ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАСТЕЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

TRENDS IN THE DEVELOPMENT OF METHODS FOR DIAGNOSTICS OF THE TECHNICAL STATE OF THE BLADES OF GAS-PUMPING UNITS

Talgat Mendikulov

student, Department of Transportation and storage of oil and gas, Ufa State Oil Technical University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

В статье описаны процессы деградации, происходящие в лопатках газоперекачивающего агрегата (ГПА) в процессе его длительной эксплуатации и вызывающие появление дефектов, приводящих к изменению их технического состояния и поломке рабочих лопаток и, как следствие, к авариям. Описан способ диагностики лопаток ГПА, который может быть использован для определения его технического состояния в процессе эксплуатации ГПА.

ABSTRACT

The article describes the degradation processes that occur in the blades of a gas pumping unit (GPU) during its long-term operation and cause the appearance of defects that lead to changes in their technical condition and breakage of the working blades and, as a result, to accidents. A method for diagnosing the blades of the GPU, which can be used to determine its technical condition during the operation of the GPU, is described.

Ключевые слова: Газоперекачивающий агрегат; диагностика; рабочая лопатка.

Keywords: Gas pumping unit; diagnostics; blade.

Многолетняя эксплуатация газотранспортной системы привела к тому, что более 70% газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом почти исчерпали свой ресурс (100 тыс. часов). При этом ресурс отдельных деталей намного меньше (например, назначенный ресурс для лопастей варьируется в диапазоне от 18 до 80 тысяч часов). Статистика отказов основных узлов ГПА за длительный период показывает, что на лопатки приходится до 40% всех отказов ГПА.

Для определения технического состояния лопаток используются различные методы его диагностики используется сегодня как при остановке, так и во время работы ГПА. Наиболее перспективными являются методы диагностики состояния лопастей при работе агрегата.

Практика показывает, что контроль технического состояния работающих лопастей ГПА осуществляется путем визуального осмотра лопаток методами визуально-оптического контроля, магнитной диагностики частиц, цветной дефектоскопии, методом акустической эмиссии и ультразвукового контроля.

«Наиболее эффективными методами диагностики дефектов являются методы виброакустической диагностики, благодаря высокой информативности виброакустических процессов, сопровождающих при эксплуатации ГПА, их органическая связь с динамическими процессами возбуждения и распространения

колебания в механизмах и узлах ГПА, а также возможность автоматизации сбора и обработки диагностической информации с использованием современных средств микропроцессорной техники и новейших пакетов прикладных программных» [1, с. 48].

Основная проблема при использовании методов виброакустической диагностики - выбор эффективных методов и алгоритмов обработки виброакустических сигналов с целью определения рациональных диагностических признаков неисправностей лопастей ГПА.

Целью исследования является классификация и анализ методов диагностики технического состояние лопаток при работе ГПА с точки зрения выбора наиболее эффективного метода для дальнейшего использования.

Для решения поставленной задачи в работе использованы материалы научно-исследовательских публикаций по данной теме были использованы с их последующим анализом с целью выбора наиболее эффективного метода диагностики лопастей и дальнейшего его использования для определения его технического состояния при работе ГПА. Предварительный анализ известных методов диагностики лопаток ГПА показал, что их можно разделить на три группы.

К первой группе относятся методы диагностики лопаток с собственными частотами, различные модификации бесконтактного дискретно-фазового метода и диагностики собственных колебаний.

Состав методов второй группы наиболее многочислен в сравнении с методами других групп. Методы основаны на диагностических признаках, полученных во время обработки вибрации, сопровождающей работу ГПА, с использованием различных преобразований: преобразование Фурье, дискретное косинусное преобразование, автокорреляционные функции, распределение классов Коэна, S-преобразование, различные вейвлет-преобразования и т.д.

Наименьшее количество - это методы третьей группы. Они основаны на анализе процессов аэродинамического взаимодействия рабочих и направляющих лопаток и прямого аэродинамического расчета профилей относительно лопастей ГПА.

Рассмотренные выше методы требуют значительного количества предварительных экспериментальных исследования по выявлению диагностических признаков, основанные на установлении взаимосвязи между ростом определенных компонентов спектров колебаний и фазовых соотношений между гармониками и наличия специфических дефектов. «В то же время они имеют практическую реализацию, так как они позволяют диагностировать техническое состояние лопастей конкретного типа ГПА» [2, c 5].

Методы, относящиеся к третьей группе методов диагностики технического состояния лопаток ГПА, являются достаточно новыми и находящимися в стадии разработки.

В результате аэродинамического взаимодействия каждая лопатка в определенной степени образует обод, форма которого зависит от характера колебания лопаток, в свою очередь, определяющейся ее жесткостью (наличие есть трещина или нет) и по состоянию поверхности лопаток (вмятины и т. д.). «Порядок выделения учитывается информативной частью сигнала, которая относится только к рабочим лопаткам, диагностируется по суммарному виброакустическому сигналу, сопровождающему работу ГПА» [3, c 14]. В этом случае параметры искажения формы этого сигнала (спектральный, фазовый, статистический), возникающие при появлении дефекта лопатки, могут быть использованы как диагностические признаки состояния рабочих лезвий.

Предлагается использовать следующие диагностические признаки:

• коэффициент нелинейности спектра лопаточных гармоник исследуемой степени:
• коэффициент эксцесса плотности вероятности распределения амплитуд:
• отклонение формы сигнала от идеальной, соответствующей бездефектному состоянию лопаток.

Перечисленные выше признаки могут использоваться как отдельно, так и в виде диагностического параметра. сформировались определенным образом.

В статье также представлены результаты практической реализации рассматриваемого метода в отношении лопаток первой ступени авиадвигателя НК-12СТ в составе ГПАЦ-6,3 и приходят к выводу, что «необходимы дополнительные исследования для использования предложенного метода для диагностики других типов ГПА» [4, c 25].

Был проведен анализ методов диагностики лопастей ГПА по предложенной классификации, в результате чего было установлено, что на сегодняшний день нет вообще принятых методов диагностики технического состояния лопаток. Последнее связано как со сложностью самого объекта диагностики, так и со сложностью получения достоверной информации для дальнейшей обработки с целью выявления рациональных диагностических признаков технического состояния.

В то же время методы прямого аэродинамического расчета профилей относительно лопаток ГПА перспективны, так как их использование позволяет не только рассчитывать составляющие скорости, но также все существующие аэродинамические характеристики профилей лопастей и предложить математические модели деформации и обтекания лопаток ГПА. Однако их практическое использование требует теоретическое обоснование с доступом к многочисленным алгоритмам расчета.

Список литературы:

1. Zamikhovskyi, L. M., Zamikhovska, O. L., Pavlyk, V. V. (2021). Research of the characteristics of acoustic processes using wavelet transformation for detecting a diagnostic sign of the technical state of gas pumping units. Technology audit and production reserves, 2005. - 48 с.
2. Kochergin, A. V., Pavlova, N. V., Valeeva, K. A. (2016). Vibroacoustic Control of Technical Conditions of GTE. Procedia Engineering, 2015. – 5 с.
3. Данилин, А.И., Чермиявский, А. Д. (2009). Критерии дискретно-фазового контроля рабочего состояния лопаток и их реализуемость в системах управления турбоагрегатами. Вестник Самарского аэрокосмического университета, 2017. – 14 с.
4. Михайлов, А. Л., Посадова, О.Л. (2007). Вибродиагностика автоколебаний рабочего колеса нагнетателя. Авиационно-космическая техника и технология, 2018. - 25 с.