Разработка методов и средств повышения эксплуатационной надежности системы "конвертированный авиационный двигатель – нагнетатель природного газа

• Автор: Медведев, Станислав Данилович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 390 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМ
«КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА»
1.1. Методология реконструкции объектов ГТС
1.1.1. Критерии и требования вывода объектов в реконструкцию
1.1.1.1 .Системные критерии
1.1.1.2. Критерии вывода в реконструкцию объектов КС
1.1.2. Характеристика работ, относимых к категории «реконструкция»
1.1.3. Обоснование реконструкции как необходимого направления работ по обеспечению надежного функционирования объектов ГТС
1.1.4. Цели реконструкции газотранспортной системы
1.1.5. Принципы формирования программы реконструкции ГТС
1.1.6. Современная концепция реконструкции компрессорных станций
1.1.7. Особенности подходов к реконструкции объектов ГТС
1.1.8. Реконструкция компрессорных станций с использованием конвертированных авиационных технологий
1.2. Экономическая целесообразность различных видов модернизации
1.2.1. Определение эффективности инвестиций при реконструкции КС с
заменой ГПА
1.2.2. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТПУ
1.2.3. Расчет экономической эффективности внедрения технологии ТГДУ
1.3. Конструктивные особенности ГПА с авиационным приводом
1.4. Анализ причин отказов систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа»
1.4.1. Ротор нагнетателя
1.4.2. Соединительная муфта (торсионный вал, зубчатая обойма)
1.4.3. Главный насос смазки (ГНС)
1.4.4. Уплотнения и подшипники скольжения опорные
1.4.5. Критерии отказов и предельных состояний узлов и деталей, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный . двигатель - нагнетатель природного газа»
1.5. Анализ публикаций по конвертированным авиационным технологиям, используемым при реконструкции систем «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа»
1.6. Постановка задач исследования
Выводы по гл.
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ «КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ
ПРИРОДНОГО ГАЗА» И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ
2.1. Разработка системы учета, обработки и анализа информации об отказах ГГ1А-Ц-16
2.1.1. Разработка программного обеспечения
2.1.2. Выбор нормируемых показателей надежности ГПА-Ц-16. Результаты

анализа эксплуатационной надежности
2.1.3. Расчет надежности системы «конвертированный авиационный двигатель
- нагнетатель природного газа»
2.2. Анализ дефектов уплотнений ГПА ООО «Газпром трансгаз Самара»
2.2.1. Расчет наработки на отказ
2.2.2. Определение наработки до отказа и вероятности отказа
2.2.3. Определение требуемых показателей надежности ТГДУ
2.3. Статистика дефектов опорных узлов конвертированных авиационных приводов НК-12СТ и НК-14СТ ООО «Газпром трансгаз Самара»
2.3.1. Качественный анализ надежности
2.3.2. Количественный анализ надежности
2.3.3. Расчет эмпирических характеристик
2.4. Экспериментальные исследования факторов, определяющих работоспособность элементов и узлов, лимитирующих надежность систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа» в условиях эксплуатации
2.4.1. Изучение условий работы систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»
2.4.2. Разработка программного обеспечения по обработке вибро- и тензосигнапов
2.4.3. Исследование эксплуатационной нагруженности элементов систем «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного
газа»
2.4.4. Результаты исследования вибрационного состояния нагнетателя на различных режимах эксплуатации
2.4.5. Выявление факторов, форсирующих появление отказа
Выводы по гл.
3. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ
«КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА> ГПА
3.1. Разработка гидродинамических демпферов в опору свободной турбины конвертированных двигателей НК-12СТ и НК-14СТ
3.1.1. Расчетная модель системы «СТ - нагнетатель»
3.1.2. Расчет собственных частот и форм колебаний валопровода НК-14СТ
3.1.3. Вынужденные колебания. Анализ возможных комбинаций дисбалансов системы «СТ - нагнетатель»
3.1.4. Определение критериев оптимального демпфирования
3.1.5. Выбор оптимального демпфирования в опорах двигателя НК-ИСТ
3.1.6. Разработка конструкции демпфера
3.1.7. Оценка увеличения ресурса
3.2. Применение электромагнитных подвесов в системах «конвертированный авиационный двигатель - нагнетатель природного газа»
! 3.2.1. Анализ типов магнитных подвесов
: 3.2.2. Выбор параметров ЭМП для ГПА-Ц-

3.2.3. Разработка систем управления магнитными подшипниками
3.2.4. Анализ результатов эксплуатации
3.3. Реконструкция систем «конвертированный авиационный двигатель -нагнетатель природного газа» за счет использования технологии уплотнений с газовой смазкой
3.3.1. Обоснование необходимости перехода на ТГДУ
3.3.2. Теоретические основы проектирования ТГДУ
3.3.3. Надежность ТГДУ. Анализ конструкций ТГДУ с целью выявления путей повышения надежности
3.4. Использование процесса термопластического упрочнения для повышения эксплуатационных характеристик деталей турбин
3.4.1. Сравнительный анализ методов упрочнения
3.4.2. ТПУ лопаток турбин
3.4.3. ТПУ дисков турбин
Выводы по гл.
4. СОЗДАНИЕ СТЕНДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДОВ
УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ «КОНВЕРТИРОВАННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - НАГНЕТАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА»
4.1. Выбор методов и средств ускоренных испытаний
4.1.1. Необходимость применения методики ускоренных испытаний
4.1.2. Выбор и оптимизация режимов испытаний по критериям совместимости принципов и автомодельности процессов разрушения
4.1.3. Оценка показателей надежности системы «конвертированный авиационный двигатель — нагнетатель природного газа» ГПА по результатам ускоренных испытаний
4.2. Экспериментальное исследование по оценке ресурса ротора центробежного компрессора с использованием методов ускоренных испытаний
4.2.1. Методика проведения исследования
4.2.2. Построение математических моделей, отражающих физические закономерности процессов, происходящих в деталях ротора при эксплуатации и при проведении ускоренных испытаний
4.2.3. Испытания препарированного ротора центробежного компрессора на стенде
4.2.4. Отработка методов ускоренных испытаний стандартных и специальных образцов
4.3. Эквивалентные испытания ТГДУ
4.3.1. Основы моделирования условий эксплуатации при доводке ТГДУ
4.3.2. Выбор определяющих параметров уплотнений и режимов работы динамического стенда при стендовых эквивалентных испытаниях ТГДУ
I 4.3.3. Моделирование попадания масла в проточную часть ТГДУ
4.4. Разработка стендового оборудования для испытания ТГДУ
}. 4.4.1. Динамический стенд для исследования работоспособности пары трения
при малых перепадах давления
[ 4.4.2. Стенд для статических испытаний ТГДУ

на новый ГПА-16М-02 «Урал» с авиационным приводом ПС-90СТ. Моторесурс ГПУ-10 истек и его использование без проведения замены нагнетателя и двигателя технически невозможно.
Целью реконструкции КС является восстановление проектной производительности участка газопровода, обеспечение более надежной и стабильной работы КЦ за счет увеличения межремонтных периодов основного и вспомогательного оборудования, связанной с установкой нового современного оборудования, которое обладает высоким КПД, высокой степенью автоматизации, малыми сроками монтажных и ремонтных работ и позволяет снизить расход топливного газа, эксплуатационные затраты и затраты на ремонтное оборудование.
Методика оценки эффективности инвестиций
Оценка эффективности инвестиций в реконструкцию КС с заменой турбоагрегата (ГПУ-10 на ГПА-16М-02 «Урал») [20] выполнена в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов» (вторая редакция), утвержденных Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике №ВК 477 от 21.06.1999г., а также в соответствии с Методикой расчета тарифов на услуги по транспортировке газа по магистральным газопроводам, утвержденной приказом ФСТ России от 23.08.2005 № 388-э/1 (с изменениями и дополнениями). Эффективность инвестиций, сопряженных с расширением или реконструкцией действующей производственной системы, определяется с учетом производства по системе в целом, включая возможный в результате проекта прирост производственной программы. В расчетах используются действующие цены на продукцию (тарифы на услуги). В денежных потоках по предприятию в целом учитываются: выручка с учетом изменения производительности «с проектом», расходы по операционной деятельности с изменениями от влияния проекта, расходы на инвестиции по проекту.
При отрицательном результате в отраслях с устойчивой потребностью в товарной продукции допускается ценовая корректировка для уровня достижения установленных показателей рентабельности.
В конкретном рассматриваемом проекте реконструкции КС с заменой агрегата в оценке эффективности инвестиций проекта приняты плановые основные показатели деятельности предприятия ООО «Газпром трансгаз Самара» на 2008 год:
- товарно-транспортная работа —38,721 трлн. м3 км;