CC BY
19
УДК 621.6.01
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-4-5-11
АПРОБАЦИЯ ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОГО
МЕТОДА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ПОЛОСОВЫХ НОРМ КОРПУСНОЙ ВИБРАЦИИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
APPROBATION OF PROBABILISTIC STATISTICAL METHOD OF DECISION-MAKING FOR HULL VIBRATION NORMS PREPARATION OF GAS TURBINE ENGINES OF GAS PUMPING UNITS
Саубанов О.М.1, Валеев А.Р.1, Акимов В.И.2
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8684-3700, E-mail: saubanovpipe@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru
2 АО «Газпром диагностика», 196158, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3102-7364, E-mail: btgpl@rambler.ru
Резюме: В работе предложены алгоритмы создания полосовых норм вибрации на основе статистических данных вибрационных обследований парка газотурбинных двигателей (ГТД). На основе результатов вибрационных обследований ГТД на разных этапах эксплуатации апробирован вероятностно-статистический метод принятия решений для формирования полосовых норм вибрации двигателя. Для конвертированного ГТД авиационного типа мощностью 16 МВт разработана вибрационная модель, включающая полосовые нормы по 23 узкополосным составляющим спектра вибрации модулей газогенератора и силовой турбины в составе двигателя, а также перечень поузловых дефектных признаков (правила определения неисправностей), характеризующих рост вибрации.
Ключевые слова: вибрационный спектр, диагностические признаки, нормы вибрации, газотурбинный двигатель, газоперекачивающий агрегат, статический анализ.
Для цитирования: Саубанов О.М., Валеев А.Р., Акимов В.И. Апробация вероятностно-статистического метода принятия решений при составлении полосовых норм корпусной вибрации газотурбинных двигателей газоперекачивающих агрегатов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 4. С. 5-11.
D0I:10.24412/0131-4270-2021-4-5-11
Oscar M. Saubanov1, Anvar R. Valeev1, Vladimir I. Akimov2
1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8684-3700,
E-mail: saubanovpipe@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru
2 Gazprom Diagnostics JSC, 196158, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3102-7364, E-mail: btgpl@rambler.ru
Abstract: The paper proposes algorithms for creating band vibration norms based on statistical data of vibration inspections of gas turbine engines. On the basis of the results of vibration inspectionsof gas turbine enginesat different stages of operation, a probabilistic statistical method of decision-making for formation of band vibration norms of an engine is tested. For a converted aircraft-type gas turbine engine with a power of 16MW, a vibration model has been developed that includes band standards for 23 narrow-band components of the vibration spectrum of gas generator and power turbine modules in engine, as well as a list of node-by-node defect signs (fault detection rules) that characterize the vibration growth.
Keywords: vibration spectrum, diagnostic signs, vibration standards, gas turbine engine, gas pumping unit, static analysis
For citation: Saubanov O.M., Valeev A.R., Akimov V.I. APPROBATION OF PROBABILISTIC STATISTICAL METHOD OF DECISION-MAKING FOR HULL VIBRATION NORMS PREPARATION OF GAS TURBINE ENGINES OF GAS PUMPING UNITS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021, no. 4, pp. 5-11
DOI:10.24412/0131-4270-2021-4-5-11
Магистральный транспорт газа осуществляется при помощи газоперекачивающих агрегатов (ГПА), работа которых должна осуществляться надежно и непрерывно в течение длительного времени. Для оценки их работы применяется вибрационный контроль параметров, задача которого не допустить аварийные остановы и потерю работоспособности агрегатов. Соответственно, совершенствование и разработка методов анализа вибросигналов является важной задачей газовой отрасли.
Обработкой и анализом многочисленных экспериментальных исследований установлено, что состав вибросигнала привода ГПА (в частности газотурбинного двигателя
(ГТД)) формируется многочастотным, многокомпонентным нестационарным колебательным процессом. Даже при стационарном режиме происходят значительные изменения амплитудных и частотных значений всего гармонического ряда в спектре колебаний, что требует разработки специальных методик обработки ценной диагностической информации, содержащейся в вибросигнале [1, 2].
При этом процессы, протекающие в работающем агрегате, формируют сложную динамическую картину изменений его технического состояния (ТС) во времени, что затрудняет идентификацию и локализацию причин ухудшения его состояния. Анализ изменения корпусной вибрации
по времени позволяет выявить его источники, но далеко не всегда по этим данным можно однозначно ответить на вопрос о том, в каком узле развивается дефект и какова природа повышенной вибрации: механическая или газодинамическая [1, 2]. Специфика вибродиагностирования ГТД заключается в том, что среднестатистический вибрационный спектр содержит в себе обилие гармоник, субгармоник, шумов и комплексных частот, что, естественно, затрудняет выявление признаков дефектов в спектре. В некоторых случаях в условиях избыточности и нестабильности спектральных данных затруднительно выявить оборотные частоты в спектре и их составляющие, не говоря уже о типовых дефектных признаках [3].
Практика диагностирования ГТД показала, что чем сложнее техническое устройство, тем больше разброс измеряемых вибропараметров в пределах всего парка машин. Поэтому так актуален индивидуальный подход к организации процедуры вибромониторинга и диагностики [4, 5]. Индивидуальные технические особенности двигателей, изменчивость параметров в результате нестационарности движения потоков воздуха на входе в двигатель, степени загрязнения газовоздушного тракта, изменения режимов работы и технического состояния - все это лишь малая часть причин столь большого разброса вибропараметров. Соответственно, сравнивать между собой два спектра одного и того же двигателя, снятые с промежутком в два-три месяца, не совсем корректно, тем более сравнительный анализ трендов или иной анализ вибропараметров в столь большой промежуток времени малоэффективен и не соответствует реальному положению дел в полной мере.
Исходя из вышесказанного, можно отметить, что в условиях ускоренного развития дефектов узлов ГТД наиболее эффективным методом контроля технического состояния и своевременного реагирования является полосовой анализ корпусной вибрации в режиме реального времени средствами штатных систем мониторинга и диагностики. Оперативный контроль за ТС ГПА и ГТД позволяет наблюдать за фактическими отклонениями параметров, заблаговременно предупреждать возникшие нештатные ситуации и выявлять отклонения в работе оборудования.
Важным аспектом реализации заявленного является разработка вибрационных моделей дефектов ГТД, максимально точно соответствующих реальному неисправному состоянию конкретного узла.
Данная вибрационная модель должна включать в себя следующие элементы:
- количество и диапазоны контролируемых частотных полос;
- индивидуальные уставки (нормы вибрации) для каждой из частотных полос спектра, соответствующие степени развития дефекта (допустимо, начальная стадия, развитый дефект);
- алгоритмы первичного диагностирования, основанные на функциональных зависимостях амплитудных/сред-неквадратических значений виброскорости (виброускорения) в полосах контроля согласно классической теории вибродиагностики;
- правила для экспертного диагностирования ГТД.
С учетом вышесказанного предлагается следующий алгоритм вероятностно-статистического метода принятия решений (этапы реализации):
1. Частотный диапазон штатного датчика вибрации разбивается на полосы, охватывающие первые гармоники роторных частот на всех рабочих режимах работы двигателя.
Количество и диапазон полос устанавливаются с учетом частотного диапазона штатных датчиков вибрации системы автоматического управления и регулирования (САУ и Р) ГПА, а также индивидуальных особенностей вибрационной картины каждого двигателя, зависящих от исходных уровней роторных вибраций. Рекомендуется выделять диапазоны частот, включающие в себя все роторные гармоники двигателя; оптимально кратности гармоник выбирают не менее трех, но не более шести.
Частотный диапазон колебаний роторных гармоник на различных режимах работы ГТД должен определяться в результате статистического спектрального анализа результатов виброобследований. В результате данной работы должен быть определен диапазон частот, в которых проявляется роторная гармоника на всех рабочих режимах работы ГТД, что позволяет зафиксировать данную полосу для дальнейшего мониторинга.
Для спектрального анализа должны учитываться только параметры вибрационных сигналов, измеренные:
- на режимах выше диапазона первых критических частот вращения роторов;
- на стационарных режимах (дрейф оборотов не более 1% за 10 минут).
Диапазон частот от 10 до 400 Гц рекомендуется разделять на 8 полос с шагом от 15 до 140 Гц для охвата всех возможных диапазонов проявления первых трех роторных гармоник (на примере [6]). Данное разделение справедливо для трехвальных газотурбинных двигателей мощностью до 10 МВт.
Для двигателей мощностного ряда 16 МВт и выше, снабженных штатными датчиками вибрации диапазоном от 10 до 1000 Гц, с целью охвата проявления первых трех роторных гармоник ГТД рекомендуется разделить спектр вибрации на 18-20 полос с шагом 10-120 Гц. Для фиксации основных механических дефектов в диапазоне от 10 до 500 Гц спектра необходимо увеличить количество рассматриваемых полос и соответственно уменьшить их диапазоны (шаги). Выданные рекомендации сформированы на основе опыта практических исследований вибрационных спектров ГТД.
2. В выделенных частотных диапазонах (полосах) проводится спектральный анализ результатов виброобследований парка ГТД за несколько лет эксплуатации с целью возможного проявления составляющих спектра в полосе частот. Спектры вибрации анализируются в точках расположения штатных вибродатчиков САУ и Р ГПА.
Ширина контролируемого полосового спектра должна включать в себя следующие составляющие:
- гармоники ротора низкого давления (РНД), ротора высокого давления (РВД), ротора силовой турбины (РСТ) кратности от 1 до 6;
- субгармоники кратности 1/4,1/3, 2/5 и 1/2;
- комбинационные составляющие роторных гармоник их кратности 1/2;
- подшипниковые частоты.
Указанные гармоники обладают всей необходимой полнотой диагностической информации для первичного диагностирования в режиме реального времени.
В зависимости от расположения штатного датчика на корпусе двигателя предлагается расставлять приоритет гармонического ряда в фиксированных полосах по принципу основного вклада в амплитуду (пика).
При нахождении в выделенной полосе частот нескольких из перечисленных составляющих спектра вибрации приоритет дается роторной гармонике - как превалирующей и наиболее ценной с диагностической точки зрения. На рис. 1 предложена модель светофорной индикации полосовых норм вибрации (линия, отмеченная (+), соответствует вибрационному состоянию «допустимо», (■) - «требует принятия мер/внимание» и (•) - «недопустимо»).
Текущие уровни виброскорости гармоник спектра (Щ) сот-ветствуют степени развития конкретного дефекта в узле газотурбинного двигателя.
3. По имеющемуся массиву статистических данных результатов измерений вибрации по всему парку ГТД на основе метода минимального риска теории вероятностно-статистического подхода принятия решений рассчитываются предельные амплитудные значения виброскорости в каждой из исследуемых полос, соответствующие дефектному состоянию контролируемого узла двигателя по следующей формуле [7]:
| Рис. 1. Модель полосового анализа спектра вибрации ГТД
(С12 - С22)Р2 („2 ^
(С21 - С11)Р1
)+(Ц
Дополнительно к этому рассчитываются вероятности ложной тревоги и пропуска дефекта, а также средний риск (ожидаемая величина потери).
Вероятность ложной тревоги и пропуска дефекта в контролируемой полосе предлагается рассчитывать по следующим формулам [7]:
(1)
где V - среднее значение виброскорости в полосе, соответствующее исправному состоянию ГТД, мм/с; < - сред-неквадратическое отклонение значений виброскорости при исправном состоянии ГТД, мм/с; У2 - среднее значение виброскорости в полосе, соответствующее дефектному состоянию ГТД, мм/с; <2 - среднеквадратическое отклонение значений виброскорости при дефектном состоянии ГТД, мм/с; Р1, Р2 - вероятность исправного и неисправного состояния узла ГТД,%; С12 - стоимость пропуска дефекта - принимаем равной стоимости аварийно-восстановительного ремонта (АВР) двигателя вследствие разрушения узлов и деталей, тыс. руб.; С21 - стоимость ложной тревоги - принимаем равной стоимости внепланового технического обслуживания ГТД, необходимого для выявления причин вынужденного останова ГПА, тыс. руб.; С11, С22 -цены правильных решений, которые для сравнения со стоимостью потерь (ошибок) принимаются отрицательными. Как правило, цены правильных решений С11 = С22 = 0.
Предполагаем, что параметр Уд имеет нормальное распределение при исправном D1 и неисправном D2 состояниях. Дополнительно к этому переменные С12 и С21 характеризуют последствия пропуска дефекта и ложной тревоги в денежном эквиваленте, при этом в соответствии с задачами надежности агрегатов С12 >> С21.
= Р1-
1
т1Л/2п
(Уд - V)2
2<
—\2
М
= Р2 I
ехр(
(Уд - У2)
-)СУ.
(2)
(3)
Ошибочное решение слагается из вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска дефекта. Если приписать «стоимости» этим ошибкам (С12 и С21) то получим выражение для величины среднего риска (ожидаемая величина потери):
(
Я
"С21Р1
1
1л/2П
ехр
—\2 ^ -V)
2<
СУ -
+С12Р2
ехр
—\2 ^
V - у2)
2ст2
СУ.
(4)
Пороговые значения виброскорости в полосах, характеризующие предупредительные уровни вибросостояния узлов ГТД (начальная стадия развития дефекта), определяются по следующей формуле:
У = V™ + 3иг
(5)
где Упв - среднее значение виброскорости в полосах, по замерам, проведенным при плановых виброобследованиях, мм/с; <пв - среднеквадратическое отклонение значений виброскорости при плановых виброобследованиях, мм/с.
Пороговые значения виброскорости в полосах, характеризующие допустимые (нормальные) уровни вибросостояния узлов ГТД (бездефектное состояние узла ГТД), определяются по следующей формуле:
Р
лт
д
Р
ПД
д
IX)
V
д
V
д
К = Упр + 3uпр,
(6)
где Vпр - среднее значение виброскорости в полосах по замерам, проведенным на ГТД, прошедших капитальный или восстановительный ремонт в течение первых 72-360 ч работы, мм/с; ипр - среднеквадратическое отклонение значений виброскорости в полосах контроля на отремонтированных ГТД, мм/с.
Предложенные подходы позволят научно обосновать выделенные полосы частот и пороговые значения вибропараметра в них, характеризующие различные вибрационные состояния подконтрольного объекта.
4. На основании рассчитанных значений допустимых, предупредительных и недопустимых (дефектных) уровней в каждой полосе контроля строится маска спектра для каждого штатного вибродатчика.
5. Следующим этапом построения вибрационной модели является анализ влияния вклада оборотной частоты на значение амплитуд в полосах. Для этого рассчитывается амплитуда равной доли к амплитуде базовой гармоники для каждой точки замера уровня вибрации. Иными словами, рассчитывается отношение среднего значения амплитуд в полосах к усредненному значению амплитуды оборотной (базовой) частоты. Кратность данного отношения свидетельствует о преобладании оборотной гармоники (1, 2, 3, 4 х f) в рассматриваемой полосе. В противном случае в рассматриваемых полосах преобладают комбинационные, некратные составляющие, подшипниковые частоты или низкочастотный шум.
Данное действие позволит зафиксировать диапазон контроля частот и выделить в них ключевые гармоники для последующего формирования индивидуальных уставок для каждой полосы.
При необходимости контроля иных составляющих спектра необходимо провести статистический анализ и построить маску для искомой составляющей с выявлением критических пороговых значений амплитуд. Отдельные составляющие спектра (комбинационные, подшипниковые частоты и т.д.) могут быть рассчитаны по данным САУ и Р ГПА (в зависимости от частот вращения роторов), зафиксированы в одной из рассматриваемых полос и оценены по текущему уровню амплитуд. Пример расчета приведен далее.
Важным остается то, что вибрационная картина по каждому ГТД разная и зависит от исходных уровней роторных вибраций, поэтому установленные по парку двигателей уставки могут быть скорректированы в большую или меньшую сторону под конкретный двигатель. Данная корректировка уставок должна проводиться прежде всего в течение первых 300-500 ч эксплуатации двигателя,
прошедшего капитальный или восстановительный ремонт. Это необходимо для учета технических особенностей и первоначально завышенных значений вибраций конкретного двигателя (индивидуальность вибрационной картины).
6. Производится расчет подшипниковых частот. При наличии достаточных данных о каком-либо конкретном типе подшипника путем расчета могут быть определены частотные составляющие, характеризующие определенные дефекты подшипника, а затем сопоставлены с соответствующими компонентами полученного спектра вибрации.
7. Формируются диагностические признаки полосового анализа на базе полученных полосовых норм и гармонического ряда в зафиксированных полосах. Диагностические признаки должны соответствовать базовым правилам диагностирования классической теории вибродиагностики. Выбираемые диагностические признаки полосового анализа должны быть инвариантны к конструкции диагностируемого ГТД и быть в форме корреляции с его неисправностями, это обеспечит применение стандартных процедур диагностирования и прогнозирования ресурса узлов и, соответственно, уменьшит время разработки и внедрения систем мониторинга.
По представленной методике проведения полосового анализа и расчета полосовых норм вибрации проведен расчет полосовых норм для конвертированного газотурбинного двигателя авиационного типа мощностью 16 МВт.
В ходе спектрального анализа ретроспективных данных обработаны 154 замера уровня вибрации в точках, соответствующих расположению штатных датчиков вибрации в вертикальном (радиальном) направлении (рис. 2).
В массив обработанных диагностических данных вошли замеры вибрации, произведенные по всему парку двигателей на различных временных интервалах эксплуатации, а именно:
- после проведения капитального или восстановительного ремонта в течение первых 72-360 ч наработки -18 замеров (спектров);
- при плановых виброобследованиях - 124 замера (спектра);
- за 500-700 ч до аварийного останова с разрушением -12 замеров (спектров).
В ходе обработки массива диагностических данных, по формулам 1-6 произведен расчет полосовых норм вибрации модуля газогенератора (ГГ) и силовой турбины (СТ) по отдельности.
Результаты расчета полосовых норм корпусной вибрации указанных модулей двигателя представлены в табл. 1 и 2.
Отметим, что средние значения виброскорости в полосах, соответствующие исправному состоянию V1, получены из
I Рис. 2. Расположение штатных датчиков вибрации приводного двигателя авиационного типа
Таблица 1
Координаты трассы нефтепровода из базы данных ГРАНС
Диапазон, Гц Vv мм/с Vг, мм/с а1, мм/с а2, мм/с Vн, мм/с Vв, мм/с мм/с Р„г % % Я, %
10-50 1,749 11,588 0,349 2,664 0,102 4,251 7,012 1,2 0,05 1,25
50-68 0,392 3,345 0,078 0,793 0,326 0,711 2,077 4,5 0,21 4,71
68-86 0,192 2,086 0,038 0,479 0,301 0,749 1,227 8,6 0,25 8,85
86-138 0,102 2,031 0,021 0,447 0,504 0,731 1,209 7,5 0,25 7,75
138-158 0,302 12,700 0,063 2,921 4,528 6,503 7,515 2,6 0,04 2,64
158-190 0,062 2,216 0,051 0,509 0,201 0,526 1,311 5,6 0,24 5,84
190-205 0,135 15,840 0,013 3,168 3,549 8,508 9,543 3,2 0,03 3,23
205-276 0,082 4,182 0,016 0,961 1,497 2,017 2,504 4,9 0,14 5,04
276-316 0,075 6,603 0,015 1,321 1,488 3,505 4,002 2,7 0,07 2,77
316-380 0,026 5,818 0,005 1,338 0,112 1,578 3,526 2,2 0,10 2,30
380-410 0,077 6,605 0,030 1,321 2,508 3,554 4,003 1,4 0,07 1,47
410-474 0,034 5,928 0,007 1,363 1,206 3,040 3,550 1,7 0,10 1,80
474-550 0,045 2,494 0,009 0,498 0,101 0,830 1,512 7,9 0,17 8,07
550-628 0,096 4,962 0,019 1,092 1,009 2,551 3,007 2,1 0,11 2,21
628-690 0,029 2,556 0,006 0,588 0,305 1,118 1,513 7,7 0,21 7,91
690-820 0,046 2,584 0,009 0,594 0,300 0,745 1,529 6,7 0,21 6,91
828-942 0,034 2,498 0,007 0,574 1,001 0,783 1,514 7,4 0,24 7,64
950-1000 0,088 2,526 0,018 0,581 1,038 0,802 1,522 8,2 0,05 8,25
Таблица 2 Результаты расчета полосовых норм вибрации СТ
Диапазон, Гц V1, мм/с Vг, мм/с а1, мм/с а2, мм/с V,, мм/с V,, мм/с V, мм/с Рлг % Рпд, % Я, %
10-50 0,019 2,218 0,004 0,466 0,508 0,823 1,301 8,2 0,19 8,39
50-68 0,015 2,057 0,003 0,596 0,545 0,708 1,224 8,5 0,38 8,88
68-86 0,214 9,208 0,043 2,118 1,110 3,345 5,547 2,4 0,06 2,46
86-138 0,019 0,911 0,004 0,182 0,136 0,313 0,549 9,6 0,45 10,05
138-158 0,080 3,506 0,016 0,806 0,201 1,256 2,112 4,1 0,17 4,27
158-190 0,163 5,238 0,033 1,205 2,112 2,552 3,118 2,0 0,11 2,11
190-205 0,090 1,194 0,018 0,262 0,108 0,445 0,719 9,1 0,44 9,54
205-276 0,038 3,454 0,007 0,794 0,545 1,521 2,044 4,2 0,16 4,36
276-316 0,035 2,052 0,007 0,472 0,505 0,744 1,236 8,3 0,28 8,58
316-380 0,052 4,232 0,011 0,973 0,136 1,812 2,504 4,9 0,13 5,03
380-410 0,039 1,175 0,008 0,270 0,151 0,423 0,712 9,3 0,51 9,81
410-474 0,037 0,512 0,007 0,102 0,124 0,153 0,303 10,2 0,72 10,92
474-550 0,051 4,276 0,010 0,983 0,117 1,815 2,530 4,5 0,13 4,63
550-628 0,088 1,683 0,020 0,387 0,210 0,751 1,020 8,9 0,36 9,26
628-690 0,078 2,250 0,018 0,450 0,200 0,512 1,356 8,3 0,18 8,48
690-820 0,063 1,784 0,013 0,357 0,212 0,528 1,081 8,8 0,24 9,04
828-942 0,074 1,221 0,018 0,244 0,111 0,452 0,723 9,0 0,31 9,31
950-1000 0,119 5,832 0,027 1,166 1,386 2,307 3,451 2,4 0,19 2,59
массива данных замеров, проведенных на ГТД прошедших капитальный/восстановительный ремонт (18 замеров). Замеры проводились поверенными ручными виброанализаторами в диапазоне частот от 10 до 10 000 Гц с погрешностью измерений по амплитуде 2-5%.
В свою очередь, средние значения виброскорости в полосах, соответствующие дефектному состоянию V2, получены из массива данных виброобследований шести пре-даварийных двигателей за 200-600 ч до аварийного останова (12 замеров вибрации), а также значений полосовых уровней вибрации в момент отказа трех аварийных двигателей, зафиксированных разработанной системой вибромониторинга в 2019, 2020 и 2021 годах. Итого проанализировано 9 аварийных случаев и их характерные вибрационные картины до момента и в момент отказа.
При расчете пороговых значений были допущены следующие упрощения:
- так как сумма вероятностей исправного и несправного состояния равна 1, то примем Р1 = 0,85 (85%) и Р2 = 0,15 (15%). Это связано с небольшим количеством данных по дефектному состоянию ГТД;
- стоимость пропуска дефекта (С12) примем равной средней стоимости аварийно-восстановительного ремонта
(АВР) двигателя мощностью 16 МВт в заводских условиях в объеме капитального ремонта по утвержденным в ПАО «Газпром» ценам;
- стоимость ложной тревоги (С21) примем равной стоимости внепланового технического обслуживания ГПА подрядным способом.
Пороговые значения виброскорости в полосах, характеризующие предупредительные уровни вибросостояния узлов ГТД (начальная стадия развития дефекта), рассчитаны по формуле 5 с использованием массива статистических данных плановых виброобследований (124 спектра вибрации).
Пороговые значения виброскорости в полосах, характеризующие допустимые (нормальные) уровни вибросостояния узлов ГТД (бездефектное состояние узла ГТД), рассчитаны по формуле 6 с использованием массива данных вибрационных обследований на ГТД, прошедших капитальный или восстановительный ремонт в течение первых 72-360 ч работы.
Из табл. 1 и 2 можно отметить, что средние значения вероятности ложной тревоги в полосах контроля составляет 4,78%, пропуска дефекта 0,14% и риска (ожидаемой величины потери) не более 4,92%.
I Таблица 3
Рекомендуемые полосовые норм вибрации ГТД мощностью 16 МВт
Диапазон Расчетная частот, Гц частота fКОНТ, Гц Виброскорость, мм/с норма (Ю 1 внимание (У.) 1 дефект (Ул) Тип дефекта
Газогенератор
50-68 fFTF1 0,3 1,7 2,0 Разрушение подшипника задней опоры КНД
68-86 Л™ 0,3 0,7 1,2
Разрушение подшипника передней опоры КВД
86-138 fFTF3 0,5 0,7 1,2 Разрушение подшипника передней опоры ТНД
138-158 Л 4,5 6,5
7,5 Дисбаланс РНД, дефект опор РНД
158-190 0,2 0,5 1,0 Дефект маслосистемы двигателя
190-205 ^ 3,5 8,5 9,5 Дисбаланс РВД, дефект опор РНД
205-276 1,193х^ 1,5 2,0 2,5 Дефект центральной конической передачи, дефект навесного
агрегата двигателя
276-316 2х^
1,5 3,5 4,0 Расцентровка РНД
380-410 2х^ 2,5 3,5 4,0 Расцентровка РВД, низкая загрузка РВД (аэродинамический
дисбаланс)
410-474 3х^ 1,0 3,0 3,5 Ослабление опор РНД
550-628 3хf2 1,0 2,5 3,0 Ослабление опор РВД
628-690 fBSF1 0,3 1,0 1,5 Повреждения подшипника задней опоры КНД
690-820 fBSF2 0,3 0,7 1,5 Повреждения подшипника передней опоры КВД
Силовая турбина
10-50 fFTF1 0,5 0,8 1,3 Разрушение роликового подшипника задней опоры СТ
50-68 fFTF2 0,5 0,7 1,2 Разрушение шарикоподшипника задней опоры СТ
68-86 Ч 1,0 3,0 5,5 Дисбаланс СТ, дефект опор СТ
158-190 2хfз 2,0 2,5 3,0 Расцентровка РСТ
205-276 3хf3 0,5 1,5 2,0 Ослабление опор СТ
276-316 fBSF2 0,5 0,7 1,2 Повреждения шарикоподшипника задней опоры СТ
550-628 fBSF1 0,2 0,5 1,0 Повреждения роликоподшипника задней опоры СТ
628-690 fBPFO1 0,2 0,5 1,0 Повреждения шарикоподшипника задней опоры СТ
690-820 fBPFO2 0,2 0,5 1,0 Повреждения шарикоподшипника задней опоры СТ
950-1000 3,77х^ 1,0 2,0 3,0 Помпажные явления в КВД
В результате выполненной работы составлены полосовые нормы вибрации исследуемого двигателя, а также дефектные признаки (правила определения неисправностей), характеризующие рост вибрации в двигателе (табл. 3).
Таким образом, проверку технического состояния опор и роторов ГТД мощностью 16 МВт предлагается осуществлять
непрерывным контролем за 23 разработанными параметрами узкополосных составляющих вибрации в режиме реального времени.
При дальнейших исследованиях предложенные полосовые нормы вибрации могут быть использованы в составе отраслевого стандарта по контролю вибрации конвертированных авиационных ГТД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гаврилов В.В., Бржозовский Б.М., Мартынов В.В. Организация мониторинга состояния газотурбинных установок компрессорных станций по динамическим характеристикам // Компрессорная техника и пневматика, 2001. № 7. С. 37-39.
2. Гольдин A.C. Вибрация роторных машин. М.: Машиностроение, 2000. 344 с.
3. Васильев Ю.Н., Бесклетный М.Е., Игуменцев Е.А. Вибрационный контроль технического состояния газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. М.: Недра, 1987. 197 с.
4. Smith, D.M. Recognition of the Causes of Rotor Vibration in Turbomachinery / D.M. Smith // Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers - Vibration in Rotating Machinery.1980, pp. 1-4.
5. Vibration Monitoring of Compressor Station Gas Turbines\ Application Notes, Brul&Kjer, Denmark, 1988. 73 с.
6. Методика М029.002.99. Система качества. Вибрационное обследование блока двигателей агрегатов ГПА-10 (01) с двигателями ДР-59Л (Л1), находящихся в эксплуатации. Констар. 1999. 19 с.
7. Науменко А.П., Кудрявцева И.С., Одинец А.И. Вероятностно-статистические методы принятий решений: Теория, примеры, задачи: учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. 56 с.
REFERENCES
1. Gavrilov V.V., Brzhozovskiy B.M., Martynov V.V. Organization of monitoring of the state of gas turbine installations of compressor stations by dynamic characteristics. Kompressornaya tekhnika ipnevmatika, 2001, no. 7, pp. 37-39 (In Russian).
2. Gol'din A.C. Vibratsiya rotornykh mashin [Vibration of rotary machines]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 2000. 344 p.
3. Vasil'yev YU.N., Beskletnyy M.YE., Igumentsev YE.A. Vibratsionnyykontrol' tekhnicheskogosostoyaniyagazoturbinnykh gazoperekachivayushchikh agregatov [Vibration monitoring of the technical condition of gas turbine gas pumping units]. Moscow, Nedra Publ., 1987. 197 p.
4. Smith D.M. Recognition of the causes of rotor vibration in turbomachinery. Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers - Vibration in Rotating Machinery, 1980, pp. 1-4.
5. Vibration monitoring of compressor station gas turbines. Denmark, Application Notes, Brul&Kjer Publ., 1988. 73 p.
6. Metodika M029.002.99 «Sistema kachestva. Vibratsionnoye obsledovaniye bloka dvigateley agregatov GPA-10 (01) s dvigatelyamiDR-59L (L1), nakhodyashchikhsya vekspluatatsii» [Methodology М029.002.99 "Quality system. Vibration inspection of the engine block of the GPA-10 (01) units with DR-59L (L1) engines in operation"]. Konstar Publ., 1999. 19 p.
7. Naumenko A.P., Kudryavtseva I.S., Odinets A.I. Veroyatnostno-statisticheskiye metody prinyatiy resheniy: Teoriya, primery, zadachi [Probabilistic and statistical methods of decision-making: Theory, examples, tasks]. Omsk, OmGTU Publ., 2018. 56 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Саубанов Оскар Маратович, аспирант, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Валеев Анвар Рашитович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Акимов Владимир Ильич, к.т.н., главный специалист производственного отдела площадных объектов, АО «Газпром диагностика».
Oscar M. Saubanov, Postgraduate Student, Ufa State Petroleum Technological University.
Anvar R. Valeev, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Vladimir I. Akimov, Cand. Sci. (Tech.), Chief Specialist of the Production Department of Areal Facilities, Gazprom Diagnostics JSC.
