Введение к работе
диссертационного совета Гинзбург Эдуард Самуилович
Актуальность
Диссертационное исследование посвящено проблемам надежности нефтегазопромыслового оборудования. В частности рассматриваются вопросы определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газотурбинных двигателей промысловых газоперекачивающих агрегатов.
В связи с падением пластового давления на газовых и газоконденсатных месторождениях появилась необходимость повышения давления газа на газовых и газоконденсатных промыслах, в связи с чем возросла стоимость единицы добываемой продукции с вводом дожимных компрессорных станций на объектах добычи. Это обусловлено высокой стоимостью технического обслуживания, ремонтов и диагностики этого оборудования, которое характеризуется большими мощностями (от 12 до 25 МВт) и весом (более 100 тонн). Очевидно, что научные исследования по повышению надежности этого вида оборудования позволяют получить ощутимый эффект, поэтому необходимо совершенствовать диагностику этого вида оборудования с целью повышения ее достоверности, что будет способствовать увеличению межремонтного периода и переходу к эксплуатации по фактическому техническому состоянию. Ввиду этого научные исследования в этом направлении приобретают все большую актуальность в связи со старением парка оборудования и продлением его ресурса. Поэтому рациональное сочетание технического обслуживания, ремонта и диагностики позволит существенно повысить технико-экономические показатели добычи (годовая стоимость технического обслуживания и ремонтов одного агрегата мощностью 16 МВт составляет более 30 млн. рублей).
Актуальность исследований в этом направлении также подтверждена включением темы в перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» и ООО «Газпром добыча Ямбург» в частности как крупнейшего предприятия, добывающего порядка половины газа в структуре ОАО «Газпром».
Цель исследования
Целью диссертационного исследования является повышение достоверности определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса подшипниковых узлов газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов (ГТД ГПА).
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
провести статистический анализ основных дефектов газотурбинного двигателя «НК-16 СТ», выявить лимитирующие его ресурс элементы и определить типы их основных дефектов;
выявить типы закономерностей развития дефектов по изменению контролируемых параметров дефектных и отказавших подшипниковых узлов;
разработать способ определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса по подшипниковым узлам газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата;
экспериментально исследовать зависимость параметров вибрации подшипника от величины радиального биения, для чего создать стенды для контроля подшипников качения по величине радиального биения и параметрам вибрации;
по разработанной методике провести определение технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса промыслового газотурбинного двигателя.
Научная новизна работы:
-
Разработана методика прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата на основе оценки технического состояния подшипниковых узлов, основанная на выявлении типа закономерности развития дефекта.
-
Выявлено, что при росте коэффициентов, входящих в закономерность развития дефектов, имеющей вид экспоненциальной (дефект типа износ), и превышении величины суммы амплитуд виброускорения, взятого на трех первых гармоник частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу, свыше 5,5 мм/с2, следует ожидать превращение дефекта типа износ в дефект типа появление трещины, скол, забоина или отслоения материалов контактирующих поверхностей с вероятностью более 95%. Также диагностическим признаком является ускоренный рост амплитуды виброускорения на второй гармонике частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника качения. Выявлено, что превышение частоты вращения ротора высокого давления сверх 6400 об/мин приводит к ускорению процессов изнашивания в подшипнике качения, т.е. это порог, при котором существуют условия для превращения дефекта типа износ в более опасные типы дефектов как трещина, скол или забоина.
-
Исходя из установленной изготовителем максимально-допустимой скорости вращения ротора компрессора высокого давления, равной 7100 об/мин, получен аварийный порог для значений суммы амплитуд виброускорений, взятых по трем гармоникам частоты перекатывания тел качения по наружному кольцу подшипника, равный 9,2 мм/с2.
-
Выведена зависимость для расчета коэффициента передачи вибрации от элементов, находящихся в проточной части двигателя, к датчику вибрации, установленному на корпусе.
-
Получены закономерности изменения коэффициента запаса прочности, величины эквивалентной деформации и долговечности от изменения величины радиального биения наружного кольцо переднего подшипника ротора компрессора высокого давления.
Основные защищаемые положения
-
Методика прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата на основе оценки технического состояния лимитирующих его ресурс подшипниковых узлов.
-
Математические закономерности изменения параметров вибрации в зависимости от изменения геометрических характеристик подшипника.
-
Математические закономерности изменения величин эквивалентных напряжений и деформаций и долговечности в зависимости от изменения геометрических характеристик подшипника.
-
Метод перерасчета значений вибрации, замеряемых на корпусе газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата, в действительные значения вибрации исследуемых узлов газотурбинного двигателя при помощи коэффициента передачи.
-
Способ определение опорных точек контролируемых параметров вибрации на основе установления взаимосвязей с имеющимися нормами геометрических отклонений подшипника, при достижении которых имеется возможность появления дефекта.
Практическая значимость исследования
Основные положения разработанной методики определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата используются в ООО «Газпром добыча Ямбург». Практическая значимость работы состоит в следующем:
-
При использовании метода на основе проведенного исследования увеличивается точность диагностики за счет сокращения количества типов возможных дефектов с 14 до 3 по имеющимся диагностическим признакам.
-
Выявлено, что дефекты подшипников качения составляют порядка 17 % от общего количества. Также выявлено, что среди дефектов подшипников наибольшую распространенность имеют дефекты типа износ (порядка 43 %).
-
Разработанная методика прогнозирования остаточного ресурса позволяет использовать существующие средства диагностики без их модернизации и закупки нового оборудования.
-
Получен прогнозируемый остаточный ресурс газотурбинного двигателя «НК-16СТ» - 52 700 часов.
-
Результаты диссертационного исследования используются для анализа технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса газопромысловых газоперекачивающих агрегатов дожимных компрессорных станций Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Также на газовых промыслах используются созданные в ходе исследования стенды контроля подшипников качения.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на: седьмой и восьмой всероссийских конференциях молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России “Новые технологии газовой промышленности» (2009, 2011), на 61, 62 межвузовских студенческих научных конференциях «Нефть и газ» (2007, 2008 год соответственно), на тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций» (2009 г.).
Публикации.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах (в том числе 3 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ), включая заявку на получение авторского свидетельства.
Структура и объём диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы (168 наименований) и трех приложений. Содержание работы изложено на 154 странице машинописного текста. Диссертация содержит 18 таблиц, иллюстрирована 34 рисунками.
