Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные газоперекачивающие агрегаты (ГПА), эксплуатирующиеся на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, состоят из привода и центробежного нагнетателя природного газа (ЦНПГ). Завод-изготовитель и обслуживающие предприятия гарантируют надежную и эффективную работу ЦНПГ в течение всего срока правильной технической эксплуатации. В настоящее время наблюдается стабилизация потока отказов по абсолютной величине и частоте проявления. Однако проблема надежности эксплуатации, обслуживания и ремонта при одновременном обеспечении экономичности ЦНПГ была и остается значительной, а актуальность ее решения очевидна. Вибрационное состояние ЦНПГ в процессе эксплуатации в значительной степени определяет указанные показатели. Одним из основных мероприятий, обеспечивающих высокую вибрационную надежность агрегатов, помимо балансировки роторов, является отстройка системы «ротор-опоры» от резонансов, качественная сборка ЦНПГ в условиях завода-изготовителя и особенно в процессе ремонта.
Важнейшим фактором, от которого зависят надежность и долговечность ЦНПГ, является выбор конструкции используемых гидродинамических подшипников, контроль их геометрии в процессе эксплуатации и восстановление в процессе ремонта. Широкое использование в ЦНПГ сегментных опорных подшипников, менее износостойких и предъявляющих повышенные требования к качеству сборки и смазки, представляется чрезмерным и не всегда оправданным.
Исходной информацией для проведения ремонтов ЦНПГ в условиях эксплуатации являются результаты диагностики их технического состояния. При проведении диагностики информацию для анализа состояния ЦНПГ получают главным образом путем измерения вибраций корпуса, которые изначально являются не прямыми, а косвенными показателями динамики системы «статор - подшипники - ротор» ввиду высокой жесткости и большой массы статора. Именно поэтому, на наш взгляд, организованный таким образом процесс вибрационной диагностики далеко не всегда позволяет корректно оценить техническое состояние ЦНПГ. Даже
значительные дисбалансы ротора, такие, например, как остаточный его прогиб, не всегда могут быть четко диагностированы. Цель работы заключается:
в совершенствовании выбора типов и параметров используемых опорных подшипников ЦНПГ на основе современных методов, средств, аналитических и расчетных подходов, которые позволяют в полной мере учесть влияние свойств опорной системы на вибрационные характеристики агрегатов, а также разработать на основе полученных результатов исследования обоснованные методы диагностирования технического состояния роторов и опорных подшипников и тем самым обеспечить вибрационную надежность агрегатов в эксплуатации;
В качестве базового агрегата, для которого выполнена основная часть экспериментальных и расчетных исследований, выбран нагнетатель НЦВ-б,3/67К-2,2, имеющий в эксплуатации ряд проблем в области вибрационной надежности.
Научная новизна работы определяется тем, что впервые:
на основе численного моделирования подробно исследованы динамические характеристики подшипников скольжения и их влияние на свойства системы «ротор-опоры» с учетом специфики конструкторских решений, используемых при создании ЦНПГ; показано, что, вопреки сложившемуся мнению, сегментные подшипники обладают большей демпфирующей способностью по сравнению с втулочными подшипниками скольжения;
изучен вопрос влияния демпфирования в опорах на собственные частоты системы «ротор-опоры»; на основе полученных результатов показано ужесточающее воздействие демпфирования, сопровождающееся повышением собственных частот изгибных форм колебаний вала и соответствующим ростом упругих прогибов;
исследовано и показано влияние уплотнений «масло-газ» на динамические характеристики системы «ротор-опоры» ЦНПГ;
исследованы и установлены причины повышенного уровня вибрации роторов нагнетателей типа НЦВ-б,3/67К-2,2, вызванные как техническим состоянием роторов и подшипников, так и амплитудно-частотными характеристиками самого нагнетателя и предложены
мероприятия, обеспечивающие повышение его надежности в условиях эксплуатации;
численно смоделированы, обоснованы и предложены в качестве диагностических признаков технического состояния опорных подшипников скольжения характерные изменения параметров вынужденных и собственных колебаний системы «ротор-опоры».
Достоверность и обоснованность результатов работы определяются: значительным объемом экспериментальных данных; использованием стандартной регистрирующей и анализирующей аппаратуры, имеющей сертификаты метрологической поверки; воспроизводимостью опытных данных; согласованностью экспериментальных данных с результатами расчетов; использованием лицензированного программного пакета DyRoBeS и программы «Projvibr», прошедшей тщательную верификацию; результатами сопоставления с данными, полученными другими авторами.
Практическая ценность работы заключается в том, что проведенные автором исследования и предложенные методики диагностики подшипников скольжения роторов частично реализованы и могут быть использованы при решении научно-технических проблем комплексного повышения вибрационной надежности ЦНПГ и других турбомашин.
Личный вклад автора заключается в анализе и сопоставлении опубликованных данных по вибрационному состоянию ЦНПГ; проведении расчетов по определению динамических коэффициентов жесткости и демпфирования различных типов подшипников скольжения и выявлению их влияния на динамику системы «ротор-опоры»; проведении экспериментальных исследований по выявлению причин потери устойчивости и срыва в автоколебания роторов ЦНПГ; разработке мероприятий по повышению вибрационной надежности ЦНПГ и методов их диагностики.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Результаты сравнительного исследования упругодемпфирующих свойств гидродинамических подшипников различных типов и рекомендации по использованию их в ЦНПГ.
Результаты исследований влияния демпфирования в опорах и влияния ужесточающих и демпфирующих свойств концевых, кольцевых
уплотнений ротора на величину собственных частот системы «ротор-опоры».
Результаты расчетно-экспериментального исследования причин повышенной вибрации нагнетателей НЦВ-6,3/67К-2,2 и разработка мероприятий по повышению их надежности.
Методы диагностирования подшипников скольжения на основе анализа изменения АЧХ агрегата и собственных частот системы, в том числе частот маятниковых колебаний.
Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, были представлены на научно-технических семинарах кафедры «Турбины и двигатели», конференциях молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2005, 2006), на V Международном научно-техническом совещании "Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностики оборудования электрических станций" (Москва, ВТИ, 2007), на V Международной научно-технической конференции «Совершенствование оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта» (Екатеринбург, 2007).
Реализация. На основе полученных результатов разработаны мероприятия по повышению вибрационной надежности ЦНПГ с гидродинамическими подшипниками, в том числе и на предприятии ГПУ ООО «Газпром добыча Оренбург».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в реферируемых изданиях по списку ВАК, в том числе 1 статья по направлению «Энергетика».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка использованной литературы, включающего 71наименование. Работа изложена на 135 страницах, включая 79 рисунков и 11 таблиц.
