В статье обосновывается необходимость проведения экспериментальных исследований вибрационного состояния газоперекачивающих агрегатов (ГПА) ГПА -Ц- 16С, которые эксплуатируются в компрессорном цехе КС-3 Долинского ЛПУМГ УМГ «Прикарпаттрансгаз». Описывается методика проведения экспериментальных исследований вибрационного состояния ГПА -Ц- 16С и приводятся отдельные результаты экспериментов, анализ которых позволит выявить диагностические признаки изменения технического состояния его лопаточного аппарата в процессе эксплуатации.
Ключевые слова: методика, экспериментальные исследования, вибрационное состояние, система контроля, спектр.
В [1, с. 59] на основе проведенного анализа отказов по УМГ «Прикарпаттрансгаз» за 2005–2011 годы, а также анализа статистических данных по дефектам и отказам основных узлов и деталей ГПА за длительный период эксплуатации, приведенных в литературных источниках было установлено, что на лопаточный аппарат приходится половина всех дефектов и отказов ГПА, которые приводят к значительным материальным затратам и сделан вывод о необходимости обеспечения такого вибрационного состояния агрегата, при котором имеет место устойчивая и надежная его эксплуатация во всем диапазоне режимов. В связи с этим актуальной является задача исследования вибрационного состояния ГПА-Ц-16С, решение которой позволит выявить диагностические признаки и на их основе разработать эффективные методы контроля технического состояния его лопаточного аппарата.
Анализ исследований и публикаций
Несмотря на значительное количество публикаций, посвященных исследованию вибросостояния ГПА разных типов [2, с.147–219; 3, с. 29–34; 4, с.154–163] практически отсутствуют публикации, посвященные исследованию вибросостояния ГПА-Ц-16С, что не позволяет выявить диагностические признаки технического состояния его лопаточного аппарата.
Формирование цели
Целью данной работы является разработка методики проведения экспериментов по исследованию вибрационного состояния ГПА-Ц-16С, которые эксплуатируются в компрессорном цехе компрессорной станции КС-3 Долинского ЛПУМГ УМГ «Прикарпаттрансгаз» и предусматривающая техническое и программное обеспечение проведения экспериментов, выбор места установки и типоразмер вибродатчика, направления измерения вибрации, а также программу проведения экспериментов.
Результаты
В качестве объекта исследований был выбран компрессор низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя типа ДГ-90Л2 производства «Заря-Машпроект», входящий в состав ГПА-Ц-16С № 5 и предназначенный для сжатия атмосферного воздуха с последующей подачей его в компрессор высокого давления (КВД). КНД девятиступенчатый, каждая ступень которого образована одним рядом рабочих лопаток ротора и расположенным за ним рядом неподвижных спрямляющих лопаток, закрепленных в корпусе. В переднем корпусе КНД размещен поворотный входной направляющий аппарат (ВНА), предназначенный для обеспечения устойчивой работы КНД в широком диапазоне режимов и при запуске ГТД, который состоит из поворотных лопаток и механизма поворота. Исходя из назначения ВНА, на его корпусе и был установлен вибродатчик (рис. 1) для измерения параметров вибрации КНД.
Рис. 1. Механизм поворота входных направляющих лопаток ГПА-Ц-16С
Контроль за проведением экспериментов осуществлялся с использованием интерфейсов САК ГПА (наблюдения на мониторах за текущими значениями технологических параметров, оперативными сообщениями оператору КС, изменениями на мнемосхемах и восстановлению ретроспективной информации) и интерфейса АРМ сменного инженера КС-3, а также с использованием информационно-измерительной системы контроля параметров вибрации (ИИС-В). ИИС-В представляет собой ПК типа Notebook, и дистанционно управляемый портативный переносной многоканальный регистратор, разработанный на кафедре КТиСУ ИФНТУНГ [5, с. 218–219], что обеспечивает преобразование и усиление сигнала с вибродатчиков и их последовательную коммутацию. Коммутатор дистанционно управляется оператором с персонального компьютера через параллельный порт LPT1.
Программное обеспечение экспериментальных исследований включало следующие программные модули [6, с. 146–154]: модуль сбора вибрационных сигналов, модуль построения и анализа частотных спектров, модуль занесения в базу данных и модуль осмотра записей базы данных. Обработка полученных вибрационных сигналов проводилась с использованием программных пакетов Matlab, Mathcad, SpectraLAB, WaveLab и других.
ГПА Ц-16С № 5, выбранный в качестве объекта исследования, в соответствии с методикой проведения экспериментов должен работать в режиме «Кольцо». Основным условием для проведения таких исследований является наличие как минимум одного ГПА на КС-3, работающего в режиме "Магистраль", а также разрешение диспетчерской службы УМГ «Прикарпаттрансгаз» на пуск на режим «Кольцо» ГПА-Ц-16С № 5 КС-3, который был по
Программа проведения экспериментальных исследований предусматривала: запуск ГПА-Ц-16С № 5 на режим «Кольцо» с последующим измерением параметров вибрации в трех плоскостях по оси ротора КНД (горизонтальной, вертикальной, продольной) при оборотах силовой турбины нагнетателя (ТН) n=3500 об/мин.; повторное измерение, после прогрева ГТД и контроля положения (угла поворота) входных направляющих лопаток (ВНЛ) ВНА, параметров вибрации при оборотах силовой ТН n=3700 об/мин.; изменение оборотов силовой ТН в диапазоне от n=3700 об/мин. до n=5200 об/мин. с постоянным измерением параметров вибрации и контролем угла поворота ВНЛ ВНА.
Механизм поворота (ВНЛ) (рис. 1) предназначен для одновременного поворота всех лопаток ВНА на необходимый угол в зависимости от давления воздуха за КНД. Следящий пневмоцилиндр, состоящий из управляющего цилиндра 10 и силового цилиндра 7 (рис. 1), осуществляет поворот лопаток ВНА от «-10°» до «+15°». Положение лопаток ВНА контролируется по шкале 11 (рис. 1). На неработающем двигателе стрелка, укрепленная на лопатке, находится в положении «-10°» по шкале 11, и после запуска ГТД она находится в этом положении до режима, при котором давление в проточной части за КВД достигает 0, 84-0,94 МПа (8,6–9,6 кгс/см2). При давлении 1,44–1,54МПа (14,7–15,7 кгс/см2) поршень 8 становится па упор, что соответствует положению стрелки «+15°» по шкале 11 (рис. 1).
Изменение текущих значений технологических параметров при изменении режима работы ГПА в соответствии с программой экспериментов контролировалось по монитору САК ГПА (рис. 2).
Рис. 2. Окно текущих значений технологических параметров режима работы ГПА
Время записи параметров вибрации (мгновенные значения) на одном из заданных режимов работы ГПА указывалось визирной линии В (рис. 2), установленной курсором в окне текущих значений технологических параметров ГПА. Так, из рис. 2 видно, что при проведении экспериментов 13.03.2014 года во время 10 час.01мин. 41сек (по визирной линии В) частота оборотов КНД составила n=5509 об/мин, усредненный уровень вибрации корпуса КНД — 8,0 мм/сек, а давление воздуха за ТВД Р=8,2 кгс/cм2. При этом угол поворота входных направляющих лопаток составил -10°.
Для указанного режима работы ГПА-Ц-16С № 5, в качестве примера, на рис. 3 приведены результаты обработки вибрационного сигнал в вертикальной плоскости к оси ротора КНД.
а
б
Рис. 3. Результаты экспериментальных исследований вибрационного состояния лопаток ВНА ГПА-Ц-16С: а — спектр вибрации с выделенными амплитудными составляющими высокого уровня; б — отфильтрованный спектр вибрации
Выводы
Разработанная методика проведения исследования вибрационного состояния лопаток входного направляющего аппарата ГПА-Ц-16С, которая включает программу проведения исследований их техническое и программное обеспечение, позволяет оперативно проводить эксперименты по исследованию не только вибрационного состояния лопаток ВНА, но и лопаточного аппарата КВД, турбин высокого и низкого давлений, силовой турбины нагнетателя, а также проводить начальную обработку полученных вибрационных сигналов в режиме реального времени, что позволяет скорректировать программу проведения экспериментов.
Литература:
1. Заміховський, Л. М., Іванюк Н.І. Причини і фактори, що обумовлюють виникнення дефектів і відмов лопатевого апарату газоперекачувальних агрегатів. Наукові вісті «Галицька Академія», 2012, № 1(20), 57-63.
2. Сапрыкин, С. А. Методы и технические средства вибрационной диагностики газоперекачивающего оборудования. Х., 2009, 368 с.
3. Заміховський, Л. М., Павлик В. В. Дослідження вібраційного стану осьового компресора ГПА ГТК 25і фірми «Ново Піньйоне». Прилади і методи контролю якості, 2014, № 1(32), 28–38.
4. Васильев Ю.Н., Бесклетный М.Е., Игуменцев Е.А. Вибрационный контроль технического состояния газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. М.: Недра. 1987, 196 с.
5. Заміховський Л.М., Паньків Ю.В. Методика діагностичного обстеження вібраційного стану відцентрових насосних агрегатів системи підтримання пластового тиску Наукові вісті ІМЕ, 2004, № 6. 216 - 221.
6. Паньків Ю.В. Розроблення методу і системи контролю технічного стану насосних агрегатів систем підтримання пластових тисків на нафтових родовищах. Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13, Івано-Франківськ, 2010. 209 с.
