Вибродиагностика. Газотранспортная промышленность

Применение оборудования фирмы "ИНКОТЕС" для контроля технического состояния газоперекачивающих агрегатов КС РАО "ГАЗПРОМ"

 

Во избежание ошибок при проведении диагностирования конечными пользователями, т.е. обслуживающим персоналом компрессорных станций (КС), требуется максимально исключить влияние субъективных факторов на принятие решений по оценке состояния, для чего необходима максимальная автоматизация процесса принятия решений, следовательно, средства виброконтроля должны иметь достаточно сильно развитое программное диагностическое ядро, отвечающее за принятие решений о состоянии оборудования.
Подавляющее большинство имеющейся на рынке виброизмерительной аппаратуры страдает именно тем недостатком, что она предназначена, в основном, не для диагностики, а для вибромониторинга, и не способна решать задачи раннего распознавания неисправностей, особенно, когда речь идет о таких сложных механических объектах как ГПА.
Фирма "ИНКОТЕС" совместно со специалистами регионального инженерного центра (РИТЦ) предприятия ООО "Пермтрансгаз", разработала программное обеспечение - Автоматизированное Рабочее Место Инженера-Диагноста "АРМИД®" и Экспертную систему диагностики "ЭКСПЕРТ", способное решать задачи создания "интеллектуальных" наращиваемых систем автоматизированной диагностики ГПА. Развитая диагностика "АРМИД®-ЭКСПЕРТ" позволяет заблаговременно выявлять опасные неисправности энергомеханического оборудования, которые невозможно выявить обычным мониторингом.
Вибродиагностические комплексы с использованием программного обеспечения "АРМИД®-ЭКСПЕРТ" и оборудования фирмы "ИНКОТЕС" внедрены и используются в системах технического обслуживания оборудования по фактическому состоянию на газотранспортных предприятиях:
ООО "Пермтрансгаз" - в 1993 г. для обслуживания ГПА-Ц-6,3, ГПУ-16, ГТН-25/76, ГТК-25И, ГПА-10-01;
ООО "Севергазпром" - в 1996 г. для обслуживания ГПА-Ц-6,3, ГПА 10-01;
ООО "Кавказтрансгаз" - в 1996 г. для обслуживания ГПА-10-01, ГПА-Ц-6,3;
ЗАО "НИИТУРБОКОМПРЕССОР" - в 2002 г. для обслуживания ГПА-Ц-6,3, ГПУ-16, ГТН-25/76, ГТК-25И ООО "Таттрансгаз".

ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГПА-Ц-6,3
Основные узлы, определяющие вибрацию агрегата
  • ротор осевого компрессора (ОК), жестко соединенный с ротором турбины высокого давления (ТВД);
  • ротор свободной турбины (СТ);
  • ротор центробежного нагнетателя (ЦБН), соединенный с ротором СТ торсионным валом и зубчатыми обоймами;
  • подшипники качения, применяемые в качестве опор роторов двигателя;
  • подшипники скольжения ротора ЦБН;
  • лопаточный аппарат ОК и турбин;
  • узлы крепления двигателя к раме;
  • камера сгорания;
  • зубчатые передачи механизмов, навешенных на двигатель.

Расположение точек измерения вибрации агрегата ГПА-Ц-6,3.



Перечень диагностируемых неисправностей

  • загрязнение газовоздушного тракта ОК;
  • дисбаланс ротора ОК;
  • дисбаланс диска СТ;
  • дисбаланс шлицевой полумуфты ротора СТ;
  • обрыв (повреждение) рабочих лопаток ротора ОК;
  • неисправности верхней коробки привода ОК;
  • некачественная установка двигателя на раме;
  • расцентровка роторов СТ-ЦБН;
  • разрушение подшипника №2 ОК;
  • разрушение подшипника №6 СТ;
  • дисбаланс ротора ЦБН;
  • ослабление крепления подшипников ЦБН;
  • увеличенный зазор подшипников ЦБН;
  • перекос приводной шестерни главного насоса смазки;
  • эрозионный износ лопаток рабочего колеса ЦБН

ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГТН-25/76
Основные узлы, определяющие вибрацию агрегата

  • роторы "КНД-ТНД", "КВД-ТВД", СТ;
  • ротор ЦБН, торсионный вал с зубчатыми муфтами;
  • подшипники скольжения роторов двигателя и ЦБН;
  • лопаточный аппарат осевого компрессора и турбин;
  • камера сгорания;
  • проставка средней опоры и узлы соединения роторов компрессоров и турбин.

Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25/76.


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25/76. Точка 1


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25/76. Точка 2


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25/76. Точка 3


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25/76. Точки 4, 5.



Перечень диагностируемых неисправностей:

  • дисбаланс ротора КНД;
  • дисбаланс ротора ТНД;
  • дисбаланс ротора КВД-ТВД;
  • дисбаланс ротора СТ;
  • дисбаланс ротора ЦБН;
  • расцентровка роторов КНД-ТНД ("маятник");
  • расцентровка роторов СТ--ЦБН;
  • увеличенный зазор, недостаточный натяг, перекос ОУП-1 КНД;
  • повышенные вибронапряжения лопаток КНД;
  • обгорание, трещины рабочих лопаток ТВД;
  • повышенные вибронапряжения лопаток КВД;
  • обрыв лопатки СТ;
  • задевание лопаток турбогруппы;
  • задевание лопаток СТ;
  • проседание картера блока средних подшипников;
  • разрушение, перекос ОУП-4 ТВД;
  • разрушение экрана камеры сгорания;
  • питтинг шлицевых полумуфт промвала (см. отдельное описание п. 6.3) ;
  • выкрашивание баббита ОП-6 и ОУП-7 СТ;
  • выкрашивание баббита ОП-8 ЦБН;
  • выкрашивание баббита ОУП-9 ЦБН;
  • трещина на роторе ЦБН в районе шпоночного паза;
  • трещина на рабочих колесах ЦБН;
  • трещины на входном/выходном трубопроводе и опорах технологической обвязки ЦБН
ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ ПИТТИНГА ЗУБЧАТЫХ МУФТ ПРОМВАЛА АГРЕГАТА ГТН-25/76
Питтинг. Его проявление и причины
Зубчатые муфты компенсационного типа применяются на ГПА газотурбинного типа ГТН-25/76 мощностью 25 МВт для передачи крутящего момента с ротора СТ на ротор ЦБН посредством промвала. Каждая муфта (со стороны СТ и ЦБН) состоит из 2-х втулок с внешними зубьями и обоймы с внутренними зубьями. Зубья имеют эвольвентный профиль и обеспечивают относительное продольное перемещение и поворот каждой втулки относительно обоймы на небольшой угол для компенсации несоосности валов.
Одним из распространенных дефектов муфт является разрушение зубьев втулок и обойм, которое возникает в результате питтинга зубьев в зонах контактов, который проявляется следующим образом:
  1. На зубьях муфт в зонах контакта происходит разрушение металла в виде воронок диаметром 5-12 мм., в центре которых, как правило, имеется вспучивание, похожее на "островок" из металла.
  2. На зубьях втулок промвала образуются воронки без вспучиваний, а на зубьях обойм- наросты металла, расположенные напротив воронок.
  3. Примечание: В обоих случаях вокруг воронок имеются следы локального высокотемпературного нагрева. Встречаются также зубья, прорезанные бороздами глубиной более 1,5 мм, которые обычно расходятся от воронок, расположенных в середине зубьев, к их вершинам, как бы разрезая зуб надвое. Вокруг борозд также наблюдаются следы локального высокотемпературного нагрева.

  4. На зубьях муфт образуются каверны и наклепы без следов температурного перегрева.
  5. Происходит полное или частичное сваривание зубьев втулок промвала и обойм со стороны СТ или ЦБН.

Наиболее опасным следствием питтинга является полное или частичное сваривание зубьев муфт СТ и ЦБН, что в условиях даже незначительных относительных смещений соединенных валов приводит к развитию усталостных трещин и к разрушению зубчатых зацеплений.


Расположение точек измерений при диагностировании питтинга (вид сверху).



Диагностируемые виды питтинга
Программа позволяет диагностировать следующие виды питтинга зубчатых муфт промвала:

  • питтинг зубьев муфты СТ (вал СТ) в виде полного сваривания (эксплуатация ГПА недопустима в связи с возможностью развития трещины ротора ЦБН, наиболее вероятной в районе шпоночного паза);
  • питтинг зубьев муфты СТ в виде частичного сваривания;
  • питтинг одной из зубчатых муфт промвала в виде частичного сваривания.



а) "полное сваривание" зубьев муфты СТ;



б) "частичное сваривание" зубьев муфты СТ;




в) отсутствие питтинга.

Спектры вибрации на корпусе СТ и кожухе промвала (т. 4, 5), используемые для диагностики питтинга.



ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГТК-10-4
Основные узлы, определяющие вибрацию агрегата:

  • турбокомпрессор;
  • силовая турбина (ТНД);
  • ротор ЦБН;
  • промежуточный вал, зубчатая муфта;
  • подшипники скольжения роторов ГТУ и ЦБН;
  • лопаточные аппараты осевого компрессора и турбин;
  • камера сгорания.

Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТК-10-4.


Место установки датчика, точка 1.


Место установки датчика, точка 2 (высокая температура, обдув горячим воздухом).


Место установки датчика, точка 3.



Перечень диагностируемых неисправностей:

  • дисбаланс осевого компрессора ТВД;
  • дисбаланс диска ротора ТВД;
  • дисбаланс ротора ТНД;
  • дисбаланс ротора нагнетателя;
  • несоосность подшипников ротора ТВД;
  • расцентровка роторов ТНД-нагнетателя;
  • ослабление или исчезновение натяга по вкладышам опорно-упорного подшипника N1 ТВД;
  • ослабление или исчезновение натяга по вкладышам опорного подшипника N2 ТВД;
  • ослабление или исчезновение натяга по вкладышам опорного подшипника N3 ТНД;
  • ослабление или исчезновение натяга по вкладышам опорно-упорного подшипника N4 ТНД:
  • увеличенный радиальный зазор опорно-упорного подшипника N1 ТВД;
  • увеличенный радиальный зазор опорного подшипника N2 ТВД;
  • увеличенный радиальный зазор опорного подшипника N3 ТНД;
  • увеличенный радиальный зазор опорно-упорного подшипника N4 ТНД;
  • коробление корпуса ТВД при тепловых расширениях;
  • коробление корпуса ТНД при тепловых расширениях;
  • торцевой бой диска ТВД;
  • торцевой бой диска ТНД;
  • повышенные вибронапряжения на рабочих лопатках 1-10-ой ступеней осевого компрессора;
  • трещины на выходном/входном трубопроводах и опорах технологической обвязки нагнетателя.

ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГТК-25 И


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГТН-25 И (вид сверху): т.4,5 - штатные точки измерения относительной вибрации вала бесконтактными датчиками.



Перечень диагностируемых неисправностей

  • дисбаланс ротора турбокомпрессора;
  • дисбаланс ротора ТНД;
  • дисбаланс ротора ЦБН;
  • ослабление (исчезновение) натяга по вкладышам опорно-упорного подшипника N1 ТВД;
  • ослабление (исчезновение) натяга по вкладышам опорно-упорного подшипника №4 ТНД;
  • увеличенный радиальный зазор ОУП №1 ТВД;
  • увеличенный радиальный зазор ОУП N4 ТНД;
  • увеличенный зазор, недостаточный натяг ОУП нагнетателя;
  • расцентровка роторов ТНД нагнетателя;
  • некачественная посадка (люфт) муфты промвала со стороны нагнетателя;
  • прогиб ротора нагнетателя;
  • изгиб конца ротора нагнетателя со стороны привода;
  • “питтинг” зубчатых муфт промвала;
  • трещины на дисках ротора нагнетателя, трубопроводах и опорах технологической обвязки нагнетателя.

ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГПУ-16

Основные узлы, определяющие вибрацию агрегата

  • роторы "КНД-ТНД", "КВД-ТВД", ТН;
  • ротор ЦБН, торсионный вал с зубчатыми муфтами;
  • промопора торсионного вала;
  • подшипники качения роторов двигателя;
  • подшипники скольжения ротора нагнетателя;
  • лопаточные аппараты турбокомпрессоров каскадов высокого и низкого давления, турбины нагнетателя;
  • узлы соединения роторов компрессоров и турбин.

Расположение точек измерения вибрации агрегата ГПУ-16.



Перечень диагностируемых неисправностей:
Компрессор низкого давления (КНД):

  • дисбаланс ротора КНД;
  • перекос подшипников ротора КНД;
  • ослабление крепления подшипников ротора КНД;
  • износ сепараторов подшипников ротора КНД;
  • коробление корпуса КНД;
  • задевание ротора КНД о корпус.

Турбина низкого давления (ТНД):

  • дисбаланс ротора ТНД;
  • перекос подшипника ротора ТНД;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТНД;
  • дефекты тел и дорожек качения подшипника передней опоры ротора ТНД.

Турбокомпрессор высокого давления (ТКВД):

  • дисбаланс ротора КВД;
  • перекос подшипников передней опоры ротора ТКВД;
  • ослабление крепления подшипников передней опоры ротора ТКВД;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТКВД;
  • коробление корпуса ТКВД.
  • задевание ротора ТКВД о корпус;
  • дисбаланс ротора ТВД;
  • перекос подшипника задней опоры ротора ТКВД;
  • ослабление крепления подшипников задней опоры ротора ТКВД;

Турбина нагнетателя (ТН):

  • дисбаланс ротора ТН;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТН;
  • дефекты тел и дорожек качения одного из роликовых подшипников ротора ТН;
  • дефекты тел и дорожек качения шарикового подшипника задней опоры ротора ТН;
  • коробление корпуса ТН;
  • задевание ротора ТН о корпус.

Нагнетатель:

  • дисбаланс ротора ЦБН;
  • расцентровка роторов СТ-ЦБН

ПРОГРАММА ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АГРЕГАТА ГПА-10

Основные узлы, определяющие вибрацию агрегата:

  • роторы "КНД-ТНД", "КВД-ТВД", ТН;
  • ротор ЦБН, торсионный вал с зубчатыми муфтами;
  • промопора каскада низкого давления;
  • подшипники качения роторов двигателя;
  • подшипники скольжения ротора нагнетателя;
  • лопаточные аппараты каскадов высокого и низкого давления, турбины нагнетателя;
  • узлы соединения роторов компрессоров и турбин.

Некоторые характерные частоты (гармоники) вибрации агрегата ГПА-10, которые могут проявляться в спектрах.


Расположение точек измерения вибрации агрегата ГПА-10.



Перечень диагностируемых неисправностей:
Компрессор низкого давления (КНД):

  • дисбаланс ротора КНД;
  • перекос подшипников ротора КНД;
  • ослабление крепления подшипников ротора КНД;
  • износ сепараторов подшипников ротора КНД;
  • коробление корпуса КНД;
  • задевание ротора КНД о корпус.

Турбина низкого давления (ТНД):

  • дисбаланс ротора ТНД;
  • перекос подшипника ротора ТНД;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТНД;
  • дефекты тел и дорожек качения подшипника передней опоры ротора ТНД.

Турбокомпрессор высокого давления (ТКВД):

  • дисбаланс ротора КВД;
  • перекос подшипников передней опоры ротора ТКВД;
  • ослабление крепления подшипников передней опоры ротора ТКВД;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТКВД;
  • коробление корпуса ТКВД.
  • задевание ротора ТКВД о корпус;
  • дисбаланс ротора ТВД;
  • перекос подшипника задней опоры ротора ТКВД;
  • ослабление крепления подшипников задней опоры ротора ТКВД;

Турбина нагнетателя (ТН):

  • дисбаланс ротора ТН;
  • износ сепараторов подшипников ротора ТН;
  • дефекты тел и дорожек качения одного из роликовых подшипников ротора ТН;
  • дефекты тел и дорожек качения шарикового подшипника задней опоры ротора ТН;
  • коробление корпуса ТН;
  • задевание ротора ТН о корпус.

Центробежный нагнетатель:

  • дисбаланс ротора ЦБН;
  • расцентровка роторов СТ-ЦБН