ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Отраслевое машиностроение

Филина О.А.

Казанский государственный энергетический университет, Казань, РТ, Россия

Бездемонтажная диагностика сложно-энергетических систем

Виброакустическая диагностика машинного оборудования (Вибродиагностика) представляет собой техническую диагностику, основанную на измерении и анализе вибрации объекта диагностирования. Назначение вибродиагностики - оценка степени отклонения параметров технического состояния от нормы по косвенным признакам, а именно, по изменению свойств виброакустических процессов, зависящих от характера взаимодействия комплектующих узлов и деталей. Основным физическим носителем информации о состоянии элементов работающего оборудования является виброакустический сигнал - собирательное понятие, включающее информацию о колебательных процессах (вибрационных, гидро- или газодинамических и прочих) и акустическом шуме механизма в окружающую среду. Следовательно, вибродиагностике может подвергаться любое оборудование, функционирование которого сопровождается возбуждением колебательных процессов. Применение методов виброакустической диагностики, обеспечивающих бездемонтажный контроль качества изготовления и ремонта машинного оборудования, упрощает технологию контроля качества, экономит рабочее время, снижает стоимость оборудования. Исключение сборочно-разборочных работ не только устраняет затраты рабочего времени на сам ремонт и отладку после него, но и предотвращает нанесение механизму ущерба, причиняемого переборками, нарушающими приработку деталей. В предремонтный период проведение диагностических мероприятий позволяет локализовать неисправность, оценить степень повреждения, целесообразность и объем ремонтных работ, остаточный моторесурс неповрежденных узлов, а также проверить качество проведения ремонта.

Использование методов виброакустической диагностики в эксплуатационный период жизни машины обеспечивает эксплуатацию не по заранее назначенному ресурсу, а по фактическому техническому состоянию, что продлевает срок службы, уменьшает стоимость эксплуатации за счет экономии рабочего времени, запасных частей и горюче-смазочных материалов.

В настоящее время наиболее интересными и перспективными разработками являются находки в области контроля и диагностики состояния машин и механизмов в различных отраслях промышленности.

Цели программы:

- Разработать надежные и дешевые образцы газотурбинных установок для промышленной выработки электрической и тепловой энергии;

- Осуществить отбор наиболее перспективных разработчиков и производителей энергетических ГТУ;

- Обеспечить лидирующее положение России в сфере производства энергогенерирующей техники.

- Создать условия для прямого контроля энергопроизводящих отраслей промышленности большинства стран мира.

Эти установки способны работать на двух видах топлива - жидком и газообразном.

Первый промышленный ток в Казани дал турбогенератор мощностью 10 тысяч киловатт, а в июне 1933 года, когда станция была принята в эксплуатацию, на ней работали уже два турбоагрегата, каждый такой же мощности, и пять котлоагрегатов. В то же время подъем экономики Республики Татарстан, интенсивная реконструкция центра Казани вызывают рост потребления электрической и тепловой энергии. В рамках принятой руководством компании в 2003 году программы перспективного развития и технического перевооружения, на Казанской ТЭЦ-1 завершено строительство первого в Татарстане комплекса ГТУ-ТЭЦ мощностью 50 МВт на базе современных газотурбинных технологий. В реализации проекта на поставку газотурбинных установок, осуществляемого в непростых условиях действующего предприятия также участвуют и другие российские предприятия:

- ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова (г. Самара)

- ОАО «Казанькомпрессормаш"

- ОАО «Привод» (г. Лысьва)

- Генеральным проектировщиком является РУП «БелНИПИЭнергопром» (г. Минск).

По своей эффективности и экологичности ГТУ должны послужить образцом для строительства новых и модернизации устаревших электростанций республики.

Проект ГТУ-ТЭЦ Казанской ТЭЦ-1 предусматривает установку двух газотурбинных двигателей НК-37 авиационного типа мощностью по 25МВт каждый, с утилизацией тепла уходящих газов в котлах-утилизаторах. Газотурбинные двигатели с генераторами будут смонтированы в контейнерах с высокой степенью заводской готовности на площадке перед котельным отделением первой очереди Казанской ТЭЦ-1, в котором будут установлены два котла-утилизатора ТКУ-13 Таганрогского котельного завода «Красный котельщик». Подключение генераторов будет осуществлено кабельными линиями. Расчетный удельный расход топлива на выработку электроэнергии и тепла составляет соответственно 220...240 г/кВт•ч и 145 кг/Гкал. В качестве основного топлива для НК-16 используется природный газ.

Безаварийная работа любого оборудования всегда являлась и является актуальной задачей. Однако, отсутствие технических средств диагностирования износа узлов трения непосредственно на работающих механизмах (без их остановки и разборки) приводит к преждевременному выходу из строя большого количества разнообразного оборудования. С учетом резкого роста цен их капитальный ремонт в некоторых случаях становится не рентабелен. Для своевременного обнаружения и предотвращения аварийного износа узлов трения, экономии горючесмазочных материалов, запасных частей, затрат на капитальный ремонт рекомендуются к внедрению встроенные (бортовые) средства диагностирования. Одним из методов решения этой задачи является использование информации, которую несут продукты износа и механические примеси в смазочном масле, по которым можно определить одну из важных характеристик долговечности - износостойкость пар трения.

Преодоление сил трения в узлах машин и механизмов поглощает 30-40% всей вырабатываемой в мире энергии, а потери средств в промышленности развитых стран вследствие трения и сопутствующего ему износа достигают 4-5% национального дохода. Износ является причиной выхода из строя более 80% деталей машин и механизмов. Увеличение ресурса машин и механизмов во многом зависит от разработки и успешного применения методов оценки износа пар трения машин. В настоящее время все большее распространение приобретают методы оценки изнашивания деталей машин в процессе эксплуатации без их остановки и разборки. В ходе моей работы планируется создать технические средства диагностирования, которые предназначены для определения износа узлов трения и деталей различного оборудования в процессе эксплуатации без их остановки и разборки путем анализа продуктов износа в системе смазки.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ инновационного продвижения моего комплекса заключается в использование средств трибодиагностики для оценки работоспособности деталей, изготовленных из черных (ферромагнитных) и цветных металлов и сплавов (парамагнитных) по анализу смазочного масла позволяет:

1. Максимально использовать ресурс работы, проводя ремонты не по регламенту, а по фактическому состоянию оборудования.

2. Предупреждать аварийные ситуации.

3. Оценить эффективность замены импортных запасных частей отечественными аналогами.

4. В любой момент времени иметь информацию о техническом состоянии узлов трения без остановки механизма и разборки узлов трения.

5. Оценивать смазочную способность масел и своевременно назначать сроки замены масла в системе смазки.

6. Повысить качество и культуру обслуживания.

В настоящий момент уделяется много времени разработке методов диагностирования технического состояния газотурбинных двигателей по продуктам износа деталей, омываемых маслом, в создании методик поиска и устранения неисправностей при повышенном содержании продуктов износа и стружки в масле.

Основными инструментами трибодиагностики являются спектральный и феррографический анализы.

Спектральный анализ проб масла позволяет определять концентрацию продуктов износа в маслосистеме, изменяющуюся в зависимости от степени износа. Существуют специальные программы, позволяющие при помощи того же оборудования определять марку материала стружки, что существенно повышает достоверность определения источника дефекта.

Феррографический анализ проб масла позволяет определять размер частиц износа и характер износа.

Для анализа проб масла составлены атласы частиц износа и разработаны методики выявления неисправностей узлов двигателей.