Кроме оценки общего уровня технического состояния ГПА, на практике имеет место потребность распознавания разнотипных дефектов конструкции узлов и механизмов газоперекачивающих агрегатов. Выявление дефектов ГПА традиционно осуществляется методом узкополосного частотного анализа с помощью эталонных спектров, свойственных колебаниям корпусов подшипников агрегатов с заведомо известными дефектами. Опыт эксплуатации ГПА идентифицирует опорные и опорно-упорные подшипники ТВД и ТНД как наиболее информативные точки измерения уровня вибрации, обеспечивающие запись спектров виброскорости с характерными признаками практически всех встречающихся дефектов (коробление корпуса в условиях стеснения тепловых расширений, несоосность подшипников, монтажные перекосы, расцентровки роторов, изменение натяга на вкладышах подшипников, появление овальности шейки вала, изменение вертикального зазора подшипника, механическая разболтанность подшипниковых узлов, обрыв пера лопатки и т.д.).
Однако на ранней стадии развития большинства неисправностей или при одновременном зарождении нескольких дефектов трактовка виброспектра зачастую бывает сопряжена в значительной мере с неопределенностью. В первой главе диссертационной работы показано, что наряду с немногочисленными спектрами, по структуре которых может быть однозначно определен тип дефекта ГПА, нередка ситуация наложения нескольких характерных признаков дефектов различного типа, что не позволяет однозначно их классифицировать. Кроме того, не последнюю роль в адекватном распознавании спектров играет и степень субъективности в оценках экспертов.
Следствием отмеченных недостатков традиционного подхода к решению задач вибродиагностики явился не снижающийся уровень аварийности газоперекачивающего оборудования РАО «Газпром» - 1,5-2,58 отк/ГПА*год, который информирует о несостоятельности использующихся теоретических предпосылок как достаточных для адекватной идентификации технического состояния газоперекачивающего оборудования.
В заключении первой главы сделаны выводы о необходимости разработки более эффективных методов интерпретации спектров виброскорости, повышающих степень достоверности формируемого заключения о техническом состоянии ГПА.
Во второй главе рассматриваются вопросы оценки технического состояния газоперекачивающего оборудования на основе интерпретации спектров виброскорости колебаний корпуса опорно-упорного подшипника (ОУП) ТНД ГПА.
В первом разделе главы проводится статистический анализ данных по наработке на аварийный отказ агрегатов по окончании очередного капитального ремонта. Опыт эксплуатации газоперекачивающего оборудования показал, что интенсивность аварийных отказов ГПА изменяется на различных этапах их эксплуатации. Проверка статистической гипотезы показала, что наработка ГПА на отказ подчиняется закону распределения Вейбулла. Для агрегатов типа ГТК-10 были определены параметры этого распределения, анализ изменения которых позволил выделить три характерных периода эксплуатации газовых турбин. На первом этапе (от 0 до 9000 часов) интенсивность отказов уменьшается, на интервале от 9000 до 20000 часов стабилизируется и в дальнейшем монотонно возрастает, характеризуя процессы старения и износа оборудования. Было установлено, что период эксплуатации от 9000 часов до 20000 часов является практически безопасным, тогда как эксплуатация агрегата с наработкой более 27000 часов характерна наивысшей степенью опасности.
Во втором разделе главы обобщены данные виброобследований 22 агрегатов типа ГТК-10 (более 500 спектров колебаний элементов ГПА в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном, осевом и поперечном) за три года их эксплуатации.
Дальнейшими исследованиями было установлено, что оценка технического состояния агрегатов традиционным методом - по величине интегрального уровня вибрации - малодостоверна, так как более 70% аварийных отказов происходит при уровне вибрации, соответствующем оценке ДОПУСТИМО.
В диссертации в качестве параметра, дополняющего информационную базу, анализ которой позволяет получать заключение о состоянии ГПА, было предложено использовать значение интегральной виброскорости, определяемой по величине площади под огибающей спектра во всем диапазоне частот от 10 до 400 Гц. Анализ характера изменения этого параметра во времени показал, что интегральная виброскорость уменьшается при нормальной эксплуатации ГПА и растет по мере приближения к моменту аварии.
Однако, несмотря на несомненную информативность интегральной виброскорости при наличии в спектре вибрации широкополосных шумовых составляющих, данная характеристика не позволяет распознавать дефекты, развитие которых сопровождается интенсивным ростом отдельных гармоник спектра: дисбаланс ротора ТНД, исчезновение натяга ОУП ТНД и другие типы дефектов, развитие которых сопровождается резким ростом отдельных гармоник, зачастую не могут быть идентифицированы по величине интегральной виброскорости.
Для увеличения степени достоверности заключения о техническом состоянии ГПА в заключительном разделе второй главы предлагается способ классификации спектров виброскорости на основании положений теории распознавания образов. В рамках данной теории была осуществлена классификация тестируемого спектра виброскорости колебаний корпуса ОУП ТНД на предмет принадлежности его либо к классу «бездефектного», либо к классу «предаварийного». В качестве генерального признака был принят 340-мерный вектор, компонентами которого являлись значения амплитуд виброскорости на каждой спектральной частоте. Характерные особенности спектров и признаков позволили выявить наиболее приемлемый алгоритм реализации метода - построение разделяющей гиперплоскости в 340-мерном пространстве признаков классификации.