Файл: Анализ условий и технологий эксплуатации магистральной нефтеперекачивающей станции Раскино.pdf

вызванных монтажом при изготовлении и монтаже НА, возникают различия базовых характеристик от паспортных. При значительной разнице между базовыми и паспортными характеристиками, необходимо проводить доводку
НА, что подразумевает под собой пересчет коэффициентов аппроксимации, необходимых для вычисления базовых характеристик.
В процессе эксплуатации НА собираются его характеристики, которые называется фактическими или текущими. Сравнение базовых и фактических характеристик между собой является сутью проведения диагностирования технического состояния НА.
На основании проведенных исследований в рассматриваемой методике для произведения вычислений принимают КПД электродвигателя равным по значению КПД электродвигателя, работающего на номинальной мощности.
Значения КПД электродвигателей при номинальной мощности указаны в
Приложении Б [14].
Согласно методике, описанной в источнике [15], было выбрано оптимальное число наблюдений, равное m = 21 (см. Приложение В), что обеспечивает достоверность полученных данных в результате использования этой методики. В то же время в зависимости от разброса измеренных значений от среднего и необходимой точности, оптимальное число измерений может быть изменено в необходимую сторону (увеличиться или уменьшиться).
4.4 Метод диагностирования технического состояния насосного
агрегата
Основой метода диагностирования является процесс сравнения базовых характеристик с фактическими. Для сравнения необоримо произвести статистическую обработку параметров, полученных для режимов работы НА за один день и через 2100-3000 часов наработки

Накопление повреждений и износ деталей в процессе эксплуатации насосного агрегата ведет к изменению его технического состояния. Такие элементы, как лопатки рабочего колеса у входной и выходной кромок, щелевые уплотнения рабочего колеса, торцовые уплотнения, металл проточной части улиток корпуса насоса. Режим эксплуатации, качество сборки, количество механических примесей перекачиваемой среды, начальное состояние НА и его индивидуальные особенности напрямую влияют на скорость потери его работоспособности, что ведет к выводу – для каждого насоса необходим индивидуальный расчет и базу с целью сравнения текущих характеристик.
Потери, делящиеся на гидравлические, механические и объемные, напрямую зависят от износа НА, вследствие чего снижается полный КПД, а также все его компоненты, что отображается деформацией на характеристиках НА.
Для получения объективной информации о износе частей насоса можно получить сопоставлением базовых характеристик насоса с деформированным характеристиками этого же насоса, учитывая его технологический номер, потому что в результате большого количества опытов выявлено уменьшение
КПД на 1-2% тех насосных агрегатов, которые стоят первыми по потоку, в сопоставлении с теми насосными агрегатами, которые стоят по потоку далее при одинаковых величинах времени наработки и подаче.
Опытным путем было установлено, что конкретным деформациям характеристик соответствуют определенные причины. Такие зависимости представлены в таблице 4.1, а также и на рисунке 4.1

Таблица 4.1. – Причины деформации насосов
Описание
Возможные причины
Вид деформации характеристик, представленных на рисунке 4.1
В сравнении с базовыми значениями
КПД насоса остается в оптимальных значениях, но сам насос, потребляя меньшую мощность, создает меньший напор.
1.
КПД двигателя ниже паспортного;
2.
Уменьшенный диаметр РК;
3.
Искажение отливки
РК.
А
В сравнении с базовыми значениями мощность остается в районе оптимальных значений, в то же время создавая меньший напор с меньшим
КПД.
1.
Увеличение шероховатости проточной части корпуса насоса.
2.
Грубая, некачественно обработанная поверхность межлопаточных каналов
РК и корпуса.
3.
Колесо установлено несимметрично относительно вертикальной оси улитки насоса
Б
В сравнении с базовыми значениями насос потребляет большую мощность, создавая тот же напор, но с меньшим
КПД
1.
Дефекты подшипниковых узлов и их сборки.
2.
Расцентровка частей НА
3.
Прогиб вала.
4.
Работа около критических оборотов.
5.
Контакт в уплотнении РК
6.
Загрязнение внутренней полости электродвигателя
7.
Повышенный температурный режим работы двигателя
В
В сравнении с базовыми значениями насос потребляет большую мощность, но в то же время создает больший напор без изменения значений КПД.
1.
Наружный диаметр
РК увеличен
Г
В сравнении с базовыми значениями насос создает настолько меньший напор, что его падение имеет срывной характер, в то же время КПД насоса резко сокращается.
1.
Недостаточный подпор на входе в насос, кавитация
Д

В сравнении с базовыми значениями подача насоса и КПД имеют меньшие значения, при заданных значениях напора
1.
Увеличены (но не чрезмерно) утечки через уплотнения рабочего колеса и вала
Е
В сравнении с базовыми значениями напор и КПД ниже этих значений, в то время как насос потребляет большую мощность
1.
Чрезмерные утечки через уплотнение рабочего колеса и торцовые уплотнения
2.
Пропускает обратный клапан
Ж
В сравнении с базовыми значениями значения КПД и мощности лежат в пределах нормы, в то время как напор явно имеет меньшие значения, особенно в областях больших и малых подач
1.
Наличие крупнодисперсных включений газа в перекачиваемой жидкости
(но не более 2 - 5 % по объему)
З
В сравнении с базовыми значениями мощность значения КПД, напора и мощности лежат в оптимальных пределах, но для работы насоса требуется большее значение допускаемого значения кавитационного запаса.
1.
Износ входных кромок лопатки РК
И
В сравнении с базовыми значениями мощность остается неизменной, но напорная характеристика проходит круче, в то время как напор при нулевой подаче имеет более крутую характеристику. Значение максимального КПД снижается в направлении меньших подач.
1.
Площади спирального отвода уменьшены по сравнению с расчетными
К
В сравнении с базовыми значениями мощность остается низменной, КПД, смещаясь в сторону большей подачи, возрастает, а насос имеет более пологую напорную характеристику.
1.
Перерасширение площади спирального отвода
Л

Рисунок 4.1 – Деформации характеристик
Пунктирные линии – базовые характеристики; сплошные линии – фактические характеристики.
Расчет с целью проведения диагностирования текущего состояния НА, основной задачей которого является выявление причин деформации его характеристик, выполняется в том случае, если имеются значительные различия между базовыми и эксплуатационными характеристиками. При их наличии НА может быть выведен из режима работы для ремонта. Само же сопоставление базовых характеристик паспортным происходит также, как процесс сравнения базовых и текущих характеристик. После проведения работ по определению причин деформации и доводке НА, согласно методике, определяются коэффициенты аппроксимирующих уравнений, которые записываются в базу данных, для последующих анализа и обработки.

4.5 Сбор и статистическая обработка параметров для получения базовых
и фактических характеристик насосного агрегата
Сам процесс сбора и обработки параметров, необходимых для осуществления расчета текущих и базовых характеристик аналогичен, хотя существует единственное отличие: данные для текущих характеристик собираются для фактических режимов работы НА, а для базовых – для всех режимов работы.
Контроль стационарности режима осуществляется по Q(P
вх
. или Р
вых
.).
Набирается m (не менее 21) значений Q
j
(Р
вх.j
или Р
вых.j
), по которым подсчитывается среднее значение:
????̅
????
(????̅
вх.????
; ????̅
вых.????
) =
1
????
∙ ∑
????
????
(????
вх.????
; ????
вых.????
)
????
????=1
(4.4)
Делается проверка
????̅
????
(????̅
вх.????
;????̅
вых.????
)−????
????
(????
вх.????
;????
вых.????
)
????̅
????
(????̅
вх.????
;????̅
вых.????
)
∙ 100 ≤ 3, %
(4.5)
Значения параметров, полученных при текущих режимах работы, подлежат дальнейшем обработке в том случае, если неравенства (4.5) выполняются. В случае, если условия этого неравенства не соблюдаются, то эти значения исключаются из расчетов, а на их место добираются другие значения.
В силу того, то формулы расчета статистических характеристик идентичны для всех исследуемых параметров, то имеет смысл ввести обобщенное значение для эксплуатационных параметров – x.
Определение среднего арифметического значения по имеющимся измеренным значениям x
j
:
????̅
????
=
1
????
∙ ∑
????
????
????
????=1
(4.6) где m – число наблюдений.

Таким образом, получаем величины
????̅
????
,
????̅
????
,
????
вх.????
,
????̅
вых.????
,
????̅
????
,
????̅
????
,
????̅
????
В дальнейшем величины
????̅
????
,
????̅
????
,
????
вх.????
,
????̅
вых.????
,
????̅
????
,
????̅
????
,
????̅
????
, называются результатами измерений, а величины Q
j
, Р
вх.j
, P
вых.j
, N
j
, n
j
, ρ
j
, v
j
- результатами единичных наблюдений.
Определение оценки среднего квадратичного отклонения (СКО) результата наблюдений:
????(????
????
) = √
∑
(????
????
−????̅
????
)
2
????
????=1
????−1
(4.7)
По этой формуле получаем значения: S(Q
j
), S(P
вх.j
), S(P
вых.j
), S(N
j
), S(n
j
),
S(ρ
j
), S(v
j
).
Проверка однородности полученных наблюдений параметра х проводится для исключения грубых ошибок. Для этого вычисляется относительное уклонение результата наблюдения x
j
от среднего арифметического
????̅
????
, выраженное в долях СКО:
????
????????
=
|????̅
????
−????
????
|
????(????
????
)
∙ √
????
????−1
(4.8)
Полученное значение
????
????????
сравнивается с табличным, зависящим от числа наблюдений m и доверительной вероятности Р
α
. Табличные значения
υ
табл
. для Р
α
= 0,95 и m = 3 – 25 даны в Приложении Г.
Если
????
????????
>
????
табл то наблюдение x j
отбрасывается как грубо ошибочное с вероятностью 0,95, тогда и S(x
j
) пересчитываются заново без учета исключенного результата наблюдения. Если (m – 1) < 21, то добирается еще одно значение параметра х.
Аналогично проверяется принадлежность общему ряду следующего результата наблюдения x
j+1
и т.д.
Значения
????
табл относятся к нормативно-справочной информации и хранятся в базе данных.

Определение оценки СКО результата измерения:
????(????̅
????
) =
????(????
????
)
√????
= √
∑
(????
????
−????̅
????
)
2
????
????=1
????∙(????−1)
(4.9)
Без проверки принимаем предположение, что результаты наблюдений
x
j
принадлежат к нормальному распределению.
Доверительные границы
????????̅
????
случайной погрешности результата измерения определяются по формуле:
????????̅
????
= ???? ∙ ????(????̅
????
),
(4.10) где t – коэффициент Стьюдента, зависящий от доверительной вероятности Р
α и числа результатов измерения m.
Табличные значения t для Р
α
= 0,95 даны в Приложении Г.
Значения коэффициента t относятся к нормативно-справочной информации и хранятся в базе данных.
Доверительные границы неисключенной систематической погрешности
ө????̅
????
результата измерения определяются по формуле:
ө????̅
????
= 1,1 ∙ ∆????̅
????
,
(4.11) где
∆????̅ – предел систематической погрешности средств измерений величины
????̅
????
∆????̅
????
=
ℎ∙????̅
????
100
,
(4.12) где h – класс точности средства измерения.
Суммарная погрешность результата прямого измерения определяется по формуле:
∑ ????̅
????
= √????????̅
????
2
+ ө????̅
????
2
= √[???? ∙ ????(????̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
????
]
2
(4.13)

Согласно формуле (4.13), суммарные погрешности прямых измерений параметров
????̅
????
,
????̅
????
,
????
вх.????
,
????̅
вых.????
,
????̅
????
,
????̅
????
,
????̅
????
, характеризующих текущий i-ый режим работы насосного агрегата, вычисляются по формулам:
∑ ????̅
????
= √[???? ∙ ????(????̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
????
]
2
∑ ????̅
вх.????
= √[???? ∙ ????(????̅
вх.????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
вх.????
]
2
∑ ????̅
вых.????
= √[???? ∙ ????(????̅
вых.????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
вых.????
]
2
∑ ????̅
????
= √[???? ∙ ????(????̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
????
]
2
∑ ????̅
????
= √[???? ∙ ????(????̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
????
]
2
∑ ????̅
????
= √[???? ∙ ????(????̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅
????
]
2
∑ ????̅̅
????
= √[???? ∙ ????(????̅̅
????
)]
2
+ [1,1 ∙ ∆????̅̅
????
]
2
Относительные предельные погрешности измерения этих параметров будут иметь вид:
????????̅
????
=
∑ ????̅
????
????̅
????
∙ 100, %
(4.14)
Относительная предельная погрешность определения напора i-ого режима насосного агрегата находится по формуле:
????????̅
????
= √(
1
????
̅
????
∙????∙????
̅
????
)
2
∙ [(????????̅
вх.????
∙ ????̅
вх.????
)
2
+ (????????̅
вых.????
∙ ????̅
вых.????
)
2
] + (????????̅
????
)
2
(4.15) где g – ускорение свободного падения, м/с
2
;
????̅
????
– напор, м.
????̅
????
=
????̅
вых.????
−????̅
вх.????
????
̅
????
∙????
(4.16)

Среднее значение КПД насоса для i-ого режима подсчитывается по формуле:
????
????
=
????
̅
????
∙????̅
????
∙????̅
????
102∙????̅
????
∙????
эл.двиг.
∙ 10 4
, %
(4.17)
Полученные значения параметров насоса (подача, напор, мощность и
КПД) должны быть нормализованы (приведены) согласно формулам следующего раздела. После приведения получим величины
????
пр.????
,
????
пр.????
,
????
пр.????
,
????
пр.????
Окончательно расчетные формулы для определения относительных предельных погрешностей приведенных значений параметров НА записываются следующим образом:
????????̅
пр.????
= √(????????̅
????
)
2
+ (????????̅
????
)
2
(4.18)
????????̅
пр.????
, = √(????????̅
????
)
2
+ 4 ∙ (????????̅
????
)
2
(4.19)
????????̅
пр.????
= √(????????̅
????
)
2
+ 9 ∙ (????????̅
????
)
2
(4.20)
????????
пр.????
= √(????????̅
????
)
2
+ (????????̅
????
)
2
+ (????????̅
????
)
2
+ (????????̅
????
)
2
(4.21)
Абсолютные предельные погрешности определения параметров насоса, характеризующих текущий i-ый режим работы, находятся по формулам:
????????
пр.????
=
????????
пр.????
∙????
пр.????
100
(4.22)
????????
пр.????
=
????????
пр.????
∙????
пр.????
100
(4.23)
????????
пр.????
=
????????
пр.????
∙????
пр.????нас
100
(4.24)
????????
пр.????
=
????????
пр.????
∙????
пр.????
100
(4.25)
Мощность на валу насоса N
пр.i.нас
. определяется по известной формуле:
????
пр.????нас.
=
????
пр.????
∙????
эл.двиг.
100
(4.26)