Введение к работе
з
Актуальность работы. В парке машин, используемых в нефтяной промышленности при промысловых перекачках нефти, магистральном транспорте нефти и нефтепродуктов, а также в технологических циклах нефтеперерабатывающих заводов, в подавляющем большинстве применяются насосные агрегаты (НА) с электроприводом. Технико - экономические показатели предприятий во всех этих отраслях во многом определяются надежностью этого типа оборудования и совершенством системы технического обслуживания и ремонта (ТОР). В условиях рьшочной экономики снижение себестоимости продукции предприятий нефтяной промышленности невозможно без осуществления мероприятий по обеспечению безаварийной эксплуатации, повышения межремонтного ресурса оборудования путем своевременного вывода его в ремонт, сокращения объемов резервирования, снижения расхода запасных частей.
Такие мероприятия в настоящее время осуществляются путем перехода к системе обслуживания оборудования по его фактическому состоянию. В этой связи большое значение приобретает разработка средств и методов контроля, позволяющих определять реальное техническое состояние оборудования, идентифицировать конкретные неисправности, а также прогнозировать его остаточный ресурс-Одним из наиболее распространенных в мировой практике методов, позволяющих решать описанные проблемы, является вибрационная диагностика. Анализ вибрационных сигналов, получаемых при замере вибрации в различных точках агрегата, их сравнение с действующими для этого типа оборудования нормами позволяет получить объективное заключение о его общем техническом состоянии, с той или иной степенью вероятности обнаружить неисправности, опреде-
лить степень износа деталей. При этом достоверность диагноза будет напрямую зависеть от средств и методов проведения измерений, объема собираемой информации, знания основных законов физических колебательных процессов, происходящих в насосных агрегатах и влияния на них условий эксплуатации оборудования. Настоящая работа содержит некоторые вопросы вибрационной диагностики насосных агрегатов нефтяной промышленности.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации электронасосного оборудования на основе использования при его вибродиагностировании разработанного метода анализа колебаний.
Основные задачи исследования:
промышленные исследования вибрации насосов и электродвигателей с целью выявления влияния их эксплуатационных параметров на виброхарактеристики;
разработка математической модели колебаний вала электродвигателя на подшипниках скольжения;
теоретический анализ влияния конструктивных и эксплуатационных параметров электродвигателя насосного агрегата на его виброхарактеристики;
разработка рекомендаций по выбору эксплуатационных параметров электродвигателя, обеспечивающих увеличение сроков его эксплуатации до ремонта.
Методы исследований:
- снятие и анализ вибрационных и технологических характери
стик насоса и электродвигателя нефтяного насосного агрегата;
- теоретические исследования и моделирование нелинейных колебаний вала электродвигателя, работающего на подшипниках скольжения.
Научная новизна.
1 .Установлено, применительно к магистральным центробежным насосам, наличие значительного роста уровня вибрации на лопаточной частоте с уменьшением подачи насоса ниже оптимальной. Выявлены причины этого явления.
2.Численно решена система нелинейных дифференциальных уравнений, описывающая колебания вала на подшипниках скольжения с учетом свойств масляного клина, веса и возмущающей силы, в которую введен диссипативный член, позволяющий получить предельные циклы решений, совпадающие с реальной орбитой движения вала.
3.Путем анализа устойчивости теоретических решений системы дифференциальных уравнений колебаний вала электродвигателя показано, что в рабочем диапазоне изменения его эксплуатационных параметров следует ожидать в основном гармонические периодические колебания.
4.На основе математического эксперимента, получены зависимости амплитуд колебаний вала электродвигателя насоса от величины зазора подшипников, вязкости масла и величины смещения центра масс ротора (неуравновешенности).
Основные защищаемые положения:
1 .Влияние режимов работы НА на его виброакустические характеристики в области лопаточной частоты.
2.Влияние изменений эксплуатационных параметров электродвигателя на характер его вибрационных колебаний.
6 3.Математическая модель колебаний вала электродвигателя и
методика ее решения.
4.3ависимости уровня вибрации вала электродвигателя магистрального насоса от величины зазора подшипников, вязкости масла и величины смещения центра масс вала.
5.Рекомендации по определению предельных значений зазоров в подшипниках скольжения, вязкости масла и предельных значений дисбалансов.
Практическая ценность работы. Предложенные расчетные значения конструктивных и эксплуатационных параметров вала электродвигателя насоса рекомендуются к использованию при разработке инструкций по проектированию и эксплуатации соответствующего оборудования. Смоделированы и экспериментально подтверждены закономерности изменения вибросигналов и орбит движения валов в подшипниках скольжения в зависимости от изменения его эксплуатационных параметров. Эти результаты могут использоваться при диагностировании насосных агрегатов методами вибрационной диагностики.
Разработанная автором программа двухплоскостной балансировки роторов электродвигателей была использована Черкасским нефтепроводным управлением.
Разработанная при участии автора «Методика вибродиагностирования НА на базе портативных приборов ВВМ - 337Н и ИСП-1В» использовалась в институте ИПТЭР для выполнения исследований по диагностике НА.
Апробация работы. Отдельные положения работы докладывались на Ленинградском акустическом семинаре научного совета по акустике Академии наук СССР в 1988 году, на конференции молодых
ученых и специалистов ВНИИСПТпефть в 1984, 1991 годах, на научно - технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России», г. Уфа 1998 г. В 1993 году в Черкасском управлении УУСМН проводились работы про обследованию НА, в результате которых были выявлены повышенные уровни вибрации НА вследствие их работы на пониженной подаче. Была рекомендована замена роторов, что позволило обеспечить эксплуатацию НА в пределах действующих норм вибрации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников, приложения. Работа изложена на 139 страницах, включая 40 рисунков, 4 таблицы, 13 стр. приложений, список использованных источников из 87 работ.
Основное содержание работы изложено в 5 научных публикациях.
