполнена на кафедре «Нефтегазопромысловое оборудование» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ямалиев Виль Узбекович

Официальные оппоненты: Науменко Александр Петрович

доктор технических наук, профессор Научно-производственный центр "Динамика" / начальник научно-учебного центра "НеКоДиМ"

Китабов Андрей Николаевич

кандидат технических наук, ООО "БашНИПИнефть" / ведущий инженер отдела новых технологий управления развития технологий и исследований

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный

нефтегазовый университет», г. Тюмень

Защита диссертации состоится «19» декабря 2014 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте: www.rusoil.net

Автореферат диссертации разослан «/£» ноября 2014 года.

Ученый секретарь ----

диссертационного совета ^ /Ризванов Риф Гарифович

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Насосное и вентиляционное оборудование составляет более 30% от общего числа технологического оборудования на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) и ремонтируется согласно графику планово-предупредительных ремонтов (ППР). При этом зачастую возникает необходимость проведения ремонта технически исправного оборудования, либо объем ремонта не соответствует (как правило превышает) степени дефектного состояния.

При переходе к обслуживанию по фактическому состоянию наблюдается снижение удельных эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии более чем в 1,5 раза, за счет строгого соответствия объема и характера требуемых ремонтных работ в определенный момент времени степени поврежденности механизма и его узлов.

Актуальность данного вопроса обусловленна необходимостью оптимизации эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии, которая является наиболее регулируемой статьей проиводственных затрат предприятия. В соответствии с руководящим документом ОАО «Газпром» по порядку проведения технического обслуживания и ремонта технологического оборудования, регламентированный ремонт насосного и вентиляционного оборудования проводится, как правило, при невозможности его ремонта по техническому состоянию.

Реализация системы обслуживания по фактическому состоянию насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа требует точной и достоверной оценки технического состояния механизма в процессе эксплуатации, без необходимости остановки и ремонтного вмешательства, которое бы позволило прогнозировать динамику этого состояния в процессе эксплуатации, определить остаточный ресурс механизма и обеспечить безотказное функционирование механизма в течение назначенного периода времени.

Оценка технического состояния возможна по параметрам вибрации роторного механизма, в полной мере характеризующие присутствующие дефекты и глубину их развития. Большинство существующих экспертных систем по диагностике роторных механизмов обладают различной, как правило не достаточно высокой, степенью достоверности обнаружения дефектов, требуют больших капиталовложений и адаптации к конкретным производственным условиям (например, программное обеспечение иностранного производства).

Поэтому зачастую предприятия, в стремлении реализовать систему обслуживания по состоянию, сталкиваются с проблемами, связанными с неточным определением присутствующих дефектов при анализе больших объемов данных, регистрируемых современными диагностическими приборами, и интерпретации получаемых результатов.

Целью работы является повышение точности оценки фактического технического состояния насосного и вентиляционного оборудования в процессе эксплуатации на установках комплексной подготовки газа.

Тема и содержание диссертационной работы соответствует области исследования специальности 05.02.13 - «...разработка и повышение эффективности методов технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса».

Основные задачи исследования

1 Определение критериев диагностирования насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа.

2 Исследование влияния расцентровки валов насосного оборудования и дисбаланса рабочего колеса вентиляционного оборудования на параметры вибрации.

3 Исследование влияния дефектов подшипников качения на параметры вибрации и ударных импульсов. Разработка методики расчета остаточного ресурса подшипника качения насосного и вентиляционного оборудования.

4 Разработка экспертной системы для оценки технического состояния роторного оборудования в процессе эксплуатации и ее использование для реализации системы обслуживания по состоянию на установках комплексной подготовки газа.

Научная новизна

1 Установлены значения виброскорости, уточняющие границы зон вибрационных состояний для каждой марки вентилятора на установках комплексной подготовки газа, в зависимости от мощности привода, соответствующие неограниченной, допустимой, ограниченно допустимой и недопустимой возможности дальнейшей эксплуатации механизма.

2 Установлены зависимости изменения параметров расцентровки валов на примере насосных агрегатов марки ВВН-12М, величины дисбаланса рабочего колеса на примере вентиляторов марки ВЦ4-70-16, от значения виброскорости. Для насоса марки ВВН-12М произведено уточнение допустимого значения параллельного смещения валов, составившее 0,2 мм, и впервые установлено допустимое значение углового излома осей валов, равное 0,24°.

3 Уточнена методика и проведены расчеты, позволяющие производить корректировку базового расчетного ресурса подшипника насосного и вентиляционного оборудования, в зависимости от грузоподъемности подшипника, массы механизма и ротора, среднеквадратического значения (СКЗ) виброускорения подшипниковых опор механизма, коэффициентов смазки и температурного режима работы.

Практическая ценность

Разработаны и приняты к использованию в ООО «Газпром добыча Уренгой» Уренгойского газопромыслового управления (УГЛУ) на газоконденсатном промысле №1А следующие технические решения:

- «Устройство для контроля технического состояния подшипников качения на промысле»;

- «Реализация безразборной динамической балансировки рабочих колес вентиляционного оборудования в собственных опорах с использованием анализатора «LEONOVA INFINITY»;

- «Методика расчета массы и места установки компенсационного груза для динамической балансировки рабочего колеса методом трех разгонов», реализованная на языке программирования «DELPHI»;

- «Реализация системы контроля технического обслуживания и ремонта динамического оборудования в АСУ ТП на базе технических средств «ALLEN BRADLEY» на основе автоматического учета фактической наработки»;

- «Упрощение процесса центровки валов насосных агрегатов путем установки регуляторов перемещения электродвигателя в горизонтальной плоскости»;

- «Разработка регулируемой опоры электродвигателя для центровки насосных агрегатов».

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач использовались методы вибрационного диагностирования, теория колебаний роторных механизмов, спектрально-корреляционный анализ данных, аналитические и экспериментальные методы исследования работы и влияния дефектов роторного оборудования и подшипников на параметры вибрации и ударных импульсов. Информация для статистической обработки получена с помощью современных приборов измерения параметров вибрации и ударных импульсов, контроля соосности валов насосных агрегатов.

Основные защищаемые положения

1 Критерии по определению граничных значений четырех зон вибрационных состояний для вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа.

2 Результаты анализа влияния изменений технического состояния насосного, вентиляционного оборудования и подшипников в процессе эксплуатации на вибрационное состояние механизма.

3 Уточнение методики корректировки базового расчетного ресурса подшипника качения насосного и вентиляционного оборудования в зависимости от грузоподъемности подшипника, массы механизма и ротора, СКЗ виброускорения подшипниковых опор механизма, коэффициентов смазки и температурного режима работы.

4 Система диагностических правил определения технического состояния насосного и вентиляционного оборудования в процессе эксплуатации по параметрам вибрации и ударных импульсов, использованные при разработке экспертной системы.

5 Реализация метода обслуживания по фактическому состоянию насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа, основанная на разработанной структурной схеме диагностирования с использованием экспертной системы.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на заседаниях кафедры нефтегазопромыслового оборудования УГНТУ;

- научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, УГНТУ, 2012,2013,2014 г.);

- научно-практических конференциях УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2010,2011,2012,2013 г.);

- научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2011,2012 г.);

- региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов на базе ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2012 г.);

- научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО

«Газпром добыча Ямбург» (Новый Уренгой, 2013 г.);

- всероссийской научной конференции на базе УГНТУ (Уфа, 2010 г.);

- всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов на базе РГУ им. Губкина (Москва, 2013 г.);

- XIV конференции молодых специалистов на территории Ханты-Мансийского автономного округа-Югры (Ханты-Мансийск, 2014 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 14 печатных работах, в том числе 9 статьях (4 из которых в журналах, входящих в перечень ВАК РФ) и тезисах 5 докладов.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 201 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунка, 18 таблиц, библиографический список из 139 наименований, 10 приложений.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, приводится постановка целей и задач исследований, дана оценка научной новизны и практической ценности полученных результатов, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе выполнен обзор существующих систем технического обслуживания технологического оборудования, наиболее распространенные из которых на сегодняшний день по отказу, по графику ППР и по техническому состоянию.

Роторное оборудование на установках комплексной подготовки газа, составляющее более 30% от общего числа технологического оборудования, эксплуатируется согласно графику ППР, при котором время проведения ремонта определенного объема устанавливается заранее, вне зависимости от фактического состояния.

Последнее время наблюдается переход от системы ППР к обслуживанию по фактическому состоянию, в первую очередь из-за снижения удельных затрат на обслуживание более чем в 1,5 раза при поддержании заданной надежности и обеспечением необходимого межремонтного периода.

Переходу от системы ППР к обслуживанию по фактическому состоянию роторного оборудования препятствует отсутствие единой методологии по точному и достоверному определению текущего технического состояния механизма в процессе эксплуатации, и достаточных нормативных, технических, методических, и финансовых (т.к. на первоначальном этапе необходимы значительные затраты) ресурсов предприятия.

Вторая глава посвящена реализации системы обслуживанию по фактическому состоянию роторного оборудования на установках комплексной подготовки газа. Эффективность данной системы зависит в первую очередь от точности оценки текущего технического состояния механизма, возможности обнаружения, определения локализации и объема, протекающих при эксплуатации деградационных процессов. Изучению вопроса разработки методов определения технического состояния роторного оборудования посвящены работы В.А. Русова, A.C. Гольдина, А.Р. Ширмана, Г.Ш. Розенберга, М.Д. Генкина,, А.Г. Соколова, А.Б. Соловьева, И.А. Биргера, С.Г. Бажайкина, H.A. Баркова, Г.А. Баркова, A.C. Галеева, Е.И. Ишемгужина, Р.Н. Сулейманова, А.П. Науменко, О.В. Филимонова, И.В. Прахова, С.Г. Каминского и др.

Из множества существующих способов оценки технического состояния наиболее информативную картину о фактическом состоянии роторного оборудования можно получить методами вибродиагностики, поскольку вибросигнал связан с характером взаимодействия и режимом работы деталей и узлов, источником которого являются возбуждающиеся колебательные процессы функционирующего механизма с вращающимся ротором. Эффективность метода обусловлена возможностью автоматизации процессов съема и обработки информации с помощью современной техники, т.е. осуществления контроля состояния механизма по измерениям параметров вибрации его узлов.

Согласно ГОСТ 10816-1-97 установлены четыре зоны вибрационных состояний для каждого из четырех классов оборудования, соответствующие возможности неограниченной (зона А), допустимой (зона В), ограниченно допустимой (зона С) и недопустимой (зона Б) эксплуатации механизма. Промышленные вентиляторы УКПГ подразделяются в зависимости от мощности привода только на два класса (класс 1,2), с соответствующими допустимыми СКЗ виброскорости для каждой зоны вибрационного состояния (таблица 1).

Таблица 1 - Определение границ зон вибрационных состояний для вентиляционного оборудования на УКПГ

Классиф. по 18014694 Классиф. по ГОСТ 10816 Сред, ариф. Сред, квад. Зоны вибросостояний

.\Ь Марка Кпр, (по Кир) знач. откл. Зона Зона Зона

п. вентилятора кН Катег ория СКЗ V, мм/с Класс вибра ции СКЗ V, мм/с V, мм/с мм/с Л/В, мм/с В/С, мм/с С/О, мм/с

1 В-06-300-2,5 0,18 0,23 0,11 0,34 0,56 1,01

2 В-06-300-3,15 0,25 0,31 0,14 0,45 0,73 1,36

3 В-06-3 00-4 0,25 0,32 0,19 0,51 0,89 1,41

4 В-06-300-5 0,37 0,41 0,14 0,55 0,83 1,80

5 В-Ц4-70-2.5 0,25 ВУ-2 (<3,7 кВт) 0,39 0,18 0,57 0,93 1,72

6 В-06-300-6,3 0,75 5,6 0,45 0,17 0,62 0,96 1,98

7 В-Ц4-70-4 0,75 Класс 1 (<30 0,48 0,21 0,69 1,11 2,11

8 В-Ц4-70-ЗД5 0,75 0,71 0,37 0,23 0,60 1,06 1,63

9 В-06-300-8 3 кВт) 0,58 0,12 0,70 0,94 2,55

10 В-06-300-10 3 0,61 0,17 0,78 1,12 2,68

И В-Ц4-70-5 2,2 0,53 0,19 0,72 и 2,33

12 В-Ц4-70-6.3 7,5 0,65 0,21 0,86 1,28 2,86

13 В-Ц4-70-8 11 ВУ-З (>3,7 кВт) 0,73 0,27 1,00 1,54 3,21

14 В-Ц4-70-10 11 3,5 0,83 0,25 1,08 1,58 3,65

15 В-Ц4-70-12,5 30 Класс 2 (>30 кВт) 0,85 0,26 1,11 1,63 3,74

16 В-Ц4-70-16 45 1,12 0,92 0,29 1,21 1,79 4,05

Проект стандарта ISO 14694 устанавливает нормы вибрации для пяти типов вентиляторов (ВV-1,2,3,4,5), исходя из области применения, мощности привода и способа крепления. Для промышленных вентиляторов УКПГ предусмотрены только две категории: BV-1 и BV-2 (таблица 1).

Таким образом, описанные стандарты позволяют классифицировать весь парк технологических вентиляторов УКПГ, составляющих в ООО «Газпром добыча Уренгой» 16 различных марок с общим количеством более 4 тыс. шт., только на две группы с соответствующими нормативными значениями уровня вибрации. Представленные классификации не обладают достаточной степенью индивидуализации нормируемых параметров вибрации для обширного парка различных марок вентиляторов, группируемых в один из классов. Появляется риск обнаружения дефекта на слишком поздних стадиях развития, и данная вероятность возрастает с увеличением числа марок вентиляторов, с различными мощностными и габаритными характеристиками, подверженных усреднению по нормам уровня вибрации.

Поэтому, эмпирически установлены СКЗ виброскорости, определяющие границы зон вибрационных состояний (А, В, С, D) для каждой марки вентилятора, эксплуатируемые на УКПГ, результаты расчета которых приведены в таблице 1.

Полученные данные позволили установить зависимость допустимых значений виброскорости для каждой из четырех зон вибрационных состояний механизма от мощности привода вентилятора (рисунок 1).

Зависимость также может быть использована для марок вентиляторов, не эксплуатируемых на УКПГ. При этом определение допустимых значений зон вибросостояний производится по одному из одиннадцати мощностных диапазонов, которому соответствует привод данного вентилятора (0-0,18 кН; 0,18-0,25кН и т.д.).

Уточнение допустимых значений виброскорости четырех зон вибрационных состояний А, В, С, D индивидуализирует критерии диагностирования вентиляционного оборудования УКПГ. Это позволяет обнаружить дефекты вентилятора на более ранних стадиях их развития и обеспечить возможность

предотвращения начала деградационных процессов, что приводить к снижению аварийности технологического оборудования и сокращению эксплуатационных затрат.

О 0Д8 С1,25 0,37 0,75 2,2 3 7,5 11 11 30 45

Мощность вентилятора 1М, кН

Рисунок 1 - Гистограмма определения границ СКЗ виброскорости зон вибрационных состояний А, В и С по мощности привода вентилятора

Третья глава посвящена диагностированию неисправностей насосного и вентиляционного агрегата. Для упрощения поиска дефектов роторное оборудование подразделяется на следующие объекты диагностирования:

- агрегат, как совместно функционирующая система из механизма и привода, к которым можно отнести дефекты монтажа, ослабление креплений, нарушение центровки валов, правильность выставки опор, установка муфт, целостность фундамента и т.п.;

- механизм, состоящий из отдельных узлов (дефекты вала, колеса и т.д.);

- подшипник (дефекты наружного, внутреннего кольца, тел качения и т.д.).

Для примера повреждений агрегата рассмотрен наиболее распространённый

дефект - несоосность валов насоса, являющийся основной причиной повышенного . уровня вибрации, которая приводит к повышенному износу и последующей потере работоспособности механизма. По данным фирмы Р1х1иг-Ьагег (Швеция), в 49% случаях несоосность является причиной преждевременного отказа машинного оборудования, а для насосного

оборудования - 60%.

Для проведения исследований по влиянию расцентровки на параметры вибрации механизма разработаны практические модели на базе насосных агрегатов марки ВВН-12М с регуляторами пространственного перемещения лап электродвигателя (рисунок 2).

Рисунок 2 - Практическая модель насосного агрегата марки ВВН-12М с регуляторами пространственного перемещения лап электродвигателя

В результате были установлены эмпирические зависимости параметров вибрации от значений параллельной (рисунок 3) и угловой (рисунок 4) расцентровки валов на примере насосных агрегатов марки ВВН-12М.

мм

Рисунок 3 - Определение значения параллельной расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М по СКЗ виброскорости

2.!

V* 3,14аг + 1,88а +0.47 * К = 0.984

о

1 1.5

>

0.5

; Норма углоеой ; рвсиэнтровш: 3=0.24

О

О 0.05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0.45 0.5 0,55 0,6

а, градус

Рисунок 4 - Определение значения угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М по СКЗ виброскорости

Установлены допустимые значения параллельной (8=0,2 мм) и угловой (а = 0,24°) расцентровки валов на примере насосных агрегатов марки ВВН-12М, согласно норме виброскорости (У=1,12 мм/с) по ГОСТ 10816-1-97.

Реализация полученных эмпирических зависимостей в экспертной системе позволяет по параметрам вибрации определить значение параллельной и угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М в процессе эксплуатации в любой момент времени, что делает возможным оценить объем необходимых ремонтных и регулировочных работ по устранению выявленной расцентровки без ремонтного вмешательства в механизм.

В четвертой главе описаны методы диагностирования роторного механизма, такие как дефекты рабочего колеса (дисбаланс, повреждения, сколы), искривления вала, повреждение муфты, и т.д. Рассмотрен наиболее распространенный дефект роторного механизма - дисбаланс рабочего колеса вентилятора, который на УКПГ ООО «Газпром добыча Уренгой» в 75% случаях является причиной повешенного уровня вибрации и преждевременного отказа.

Для исследования влияния дисбаланса рабочего колеса вентилятора на параметры вибрации разработаны практические модели на базе вентиляционных агрегатов марки ВЦ4-70-16, Имитация дисбаланса производилась путем

установки пробных грузов различных масс на рабочих колесах, которое позволило построить эмпирическую зависимость (рисунок 5) СКЗ виброускорения корпуса механизма от степени дисбаланса, выраженный в виде радиальной нагрузки на опору вала: ^ = тхм>2 (1)

где т - масса пробного груза; м> - угловая скорость вращения вала; г - расстояние установки пробного груза от оси вала.

зависимости от СКЗ виброускорения на примере вентиляторов марки ВЦ4-70-16

Полученная зависимость позволяет по параметрам вибрации вентилятора марки ВЦ4-70-16 определить степень дисбаланса рабочего колеса в процессе эксплуатации в любой момент времени, а значит оценить объем необходимых балансировочных работ по устранению дисбаланса без ремонтного вмешательства в механизм.

Для устранения обнаруженного дисбаланса разработан алгоритм расчета массы и места установки компенсационного груза по существующей методике динамической балансировки рабочего колеса (ротора) в собственных опорах методом трех пусков. Реализация алгоритма в экспертной системе позволила исключить необходимость графических построений и математических вычислений для устранения дисбаланса, тем самым значительно упростился процесс балансировки рабочих колес механизмов.

В пятой главе показано, что подшипники качения являются самым

распространенным и наиболее уязвимыми элементами любого роторного механизма. Техническое состояние подшипников является важнейшей составляющей, определяющей работоспособность механизма в целом.

Неисправности подшипника разделены на следующие группы дефектов: изготовления (овальность, гранность, несоосность колец, разномерность тел качения, нарушение формы), монтажа или сборки (перекос наружного и внутреннего кольца, нарушение центровки), и эксплуатации (дефект наружного и внутреннего кольца, тел качений, сепаратора, отсутствие смазки и т.д.).

В производственных условиях разработан испытательный стенд, на базе токарно-винторезного станка марки МК6055 (рисунок 6), который позволил произвести исследование подшипников насосного и вентиляционного оборудования 6 основными методами: СКЗ виброскорости, спектр вибросигнала, метод ПИК-фактора, огибающая спектра вибросигнала, параметры ударных импульсов, спектр ударных импульсов.

контроля подшипников качения

Диагностирование подшипников качения производилось при контролируемых радиальных (1-2000 Н) и осевых (1-1000 Н) нагрузках, с моделированием основных дефектов: раковины (сколы) на наружном и внутреннем кольце (рисунок 7), телах качения, разрушении сепаратора т.д.

Рисунок 7 - Имитация присутствия различных дефектов подшипника качения №206: механической примеси на наружном (а) и внутреннем кольце (б)

Установлено, что наиболее информативным методом определения технического состояния подшипников качения насосного и вентиляционного оборудования является метод ударных импульсов совместно со спектральным анализом.

Проведенный анализ значений параметров ударных импульсов подшипника с различным уровнем смазки тел качений позволил установить, что отсутствие смазки является основной причиной преждевременного износа и выхода из строя подшипника качения, который, как правило, является первопричиной развития других видов дефектов.

На рисунке 8 представлены значения параметров ударных импульсов подшипника качения №206 насосного агрегата марки НК-12/40 с различным уровнем смазки тел качения. Можно заметить, что снижение уровня смазки, о чем свидетельствует понижение параметра «LUB» с 3 до 0 (6 - максимальный уровень смазки, 0 - отсутствие смазки) привело к уменьшению остальных параметров ударных импульсов «LR», «HR», «COND», «CODE». После замены смазки, т.е. при устранении данного дефекта, показатель «LUB» на мониторе установился на значении, равном 5, что также привело к нормализации остальных параметров.

В экспертной системе для диагностики подшипников качения реализована методика анализа параметров ударных импульсов, а при необходимости определения причины дефектного состояния - спектральный анализ ударных импульсов.

к* Результаты

COMPj

СП « Т If ди «.w И « ■ - ■ щ I■

__фДогм'Ррвкда

'•(ЦТ Гв (6 2011-13.39:00 ф 16 (5 201112.32:00

Ф Ф Ф Ф О*

05 05 201 "i 1>3;52:Ю 30 04 2011 1б,тасю 14.04.2011 1413.00

04 си гон 1 ? saco

>Э 03 2011 14 19:00 О, 14 03.201111:39:00 m m 2011 pffw-iyi

23 40

ж

35 36:

36 ;

36 34 33

30 30 29 29' 29 29 29

LUBj €OtiD|;:GOOE

R А

4? , D

0 3& В

0 ;в В

1 5S в

1 55 в

с 32 в

А

1 А

d

Рисунок 8 - Мониторинг подшипника насоса марки НК12/40 по параметрам ударных импульсов («LR, LH, LUB, COND, CODE»)

В производственных условиях практическую ценность о состоянии подшипника представляет информация о возможности его дальнейшего применения и ограничение по сроку безаварийной эксплуатации. Возникает вопрос прогнозирования остаточного ресурса подшипника, который лимитирует ресурс роторного механизма, поскольку практически половина отказов приходиться по причине выхода из строя подшипниковых узлов.

Уточнена методика и проведены расчеты, позволяющие производить корректировку базового расчетного ресурса подшипника насосного и вентиляционного оборудования в зависимости от грузоподъемности подшипника (Сг), массы механизма (Мм) и ротора (МР), СКЗ виброускорения подшипниковых опор (А), коэффициентов смазки (а3) и температурного режима работы (Кт):

106Г Сг v

60 п

(2)

(УХ(МмА + Мр§) + УРа)КбКт;

где 3] - коэффициент надежности; а2 - коэффициент конструкции подшипника; а3 - коэффициент условий работы (смазки); п - частота вращения вала, Гц; Сг -базовая динамическая грузоподъемность, Н; X, У - коэффициенты динамической радиальной и осевой нагрузки соответственно; РА - фактическая осевая нагрузка на подшипник, Н; V - коэффициент вращения вектора нагрузки; КБ -

коэффициент безопасности; А - виброускорение механизма, мм/с ; МР - масса ротора, кг; Мм - масса механизма, кг; % - ускорение свободного падения.

Параметры и коэффициенты формулы устанавливаются в окне программы

экспертной системы «Ввод данных подшипника» (рисунок 9).

Метол д.и гноении Настрой** Справке Грвфи» Ввод данных:

- марка механизма частота вращения вала п - Гц

- виброу «морение радаальное Ар- §1 мм/с2

/данные по умолчанию:

| ' 71Ц! гюдщмпника

динамическая грузолодьем. Сг~|ШмР* Н ® масса механизм М Г~ кг

Параметры подшипника:

- диаметр внутреннего кольца с! = {30 ~

- диаметр наружного кольца 0=

- угол контакта а- ¡5 • диаметр тел качения -

- колмчесво тел качения /- |э"

Коэффициент х Уюиивние условий:

Vя " вращения колец {наружное ~ 7) к X = |П"ГГ" радиальной нагрузки У .. осевой нагрузки

Кб - безопасности Ц. Слоко^ыгГрв^н "

Кг~ * температурного режима |Т<Гоос 3 а 1 ■■ !).!) надежности (90% иьд^хнисгь

л} Г" • коиструкции подшипника

аЗ-- {ЦК ■ смазки {стап^^'смаэ^Тз"^ 3

Па- ЦЩ! - осе*иш нагрузка

Расчет ресурса ] ЬН = ШШ1Ь -=1Шкут

• ПС у*еОЯ-Ц&*Ъ

| • р.зсч*'еаг/гьмг -юречетб

ШШаюШЭ

- наружного кольца внутреннего кольца

- сепаратора

- тел качения

н ■= МП® Р«=!|вИ|

тт

шт

ММ |

мм

ЛИЯ I

мм шт

«

я

Рисунок 9 - Программа уточнения базового расчетного ресурса и частот вращения деталей для подшипника насосного агрегата марки НК12/40

Для подшипника №206 насосного агрегата марки НК12/40 уточненный базовый расчетный ресурс при данных условиях эксплуатации составил 4448 ч.

Полученная формула позволяет производить уточнение базового расчетного ресурса подшипника в любой момент времени в зависимости от уровня смазки, температурного режима работы и виброускорения механизма, пересчет для различных марок которого производится по массе ротора и механизма. Для этого достаточно проведения замеров параметров вибрации и ударных импульсов механизма. В качестве примера для подшипника качения. №206 насосного агрегата марки НК12/40, построена аналитическая зависимость остаточного ресурса (Ьь, час) от СКЗ виброускорения (А, мм/с2) (рисунок 10).

----'А

20000 у1.11. часов ■ -

18000 (•--------------

1

16000 : - V-

| \

14000 |-------^ - -......

12000 юооо 8000 6000 • 4000 I 2000 0

—т—а—я-

и

»—а—ж-'-т

_А,мм/с2

ОД 0,5 1 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0

Рисунок 10 - Уточнение базового расчетного ресурса подшипника качения №206 насосного агрегата марки НК12/40 в зависимости от СКЗ виброускорения

Реализация системы обслуживания по фактическому состоянию в производственных условиях возможна по предложенной структурной схеме диагностирования (рисунок 11), согласно которому в процессе эксплуатации механизма производится периодический сбор диагностируемых параметров датчиком вибрации и ударных импульсов.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

■ ЗАМЕРУРОВНЯ - ВИБРАЦИИ ; Ишмив

I удовлетворительное ТС неудовлетворительное ТС

РЕМОНТ

Цешровка

\

Рисунок 11 - Структурная схема диагностирования роторного оборудования

Ключевым этапом является анализ данных, определяющий возможность дальнейшей эксплуатации, либо необходимость ремонтного вмешательства конкретного объема и характера.

Для анализа данных разработана экспертная система, реализованная на языке программирования «БЕЬРШ», позволяющая диагностировать насосное и вентиляционное оборудование в режиме реального времени по параметрам вибрации и ударных импульсов, и выдавать техническое заключение о фактическом состоянии механизма и прогнозировать остаточный ресурс. Техническое заключение является обоснованием возможности дальнейшей эксплуатации, либо необходимости проведения ремонта.

Основные результаты и выводы

1 Произведен анализ опыта эксплуатации насосного и вентиляционного оборудования, который позволил определить необходимость повышения точности оценки технического состояния механизма в процессе эксплуатации, для реализации системы обслуживания по фактическому состоянию на УКПГ.

2 Эмпирически установлены СКЗ виброскорости, определяющие границы четырех зон вибрационных состояний (А, В, С, Б) для каждой марки вентилятора на УКПГ. Это позволяют индивидуализировать критерии диагностирования вентиляционного оборудования, тем самым обеспечив обнаружение дефектов на более ранних стадиях их развития.

Получена зависимость допустимых значений виброскорости от мощности привода вентиляционного оборудования, которая может быть использована для идентификации зон вибрационных состояний оборудования, отсутствующего в перечне исследованных.

3 Установлены эмпирические зависимости параметров вибрации от изменения значения параллельной и угловой расцентровки валов на примере насосных агрегатов марки ВВН-12М, и уровня дисбаланса рабочего колеса на примере вентиляторов марки ВЦ4-70-16, позволяющие определить по параметрам вибрации насоса и вентилятора объем необходимого ремонтного вмешательства

по устранению расцентровки и дисбаланса.

Установлено допустимое значение смещения осей сопрягаемых валов в параллельной плоскости и составляет 0,2 мм, а их допустимый угловой перекос или угловое смещение составляет 0,24° для насосного агрегата марки ВВН-12М.

4 Установлено, что для диагностирования технического состояния подшипников качения метод ударных импульсов является наиболее информативным. Уточнена методика и проведены расчеты, позволяющие производить корректировку базового расчетного ресурса подшипника насосного и вентиляционного оборудования, в зависимости от виброускорения механизма, уровня смазки и температурного режима работы.

5 Разработана структурная схема диагностирования, позволяющая реализовать систему обслуживания по фактическому состоянию насосного и вентиляционного оборудования на УКПГ, и включающий:

- мониторинг технического состояния механизма и сбор диагностируемых параметров с помощью датчика вибрации и ударных импульсов;

- экспертную систему, для анализа параметров вибрации и ударных импульсов, в результате которого формируется отчет о текущем состоянии механизма с рекомендациями по объему необходимого ремонтного вмешательства или возможности дальнейшей эксплуатации механизма с оценкой остаточного ресурса;

-ремонтно-техническое обслуживание, для устранения дефекта.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в рецензируемых научных журналах ВАК из перечня:

1 Ямалиев, В.У. Оптимизация системы диагностирования динамического оборудования на установках комплексной подготовки газа [Текст] / В.У. Ямалиев, Р.Р. Гареев // Газовая промышленность. - 2012. - №12. - С. 91-93.

2 Гареев, P.P. Ремонтно-техническое обслуживание динамического оборудования по результатам диагностических измерений [Текст] I P.P. Гареев, A.A. Мацибора // Экспозиция Нефть Газ. - 2012. - №6 (24). - С. 29-31.

3 Гареев, P.P. Определение технического состояния динамического оборудования по результатам диагностических измерений [Текст] / P.P. Гареев,

B.У. Ямалиев // Нефтегазовое дело. - 2012. - Т.10. - № 3. - С.78-82.

4 Корякин, А.Ю. Испытательный стенд для вибрационной диагностики подшипников качения в условиях производства [Текст] / А.Ю. Корякин, P.P. Гареев, В.У. Ямалиев, A.A. Мацибора // Газовая промышленность. - 2014. - №03. - С. 89-92.

В прочих изданиях:

5 Гареев, P.P. Определение объема ремонтно-технического обслуживания по результатам диагностических измерений [Текст] / P.P. Гареев // Промышленная безопасность на объектах нефтегазодобычи. Техническое диагностирование и экспертиза: Материалы научно-практической конференции. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. - С.131-134.

6 Гареев, P.P. Основы перевода динамического оборудования на обслуживание по состоянию [Текст] / P.P. Гареев // Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза: материалы 6 научно-практической конференции и консультационно-методического семинара. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2012. - С.77-83.

7 Гареев, P.P. Современные методы диагностирования оборудования на примере прибора Leonova Infinity [Текст] /' P.P. Гареев, В.У. Ямалиев // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения» - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. -

C. 218-222.

8 Гареев, P.P. Оптимизация системы обслуживания динамического оборудования на установках комплексной подготовки газа [Текст] / P.P. Гареев, В.У. Ямалиев // 63-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ: Сб. тез. докл. - Уфа: УГНТУ, 2012. - С. 184.

9 Гареев, P.P. Оценка степени поврежденности роторного оборудования на базе использования экспертной системы [Текст] / P.P. Гареев, В.У. Ямалиев //

64-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ: Сб. тез. докл. - Уфа: УГНТУ, 2013. - С.210.

10 Гареев, P.P. Оптимизация системы обслуживания динамического оборудования на установках комплексной подготовки газа [Текст] / P.P. Гареев // Региональная конференция молодых ученых и специалистов, посвященная 35-летию ООО «Газпром добыча Уренгой»: Сб. тез. докл. - Новый Уренгой, 2012.-С.48.

11 Сиротин, Д.Г. Ремонтно-техническое обслуживание динамического оборудования по результатам диагностических измерений [Текст] / Д.Г. Сиротин, P.P. Гареев, A.A. Мацибора // Приоритетные направления развития Уренгойского комплекса: Сборник научных трудов / ООО «Газпром добыча Уренгой». - М.: «Издательский дом Недра», 2013. - С. 263-270.

12 Гареев, P.P. Использование экспертной системы для оценки уровня поврежденности динамического оборудования [Текст] / P.P. Гареев, A.A. Мацибора // IV молодежная научно-практическая конференция ООО «Газпром добыча Ямбург»: Сб. тез. докл. - Новый Уренгой, 2013. - С. 71-73.

13 Гареев P.P. Оптимизация системы обслуживания роторного оборудования на УКПГ [Текст] / P.P. Гареев // Юбилейная десятая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов: Сб. тез. докл. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2013. - С.7.

14 Гареев, P.P. Разработка экспертной системы для оценки уровня поврежденности динамического оборудования [Текст] / P.P. Гареев, A.A. Мацибора // Сборник научных трудов ООО «ТюменНИИгипрогаз» / ООО «ТюменНИИгипрогаз»; гл.ред. В.Н. Маслов. -Тюмень, 2013.-С. 107-111.

Подписано в печать 13.11.2014. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Физ. печ. л. 1,5. Тираж 90. Заказ 204. Редакционно-издательский центр Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес редакциоино-издательского центра: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1