WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

0,горизонтальные колебания 0,92 вертикальные колебания 0,0,0,0,Авария 0,0,5.01.96 12.03.96 3.05.96 4.06.96 2.06.98 1.09.98 3.03.99 13.08.99 4.11.Рисунок 1- Динамика показателя Херста в контрольной точке для горизонтальных 1 и вертикальных 2 колебаний В результате статистической обработки экспериментальных данных было установлено, что для бездефектного подшипника распределение показателя Херста подчиняется нормальному закону. Для аварийного подшипника экспериментальные данные противоречат гипотезе о нормальном распределении показателя Н, т.е. изменение закона распределения показателя Херста может слуПоказатель Херста Н жить дополнительным критерием зарождения и развития дефекта, приводящего к наступлению отказа ГКУ.

Во втором разделе в качестве дополнительного информативного признака при анализе спектров вибрации в контрольной точке подшипников роторов ГПА предлагается использование коэффициента Джини Kd. При построении рисунка 2, поясняющего смысл коэффициента Джини, амплитуды виброскорости предварительно ранжировались по величине относительно вклада в суммарный уровень амплитуд в определенном диапазоне частот. Фактическое распределение амплитуд в частотном ряду спектра описывается кривой, подобной АDC (с той или иной степенью кривизны), которая носит название кривой Лоренца. Геометрически коэффициент Джини равен отношению площади ABCDA к площади треугольника ACE. Очевидно, что если бы все амплитуды виброскорости были идентичны по значению, то огибающая АDC выродилась бы в биссектрису соответствующего координатного угла, а коэффициент Kd был бы равен нулю.

C 0,0,B 0,D 0,A E 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Доля от общего числа точек Рисунок 2 - Кривая Лоренца для спектра вибрации Доля от суммы амплитуд Информативность коэффициента Джини рассматривается на примере обработки виброспектров колебаний в контрольной точке на корпусе подшипника качения газоперекачивающего агрегата ГПУ-10 «Волна». Традиционные методы обработки вибросигнала по среднеквадратическому значению виброскорости и по характерной частоте дефекта того или иного элемента подшипника не позволили идентифицировать разрушение задней опоры КВД. Однако, учитывая, что при углублении дефекта подшипника структура спектра становится более равномерной, мы предположили, что коэффициент Джини при этом будет уменьшаться.

На рисунке 3 представлена динамика коэффициента Джини, рассчитанного для спектров виброскорости в диапазоне подшипниковых частот, включающих частоту наружного кольца, частоту внутреннего кольца и частоту тел качения. Анализ результатов обработки виброспектров показал, что снижение коэффициента Джини до значений менее 0,5 свидетельствует об ухудшении состояния подшипника и требует принятия мер.

0,ремонт ремонт 0,0,0,0,авария 0,09.02.99 20.05.99 28.08.99 06.12.99 15.03.00 23.06.00 01.10.00 09.01.01 19.04.Время Рисунок 3 - Динамика коэффициента Джини Коэффициент Джини В третьем разделе главы показано, что количественно оценить изменение виброспектра во времени можно при помощи ранговых критериев. Для этого были определены коэффициенты ранговой корреляции Спирмена и Кендалла для установления степени соответствия полученных при виброобследовании спектров спектру виброскорости заведомо бездефектного подшипника.

В качестве примера характерного поведения предлагаемого диагностического параметра рассмотрена временная динамика порядковых статистик, определенных по виброспектрам колебаний корпуса подшипника задней опоры КВД ГПА ГПУ-10 «Волна» в горизонтальном направлении. Ретроспективный анализ особенностей эксплуатации данного агрегата показал, что среднеквадратическое значение виброскорости за несколько дней до аварии находилось в области допустимых значений. Изменение коэффициента Спирмена во времени с учетом имевших место ремонтов и аварии приведено на рисунке 4.

0,0,0,0,Ремонт 0,0,Ремонт 0,Авария 0,01.04.99 01.08.99 01.12.99 01.04.00 01.08.00 01.12.00 01.04.Время Рисунок 4 - Динамика коэффициента ранговой корреляции Спирмена Статистика Спирмена R Как следует из рисунка, снижение ранговых статистик в 25 раз свидетельствует о наличии существенных различий в спектрах виброскорости и, следовательно, об ухудшении технического состояния подшипника.

В заключении второй главы сделан вывод о том, что показатель Херста, коэффициент Джини и ранговые статистики характеризуют структуру виброспектров и позволяют прогнозировать такие аварийные ситуации, которые не распознаются стандартными методами спектральной вибродиагностики, и могут быть рекомендованы в качестве дополнительных диагностических признаков при оценке технического состояния газоперекачивающих агрегатов.

Третья глава посвящена исследованию и разработке методов диагностирования газоперекачивающих агрегатов на основе количественного состава выхлопных газов.

Задачи комплексного диагностического обслуживания оборудования компрессорных станций требуют развития, наряду с вибродиагностикой, методов оценки технического состояния газоперекачивающих агрегатов по технологическим параметрам их работы.

Известно, что «старение» газоперекачивающего агрегата всегда сопровождается необратимыми процессами ухудшения его технического состояния, интенсивность которых зависит от условий эксплуатации, режима работы, качества ремонта и влияния внешней среды. При этом изменяются не только теплотехнические характеристики ГПА, но и, как показали проведенные нами исследования, экологические параметры, характеризующие содержание оксидов азота и углерода в продуктах сгорания.

В первом разделе третьей главы приводится количественная характеристика выхлопных газов ГПА.

В результате анализа данных мониторинга вредных выбросов на КС было установлено, что фактические концентрации оксидов азота и углерода существенно отличаются от номинальных и варьируют в широких пределах. Так, выборочное значение коэффициента вариации концентраций NOx для ГТК-10-составляет 39,6 %, для ГПУ-10 «Волна» -18,5 % и для ГПА-12Р «Урал» - 8,6 %.

Выборочное значение коэффициента вариации концентраций СО для ГТК10-4 составляет 31,8 %, для ГПУ-10 – 34,0 %, и для ГПА-12Р - 31,2 %.

Для того чтобы определить влияние технического состояния агрегата на уровень выбросов, были получены экспериментальные зависимости концентраций продуктов сгорания от температуры рабочего тела. Было установлено, что концентрации CO и NOx для отдельных ГПА различаются в 1,12,5 раз. С учетом того, что эксперименты проводились при одинаковых условиях работы агрегатов, это можно объяснить лишь их различным техническим состоянием.

Сделан вывод о том, что процессы старения и износа узлов и элементов ГПА сопровождаются изменением концентраций оксидов азота и углерода в продуктах сгорания, а потому величина уровня выбросов CO и NOx может использоваться как дополнительный критерий при оценке технического состояния газоперекачивающих агрегатов.

Однако оценка динамики изменения параметров выбросов по результатам измерений продуктов сгорания осложняется тем, что содержание оксидов азота и углерода в уходящих газах зависит не только от технического состояния, но и от режима работы агрегата. Для решения этой задачи нами предложен комплексный показатель – индекс концентрации Кр, позволяющий определять динамику изменения содержания оксидов азота и углерода в выхлопных газах газоперекачивающего агрегата на переменных режимах его работы, независимо от загрузки. Индекс концентрации Кр рассчитывается по формуле ' ' С С NOx CO К = +, (1) р ном ном С C NOx CO ' ' СNO,CCO - концентрации оксидов азота и углерода соответственно в где x выхлопных газах, мг/нм3, приведенные к условной концентрации кислорода 15 %;

Сном - номинальная приведенная концентрация оксидов азота, мг/нм3;

NOx ном С - номинальная приведенная концентрация оксида углерода, мг/нм3.

СO Приведенная концентрация загрязняющего вещества (к условному с одержанию кислорода 15 % в сухих продуктах сгорания) определяется по формуле 21- ' факт Ci = Ci, (2) 21- Oфакт где Ci – фактическая концентрация вредного вещества в сухих продуктах сгорания, мг/нм3;

О2 – фактическое содержание кислорода в сухих продуктах сгорания, %;

21 – содержание кислорода в атмосферном воздухе, %.

Как показывают экспериментальные исследования выхлопных газов ГПА различных типов, диапазон изменения индекса концентрации составляет в среднем от 0,6 до 3,0 в зависимости от эмиссионной характеристики камеры сгорания, технического состояния агрегатов и наработки с начала эксплуатации и после капитального ремонта.

Во втором разделе для решения задачи оценки технического состояния ГПА на основе количественного состава выхлопных газов представлена серия кривых в плоскости (КNe, TТНД), имеющих, как видно на рисунке 5, качественно сходный характер, что позволило для установления вида функциональной зависимости КNe = F(КР, TТНД) воспользоваться методом асимптотических координат.

В результате реализации данного метода получена аналитическая зависимость коэффициента технического состояния ГПА по мощности КNe от температуры газа за ТНД и индекса концентрации Кр, количественно характеризующего выбросы оксидов азота и углерода:

KNe (К,ТТНД ) = (-0,46 10-4 Т2 + 0,059 ТТНД - 17,65) р ТНД (3) (0,77 exp(-0,28 К ) - 1,08 exp(-0,21 КР )) + 1,08 exp(-0,21К ).

Р Р Данная математическая модель была апробирована для оценки технического состояния ГПА ГТК-10-4, находящихся в реальных условиях эксплуатации.

0,Кр=0,Кр=1,0,0,Кр=1,0,Кр=2,0,0,0,0,440 460 480 500 520 Температура газа за ТНД, оС Рисунок 5 - Разделение экспериментальных данных на кластеры по величине индекса концентрации Кр Сравнение фактических коэффициентов технического состояния по мощности, определенных на основе теплотехнических испытаний и рассчитанных по формуле (3), показало, что средняя ошибка в оценке ТС агрегатов составила около 5 %.

В предлагаемом методе нет необходимости выводить агрегат в базовый режим работы и проводить сложные дорогостоящие испытания с привлечением специальных инженерных кадров для определения технического состояния ГПА. Особенность данного метода заключается также в том, что он позволяет оперативно определять техническое состояние ГПА во всем диапазоне эксплуатационных нагрузок по фактическим данным анализа продуктов сгорания и температуре рабочего тела.

Третий раздел главы посвящен моделированию динамики изменения уровня выбросов оксидов азота и оксида углерода.

Временная динамика выбросов, характеризуемых индексом концентрации, получена в результате исследований более 30-ти агрегатов ГТК-10-4, с Коэффициент технического состояния различным техническим состоянием и различной наработкой после капитального ремонта.

На рисунке 6 представлена зависимость индекса концентрации Кр от наработки t в течение межремонтного периода. Вид эмпирической зависимости Кр = f (t) получен в результате обработки экспериментальных данных методом порядкового приближения с использованием рангов Кр и t как случайных величин.

2,2,Кр*(t) 2,2 участок 2,1,1 участок 1,1,3 участок 1,1,1,1,1,1,0 5 10 15 20 25 30 Наработка, тыс. час Рисунок 6 - Зависимость индекса концентрации от наработки агрегатов в межремонтный период Установлено, что в период нормальной эксплуатации ГПА состав выхлопных газов достаточно стабилен (изменение Кр в этот период не превышает 5 %). Ухудшение технического состояния газоперекачивающего агрегата приводит к заметному увеличению индекса концентрации - на 20 % и более, а в отдельных случаях, как показали исследования, в 2-3 раза.

Следует отметить, что момент перехода к периоду «старения» газоперекачивающего агрегата зависит от ряда причин, например качества предыдущего р Индекс концентрации К ремонта, условий эксплуатации, уровня технического обслуживания оборудования и т.д., и потому должен устанавливаться для каждого агрегата отдельно.

В связи с этим для контроля динамики изменения уровня выбросов оксидов азота и углерода требуется проведение мониторинга выхлопных газов в процессе эксплуатации газоперекачивающего агрегата.

Четвертая глава посвящена разработке расчетных методов мониторинга выбросов оксидов азота и углерода, основанных на постоянно действующей системе измерений технологических параметров работающих агрегатов.

В первом разделе приводятся результаты корреляционного анализа данных мониторинга на КС, включающих в себя измерения содержания оксидов азота, оксида углерода и кислорода в выхлопных газах ГПА, а также сопутствующие режимные параметры и внешние условия. Целью анализа является ранжирование технологических параметров по их влиянию на состав продуктов сгорания. Установлено, что концентрации оксидов азота и углерода в выхлопных газах газоперекачивающих агрегатов на базе судовых и авиационных двигателей имеют тесную корреляционную связь с такими технологическими показателями, как температура рабочего тела, частота вращения роторов и температура воздуха на входе в осевой компрессор. Для ГПА ГТК-10-4 давление воздуха за компрессором также имеет значимую взаимосвязь с выбросами продуктов сгорания. С учетом данного вывода методом множественного регрессионного анализа исходных данных получены статистически значимые модели для мониторинга выхлопных газов ГПА ГПА-12Р «Урал» по комплексу технологических параметров:

-3 -СNO = -449 + 1,08 10 t - 0,182 TОК + 0,399 TСТ + 6,35 10 NСТ ; (4) x -4 -2 -С =12,7 + exp(50,9 + 1,7610 t -1,12 T - 6,3610 T - 2,9210 N ). (5) CO ОК СТ СТ Уравнения (4)...(5) представляют математическую модель взаимосвязи концентраций CO и NOx в уходящих газах ГПА с такими технологическими параметрами, как наработка t, температура воздуха на входе в двигатель Tок, температура газа Тст и частота вращения ротора свободной турбины Nст.

Сопоставление фактических и расчетных данных показывает, что полученные модели позволяют оценить содержание NOx в выхлопных газах ГПА12Р «Урал» с ошибкой до 4,2 % и содержание CO с ошибкой до 8 % (между тем, погрешность применяемых в настоящее время зависимостей выбросов только от температуры рабочего тела составляет 8 % и 16,2 % соответственно).

Для приведения расчетных концентраций оксидов азота и углерода к условному содержанию О2 15% было получено уравнение регрессии, позволяющее определять содержание кислорода в выхлопных газах ГПА–12Р «Урал» с погрешностью не более 1 %:

(6) СO = -31,3+ exp(4,03-0,02410-5 t + 0,52510-3TОК -0,27910-3 NСТ) На основе экспериментальных данных, представляющих собой результаты измерений концентраций оксидов азота и углерода в продуктах сгорания ГТУ типа ГПУ-10 «Волна» и ряда технологических параметров работы агрегатов за период с января 2000 г. по сентябрь 2003 г., были построены нейросетевые модели для оценки количественного состава выхлопных газов с погрешностью около 7 %.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»