1.2.8. Показники довговічності

Довговічність ГТУ і компресорів обмежується граничним станом, що настає рано чи пізно внаслідок діючих навантажень, експлуатаційних факторів, що погіршують їх технічний стан.

Граничний стан оцінюється за відповідними ознаками чи параметрами, що обумовлюється у відповідній нормативно-технічній документації (НТД). Вимоги НТД є обов’язковими і повинні неухильно виконуватися при експлуатації ГТУ і компресорів.

Довговічність об’єктів експлуатації залежить від природних процесів зносу і старіння, що протікають під дією експлуатаційних факторів. Вона не враховує, що руйнування об’єктів настає через допущені виробничі дефекти чи випадкові відмови, викликані технічними причинами. Кількісно довговічність оцінюється ресурсом або терміном служби.

Ресурс – наробіток об’єкта від початку експлуатації чи її поновлення після ремонту до граничного стану. Розрізняють гарантійний, міжремонтний і призначений ресурси.

Гарантійний ресурс – наробіток об’єкта (в годинах), у межах якого виготовлювач гарантує безвідмовну його роботу за умови дотримання споживачем правил експлуатації, у тому числі правил збереження і транспортування.

Протягом гарантійного ресурсу відмови й пошкодження, що виникають на об’єкті, виробник усуває самотужки і за свій рахунок.

Міжремонтний ресурс – наробіток об’єкта між двома послідовними ремонтами. Він установлюється на основі комплексу досліджень виробничих і стендових випробувань і узагальнення досвіду експлуатації об’єкту.

Призначений ресурс – сумарний наробіток об’єкта, при досягненні якого експлуатація повинна бути припинена незалежно від його стану. Призначені ресурси по характеру обґрунтування розподіляються на розрахункові, тобто обґрунтовані відповідними розрахунками, і підтверджені, тобто обґрунтовані різними випробовуваннями. Процес підтвердження ресурсу є ступінчатим, поетапним.

Термін служби – календарна тривалість експлуатації об’єкта від її початку до настання граничного стану.

1.2.9. Методи визначення і збільшення ресурсу

Найважливіша проблема при визначенні ресурсу – правильне й об’єктивне виявлення зв’язку ресурсу і надійності.

При будь-якій системі встановлення ресурсу повинні бути обґрунтовані гранично допустимі значення наробітку відповідальних елементів агрегатів і зон конструкції. Тому первісною основою для оцінки обмежень величини ресурсу є розрахункова довговічність.

Для одержання експериментальних обґрунтувань значень ресурсу проводять різні види випробувань вузлів і систем ГПА. При цьому вибираються можливі шляхи призначення норм довговічності (рис. 6).

Рис. 6. Можливі шляхи призначення норм довговічності

Після того як установлені норми показників довговічності, граничний стан експлуатованих об’єктів, можливо обґрунтувати вибір ресурсів і термінів служби.

Для одержання експериментальних обґрунтувань значень ресурсу проводяться різні види випробувань (статистичні, на втомлюваність, еквівалентні), але в основу цих методів покладене узагальнення досвіду експлуатації об’єктів в реальних умовах. Ресурс для нового виробу призначають мінімальний, виходячи з досвіду експлуатації аналогічних конструкцій у минулому. Надалі ресурс уточнюють.

Методи підходу до оцінки ресурсів конструкцій ГТУ і компресорів можуть бути розділені на дві групи: розрахункові та експериментальні. Матеріали по розрахунковій довговічності і результати експериментальних випробувань є основою для підтвердження ресурсів.

В розрахункових методах виходять із пропозиції, що довгові-чність обмежується втомлюванісними властивостями конструкції, отже, мова йде про ресурс на міцність конструкції. Найбільше поширення отримав метод, заснований на гіпотезі лінійного підсумовування втомлюваних пошкоджень. Відповідно до цієї гіпотези, втомлюване руйнування є лінійною функцією числа циклів навантаження. Умова руйнування має вид:

де n_i – число циклів навантаження визначеної амплітуди; N_i – загальна кількість циклів навантаження тієї ж амплітуди; R – число рівнів циклів, різних по амплітуді.

Звідси випливає, що руйнування відбувається тоді, коли сума всіх питомих ушкоджень дорівнює одиниці.

Імовірність руйнування в загальному вигляді:

а імовірність неруйнування P(t) = 1 – Q(t).

Схема підсумовування ушкоджень для ГТУ представлена на рис.7.

Ламана лінія ОК означає закон, що задається при розрахунках, накопичення ушкоджень. Фактичний процес накопичення втомлюваних пошкоджень у конструкції зображений на рис. 7.

З кривої Oabc випливає, що імовірність неруйнування P(t) = 0,5, що задається законом накопичення ушкоджень ОК, може відповідати дійсній імовірності неруйнування за законом Oabc значно вищій, наприклад, порядку 0,99. Однак, з огляду на складність конструкції ГТУ, а також умови їх навантаження в процесі експлуатації, отримана в такий спосіб імовірність неруйнування (0,99) є недостатнім аргументом того, що в елементах конструкції не з’являться тріщини, деформації.

Рис. 7. Схема додавання пошкоджень:

1 – лінійний закон накопичення пошкоджень від втомлюваності;

2 – фактичне накопичення пошкоджень від втомлюваності

При цьому виникає необхідність проведення періодичних оглядів з метою виявлення несправностей, що з’являються в експлуатації, і ушкоджень у всіх функціональних системах ГТУ. Можна припустити, що на початку експлуатації частота оглядів може бути невеликою, але в міру збільшення наробітку вона буде збільшуватися і відповідно терміни між черговими оглядами будуть зменшуватися. Це твердження доведене практикою. Разом з тим необхідно визначати і розраховувати імовірність неруйнування таких елементів і вузлів газотурбінної установки, як диски компресорів і турбін та.ін., де недопустиме утворення тріщин.

Необхідно знати в якій області амплітуд навантажень відбувається найбільше нагромадження ушкоджень від втомлюваності.

Метод дотичності заснований на визначенні терміну служби шляхом зіставлення графіка витривалості розглянутої конструкції і графіка інтегральної повторюваності експлуатаційних навантажень.

Метод передбачає, що при цьому в наявності є графіки витривалості розглянутої конструкції, отримані в лабораторних умовах на спеціальних стендах. А графіки інтегральної повторюваності навантажень отримуються при експлуатаційних випробуваннях ГТУ безпосередньо на КС магістральних газопроводів. Основною особливістю експлуатаційних випробувань ГТУ в умовах КС у порівнянні зі стендовими є можливість дослідження характеру зміни параметрів ГТУ при значному наробітку агрегатів.

Визначення ресурсу проводиться у такий спосіб (рис. 8).

Рис. 8. Схема визначення довговічності методом дотику:

1 – крива інтегрального повторення навантажень; 2 – зміщена крива;

3 – крива витривалості

Криву інтегральної повторюваності навантажень зміщають вправо до співдотику з кривою витривалості. Абсциса точки дотику А вказує число циклів N₂. Відношення дає число періодів, прийнятих при визначенні інтегральної повторюваності навантажень до руйнування конструкції. Ординати в точок А і А1 ті самі.

Ресурс T_pec у цьому випадку визначається як добуток часу t_п, що вимірює тривалість одного періоду, на їхнє число:

Однак дотепер метод дотичності не має досить обґрунтованих теоретичних пояснень і дає більш високі значення ресурсу. Ця обставина обмежує його застосування на практиці.

Експериментальні методи полягають у проведенні як прискорених еквівалентних випробувань на натурних стендах, так і в умовах експлуатації.

В умовах КС мають місце такі процеси, як ерозійний знос і забруднення проточної частини нагнітача і газотурбінного привода, корозія деталей нагнітача при компримуванні природного газу з підвищеним вмістом сірководню.

З метою придбання досвіду експлуатації ГТУ і впровадження нових перспективних розробок по визначенню ресурсу, а також виявлення особливостей роботи агрегату при тривалій експлуатації на КС створюють дослідно-промисловий комплекс, що дозволяє проводити випробування агрегатів у реальних умовах експлуатації магістрального трубопроводу.

Основними особливостями таких випробувань, що відріз-няються від стендових, є велика тривалість випробувань, зв’язана з необхідністю дослідження причин відмовлень і несправностей окремих вузлів, а також процесів сірководневої корозії деталей нагнітача й ефективності роботи ГТУ.