Кем (compressor and power machine industry) 1(43) 2016 by journal.mikem

Содержание № 1(43)

К сведению авторов журнала......... 2

насосов атомных

дизеля использованием

станций Украины........................... 14

его тепла......................................... 35

ЮБИЛЕЙ

Радионов А. В.

«Товариществу реализации

Влияние испаряемости

ТЕХНОЛОГИЯ

инженерных задач» («ТРИЗ») –

магнитной жидкости на

Іванов В. Г.

25-лет.............................................. 3

работоспособность и

Металографічні

К 60-летию Юрия Сергеевича

техногенную безопасность

дослідження графітних

Бухолдина....................................... 6

магнитожидкостных

вкраплень У

герметизирующих

відцентровій

комплексов..................................... 25

заготовці для

РЕАЛИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Bilyk Y. I.,

поршневих кілець........................... 40

Martsinkovskyy V. S.,

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И

Nosova O. A.,

МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИЙ

Yurko V. I., Tarelnyk V. B.

Горовий С. О.

КОНТРОЛЬ И

Increasing the carrying

Розрахунок опор-

ДИАГНОСТИКА

capacity of thrust bearings............... 8

ущільнень насосу з

Стеценко А. А.

самовпорядкованим ротором......... 31

Обеспечение безопасности и

ИССЛЕДОВАНИЯ Кучер С. А.,

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

надежности

Гиря М. П.

ОБОРУДОВАНИЯ

оборудования

Исследование

Радченко Р.Н., Богданов Н. С.,

повышенной

параметров, определяющих

Щербак Ю. Г.

опасности....................................... 45

старение главных

Охлаждение наддувочного

циркуляционных

воздуха малооборотного

Авторское соглашение.................... 56

К сведению авторов журнала Научные статьи, предлагаемые к публикации в журнале «Компрессорное и энергетическое машиностроение», принимаются к печати на украинском, русском или английском языках при соблюдении следующих условий. Научные статьи должны содержать такие элементы: – постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными или практическими задачами; – анализ последних исследований и публикаций, в которых положено начало решению данной проблемы и на которые опирается автор; – выделение нерешенных ранее составляющих общей проблемы, которым посвящается статья; – формулировка целей статьи (постановка задачи); – изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов; – выводы по данному исследованию и перспективы дальнейших разработок в данном направлении. Все статьи проходят независимую закрытую рецензию. Для публикации в журнале авторам в электронном виде через электронную почту журнала (kem@ukrrosmetall.com.ua) необходимо предоставить следующие материалы: – статья1 (на русском, украинском или английском языках); – материалы, приведенные в таблице 1; – фото рецензии представителя сторонней организации (д-р. или канд. техн. наук), заверенную в установленном порядке; – сведения об авторах, оформленных в соответствии с требованиями, представленными на веб-сервисе сайта журнала http://journal.mikem.com.ua/. Таблица 1 Язык материалов

Название статьи

Аннотация2

Русский

Английский

References3

Язык оформления статьи Русский

Украинский Русский

Украинский

Английский

+ Украинский +

Русский

Английский

Украинский Английский

Примечание 1. Требование к оформлению: – текст статьи должен быть набран в программе «Microsoft Word»; – формулы должны быть набраны в редакторе формул MathType; – графики, диаграммы, схемы, фотографии и т. п., расположенные по ходу статьи должны иметь ссылку по тексту, номер, название, пояснение, например: Рис. 1 – Общий вид установки: а) баллон; б) трубопровод; – дополнительно отдельными файлами следует приложить все графики, диаграммы, схемы (желательно с прозрачным фоном), фотографии и т. п. в программах, в которых они первоначально были созданы, или в формате TIFF, разрешением 300 dpi, модели CMYK; – фотографии – размере не менее формата А5 разрешением 300 dpi модели CMYK; – эскизы, фрагментарные чертежи, диаграммы, графики, схемы и т. п. – в программах «AutoCAD», «3Dmax», «Photos»: версии 6–7, «CorelDRAW» версиях 9–11 (с отдельным приложением используемых шрифтов – системные шрифты не использовать. Примечание 2. Размер аннотации на русском и английском языках: от 250 до 500 символов. Размер аннотации на украинском языке до 250 символов. В аннотациях необходимо представить такие аспекты: 1) цель статьи (одним предложением); 2) что сделано автором с указанием научной новизны и практического значения; 3) основные выводы и перспективы дальнейших исследований.

Примечание 3. К аннотации на английском языке прилагается список литературы (представленна на веб-сервисе сайта журнала http://journal.mikem.com.ua), оформленный по требованиям международных библиографических стандартов ДСТУ ГОСТ 7.1:2006 и АРА. Литературные источники кириллицей транслитерируются латинскими буквами.

ВНИМАНИЕ! При отсутствии одного из перечисленных компонентов, наличии большого количества стилистических, орфографических и грамматических ошибок, а также при оформлении не по требованиям, материалы редколлегией к рассмотрению не принимаются и не рецензируются.

Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016

Юбилей

«ВМЕСТЕ К ЛУЧШЕМУ» «Товариществу реализации инженерных задач» («ТРИЗ») – 25-лет. От кооператива «ТРИЗ» до НПО «ТРИЗ»

ООО «ТРИЗ» – компания квалифицированных специалистов в области динамического оборудования (компрессорные и насосные агрегаты). «ТРИЗ» – это предприятие, производящее уникальные продукты в области динамических машин, которые имеют ряд неоспоримых преимуществ над конкурентными предложениями. Предприятие регулярно номинируется и занимает лидирующие позиции в различных украинских и международных рейтингах, которые составляются по результатам опроса руководителей и менеджеров компаний, учитывая различные критерии – динамика

развития и увеличения производства, инновации, экологические и социальные составляющие. Ежегодно 10–15 % дохода вкладываются в разработку: энергосберегающих технологий, перспективных конструкций узлов надежности, технологий электроэрозионной обработки и стендов для исследования и испытания опытных образцов. Заменяется парк станочного оборудования, приобретаются станки с числовым программным управлением, трех, четырех и пяти- осевые высокоточные станки. Предприятие двадцать пять лет работает для химической, нефтехимической, газотранспорт-

ной, нефтедобывающей и других отраслей промышленности по диагностике, проектированию, изготовлению, сервису, ремонту и вводу в эксплуатацию динамического оборудования. В настоящее время насчитывается несколько сот единиц динамического оборудования различных фирм, успешно модернизированного «ТРИЗ». Совместно с крупными химическими и нефтехимическими предприятиями накоплен огромный практический опыт по увеличению эффективности и надежности работы оборудования. Результаты работы подтверждаются высокой надежностью и экономической эффек-

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ «ТРИЗ» 1990

–

Образовано «Товарищество реализации инженерных задач» (ТРИЗ) кооператив в составе отдела центробежных компрессоров Всесоюзного научно-исследовательского института компрессоростроения (ВНИИкомпрессормаш)

1994

–

Приказ о преобразовании отдела центробежных компрессорных машин в отдел винтовых компрессоров инициировал выход «ТРИЗ» из состава ВНИИкомпрессмаш. «ТРИЗ» арендовал помещения в Сумском государственном университете

1995

–

Смена формы собственности с кооперативной на ООО «ТРИЗ»

1997

–

Приобретение бывшей лаборатории передвижных компрессорных станций ВНИИкомпрессормаш

1998

–

Открытие собственного офиса и производства в г. Сумы

2000

–

Организация ООО «ТРИЗ» с ОАО «Одесский припортовый завод» семинара «Безопасность эксплуатации компрессорного и насосного оборудования» (ЭККОН)

2002

–

Открытие секции «ЭККОН» в международной научно-технической конференции «ГЕРВИКОН»

2011

–

Начало поставок узлов надежности для оборудования выпускаемого ОАО НПО «ИСКРА», г. Пермь

2011

–

Приобретение производственных помещений «Мелиорация» п. Боромля

2012

–

Ввод новых производственных мощностей ООО «ТРИЗ» п. Боромля

2012

–

Поставка узлов надежности для оборудования выпускаемого ЗАО «УТЗ», г. Екатеринбург

2014

–

Поставка узлов надежности для оборудования выпускаемого ЗАО «Искра-Авигаз» г. Пермь

2014

–

Приобретение производственных помещений «Лозомебельная фабрика» п. Боромля

2015

–

Ввод новых производственных мощностей в п. Боромля

2015

–

Открытие «TRIZTRADE» г. Вентспилс, Латвия

Семинар «ЭККОН» – возобновил традицию главных механиков предприятий химической и нефтехимической промышленности проводить ежегодные встречи

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Особой гордостью и ценностью компании являются ее научные разработки и их реализации

тивностью модернизированных агрегатов и представлены во многих публикациях и монографиях, а также в докладах на различных отраслевых и межотраслевых конференциях. Разработки предприятия имеют товарный знак и защищены более 200 патентами. Особой гордостью и ценностью компании являются ее научные разработки и их реализации. Этому способствуют ежегодные, начиная с 2000 года семинары «Безопасность эксплуатации компрессорного и насосного оборудования» («ЭККОН»), учредитель семинара «ТРИЗ» при поддержке Одесского Припортового Завода. Семинар «ЭККОН» – возобновил традицию главных механиков предприятий химической и нефтехимической промышленности проводить ежегодные встречи. Обсуждение в коллективе поставщиков и ведущих технических специалистов заказчиков и обмен опытом в решении проблем, способствуют успешному поиску оптимальных решений и комплексных мероприятий для повышения эффективности производства. Миссия «ТРИЗ» состоит в обеспечении высокоэффективными техническими решениями, созданными с применением передовых технологий и защищенными патентами для достижения высокой надежности и эффективности эксплуатируемого Вами оборудования. Гарантировать безопасную и непрерывную работу динамического оборудования Вашего предприятия, тем самым внести значительный вклад в конкурентоспособность и финансовые успехи Вашей компании.

Ваши проблемы – это наши проблемы, Ваши успехи являются нашими успехами. «ТРИЗ» ответственно подходит к выполнению своих обязательств и своевременно, открыто и комплексно удовлетворяет потребности Вашей компании в решении проблемных вопросов эксплуатируемого динамического оборудования от диагностирования, проектирования, изготовления, испытания до поставки, установки, пуска и ввода в эксплуатацию, гарантийного и послегарантийного обслуживания. «ТРИЗ» активно участвует в повышении эффективности работы динамического

оборудования, увеличения межремонтного пробега, тем самым уменьшая проблемы глобального потепления с помощью передовых технологий и продукции. Для «ТРИЗ» – честь быть партнером Вашей компании. Мы всегда ожидаем возможности удовлетворить Ваши желания. Девиз фирмы: «ВМЕСТЕ К ЛУЧШЕМУ», поэтому «ТРИЗ» всегда с ВАМИ, надеемся на многие года.

Василий Марцинковский, канд. техн. наук, академик «УТА».

Юбилей

К 60-ЛЕТИЮ ЮРИЯ СЕРГЕЕВИЧА БУХОЛДИНА

11 февраля 2016 года ис-

Большой личный вклад Бухол-

полнилось 60 лет Юрию Сер-

дина Ю. С. в работу производ-

геевичу

ственно-технических служб ПАО

Бухолдину,

кандидату

являющихся

гордостью

ПАО «Сумское НПО»: – блочно-комплектные

га-

заместителю

«Сумское НПО» связан с разви-

зоперекачивающие

генерального директора по стра-

тием проектно-технологического

в контейнерном и ангарном ис-

тегическому

направления работ в процессе

полнении для линейных и до-

скому директору Публичного Ак-

создания

жимных компрессорных станций

ционерного

на основе

технических

наук,

развитию – техниче-

нового

оборудования

агрегаты

методов

(КС), станций подземных храни-

машиностроительное научно-про-

проектирования и доводки слож-

лищ газа с конечным давлением

изводственное объединение» (да-

ных энерготехнологических изде-

5,5–21,0 МПа,

степенью

лее ПАО «Сумское НПО»).

лий с использованием современ-

тия

ных

4,0–25,0 МВт;

Общества

«Сумское

Трудовая деятельность юбиля-

системных

методов

математического

1,35–8,0

сжа-

мощностью

диссерта-

– турбокомпрессорные агрега-

«Исследование

ты с газотурбинным и электриче-

компрессор-

ским приводом для КС переработки

где он прошел все ступени профес-

ных установок с многокорпус-

нефтяного газа, сбора и транспор-

сионального роста – от инженера

ным центробежным компрессо-

та природного или попутного не-

до заместителя генерального ди-

ром и газотурбинным приводом

фтяного газа, газлифта нефти с ко-

ректора по стратегическому раз-

для нефтяной промышленности»

нечным давлением 1,25–12,0 МПа,

витию – технического

подвела

степенью сжатия 4,0–30,0 и мощ-

ра связана с крупнейшим маши-

моделирования.

ностроительным

ционная

Украины – ПАО

предприятием «Сумское

НПО»,

директора,

режимов

Его

работа работы

итог

многолетних

на-

учно-исследовательских,

инженер, исследователь, ученый,

тно-технологических и конструк-

руководитель.

торских работ – в ПАО «Сумское

гаты природного газа для дожим-

Инженерная, научная и ад-

НПО» было сформировано новое

ных установок и линейных КС

министративно-организационная

направление деятельности: раз-

с электрическим приводом мощ-

деятельность Юрия Сергеевича не-

работка, изготовление и поставка

ностью 1,0–8,0 МВт;

посредственно связана с осущест-

блочно-комплектных

влением на практике комплекса

нологических изделий на основе

ные

исследовательских, проектно-тех-

компрессорных

УКСП‑16/500 мощностью 16 МВт,

нологических и конструкторских

различных отраслей промышлен-

давлением

работ для изготовления современ-

ности.

Россия);

вой отрасли, химии и энергетики.

Значителен

проек-

ностью 6,3–16,0 МВт;

проявляя себя как талантливый

ного оборудования для нефтегазо-

делий,

энерготех-

технологий

личный

для

вклад

Бухолдина Ю. С. в создание из-

– блочно-комплектные

агре-

– б л о ч н о - к о м п л е к т КС

«сайклинг» – процесса 50,0 МПа

(Украина,

– блочно-комплектная лифтная

КС

газ-

«Анастасьевка»

Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016

на

базе

– объекты,

реализованные

турбокомпрессорных

включающий цеха сжатия сырого

агрегатов мощностью 6,3 МВт;

попутного нефтяного и подготов-

со строительством

центробежные компрессоры тур-

ленного газа и установку подго-

ях «под ключ», в Туркменистане

бокомпрессорных агрегатов высо-

товки газа (Россия);

(газлифтные КС «Барса-Гельмес»

кого давления на конечное давле-

– комплекс

подготовки

по-

на услови-

и КС «Готурдепе‑2»,

дожимные

ние 12,0 МПа выполнены по схеме

путного нефтяного газа Талакан-

КС «Хазар» и КС «Найып», линей-

«спина к спине» (Украина);

ского месторождения Восточной

ные КС «Ильялы» и «Дерьялык»),

Сибири

Азербайджане

– б л о ч н о - к о м п л е к т н а я

производительностью

(КС

«Северная»,

КС «Шагырлы-Шомышты» с по-

1,5 млрд. м3/год, на базе турбо-

КС «Астара») и Российской Феде-

следовательно-параллельным

компрессорных агрегатов мощ-

рации (УКПГ Губкинского, Тара-

включением турбокомпрессорных

ностью 16,0 МВт, оснащенных

совского и Северо-Комсомольско-

агрегатов и компрессоров в усло-

уникальными

го месторождений).

виях выработки месторождения

компрессорами (Россия);

трехкорпусными

Юрий Сергеевич плодотвор-

– опытная установка по сжи-

но трудится как инженер и уче-

жению природного газа, на ко-

ный. Он является автором значи-

– б л о ч н о - к о м п л е к т н а я

торой впервые в Украине в про-

тельного количества изобретений

КС «Газли» для подземного храни-

мышленных условиях был получен

и патентов, внедренных в произ-

лища газа, оснащенная турбоком-

сжижений природный газ;

водство, и более 50 публикаций

и снижения пластового давления (Республика Казахстан);

прессорными

агрегатами

мощ-

– уникальный,

не имеющий

в национальных и зарубежных

ностью 25,0 МВт с уникальными

аналогов, энергокомплекс для обе-

специализированных

двухрежимными

компрессорами:

спечения ПАО «Сумское НПО» те-

Производственную

в зимний период на режиме «отбор

пловой и электрической энергией,

он успешно сочетает с деятель-

газа из ПХГ» в корпус компрессо-

электрической мощностью 40 МВт

ностью

ра устанавливается двухступенча-

и включающий

установки:

низациях, будучи, в частности,

тая проточная часть, выполненная

когенерационную для выработки

членом редакций нескольких на-

по схеме «спина к спине», в летний

электроэнергии и тепла; парогазо-

учно-технических изданий, в том

период на режиме «транспорт газа»

вую энергетическую; энергоутили-

числе,

в корпус компрессора устанавли-

зационную установку для утили-

го и информационного журнала

вается одноступенчатая проточ-

зации низкопотенциального тепла

«Компрессорное и энергетическое

ная часть (Республика Узбекистан);

мощностью 4,0 МВт;

машиностроение». Бухолдин Ю. С.

– установка пан-бутановой ского

ГПЗ

получения смеси

про-

Мубарек-

производительностью

12,0 млрд. м3/год;

три

журналах. деятельность

в общественных

орга-

Научно-производственно-

энергетическо-

является членом комитета по Го-

го оборудования на базе 41-й

сударственной премии Украины

газотурбинной

в области науки и техники.

– комплекс

электростанции

единичной электрической мощ-

Указом Президента Украины

по-

ностью 6–12 МВт для решения

Юрию Сергеевичу в 2006 году

путного нефтяного газа на Комсо-

проблемы утилизации попутного

присвоено почетное звание «За-

мольском месторождении произ-

нефтяного газа на месторожде-

служенный

ниях Западной Сибири;

Украины».

– комплекс

подготовки

водительностью 2,4 млрд.

м3/год,

машиностроитель

Уважаемый юбиляр, поздравляем Вас, желаем крепкого здоровья, счастья, неисчерпаемого оптимизма, душевной молодости и новых трудовых свершений!

Ваши коллеги, друзья, редакция журнала «Компрессорное и энергетическое машиностроение», коллектив Концерна «NICMAS»

Реалии и перспективы

УДК 621.515.438

Y. I. Bilyk, Engineer, V. S. Martsinkovskyy, Ph. D, Director, O. A. Nosova, Engineer, V. I. Yurko, Head Office calculations and programming (TRIZ LTD LLC, Sumy, Ukraine); V. B. Tarelnyk, Doctor of Sciences, Professor (Sumy National Agrarian University, Sumy, Ukraine)

Increasing the carrying capacity of thrust bearings Ошибки проектирования, несовершенные производственные процессы, изменение технологических режимов работы турбокомпрессоров вызывают осевые сдвиги ротора. Поэтому задача изготовления подшипников высокоэффективных и надежных тяги имеет важное значение в настоящее время. «ТРИЗ» ЛТД Компания имеет опыт в разработке и модернизации подшипниковых узлов, обеспечивающих их высокую грузоподъемность и надежность. В этой статье представлены методы по повышению несущей способности и надежности упорных подшипников скольжения. Ключевые слова: упорные подшипники, несущая способность, толщина слоя масла, потребление смазки, максимальная температура гидродинамического клина. Помилки проектування, недосконалі виробничі процеси, зміна технологічних режимів роботи турбокомпресорів викликають осьові зрушення ротора. Тому завдання виготовлення підшипників високоефективних і надійних тяги має важливе значення в даний час. «ТРІЗ» ЛТД Компанія має досвід у розробці та модернізації підшипникових вузлів, що забезпечують їх високу вантажопідйомність і надійність. У цій статті представлено методи щодо підвищення несучої здатності і надійності упорних підшипників ковзання. Ключові слова: упорний підшипник, несуча здатність, товщина шару масла, споживання мастила, максимальна температура гідродинамічного клину. Design faults, imperfect manufacturing processes, change of technological operating modes of the turbocompressors cause axial rotor shifts. Therefore, the task of manufacturing the high-efficient and reliable thrust bearings is important nowadays. TRIZ Ltd Company has an experience in the development and modernization of the bearing assemblies providing their high load capacity and reliability. The methods for increasing the load-carrying capacity and reliability of the thrust sliding bearings are disclosed in this article. Keywords: thrust bearings, bearing capacity, the thickness of the oil layer, lubricant consumption, the maximum temperature of the hydrodynamic wedge.

he constructive deficiencies (errors), the imperfect manufacturing techniques, change of technological modes of operation of turbochargers in the gas, oil and gas, chemical and petrochemical industry led to the axial displacement of the rotors. Therefore, along with an effective balancing of the rotors, the calculation of the axial forces in view of possible operating conditions, improving the system of removing of static electricity, security systems and monitoring of axial thrust, the task of creating a highly efficient and reliable thrust bearing is still relevant today. "TRIZ" has experience in the development and modernization of the bearing assemblies that provide high load capacity and reliability. Thrust slide lever bearings design TRIZ® used to replace the standard thrust bearings of centrifugal compressors, steam and gas turbines, generators, pumps and other rotating equipment satisfy the requirements of API 617.

This paper considers effective design ways to increase the carrying capacity of thrust bearings used LLC "TRIZ": 1. The two circles of circulation lubricant TRIZ® 2. The system of the rolling load balancing TRIZ®; 3. The hydrostatic compensating suspension TRIZ®; 4. The multifunction scrapers TRIZ®; 5. Individual supply of the lubricant; 6. The individual removal of the lubricant; 7. Extension of the range of the coefficient of efficiency of filling bearing pads TRIZ®; 8. Protectors from the electroerosive destruction TRIZ®; 9. The hydrostatic unloading of the thrust disk TRIZ®; 10. The radial cooling of the thermally loaded zone of the pads; 11. Cooling of the thrust disk TRIZ®;

12. The tangential cooling of the pad periphery to preserve laminar flow TRIZ®; 13. The combined thrust bearing with reversible and non-reversible pads TRIZ®; 14. Reversible bearings with combi properties TRIZ®; 15. Reversible scrapers TRIZ®; 1 Two circles of oil lube circulation In existing designs, TB oil lube is distributed, as a rule, uniformly on the both sides of the bearing, namely, on the working side and the nonworking one. The TB design with two circles of lube oil circulation (Fig. 1) provides delivering fresh oil first to the area of the operating pads in the amount to be required for cooling the same (the first circle of circulation), then the warmed-up oil, through the channels in the bearing housing, is transferred to the non-working side (the second circles of circulation).

Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016

Such a circuit of the lube oil feeding provides for 50 % reducing of the lube oil flow rate through the thrust bearing [1]. On the non-working side, the oil is additionally heated much less because of lowering viscosity of the lube oil having been warmed up while passing on the working side. In doing so, the TB load-carrying capacity increases by about 20 percent. This is facilitated by lowering response of the non-working side to the state of the working side, hydrostatic unloading, and reducing strain of the thrust ridge owing to alignment of the temperature fields on its both sides. 2 Aligning system of rolling to increase load-carrying capacity Uneven loading of the TB pads can result in their cascade failure. At applying traditional lever aligning systems, the temperature difference between the maximum loaded pad and minimum loaded pad reaches 40 ºC [2]. Thus, at the temperature of minimum loaded pad 110 ºC (maximum admissible temperature for the pads with antifrictional layer of babbit), the temperature of the maximum loaded pad would make 150 ºC.

To ensure the even distribution of load between the thrust pads in the bearing unit, there was designed a lever aligning system of rolling characterized by high-compensating properties (Fig. 2), wherein sliding friction between the arms was changed by rolling friction [3, 4]. The maximum temperature difference between the pads of bearings, which were fitted with such an aligning system, decreased from 40 ºC to 6ºC. 3 Compensating hydrostatic suspension Most of the thrust bearings operate with the distortions. The distortion reasons are the temperature misalignment of the unit caused by non-uniform elongation of the foundation pillars and different values of the stress and thermal expansions of the unit rotor and stator, the inaccuracies at manufacturing the bearing components, as well as inaccuracy of assemblage at mounting and repairing. The methods of alignment known in the art are not effective. To compensate the temperature and stress strains that result in occurring nonparallelism of the thrust carrying surfaces of the rotor and bearing, there

has been developed different versions of the thrust bearings equipped with the hydrostatic suspension (Fig. 3). The lube oil is supplied to the lube oil system of the journal and thrust bearing. From the lube oil system, the oil is directed to each thrust pad through channel Г (G) in the bearing housing and the distributive channels. Between the rotating shaft and the bearing pad, there is formed a lube oil layer. From the zone of the maximum hydrodynamic pressure, a portion of the lube oil flows through the hole into the pocket disposed on the back of the shoe, wherein the hydrostatic pressure is created. At the moment, the thrust pad is floating, and lube oil pressure is being throttled over the back of the pad. From the pocket under the hydrostatic pressure, the portion of the lube oil is supplied through the holes in the bearing housing to the border of the spherical surfaces. As a result, between the outer sphere of the separator and the sphere of the bearing housing, there is formed an oil film. Owing to the oil film at the interface of the spherical surfaces, there is provided uniform receiving of the axial force by the thrust area in the event of any distortions in the system "rotor-thrust collar bearing."

Fig. 1. Journal-Thrust Bearing with Two Circles of Oil Lube Circulation: 1 – journal pad, 2 – scraper, 3 –  screw-lock, 4 – lube oil drain from thrust area, 5 – the first circle of lube oil circulation, 6 – the second circles of lube oil circulation

with increasing the area of the bearing pads. At installing the oil removal scrapers at the interpad space, the fill factor of the carrying surfaces of the bearing pads increases from к=0.6 to 0.9, whereby there is achieved 50 % increase in the load-carrying capacity of the bearing with the same dimensions. This change is illustrated by the graphs in Fig. 5. 8 Protection devices against electroerosive destruction

Fig. 2. Lever aligning system of rolling with high-compensating properties: 1 – lower lever, 2 – upper lever, 3 – roller, 4 – thrust pad 4 Multifunctional oil removing scrapers Installation of the multifunctional oil removing scrapers at the interpad space of the thrust bearing (Fig. 4) [5] makes it possible to: – Prevent from transferring of the hot oil film from one pad to another; – Provide for the individual oil supply into the pads; – Provide for the individual oil removal off the pads; – Improve the fill-factor for the pads from 0.6 to 0.9; – Provide for running static charge off to prevent from erosion destruction of the carrying surfaces of the bearings. This design reduces the temperature of carrying oil wedge, load-carrying capacity of the bearings and prevents from the pad electroerosive deterioration. 5 Individual lube oil supply into the pads The oil flow is organized in such a way that due to the special design of the oil removal scraper 12 (Fig. 4), which forms two non-interconnected cavities in the interpad space, there is performed an individual oil supply

to the thrust pads. Thus, the oil from the lube oil system flows directly to the pad, not mixing with the hot oil. 6 Individual lube oil removal off the pads Owing to the special shape of the oil-removal scraper, the hot oil, which was removed off the thrust collar, is diverted into the channels 4 (Fig. 4) after each pad to be drained without being mixed with the oil from the lube oil system. 7 Extending the range of the bearing pads fill factor The pads fill factor (к) is the ratio of the working area of the thrust pads to the area of the ring restricted by the inner and outer diameters of the pads, and it has a significant impact on the loadcarrying capacity of the thrust bearings. The bearings of the traditional design withstand the greatest load at k = 0.6 [2]. Arranged in the interpad space, the oil removal scrapers prevent the hot oil from transferring from one pad to another by the thrust collar, so in such thrust bearings, the load-carrying capacity of the bearing continues to increase

To prevent the thrust sliding bearings from the electroerosive destruction, there are traditionally used slip rings of various designs. In addition to the existing systems of guard, as protectors of the electroerosive destruction, there are applied the oil removal scrapers installed in the bearings between the pads. The scraper construction is developed in such a way that it constantly contacts with the bearing housing and the machine rotor, even if it wears during operation. Therefore, to prevent the carrying surfaces of the bearings from electroerosive deterioration, there are applied electro conductive oil removal scrapers (Fig. 6). 9 Hydrostatic unloading of the thrust collar Hydrostatic unloading of the thrust collar is carried out at the expense of the pressure epures difference on the working and non-working sides of the bearing. For this purpose, the entire flow of the lube oil is supplied under pressure onto the working side of the bearing, and then it is throttled in the seal over the thrust collar provided with a specially selected clearance that guarantees the necessary flow rate of the lube oil required for the proper cooling process, and then comes to the state of free draining. When using the scheme of the lube oil supplying with two circles of lube oil circulation (Fig. 1) a portion of the lube oil is transferred to the non-working side through the throttling holes. In other cases, the lube oil is delivered onto the nonworking side from the thrust area of the bearing, through the seal between the journal and thrust areas of the journal and thrust bearing. The clearance value in the seal is selected so that, on the one hand, to provide for cooling the non-working side, and on the other hand, substantially, to reduce the pressure thereon. Thus, at operating condition, the working side of the thrust bearing operates under a pressure

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

close to the pressure of feeding the lube oil provided by the lube oil system, and the non-working side operates under the pressure of free draining. Due to this difference of the pressures, there is realized hydrostatic unloading of the thrust collar that reduces the residual axial force and, ultimately, increases the load-carrying capacity of the bearing. 10 Radial cooling of the pad thermally loaded zone Individual oil supplying to the thrust pads is arranged in such a way that some amount of the lube oil passes through special channels 8 in the thrust pad, which channels are located under the layer of Babbitt, to cool the thermally loaded zone of the pad (Fig. 4). Such a design reduces the temperature of the carrying hydrodynamic wedge and increases the load-carrying capacity of the bearing. 11 Cooling the thrust collar Another design solution, which increases the load-carrying capacity of the thrust bearing, is further cooling of the thrust collar. Performed within the thrust collar, the channels are adjacent to its working sides. At rotating the thrust collar by the centrifugal forces, the cold lube oil, through supplying channels 4, is entrained into cooling channels 2 (Fig. 7), and along them the lube oil flows out to the periphery of the thrust collar. While flowing along channels 2, the lube oil cools the carrying surface of the thrust collar, and thereby reduces the temperature of the hydrodynamic layer that results in increasing the load-carrying capacity of the bearing. Protector is made of electroconductive material. 12 Tangential cooling of the pad periphery to maintain laminar flow condition In the hydrodynamic layer of the thrust bearing operating under conditions of high temperatures and rotational frequencies, there can be occurred a laminar flow condition for the of lube oil due to the lower lube oil viscosity and high circumferential velocities, especially at the periphery of the pad. It is known that under condition of the turbulent flow, there are significantly reduced the load-carrying capacity of the hydrodynamic bearings, increased the power losses, and generated thermal emission as well. To maintain the laminar flow condition for the lube oil at the inlet to the hydrodynamic wedge, on the inlet edge of the thrust pad, there is

Fig. 3. Versions of the thrust bearing equipped with the compensating hydrostatic suspension executed a special incoming hyperbolic surface, which prevents the flow from vortex formation. Also there is specifically provided additional cooling the upper zone of the inlet edge owing to directing a portion of the supplied flow of the cold lube oil through the tangential channels 7 (Fig. 4) and preventing the lube oil from reducing its viscosity at the pad inlet and thereby facilitating the maintenance of the laminar flow condition. 13 Thrust bearing with reversible and non-reversible pads In practice, there are often occurred operating conditions whereon the tur-

bomachine rotor spins in the reverse direction, and this entails the need in applying the reversible thrust pads. However, sometimes the load-carrying capacity of the bearing composed of only reversible pads is not sufficient for proper perception of the load in the operating direction of rotation. It is known that the non-reversible thrust pads have higher load-carrying capacity as compared with the reversible ones, however, they have virtually zero loadcarrying capacity at the reverse (off-design) direction of the rotor rotation, and under such a condition they are not able to provide for the perception of axial force. The way to overcome this situation is to develop the design of

the thrust bearing of combined type [5], wherein there are alternately installed the non-reversible and reversible pads (Fig. 8). In such a design, at the working direction of the rotor rotation, the non-reversible and reversible pads operate in conjunction with each other, and the load-carrying capacity of such a bearing is higher than that of the same bearing with the reversible pads. On the condition of the reverse rotation, there are only operated the reversible pads creating the load-carrying capacity to be necessary for this nonstandard situation. Shown in Fig. 8, the thrust bearing has four reversible pads and four non-reversible ones. Thus, joint installing of the nonreversible and reversible pads in the thrust bearing provides for obtaining a bearing that combines high load-

Fig. 5. Maximum load P withstood by the bearing vs. the fill-factor (к) For the bearings without the oil removal scrapers For the bearings with the oil removal scrapers

Fig. 6. Bearings equipped with the scraper-protectors to prevent them from electroerosive deterioration carrying capacity at the straight direction of rotation on the operating conditions with the required loadcarrying capacity on the conditions of the reverse rotation in non-standard situations. Fig. 4. Tilting pad thrust bearing, TRIZ Ltd: 1 – housing; 2 – oil supply channels; 3 – interpad space; 4 – channels for draining lube oil off; 5, 6 – tilting thrust pads; 7 – oil cooling channels at inlet edge; 8 – oil cooling channels at thermally loaded zone; 9 – pad inlet zone; 10 – thermally loaded zone; 11, 12 – multifunctional oil-removal scrapers; 13 – scraper bridge at drain area; 14 – scraper bridge at the area for cooling oil supply; 15 – cavity to communicate with the cooling oil supply channels; 16 – cavity to communicate with the channels for draining lube oil off; 17 – scraper back; 18 – scraper front surface

14 Reversible bearings with non-reversible properties Another way to increase the load-carrying capacity of the reversible thrust bearings is to apply the reversible bearings with non-reversible (combi) properties (Fig. 9). In these bearings, thrust pads 1 are made of metalfluoraplastic strip and backed by thrust bearing carrier 2, wherein each pad is followed by three symmetrically arranged pockets 3. The pockets are connected to the front side of the pads by holes 4, through which, while operating, the lube

oil flows into the pockets from the lube oil hydrodynamic layer. In doing so, the pressure in the pockets is increasing and the pad is floating with leaning in operation onto the hydrostatic oil film. Thus, on the rear side of the pad, there is formed a hydrostatic pressure epure balancing the pressure of the hydrodynamic layer, and the epure resultant point of application represents the pad pivot point. Since the pockets and the holes therein for supplying the lube oil are distributed symmetrically along the length of the pad, the values of the pressure transmitted to the pockets from the epure of the hydrodynamic pressure will be different in various pockets and will increase on a course of the lube oil movement, whereby the coordinate for the resultant of the hydrostatic pressure epure will be displaced in the circumferential direction towards the outlet of the

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Operating direction of rotation

Fig. 7. Axial bearing with inner cooling of the thrust collar: 1 – thrust collar; 2 – cooling channels; 3 – pad; 4 – supplying channels pad for the relative magnitude of 0.55–0.6, which corresponds to the relative coordinate of the pivot point of the non-reversible pad. Owing to the above said, the bearing obtains high load-carrying capacity, which is inherent to the non-reversible pads. While the rotation direction being changed by the symmetrical arrangement of the pockets, the epures of the hydrodynamic and hydrostatic pressure will be respectively redistributed, the coordinate of the pad pivot point will move in the opposite direction, and the load-carrying capacity of the bearing will remain the same. Thus, the present solution allows combining the reversibility of the bearing with the high load-carrying capacity of the non-reversible pads in the both directions. 15 Reversible scrapers

oil

removal

To provide for the reverse operation of the bearing, in the interpad space, there are installed reversible oil removal scrapers 5 (Fig. 9), the design of which allows them to carry out their functions independently of the direction of the rotor rotation. Most of the considered technical solutions have been implemented by TRIZ Ltd while providing modernization of thrust bearings for steam turbines. The detailed results of their implementation for improving the efficiency of steam

Fig. 8. Thrust bearing with reversible and non-reversible pads: 1 – thrust non-reversible pad; 2 – thrust reversible pad

Fig. 9. Thrust reversible bearing with non-reversible (combi) properties: 1 – thrust pad; 2 – thrust bearing carrier; 3 – hydrostatic pockets; 4 – holes for supplying lube oil into hydrostatic pockets; 5 – reversible oil removal scraper; 6 – channels for individual lube oil supply turbines will be described in the next paper. References: 1. Inventor’s Certificate № 1541442, СССР, 5F16C 17/04 Thrust Sliding Bearing. V. S. Martsynkovskyy, L. V. Cherepov, N. V. Malik, V. I. Yurko, Yu. S. Zinchenko. 2. Serezhkina L. P. Axial bearing for large steam turbines / L. P. Serezhkina, E. I. Zaretsky. – M: Mashinostroenie, 1988. – 175 p.

3. Patent for invention 81026, Ukraine, F16C 17/04. Lever Aligning System for Thrust Bearing. V. S. Martsynkovskyy, Yu. S. Fіlonenko, V. M. Kucherenko. 4. Patent for invention 2305212, Russia, F16C 17/04. Lever Aligning System for Thrust Bearing. V. S. Martsynkovskyy, Yu. S. Fіlonenko, V. M. Kucherenko. 5. Patent for utility model 29014, Ukraine, F16C 32/00. Thrust Bearing. V. S. Martsynkovskyy, Yu. S. Fіlonenko, V. I. Yurko, V. M. Kucherenko.

Исследования

УДК 621.515.438

С. А. Кучер, Начальник отдела прочности сосудов и насосов ядерной установки (ООО «Экспертнотехнический центр «ЭНЕРГОРЕСУРС», г. Киев, Украина); М. П. Гиря, канд. техн. наук, Начальник отдела электрооборудования АЭС (МГП «Институт проблем управления НАН Украины», г. Харьков, Украина)

Исследование параметров, определяющих старение главных циркуляционных насосов атомных станций Украины Для исследований параметров, определяющих старение главного циркуляционного насоса атомной станции, в статье первоначально приведены назначение и краткая техническая характеристика эксплуатационных и режимных условий работы циркуляционного насоса реакторной установки. Исследования динамики изменений во времени технологических параметров, контролирующих надежную и безопасную работу насоса, а также анализ эксплуатационной и ремонтной документации, мониторинг дефектов и повреждений, которым был подвержен насос в течение периода эксплуатации, позволили методом экспертной оценки исходя из его физических свойств, провести выбор параметров, определяющих старение главного циркуляционного насоса. Анализ параметров старения насоса с точки зрения его деградации позволил установить механизмы старения, характерные для материала элементов насоса и выявил накопление процессов, которые за весь период эксплуатации насоса изменили механические свойства металла, формы и размеры элементов конструкции, повлияли на дефекты металла и утонение стенок обследуемой улитки насоса. На основании измеренных значений параметров, определяющих старение насоса и сформулированных механизмов старения, были выполнены поверочные расчеты на статическую и циклическую прочность, а также сопротивление сейсмическим воздействиям. Выбор определяющих параметров позволил также провести обследование, выполнить оценку текущего технического состояния, оценку прочности и прогнозный расчет главных циркуляционных насосов для обоснования возможности продления срока их эксплуатации. Дополнительно следует отметить, что результаты выполненных расчетов улитки главных циркуляционных насосов на статическую и циклическую прочность, а также результаты расчетов на сопротивление хрупкому разрушению и на сейсмические воздействия позволяют сделать вывод о соответствии текущих параметров технического состояния улитки насоса установленным требованиям нормативных документов. Изложенные выше подходы к исследованию параметров, определяющих старение главных циркуляционных насосов, используются авторами при разработке программ и отчетов обследования технического состояния насосов с целью продления их ресурса на энергоблоках ЮжноУкраинской АЭС. Ключевые слова: атомная станция, главный циркуляционный насос, механизм старения, определяющий параметр, продленный ресурс. Для досліджень параметрів, що визначають старіння головного циркуляційного насоса атомної станції, в статті спочатку наведені призначення і коротка технічна характеристика експлуатаційних і режимних умов роботи циркуляційного насоса реакторної установки. Дослідження динаміки змін у часі технологічних параметрів, які контролюють надійну і безпечну роботу насоса, а також аналіз експлуатаційної та ремонтної документації, моніторинг дефектів і пошкоджень, яким був підданий насос протягом періоду експлуатації, дозволили методом експертної оцінки виходячи з його фізичних властивостей, провести вибір параметрів, що визначають старіння головного циркуляційного насоса. Аналіз параметрів старіння насоса з точки зору його деградації дозволив встановити механізми старіння, характерні для матеріалу елементів насоса і виявив накопичення процесів, які за весь період експлуатації насоса змінили механічні властивості металу, форми і розміри елементів конструкції, вплинули на дефекти металу і утонение стінок обследуемой равлики насоса. На підставі виміряних значень параметрів, що визначають старіння насоса і сформульованих механізмів старіння, були виконані перевірочні розрахунки на статичну і циклічну міцність, а також опір сейсмічних впливів. Вибір визначальних параметрів дозволив також провести обстеження, виконати оцінку поточного технічного стану, оцінку міцності і прогнозний розрахунок головних циркуляційних насосів для обгрунтування можливості продовження терміну їх експлуатації. Додатково слід зазначити, що результати виконаних розрахунків равлика головних циркуляційних насосів на статичну і циклічну міцність, а також результати розрахунків на опір крихкому руйнуванню і на сейсмічні впливи дозволяють зробити висновок про відповідність поточних параметрів технічного стану равлика насоса встановленим вимогам нормативних документів. Викладені вище підходи до дослідження параметрів, що визначають старіння головних циркуляційних насосів, використовуються авторами при розробці програм і звітів обстеження технічного стану насосів з метою продовження їх ресурсу на енергоблоках Південно-Української АЕС. Ключові слова: атомна станція, головний циркуляційний насос, механізм старіння, який визначає параметр, продовжений ресурс. Parameters that define the aging for research of of the main circulation pump nuclear power plant, the article initially describes the purpose and brief specification of operational and performance conditions of the circulating pump reactor. Studies of the dynamics of changes in time of technological parameters that control reliable and safe operation of the pump, as well as analysis of operating and repair documentation, monitoring of defects and damages, which was subject to the pump during the period of operation allowed by the method of expert evaluation on the basis of its physical properties, to conduct the choice of parameters that determine the

Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016

aging of the main circulation pump. Analysis of parameters of aging of the pump from the point of view of its degradation has allowed to establish the mechanisms of aging, characteristic of the material elements of the pump and showed an accumulation of processes over the entire period of operation of the pump change the metal's mechanical properties, shape and dimensions of the structural elements that influenced the metal defects and thinning of the walls surveyed the volute. Based on the measured values of the parameters that determine the aging of the pump and articulated mechanisms of aging, was performed check calculations for static and cyclic strength and resistance to seismic forces. The choice of the governing parameters also allowed to conduct a survey to evaluate the current technical condition, assessment of the strength and predictive calculation of main circulation pumps to justify the possibility of extending their lifetime. Additionally, it should be noted that the results of the calculations of the pump volute of the circulating pumps for static and cyclic strength, and the results of calculations on resistance to brittle fracture and earthquake analysis allow to conclude that under the current parameters of the technical condition of the volute the requirements of normative documents. The above approaches to the study of the parameters determining the ageing of the main circulation pumps are used by authors when developing programmes and reports of inspection of technical condition of pumps to prolong their life on power units of South-Ukrainian NPP. Keywords: nuclear power plant, main circulating pump, the mechanism of aging, that defines the parameter, extended service life.

Постановка проблемы в общем виде Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что продление назначенных проектом сроков службы энергоблоков атомных станций (АЭС) при частичной замене, ремонте и модернизации оборудования, в том числе и тепломеханического, становится экономически и технически целесообразным способом повышения эффективности и безопасности АЭС. Одним из направлений решения проблемы продления ресурса оборудования атомных станций является качественное улучшение оценки технического состояния оборудования, когда многие дефекты и аномальные режимы эксплуатации можно обнаружить только в результате измерения параметров и последующей обработки комплекса первичных признаков старения. Для решения задачи создания современных технологий оценки состояния оборудования необходим высокий уровень экспериментальных и теоретических исследований, связанных с изучением свойств тепломеханического оборудования (ТМО), его узлов и деталей в условиях возникновения и развития дефектов и повреждений. Главные циркуляционные насосы типа ГЦН‑195М (ГЦН) атомных электростанций Украины (АЭС) относятся к основному тепломеханическому оборудованию реакторного отделения станции. Они предназначены для создания циркуляции теплоносителя в первом контуре и отвода тепла от активной зоны реакторной установки (РУ). ГЦН являются объектами повышенной опасности, поэтому все работы, связанные с их эксплуатацией, оценкой технического состояния, продлением срока эксплуатации выполняются согласно требованиям стандартов по ядерной и радиационной безопасности [1].

В соответствии с утвержденной и действующей в Украине программой [2], которая разработана на основании существующей концепции решения проблемы продления ресурса оборудования, предусматривается эксплуатация сверх проектного срока службы отдельных видов оборудования АЭС. К данному виду оборудования относятся и ГЦН. Однако, для обоснования возможности продления назначенного срока службы каждого конкретного насоса необходимо тщательно проанализировать факторы, влияющие на его долговечность и безопасность эксплуатации. Краткая техническая характеристика насоса и анализ исследований и публикаций по вопросу модернизации ГЦН в атомной энергетике мира ГЦН представляет собой вертикальный центробежный одноступенчатый насос с гидростатическим уплотнением вала, консольным рабочим колесом, осевым подводом воды и выносным трехфазным асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Таким образом, ГЦН состоит из корпуса, выемной части (консольное рабочее колесо, вал с уплотнением, подшипниковые узлы, устройство электромагнитной разгрузки и антиреверсное устройство), электродвигателя и вспомогательных систем (маслосистемы, системы технической воды, системы запирающего контура и др.). Выемная часть герметично соединена с корпусом насоса посредством плоской металлической прокладки с помощью фланцев и деталей крепления. Основной режим работы – длительная параллельная работа 4-х ГЦН (рис. 1) в контуре при номинальных параметрах теплоносителя. ГЦН спроектирован таким образом, что обеспечивается: от-

сутствие выхода радиоактивного теплоносителя в атмосферу через уплотнение вала насоса, кавитационный запас во всех переходных режимах работы РУ, уровень пульсации давления и вибрации ГЦН, не приводящий к нарушениям в насосе и связанных с ним системах. Вертикальное исполнение насоса ГЦН‑195М предусматривает наличие герметичного силового корпуса эллиптической формы – «улитки» (рис. 2), которая предназначена для организации подвода и отвода теплоносителя первого контура АЭС от рабочего колеса и является главным элементом, определяющим ресурс насоса. Соединение улитки ГЦН с трубопроводами осуществляется на сварке. Проектом для главного циркуляционного насоса установлено значение ресурса 262800 часов (30 лет). Реальное техническое состояние ГЦН и возможность продления его срока эксплуатации на АЭС во многом зависят не только от фактического времени его эксплуатации, но и от ряда эксплуатационных факторов, таких как: общее количество пусков и остановов и их частота, количество повторных включений, повышенные рабочие температуры, перегрузки, переходные процессы, высокий уровень механических вибраций, недостаточный контроль и качество технического обслуживания и др. На всех АЭС постсоветского пространства и ближнего зарубежья эксплуатируются ГЦН производства Сумского завода насосного оборудования. Отработав практически 30 лет, насосы требуют проведения комплексного обследования, исследования механических свойств металла, изучения циклической усталости, механического износа, утонения стенок вследствие коррозии. Это влечет за собой разработку новых научных методик

Рис. 1. Аксонометрическое изображение систем 1-го контура энергоблока

Рис. 2. Улитка главного циркуляционного насоса для проведения теоретических и экспериментальных исследований и для выполнения комплекса работ, который должен соответствовать следующим единым признакам – определение функциональной пригодности ГЦН, то есть возможность выполнять возложенные на него функции с необходимым качеством. Сегодня обследованием и модернизацией ГЦН, отработавших проектный ресурс, занимается ОАО «ЦКБМ» (РФ, г. Санкт-Петербург) [3], которое

входит в дивизион Росатома – Атомэнергомаш и является единственным разработчиком и изготовителем главных циркуляционных насосов для всех типов российских реакторов. Данное предприятие занимается модернизацией ГЦН, эксплуатируемых АЭС РФ, Венгрии, Болгарии, Чехии, Германии и др., где установлены ректоры российского производства. Так, недавно SIGMA GROUP a. s. в сотрудничестве с ОАО «ЦКБМ» успешно завершила выполнение модернизации всех 12-ти главных циркуляционных насосов на АЭС «Моховце» [4]. Данная модернизация заключалась в доработке уплотнительной поверхности и замене уплотнения направляющего аппарата, что препятствует образованию и распространению трещин, возникших вследствие термоциклических явлений. Такая модернизация выполнена также на всех ГЦН, работающих на АЭС России. Использование эксплуатационного опыта по ГЦН и внедрение конструкционных модификаций со стороны ОАО «ЦКБМ» в сотрудничестве с SIGMA GROUP a. s. особенно с точки зрения продления работоспособности, сниже-

ния эксплуатационных расходов и повышения безопасности является современным трендом в области повышения качества оборудования первичного контура АЭС не только на территориях Чехии и Словакии. Недавно состоялась отгрузка для атомной электростанции «Козлодуй» (Болгария) комплекта модернизации главных циркуляционных насосов ГЦН‑195: был модернизирован корпус выемной части и элементы крепежа главного разъема насоса. Главный разъем насоса расположен между улиткой и корпусом выемной части и разработан в конце 60-х годов прошлого столетия в условиях отсутствия нормативной базы, современных уплотнительных материалов и методов расчета [5]. Напряжения на уплотнительных поверхностях под аустенитной металлической прокладкой значительно превышают допустимые (рис. 3), вторичное уплотнение осуществляется резиновой прокладкой и не предназначено для длительной работы при нарушении герметичности основного уплотнения в процессе эксплуатации ГЦН. Необходимые для уплотнения разъема усилия обеспечиваются затяжкой 30-ти

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Сигма, Па

Рис. 3. Элементы главного разъема ГЦН‑195 М: Вид А – интенсивность напряжений области стальной прокладки главного разъема при затяжке, рассчитанных по программному комплексу «ANSYS» шпилек по специальному регламенту в несколько приемов с помощью гидравлического приспособления. Окончательный контроль затяжки разъема производится замером вытяжки каждой шпильки. Средние контактные напряжения в разъеме превосходят допустимые для корпуса выемной части, равные в соответствии с [6] 1,5 R 20 p0.2 более чем в два раза, а интенсивность напряжений в углах контактирующих поверхностей корпусов при затяге приводит к большому усталостному повреждению корпусов в зоне прокладки.

В конструкции модернизированного главного разъема (рис. 4) были использованы две последовательно расположенные графитовые прокладки, находящиеся в пазах фланца дообработанной улитки. Вторичная прокладка позволяет обеспечить надежную длительную работу при потере герметичности основной прокладки, а низкий уровень повреждаемости уплотнительных поверхностей корпуса позволяет обеспечить практически любой планируемый срок службы без необходимости ремонта в процессе эксплуатации насоса. Также

пакеты тарельчатых пружин были заменены на дистанционные втулки, что позволило проводить затяжку шпилек групповым гайковертом (по 15 шпилек) в два приема и уменьшить время затяжки разъема до 2-х часов. Модернизация ГЦН является результатом многолетнего постоянного обследования и оценки требуемых параметров с целью повышения уровня ядерной и технической безопасности, достижения эффективных показателей, как с точки зрения техники, так и экономики. Новейшая разработка конструкторского бюро ОАО «ЦКБМ» – циркуляционный насос без маслосистемы (ГЦНА‑1753), в котором все узлы смазываются и охлаждаются водой (в том числе – узлы электродвигателя). Отсутствие маслосистемы значительно повышает пожаробезопасность АЭС. Данное техническое решение не имеет аналогов в мире. Разработкой, изготовлением и поставкой ГЦН на рынок атомной энергетики занимаются несколько крупных мировых корпораций. Среди них американская корпорация Flowserve – ведущий производитель специализированных насосов [7], в том числе для атомных станций. Главным достоинством корпорации является специализация на постоянной, так называемой, гидравлической модернизации насосов с применением сложных методик и программного обеспечения, а также глобальная сеть центров быстрого реагирования (QRCs), которая конкретно направлена на обеспечение и быструю доставку запасных частей, реверс-инжиниринг, обслуживание и ремонт насосов. Накопленный за 40 лет опыт разработки насосов и арматуры для атомных электростанций позволил корпорации KSB стать одним из лидеров мирового рынка [8]. Насосы KSB обеспечивают безопасное функционирование первого и второго контура АЕС. Широкий спектр научных исследований новых материалов и технологий позволил KSB предложить на рынке насосного оборудования высоконадежные компоненты для гидравлической составляющей насоса, а также не содержащие сурьмы механические уплотнения производства KSB для основных насосов теплоносителя гарантируют высокую эффективность и увеличение времени эксплуатации уплотнительной системы. Последним достижением KSB является разработка

вертикального одноступенчатого циркуляционного насоса бессальниковой конструкции с мокрой обмоткой двигателя и комплексным маховиком и отсутствующей системой маслоснабжения. Транснациональная корпорация Westinghouse за последние годы провела ряд неудачных поставок ГЦН для энергоблоков китайских АЭС «Sanmen» и «Haiyang» с реакторами AP‑1000. В 2009 году во время испытаний у насосов, изготовленных для АЭС «Sanmen», разрушились подшипники и получили повреждения вольфрамовые части маховиков, а в 2011 году произошел перегрев насоса. Китайские СМИ со ссылкой на представителей компании SPI, сообщили, что во время очередных испытаний были обнаружены «небольшие трещины» в лопатках рабочих колес (impeller blades), а в январе 2013 года от лопатки рабочего колеса отвалился кусок размером 3×2,5 дюйма [9]. Таким образом, проведенный анализ исследований и публикаций по вопросу модернизации ГЦН в атомной энергетике мира, позволил выявить направления проведения исследований по определению технических параметров, характеризующих состояние ГЦН на предмет его старения.

Сигма, Па

Постановка задачи Основой для проведения исследований параметров, характеризующих деградацию отдельных элементов и циркуляционного насоса в целом, является накопленный авторами опыт выполнения работ, направленных на оценку технического состояния с последующим продлением срока эксплуатации ГЦН. Проведенные исследования ставили целью выявление технических параметров, определяющих старение ГЦН для дальнейшего научного обоснования методов оценки технического состояния и остаточного ресурса ГЦН, учитывая процессы его деградации. Для достижения поставленной задачи необходимо: – проанализировать особенности эксплуатации и режимы работы ГЦН и провести анализ общего количества технических параметров, характеризующих надежную и безопасную работу насосов на соответствие нормативной документации (НД) и технической документации завода-изготовителя; – на основании анализа большого объема оперативной диагностики

Рис. 4. Элементы модернизированного главного разъема ГЦН-195М: вид А – интенсивность напряжений в области графитовых прокладок модернизированного главного разъема при затяжке и статистики изменений параметров во времени, дефектов и повреждений ГЦН методом экспертной оценки провести выбор параметров, определяющих старение исходя из признаков деградации насоса; – на основании проведенных исследований деградационных параметров выявить потенциальные механизмы старения ГЦН для проведения дальнейшей работы по оценке технического состояния и определения остаточного ресурса насоса. Основная часть В большинстве нормативных документов техническое состоя-

ние оборудования определяется дискретно как «исправное», «неисправное», «работоспособное», «неработоспособное». Для концепции, основанной на принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию» [10], когда оценка состояния оборудования осуществляется по параметрам технического состояния, обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию, такой подход может быть приемлемым. Однако, при анализе технического состояния для продления сроков эксплуатации оборудования, отработавшего проектный срок службы, такой подход не может быть принят, так как оборудование АЭС постоянно под-

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

держивается в работоспособном и исправном состоянии путем текущего контроля, испытаний и измерений множества параметров, на основе которых выполняются соответствующие ремонты и восстановления, что регламентируется общими положениями безопасности атомных станций [1]. Известно, что при оценке технического состояния ГЦН для определения остаточного ресурса и продления срока его эксплуатации, в качестве параметров должны приниматься только те физические параметры, изменение которых может привести оборудование в неработоспособное или предельное состояние из-за накопления необратимых деградационных изменений, связанных с процессами старения. Такие физические параметры, характеризующие состояние объекта, называются определяющими [11]. Следовательно, для оценки состояния насосов с целью продления сроков их эксплуатации кроме значений технических параметров необходимо исследование динамики изменений данных параметров, необходим анализ дефектов и повреждений насосов, а также определение механизмов старения ГЦН, которые, как правило, являются многофакторными и их закономерности для данного типа оборудования еще недостаточно изучены. Поэтому характер старения ГЦН в первую очередь может быть определен только анализом режимов эксплуатации насосов и изменений его технических параметров, характеризующих необратимые деградационные изменения за весь срок эксплуатации. Очевидно, что в рамках технического обслуживания и ремонтов (ТО и Р) провести такие исследования не представляется возможным, так как в нормативной документации на ТО и Р нет соответствующих методик для исследования, нет обоснований для выбора определяющих параметров старения и не определены механизмы старения, на основе которых можно в дальнейшем делать научно обоснованные выводы о возможности переназначения ресурса ГЦН. Для решения данных задач в ГП НАЭК «Энергоатом» разработаны инженерные программы [12–14], которые устанавливают требования к организации, процедуре, методам и объему выполнения работ по оценке технического состояния и переназначению срока эксплуатации

ГЦН РУ ВВЭР‑1000 (В‑320) и соответствуют требованиям нормативных документов по ядерной и радиационной безопасности. Поэтому, для обеспечения безопасности при эксплуатации оборудования, отработавшего проектный срок, необходимы более совершенные исследования физических параметров, характеризующих процессы старения оборудования с последующей его оценкой. Первостепенно для решения данной задачи был проведен анализ всех текущих технических параметров, характеризующих работу насоса. К общему числу конструкторских, эксплуатационных и ремонтных параметров ГЦН с учетом обеспечения безопасного выполнения главным циркуляционным насосом своих технологических функций и в соответствии с [15] относятся более 200 точек контроля, среди которых: расчетное давление гидравлических испытаний; расчетная температура теплоносителя; частота вращения; производительность насоса; температура и давление запирающей воды на входе; давление дистиллята; температура масла; расход технической воды на установку; скорость расхолаживания и др. Постоянный контроль всех параметров, мониторинг основных рабочих характеристик насоса, сравнительный анализ измеренных значений со значениями нормативных [14] и эксплуатационных документов [15] позволяет постоянно поддерживать работоспособное техническое состояние ГЦН. Подробный анализ конструкторской, эксплуатационной документации по ГЦН на энергоблоках, а также ревизия журналов дефектов, протоколов испытаний, сведения о ремонте металлургических дефектов улиток ГЦН (места дефектов –  рис. 5, размеры заваренных выборок – табл. 1), данные о химическом составе и механических характеристиках металла, сведения о проведенных технических освидетельствованиях ГЦН позволили выявить целый ряд изменений по характеристикам насосов, произошедших за весь период эксплуатации. На основании проведенных исследований проектной, конструкторской, эксплуатационной и ремонтной документации, характеристик работ, производимых по устранению дефектов во время проведения капитальных ремонтов ГЦН, учитывая требования нормативных документов по безопасной эксплуатации насосов, методом экспертной оценки были выбраны па-

раметры, определяющие старение ГЦН. Выбор также производился с учетом технологических функций, физических свойств оборудования и на основании результатов анализа отказов и повреждений за все время его эксплуатации. При этом учитывая функциональное назначение ГЦН на энергоблоке АЭС, объем определяющих параметров должен быть достаточным для достижения поставленных целей. Все параметры, характеризующие старение отдельных элементов и насоса в целом, можно разделить на: – эксплуатационные параметры ГЦН; – циклы нагружения за весь срок эксплуатации ГЦН; состояние основного металла и сварных соединений; – фактические значения физико-механических свойств металла; – степень эрозионно-коррозионного износа (утонение стенки). Значения приведенных выше определяющих параметров старения ГЦН определяются для: – эксплуатационных параметров ГЦН – по результатам анализа паспортов и технических условий насосов, а также графиков несения нагрузки и отчетов о расследовании нарушений в работе АЭС; – циклов нагружения за весь срок эксплуатации ГЦН – по результатам данных, предоставленных службой наладки и испытания оборудования; – состояния основного металла и сварных соединений – по результатам выполнения обследования и расчетов в рамках требований по специально разработанной программе [14] и сравнения с данными по этим параметрам, приведенными в НД; – фактических значений физико-механических свойств металла – по результатам выполнения обследования и расчетов в рамках требований [14] и НД; – степени эрозионно-коррозионного износа (утонение стенки) – по результатам выполнения обследования и расчетов в рамках требований [14] и НД. Критериями параметров, определяющих старение ГЦН являются: – для параметров по механическим свойствам металла (предел текучести, предел прочности, относительное сужение, относительное удлинение) – нормативно-техническая и проектная документация, паспорта, Технические условия;

Таблица 1. Координаты и размеры заваренных выборок металлургических дефектов на улитке ГЦН объемом более 300 Вид, разрез

Координаты

№ дефекта , град

R, мм

У, мм

длина

ширина

глубина

Б-Б, В-В

№ 1

204

670

-185

1000

120

Б-Б, В-В

№ 2

242

630

220

660

210

А-А, В-В

№ 3

292

680

240

640

440

А-А, В-В

№ 4

340

710

260

700

580

А-А, Г-Г

№ 5

1080

-95

310

280

А-А, Г-Г

№ 6

1140

-160

350

260

А-А, Г-Г

№ 7

1180

-170

790

900

Б-Б, Г-Г

№ 8

117

1260

-180

870

890

Б-Б, Г-Г

№ 9

158

1330

-210

870

930

Б-Б, Г-Г

№ 10

197

1350

-230

910

760

Вид Ж, И

№ 11

1280

400

410

380

Вид Ж, И

№ 12

1300

340

500

240

Вид Ж, И

№ 13

1230

600

110

Вид Ж, И

№ 14

1280

280

400

120

Вид Ж, И

№ 15

1530

170

620

290

Вид Ж, И

№ 16

1130

600

480

160

Вид Ж, И

№ 17

1130

600

400

200

Вид Ж, И

№ 18

1200

320

265

190

Вид Ж, И

№ 19

355

1440

220

260

Вид И, Б-Б

№ 20

274

1090

570

310

125

Вид Ж, И

№ 21

281

1200

160

330

170

Вид И, Б-Б

№ 22

248

1370

540

200

Вид А, Е

№ 23

133

930

-550

960

110

Вид А, Е

№ 24

133

1460

980

110

Вид А, Е

№ 25

208

1350

-390

145

120

100

Вид А, Е

№ 26

215

1395

-430

485

170

110

Вид Е, И

№ 27

223

843

900

460

340

235

Вид Е, Д

№ 28

542

-835

3400

170

Вид Ж, Д

№ 29

272

565

-800

1570

– для параметров по состоянию металла – требования документов по нормам оценки качества; – для параметров и характеристики элементов конструкции, такие как: толщина металла, видимые деформации, механические повреждения, выявленные при наружном и внутреннем осмотрах (требования проектной конструкторской документации значения минимально-допустимой толщины); недопустимые деформации и повреждения, которые невозможно устранить, или которые являются недопустимыми с точки зрения условий прочности (требования проектной, конструкторской и эксплуатационной документации); – для количества циклов нагружения – не превышение до-

Размеры дефекта, мм

пустимого количества циклов нагружения, установленного в проектной и эксплуатационной документации; – для номинального расхода допустимое значение установлено требованиями пункта 4.3.13 НД [15]; – для напора допустимое значение установлено требованиями пункта 4.3.13 НД [15]; – для температуры подшипников допустимое значение установлено требованиями пункта 3.16 НД [15]; – для вибрационных характеристик допустимое значение установлено требованиями пункта 5.2.30 НД [15]; – для накопленного усталостного повреждения – не превышение допускаемого по [6] значения накопленного усталостного по-

вреждения на момент окончания переназначенного срока эксплуатации; – для температуры хрупкости – не превышение фактической температуры хрупкости Тk металла ГЦН на момент окончания переназначенного срока эксплуатации. Перечень параметров, определяющих старение ГЦН приведен в табл. 2. Мониторинг основных эксплуатационных характеристик насоса выполняется постоянно. При детальном исследовании типовой последовательности протекания режимов эксплуатации ГЦН очевидно, что эксплуатация рассматриваемого оборудования фактически возможна по двум циклам:

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Рис. 5. Места расположения заваренных выборок металлургических дефектов улитки за время эксплуатации ГЦН – цикл 1 (нормальной эксплуатации, безаварийный); – цикл 2 (аварийный). Анализ данных регистрации эксплуатационных циклов нагружения выполняется в соответствии с положениями пункта 4.2 [16] и проводится с целью: – сопоставления параметров реализованных на блоке эксплуатационных режимов с параметрами расчетных режимов, которые рассмотрены в поверочном расчете на циклическую прочность ГЦН;

– прогноза времени исчерпания допустимого количества циклов нагружения, регламентированного технической документацией; – прогноза времени превышения проектного суммарного числа нарушений нормальной эксплуатации и/или суммарного числа аварийных ситуаций. При выполнении контроля параметров старения элементов ГЦН используются следующие методы неразрушающего контроля в рамках работ по продлению ГЦН:

– наружный осмотр; – визуальный контроль; – ультразвуковая толщинометрия; – контроль механических свойств по твердости. Наружный осмотр насоса (в доступных местах) проводится на предмет выявления трещин, непредусмотренного раскрепления, защемления, удлинения, укорочения или остаточных деформаций. Толщинометрия при технической возможности проводится для

Таблица 2. Перечень параметров, определяющих старение ГЦН 1 Эксплуатационные параметры ГЦН 1.

Номинальная подача, м3

Давление на всасывании, кгс/см2

Напор, кгс/см2

Расчетная температура рабочей среды,ºС

Температура подшипников, ºС

Вибрационные характеристики, мкм

2 Количество циклов нагружения ГЦН при нормальных условиях эксплуатации 7.

Все режимы нормальной эксплуатации

2.1 Количество циклов нагружения ГЦН при нарушении нормальных условий эксплуатации 8.

Все режимы эксплуатации ненормальной эксплуатации

2.2 Количество циклов нагружения ГЦН при аварийных режимах 9.

Все аварийные режимы эксплуатации 3 Состояние основного металла и сварных соединений

10.

Состояние основного металла и сварных соединений улитки ГЦН

11.

Состояние основного металла и сварных соединений переходников улитки ГЦН

12.

Накопленное усталостное повреждение

13.

Температура хрупкости металла 4 Фактические значения механических свойств металла

14.

Корпус улитки. Материал – высокохромистая сталь мартенситно-аустенитного класса 06Х12Н3ДЛ: Т , МПа – R р.0,2 – R тТ , МПа

15.

Патрубки корпуса улитки. Материал – легированная сталь перлитного класса 10ГН2МФА: Т , МПа – R р.0,2 – R тТ , МПа – АТ, %

5 Степень эрозионно-коррозионного износа (утонение стенки)

16.

Толщина стенок улитки ГЦН

17.

Толщина стенок переходников улитки ГЦН

участков, возможно подвергающихся коррозионно-эрозионному и механическому изнашиванию в процессе эксплуатации. В районе сварных соединений замер толщины стенок производится с обеих сторон сварного шва в следующих зонах: – околошовная зона (ОЗ) –  на расстоянии до 20 мм от края сварного шва; – основной металл (ОМ) –  на расстоянии от 20 до 50 мм от края сварного шва. При неудовлетворительных результатах (при обнаружении толщин ниже минимально-допустимых) количество точек измерения увеличивают так, чтобы можно было точнее определить размеры области износа. Определение твердости металла на обследуемых элементах ГЦН проводится с целью проверки со-

ответствия механических характеристик значениям, установленным НД и ТД, и выявления отдельных участков с неудовлетворительными значениями. Измерение твердости осуществляется непосредственно на наружной поверхности улитки ГЦН, переходников всасывающего и напорного патрубков, на шлифованной плоской площадке. В каждой зоне контроля выполнено по 5 измерений твердости по Бринеллю. Твердость в каждой зоне контроля определяется как среднее арифметическое из пяти измерений. По полученной твердости металла в каждой зоне контроля в соответствии с требованиями НД определяются фактические механические характеристики основного металла улитки и основного металла, сварных швов и околошовных зон переходников всасывающего и напорного патрубков ГЦН. При полу-

чении результатов твердости, выходящих за пределы нормативных значений, необходимо в этих зонах произвести снятие поверхностного слоя с удалением возможно обезуглероженного или наклепанного слоя металла и с обеспечением требуемой шероховатости поверхности, но не выводя толщины за минимально-допустимые значения, после чего провести повторное измерение твердости. Если при повторном измерении получены показатели, не удовлетворяющие установленным нормам, необходимо при дополнительных измерениях определить размеры участка с измененными показателями. По результатам замера твердости металла ГЦН дается косвенная оценка их прочностных характеристик: предела прочности R тТ , предеТ , относительного ла текучести R р.0,2 сужения ZT, относительного удлинения AT. Характеристики механических свойств металла в соответствии с измеренными значениями твердости определяются по корреляционным соотношениям. На основе измеренных механических характеристик сварных швов и полученных характеристик основного металла производятся расчеты напряженно-деформированного состояния ГЦН с использованием компьютерной программы «APM Structure» (WinMachine). По результатам расчета определялись наиболее нагруженные его элементы на соответствие [6]. В ходе проведенного анализа эксплуатационной и ремонтной документации, а также исследований параметров, определяющих старение ГЦН, было установлено, что материалы элементов ГЦН наиболее вероятно, могут быть подвержены следующим механизмам старения (табл. 3): – циклическая усталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала. Усталость ГЦН может возникнуть в результате повторяющихся циклов напряжений/деформаций, вызванных колебаниями нагрузок и температур; – механический износ – обычно характеризуется механическими воздействиями. Колебания ГЦН являются вынужденными и обусловлены, в основном, колебаниями, исходящими от вращения вала.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

При эксплуатации ГЦН, под действием эксплуатационных нагрузок, одновременно подвергается воздействию различных механизмов старения. В таком случае, для каждого обследуемого насоса в соответствии с требованиями [12] должны быть установлены доминирующие механизмы старения, которые вносят основной вклад в процесс его старения. Во время эксплуатации, кроме отмеченных выше механизмов старения, металл ГЦН может подвергаться воздействию дополнительных факторов (стрессоров),

способствующих ускоренному старению и деградации. Выводы На основании подробного исследования конструкторской, эксплуатационной документации по ГЦН на энергоблоках АЭС Украины, а также данных постоянного мониторинга полного объема точек контроля, характеризующих надежную и безопасную работу насоса, были выбраны технические параметры, определяющие старение ГЦН. Выбор определя-

ющих параметров осуществлялся для конкретного типа оборудования, исходя из его физических свойств, анализа оперативной диагностики и статистики изменений параметров во времени. В работе предложено систему технико-экономических показателей (параметров), которые определяют старение оборудования. Данная система позволяет: – провести анализ последующей динамики их изменения и оценить статистические данных их изменений во времени с целью определения конкретных процес-

Таблица 3. Механизмы старения материала ГЦН Механизмы старения

Циклическая усталость

Механический износ

Эффект старения

Параметр, определяющий старение

Метод контроля эффекта старения

Изменение физикомеханических свойств

Предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение

Неразрушающие методы контроля механических свойств

Растрескивание

Отсутствие/наличие дефектов, их геометрические параметры, координаты

Периодический неразрушающий контроль состояния металла

Разрушение

Значение накопленного усталостного повреждения. Допустимое количество циклов нагружения

Расчеты на циклическую прочность. Контроль количества циклов нагружения

Растрескивание

Отсутствие/наличие дефектов (повреждений)

Периодический контроль состояния металла

Рис. 6. Модель корпуса улитки ГЦН с указанными условиями закрепления и нагружения

сов, которые постепенно изменяют характеристики материала элементов ГЦН в результате эксплуатации; – установить вероятный механизм старения; – выполнить по значениям определяющих параметров поверочные расчеты на статическую и циклическую прочность, а также сопротивление сейсмическим воздействиям; – формализовать критерии оценки технического состояния ГЦН с последующим решением вопроса о продлении ресурса эксплуатации оборудования. Правильный выбор определяющих параметров старения ГЦН позволит по специальной методике и программе выполнить комплексную оценку текущего технического состояния насоса, определить параметры надежности и оценку остаточного ресурса для получения научно обоснованных объективных выводов о возможности продления ресурса ГЦН. Так же установлено, что при выполнении работ, направленных на продолжение ресурса ГЦН необходимо учитывать наличие и воздействие следующих эксплуатационных факторов: – вибрационные нагрузки; – сейсмические нагрузки; – неучтенные проектными расчетами нагрузки; – высокий уровень механических напряжений; – эрозионно-коррозионный износ; – усталостные повреждения; – дефекты основного металла, а также сварных швов и наплавок во время изготовления и монтажа. Список литературы: 1. НП 306.2.141–2008. Загальні положення безпеки атомних с т а н ц і й . –  В в е д . 0 8 . 0 4 . 0 1 . –  К . : ГКЯР України, 2008. – 62 с. 2. Комплексная (сводная) программа повышения уровня безопасности энергоблоков атомных станций» (КCПБ). –  Введ. 07.12.10. – К.: ГКЯР України, 2010. 3. АО «ЦКБМ» Официальный веб-сайт [Электронный ресурс]. –  Режим доступа. – URL: http:// www.ckbm.ru/ (дата обращения: 28.01.2016). 4. Модернизация главных циркуляционных насосов ГЦН‑317 на АЭС «Моховце 3, 4» [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – 

Рис. 7. Распределение приведенных напряжений 1-3 в корпусе улитки ГЦН: режим нормальной эксплуатации, Р=18,0 МПа, Т=350 ºC, нагрузка – внутреннее давление, вес и температура URL: http://www.sigmagroup.cz/ ru/ (дата обращения: 28.01.2016). 5. Герасимов, В. С. Модернизированный главный разъем ГЦН‑195М для ВВЭР‑1000, РУ В‑320. / [В. С. Герасимов, Ю. М. Паутов, С. П. Евтушенко и др.] // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: матер. конф. ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 26–29 мая 2009. 6. ПНАЭ Г‑7–002–86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. – Утверждены ГАЭН СССР, 1987. 7. Bulletin FPD‑2g (E) February 2014. © 2014 Flowserve Corporation. 8. Expertise you can trust: pumps, valves and services for nuclear power stations 0361.037 / 02-EN / 05.13 / © KSB Aktiengesellschaft 2013 Subject to technical modification without prior notice. 9. Насос истины. Независимое электронное периодическое издание AtomInfo.RU, 2013. 10. Гиря М. П. Выбор определяющих параметров старения электротехнического оборудования АЭС для оценки его технического состояния и остаточного ресурса / М. П. Гиря, Л. М. Штабский // Энергетика и Электрификация. –2006. – № 6. – С. 18–22.

11. Надежность техники. Анализ надежности. Основные положения: ДСТУ 2861–94. –  [Введ. 01.01.97]. – К.: Изд-во стандартов, 1995. – 32 с. 12. ПМ-Д‑0.08.222–14. Типовая программа по управлению старением элементов блока АЭС. – [Введ. 19.03.15]. – К.: НАЭК «Энергоатом» Украины, 2015. 13. ПМ-Т. 0.08.159–05. – Типовая программа оценки технического состояния и переназначения ресурса / срока службы главных циркуляционных трубопроводов и главных запорных задвижек ЯУ ВВЭР. 14. ПМ-Т. 0.03.404–14. Типовая программа оценки технического состояния и продления срока эксплуатации главных циркуляционных насосов ГЦН‑195М. –  [Введ. 26.05.15]. – К.: НАЭК «Энергоатом» Украины, 2015. 15. 195–00–0013 РЭ. Главный циркуляционный насос ГЦН‑195М. Руководство по эксплуатации. 16. МТ-Т. 0.08.155–14. Методика переназначения допустимого количества циклов нагружения и оценка техсостояния по прочности тепломеханического оборудования и трубопроводов при циклическихнагрузках. – [Введ. 2014]. –  К.: НАЭК «Энергоатом» Украины, 2015.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Исследование

УДК 621.318:621.3.015.33

А. В. Радионов, канд. техн. наук, директор (ООО НПВП «Феррогидродинамика», г. Николаев, Украина)

Влияние испаряемости магнитной жидкости на работоспособность и техногенную безопасность магнитожидкостных герметизирующих комплексов Рассмотрено влияние испаряемости магнитной жидкости, находящейся в зазоре магнитожидкостного герметизатора, на его работоспособность и техногенную безопасность. Проанализирована задача об испарении коллоидного раствора наночастиц. Приведены результаты экспериментальных исследований по определению скорости испарения магнитных жидкостей на различных основах, сделан вывод об уменьшении скорости испарения при воздействии магнитного поля на магнитную жидкость. Ключевые слова: магнитная жидкость, испарение, наночастица, магнитное поле. Розглянуто вплив випаровування магнітної рідини, що знаходиться в зазорі магніторідинного герметизатора, на його працездатність і техногенну безпеку. Проаналізовано завдання про випаровування колоїдного розчину наночасток. Приведені результати експериментальних досліджень з визначення швидкості випаровування магнітних рідин на різних основах. Зроблено висновок про зменшення швидкості випаровування пыд час впливу магнітного поля на магнітну рідину. Ключові слова: магнітна рідина, випаровування, наночастка, магнітне поле. The effect of the evaporation of the magnetic fluid in the gap of magnetic seal on its performance and technological safety is considered. The evaporation problem of the colloidal solution of nanoparticles is analyzed. The results of experimental studies to determine the evaporation rate of magnetic fluids on various bases are presented. It is concluded that the evaporation rate of the magnetic fluid when exposed to a magnetic field is reduced. Keywords: magnetic fluid, evaporation, nanoparticles, magnetic field.

Постановка задачи На сегодняшний день техногенную безопасность следует рассматривать как часть экологической безопасности, причем одну из важнейших ее частей, так как техногенные аварии и катастрофы наносят окружающей среде существенно больший вред, чем стационарные выбросы загрязняющих веществ [1]. Техногенная безопасность определяется надежностью и безаварийностью технических систем. Анализ аварий и катастроф показывает, что в большинстве случаев они связаны с отказами устройств, разрушениями элементов, выходами из строя агрегатов. Для Украины ситуация усугубляется критическим значением величины износа технологического оборудования подавляющего числа отраслей отечественной промышленности. При такой высокой изношенности эксплуатационного парка (достигает 60–90 %) вопрос обеспечения экологической безопасности невозможно решить массовым обновлением технических устройств [2]. Кроме того, физическое и моральное старение оборудования все последние годы

значительно опережает темпы замены и обновления. Поэтому необходим поиск резервов лучшего использования качественных характеристик эксплуатируемой техники, в том числе путем ее модернизации с заменой деталей и узлов, где вероятность отказа высока. К таким «узким» местам относятся подшипниковые узлы многих видов оборудования (электродвигатели, редукторы, мешалки, вентиляторы и т. д.). Анализ выхода из строя подшипниковых узлов показал, что одной из причин является невозможность обеспечения практически полной герметичности. Потенциальные возможности традиционных уплотнений в значительной мере себя исчерпали, и обеспечить близкую к абсолютной герметичность они не в состоянии. Выполнить эту задачу могут магнитожидкостные герметизирующие комплексы (МЖГК). Они достаточно хорошо себя зарекомендовали для защиты подшипниковых узлов при тяжелых условиях эксплуатации (сильная запыленность, абразив, влага и т. д.) Величина зазора в начале эксплуатации составляет 0,2–0,25 мм, но значительно увели-

чивается по мере износа оборудования [3, 4, 5]. Работоспособность МЖГК зависит от эксплуатационных характеристик. Одной из таких характеристик является испаряемость магнитной жидкости (МЖ). Ее изучению уделялось мало внимания, это связанно с тем, что испаряемость МЖ практически полностью определяется испаряемостью основы МЖ. И задача ее подбора по испаряемости зачастую сводится к подбору основы по известным данным о ее испаряемости в различных температурных диапазонах [6]. Однако тенденция развития многих промышленных предприятий последних лет, связанная со стремлением увеличить время работы между капитальными ремонтами до 2–3 лет, требует более точной информации о скорости испарения МЖ, являющейся коллоидным раствором с наночастицами. Исследование вопроса испарении коллоидного раствора наночастиц В последние годы задача об испарении коллоидного раствора на-

ночастиц привлекла к себе значительное внимание. Это связано как с чисто научным интересом, так и многочисленными приложениями. Процессы, протекающие при испарении капли, находят применение в производстве наноструктур, создании структурированных поверхностей микро- и наномасштабов, для растягивания ДНК и РНК, полиграфии и многих других приложениях [7]. Большое число работ посвящено исследованию кипения наножидкостей. Современное состояние данной проблемы для магнитных наножидкостей отражено в монографии [8]. В то же время процесс испарения капель магнитных жидкостей не изучался вообще и практически не изучалось испарение обычных капель наножидкостей. Исключение составляют ряд работ, в которых измерялась скорость испарения в окружающую неподвижную воздушную среду подвешенных к капилляру капель наножидкости, а также их поверхностное натяжение и давление насыщенных паров. В качестве базовой жидкости в работе [9] использовалась вода, а частиц-лапонит, Ag и, концентрация которых составляла 0,05 % и только для лапонита 0,5 %. Главным выводом этой работы является слабое влияние добавки наночастиц на поверхностное натяжение жидких капель, а также скорость их испарения в начальные моменты времени. При достижении некоторого критического размера скорость испарения снижается, причем наиболее сильно этот эффект проявляется для частиц серебра. Для лапонита изменения скорости испарения капель не наблюдается, а наножидкости с частицами занимают промежуточное положение между ними. В работе [10] проведено экспериментальное исследование испарения капель топлива (этанол, н-декан и др.) в режиме свободной и вынужденной конвекции с добавкой наночастиц алюминия. Главным выводом работы является снижение скорости испарения для наножидкости, что противоречит результатам исследования наножидкостей с дистиллированной водой в качестве базовой жидкой среды [10,11]. Наличие наночастиц в растворах хладагент-масло изучалось в работе [12]. Авторы отмечали повышение давления насыщенных паров растворов хладагента в наномаслах и уменьшение их поверхностного натяжения, что должно приводить к увеличению интенсивности ис-

парения. Однако в этой же статье отмечается, что все опубликованные исследования по присутствию наночастиц в хладагентах носят фрагментарный характер и достоверных выводов сделать невозможно. Подтверждая это, в работе [13] подчеркивается «аномально большое» время испарения нанокапли при увеличении давления насыщенных паров. На противоречивость данных о влиянии дисперсной фазы и поверхностно-активных веществ (ПАВ) на интенсивность испарения даже для обычных коллоидных растворов и эмульсий указывается в [14]. В частности, еще Кнудсен отметил существенное изменение скорости испарения капелек ртути, если последние подвергались даже незначительному окислению [13]. В достаточно давно изданных монографиях [15, 16] также отмечается сильное уменьшение скорости испарения капель воды при наличии даже небольших примесей ПАВ. Классическая квазистационарная теория испарения капли не позволяет разрешить эти проблемы, так как она построена на предположении, что концентрация пара на поверхности капли равна концентрации насыщенного пара при температуре капли. Это справедливо при радиусе капли, значительно превышающем среднюю длину свободного пробега молекул пара [7], т. е. для наночастиц может не выполняться. Для капли коллоидного раствора наличие дисперсной фазы приводит к дополнительным эффектам. Необходимо учесть структуру межфазной границы, в котором концентрация частиц в общем случае не является постоянной величиной. Присутствие частиц в поверхностном слое влияет на скорость испарения, поскольку средний химический потенциал молекул пара и их энтропия за счет сорбционных свойств поверхности частиц и зависимости эффективной поверхности раствора от наличия дисперсной фазы изменяются [17]. Процесс испарения капель из коллоидного раствора является многофакторным и нелинейным по вкладу отдельных составляющих. Даже не очень существенное уточнение теории испарения приводит к сильному усложнению используемых уравнений. В литературе приводятся решения лишь для отдельных предельных или частных случаев испарения, так как решить задачу в общем виде возможно только численными методами. При этом

различные авторы придерживаются различных точек зрения о механизмах испарения, что приводит к качественно отличающимся друг от друга результатам [18]. Наличие магнитного поля еще больше усложняет механизм испарения капель магнитной жидкости ввиду способности МЖ ощутимо взаимодействовать с магнитным полем. Любая магнитная жидкость является парамагнетиком: в отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты наночастиц ориентированы хаотически, тем самым, компенсируя друг друга, и равновесная остаточная намагниченность МЖ равна нулю; в слабых полях стремлению магнитных моментов выстроиться вдоль приложенного поля мешает тепловое движение; с ростом интенсивности приложенного поля направления магнитных моментов наночастиц становятся все более упорядоченными, и в очень сильных полях наночастицы ориентированы полностью, а намагниченность МЖ достигает насыщения. Характерные значения диаметров магнитных частиц составляют приблизительно 10 нм, что оказывается меньше границы однодоменности. При таких размерах частицы в магнитном поле остаются однородно намагниченными, а ориентационные флуктуации магнитных моментов частиц и перемагничивания всего ансамбля определяются неелевским и броуновским механизмами [19]. Именно такие условия создаются для магнитной жидкости в зазоре магнитожидкостного герметизатора. Влияние магнитного поля на процесс испарения магнитной жидкости заключается в появлении объемных магнитных сил, удерживающих весь объем наножидкости в области сильного магнитного поля; в рекордно высоких для парамагнитных систем значениях магнитных характеристик; в зависимости эффективных гидродинамических, реологических и теплофизических характеристиках МЖ от напряженности внешнего магнитного поля. Также необходимо отметить, что концентрация наночастиц в межфазном (испаряемом) слое существенно отличается от концентрации феррочастиц в объеме магнитной жидкости, что обусловлено магнитофорезом коллоидных наночастиц [20]. Структурирование феррочастиц во внешнем магнитном поле приводит к созданию ансамбля наночастиц, свойства которых, могут сильно отличаться от свойств как

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

индивидуальной наночастицы, так и объемного материала подобно тому, как свойства наночастиц отличаются от свойств микрообъема аналогичного вещества. В работах [8, 21, 22] изучался тепломассоперенос при кипении магнитных жидкостей. Температуры, создаваемые в экспериментах, значительно превышали предельно допустимые рабочие температуры МЖ в зазоре герметизатора. Магнитная жидкость практически мгновенно расслаивалась и испарялась ее жидкая фаза. В литературе появились в последнее время попытки развить более полную теорию процесса испарения, включающую как диффузию пара в воздухе, так и эффекты гидродинамики и теплообмена. Однако противоречивость и расхождение в экспериментальных данных различных авторов свидетельствует о том, что до понимания физической сути происходящих при испарении наножидкости процессов еще далеко. Очевидно, что на различные наночастицы и жидкие основы влияние физических полей (магнитное, электрическое и т. д.) непредсказуемо. Для сравнения скорости испарения промышленных магнитных жидкостей было решено провести экспериментальное исследование. Естественно, что никаких обобщающих выводов на другие типы магнитных жидкостей, их концентрацию, размер и материал наночастиц и т. д. делать невозможно. Поэтому целью работы является экспериментальные исследования влияния интенсивности испарения промышленных магнитных жидкостей, эксплуатирующихся в зазоре герметизатора, на работоспособность и долговечность магнитожидкостных герметизирующих комплексов, от которых зависит техногенная безопасность промышленных объектов.

частиц магнетита. В качестве стабилизатора (ПАВ) использовалась олеиновая кислота. Средний диаметр наночастиц магнетита составлял около 8 нм., т. к. при таком размере седиментационная устойчивость и стабильность магнитных свойств МЖ сохраняются на протяжении нескольких десятков лет [23]. Намагниченность насыщения образцов МЖ и концентрации наночастиц практически не отличались друг от друга. Образцы размещались в помещении, температура окружающей среды изменялась незначительно. Для понимания происходящих при испарении магнитных жидкостей процессов было решено определять испаряемость как относительное изменение массы образца МЖ согласно ГОСТ 9566 и ГОСТ 20354 (1)  – исходная масса (нетто) где образца МЖ на начало измерений, m – масса МЖ на день измерения. Массы определялись с помощью электронных весов с точностью ±1 мг. Каждый образец МЖ заливали в две стеклянные кюветы (чашки Петри) диаметром около 9 см. Толщина слоя МЖ составляла 3 мм. Одна кювета с МЖ устанавливалась на постоянный магнит из сплава

Nd-Fe-B. Вторая кювета с МЖ находилась вне поля. По полученным величинам были построены графики временной зависимости относительного изменения массы. Для МЖ на основе вакуумного масла и ПЭС‑3 на начальном этапе не наблюдалось никаких изменений массы образцов. Для образца 2 процесс испарения начался через месяц после начала исследований (см. рис. 2), а для образца 1 изменения массы стали заметными спустя три месяца (см. рис. 1). Для образца 3 изменения массы наблюдались с первых дней наблюдения. В течение всего времени испытаний все магнитные жидкости оставались однородными, без признаков расслоения. При этом были отмечены отличия в протекании процесса испарения для выбранных образцов МЖ. Так для образцов 1 и 2 воздействие магнитного поля привело к увеличению скорости испарения, а для образца 3 испарения происходило интенсивнее в отсутствии магнитного поля. Сравнительный анализ графиков на рис. 1–3 показал, что испаряемость образцов магнитной жидкости в поле и без него отличаются друг от друга незначительно. В то же время площадь поверхности испарения при воздействии магнитного поля значительно выше. Это объясняется тем, что конфигурации свободной поверх-

Основная часть В работе были исследованы три типа магнитных жидкостей, получившее наиболее широкое применение в промышленности. Жидкими основами для этих жидкостей являлись вакуумное масло ВМ‑3 (образец 1), кремнийорганическая жидкость ПЭС‑3 (образец 2) и рабочая гидравлическая жидкость ЛЗМГ‑2 (образец 3). Все три типа жидкостей представляли собой однородный коллоидный раствор однодоменных

Рис. 1. Временная зависимость относительного изменения массы магнитной жидкости на жидкой основе ВМ‑3

Рис. 2. Временная зависимость относительного изменения массы магнитной жидкости на основе ПЭС‑3

нитной жидкости в зазоре между крышками. Между крышками был предусмотрен зазор, связывающий МЖ с окружающей средой. Наиболее широко МЖГ устанавливались на электродвигатели различных марок для защиты подшипниковых узлов от попадания в них капельной влаги, предотвращения вытекания масла и т. д. При этом рабочая температура в зазоре МЖГ составляет приблизительно 50 ºС [26]. Учитывая это, второй этап исследования испаряемости трех образцов МЖГ проводился в сушильном шкафу при температуре 50 ºС. каждый образец МЖ заливался в емкость, показанную на рис. 5. Одна емкость с МЖ устанавливалась на постоянный магнит, вторая емкость с МЖ устанавливалась без магнитного поля. Шесть образцов МЖ испытывались в сушильном шкафу в течение месяца. Испаряемость определялась по формуле (1), измерения массы для каждого из образцов проводились раз

ности магнитной жидкости в вертикальном магнитном поле отнюдь не горизонтальная и идеально гладкая, что присуще всем жидкостям. При превышении напряженности поля некоторого критического значения на ней начинают зарождаться конические выступы, которые, вытягиваясь вдоль направления поля, образуют характерную «ежевидную» структуру (см. рис. 4). Причиной этого является зависимость действующей на магнитную жидкость пондеромоторной силы от напряженности макроскопического поля, которая представляет собой сумму напряженностей полей внешних источников и собственного поля магнитной жидкости, зависящего от формы занимаемой полем области пространства. При периодической деформации свободной поверхности напряженность поля под ее буграми вследствие стремления силовых линий замыкается через среду с более высоким значением магнитной проницаемости увеличивается, а под впадинами – уменьшается [24, 25] Поэтому на следующем этапе было решено исследовать испаряемость выбранных образцов МЖ в условиях, близких к их применению в магнитожидкостных герметизаторах (МЖГ). С учетом того, что температура в зазоре магнитожидкостного герметизатора может изменятся в широких пределах

в сутки. Анализ полученных результатов показал, что испаряемость магнитной жидкости на основе ВМ‑3 не изменилась, как в присутствии магнитного поля, так и при его отсутствии. Для магнитной жидкости на основе ПЭС‑3 потеря массы на испарение для образца вне магнитного поля составила

Рис. 3. Временная зависимость относительного изменения массы магнитной жидкости на основе жидкости ЛЗ-МГ‑2 (223–373 К), решено было определить скорость испарения образцов магнитной жидкости при различных температурах. Для проведения экспериментов была использованная емкость (рис. 5), состоящая из двух крышек, соединяемых между собой винтами. С помощью винтов можно было регулировать толщину слоя маг-

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Рис. 4. Магнитная жидкость под действием магнитного поля 0,03 %, а у емкости, установленной на постоянный магнит испаряемость не изменилась. Изменение

кам, магнитная жидкость была разработана для аммиачных систем [27], для температур от 50 ºС она не применима. На третьем этапе было решено испытать в сушильном шкафу при практически максимальной для магнитожидкостных устройств температуре, равной 95 ºС , образцы магнитной жидкости на основе ВМ‑3 и ПЭС‑3 по методике, аналогичной применявшейся на втором этапе. Результаты исследований для МЖ на ВМ‑3 приведены на рис. 7. Для МЖ на ПЭС‑3 графики не проводятся, т. к. их общий вид сохраняет те же тенденции, что и для МЖ на жидкой основе ВМ‑3. Из рассмотрения графиков на рис. 7 можно сделать вывод, что магнитное поле уменьшает скорость испарения жидкости, что является положительным фактором для увеличения времени работы МЖГ. В то же время основным критерием для изготовления МЖ с повышенными требованиями по испаряемости является выбор жидкой основы. Наиболее

Выводы 1. Работоспособность и техногенная безопасность магнитожидкостного герметизирующего комплекса зависит от испаряемости магнитной жидкости в зазоре герметизатора, как одной из основных эксплуатационных характеристик. 2. Жидкие основы МЖ с низкой испаряемостью имеют более длительный срок службы. 3. Действие магнитного поля замедляет испаряемость магнитной жидкости. 4. Перспективными являются синтез магнитной жидкости на жидких основах Апиезон и Алкарен, т. к. они обогащены парафино-нафтеновыми углеводородами, не содержат легких и средних фракций ароматических углеводородов и поэтому характеризуются низкими показателями испаряемости. Список литературы: 1. Надежность технических систем и техногенный риск / [В. А. Акимов, В. Л. Лапин, В. М. По-

Рис. 5. Емкость для моделирования испаряемости магнитной жидкости в зазоре герметизатора скорости испарения для рабочей жидкости ЛЗ-МГ‑2 от времени приведено на рис. 6. Здесь процесс испарения шел значительно интенсивней, чем при комнатной температуре (см. рис. 3). Интенсивность испарения первоначально была выше у образца без магнитного поля. С течением времени ввиду повышения концентрации дисперсной фазы возрастание испаряемости замедлилось и вышло на «насыщение». Анализ приведенного на рис. 6 графика показывает, что интенсивность испарения МЖ на основе масла рабочей жидкости без магнитного поля на начальном этапе в несколько раз выше, чем у образца, к которому подведено поле. В то же время потеря более 20 % массы жидкости на испарение не позволяет ее применять для относительно высоких температур. Это объясняется тем, что рабочая гидравлическая жидкость ЛЗМГ‑2 (ТУ 38.101328–81) содержит керосиновые фракции. На данной основе, благодаря отличным низкотемпературным характеристи-

Рис. 6. Изменение скорости испарения магнитной жидкости на основе жидкости ЛЗ-МГ‑2 от времени

приемлемых результатов следует ожидать от масел, применяемых в вакуумной технике. Только для этих масел испаряемость является важнейшей экологической и эксплуатационной характеристикой, а показатель испаряемости как функция давления насыщенных паров применяется в качестве основного отбраковочного показателя [28].

пов и др.]. – М.: ЗАО ФИД «Деловой Экспресс, 2002. – 368 с. 2. Топоров А. А. Новый подход к анализу техногенноопасных ситуаций на технологических производствах / А. А. Топоров // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Хімія і хімічна технологія. – Донецьк, ДонТТУ. – 2005. – Вип. 95. – С. 126–130. 3. Радионов А. В. Магнитожидкостные герметизирую-

Рис. 7. Изменение скорости испарения магнитной жидкости на жидкой основе ВМ‑3 щие комплексы / А. В. Радионов, С. С. Рыжков // Збірник наукових праць НУК. –  Николаев, НУК. – 2013. – № 4. –  С. 44–51. 4. Радионов А. В. Опыт эксплуатации магнитожидкостных герметизаторов в промышленной энергетике / А. В. Радионов // Гірнича електромеханіка та автоматика. – Днепропетровск, 2011. –  Вип.87. – С. 134–138. 5. Радионов А. В. Комбинированные магнитожидкостные герметизаторы – э ффективная альтернатива бесконтактным уплотнениям подшипниковых узлов с жидкой смазкой / А. В. Радионов, А. Н. Виноградов // Збагачення корисних копалин: наук. – техн. зб. – 2009. – Вип. 35 (76). – С. 148–155. 6. Магнитные жидкости в машиностроении / [Д. В. Орлов, Ю. О. Михалев, Н. К. Мышкин и др.]: Под общ. ред. Д. В. Орлова, В. В. Подгоркова. – М.: Машиностроения, 1993. – 271 с. 7. Лебедев-Степанов П. В. Введения в самосборку ансамблей наночастиц / П. В. Лебедев-Степанов. – М.: НИЯУ МИФИ, 2012. – 184 c. 8. Симоновский А. Я Проблемы теплои массопереноса в нанодисперсных магнитных жидкостях / А. Я. Симоновский, О. А. Тришанина. –  Ставрополь: СевКазГТУ, 2010. – 296 с. 9. Chen R. – H. Effect of nanoparticles on nanofluid droplet exaporation / R. – H. Chen, T. X. Phuos, D. Martello // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 2010. – V. 53. –  P. 3677–3682. 10. Gan Y. Exaporation characteristics of fuel droplets with the addition of nanoparticles unde

natural and forced convection / Y. Gan, L. Qiao // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 2011. – Vol. 54. –  P. 2459–2466. 11. Терехов В. И. Экспериментальные исследования испарения капель наножидкости в потоке сухого воздуха / В. И. Терехов, Н. Е. Шишкин // Сборник научных статей «Современная наука». – 2011. – № 2(7). – С. 197–201. 12. Железный В. П. Перспективы новых рабочих тел на основе нанофлюидов для повышения энергоэффективности холодильного оборудования / В. П. Железный, О. Я Хлиева // Інновації в суднобудуванні та океанотехніці: матеріали V Міжнар. наук. – техн. конф. – Миколаїв: НУК, 2014. –  С. 307–310. 13. Козырев А. В. Испарение сферической капли в газе среднего давления / А. В. Козырев, А. Г. Сытников // Успехи физических наук. – 2001. – Том 171, № 7. – С. 765–775. 14. Павленко А. М. Кинетика испарения воды из эмульсии / А. М. Павленко, Б. И. Басюк // Промышленная теплотехника. – 2003. –  Т. 25. – № 4. – С. 3–6. 15. Грин Х. Аэрозоли-пыли, дымы и туманы / Х. Грин, В. Лейн. –  М.: Химия, 1972. – 270 с. 16. Фукс Н. А. Испарение и рост капель в газообразной среде (Итоги науки: физико-математические науки) / Н. А. Фукс. – М. Изд-во АН СССР, 1958. – 92 с. 17. Зимон А. Д. Коллоидная химия наночастиц. Часть 1. Особенности и свойства наночастиц / А. Д. Зимон. – М.: МГуту, 2010. – 152 с. 18. Тарасевич Ю. Ю. Качественный анализ закономерностей высыхания капли многокомпонентного раствора на твердой подложке / Ю. Ю. Тарасевич, Д. М. Православ-

нова // Журнал технической физики. – 2007. – Т. 77(2). – С 17–21. 19. Dikansky Yu. Effects of a superparamagnetic state of particles of a paraffin based magnetic colloid / Yu. Dikansky, A. Ispiryan, S. Kunikin, A. Radionov // Solid State Phenomena. – 2015. – Vol. 233–234. –  PP. 297–301. 20. Пшеничников А. Ф. О силах, действующих на постоянный магнит, помещенный в прямоугольную полость с магнитной жидкостью / А. Ф. Пшеничников, Е. Н. Буркова // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. –  Т. 7. – № 1 – С. 5–14. 21. Яновский А. А. Влияние магнитного поля на процессы парообразования в кипящей магнитной жидкости / А. А. Яновский, А. Я Симоновский, В. Д. Холопов // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8 (2). – С. 332–337. 22. Гришанина О. А. Закалочное охлаждение плоских стальных пластин в магнитной жидкости / О. А. Гришанина // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2009. – № 9 (57). – С. 12–20. 23. Радионов А. В. Повышение техногенной безопасности эксплуатации оборудования с увеличенными радиальными зазорами [Електронне видання] / А. В. Радионов, С. А. Куникин, С. А. Полежаева // Вісник НУК. 24. Брук Э. Т. «Еж» в стакане / Э. Т. Брук, В. Е. Фертман. – Минск: Выш. школа, 1983. – 253 с. 25. Коровин В. М. О неустойчивости плоской поверхности магнитной жидкости в цилиндрической полости при наличии вертикального магнитного поля / В. М. Коровин, А. А. Кубасов // Журнал технической физики. – 1998. – Том 68. – № 1. – С. 23–30. 26. Радионов А. В. Опыт эксплуатации магнитожидкостных герметизаторов на нефтеперерабатывающих заводах стран СНГ / А. В. Радионов // Химическая техника. – 2015, № 10. – С. 11–17. 27. Радионов А. В. Применение магнитожидкостных устройств в холодильной технике / А. В. Радионов // Вестник Международной Академии Холода. – 1999. – № 4. –  С. 45–49. 28. Аббуд А. Ю. Испаряемость нефтяных масел и ее влияние на экологические аспекты их рационального использования: автореф. дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук: спец.05.17.07 «Химическая технология топлива» / А. Ю. Аббуд. – Москва, 1998. – 21 с.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Проектирование и моделирование

УДК 621.65

С. О. Горовий, канд. техн. наук, доцент (Сумський національний аграрний університет, м. Суми, Україна)

Розрахунок опор-ущільнень насосу з самовпорядкованим ротором Гидродинамические силы в щелевых уплотнениях центробежных насосов играют решающую роль в стабилизации вибрационной активности роторов насосов. Это дает возможность по-новому оценить роль бесконтактных уплотнений проточной части – как опорно-уплотнительных узлов центробежного насоса. Ротор насоса самоустанавливается в симметричных щелевых уплотнениях под действием гидродинамических сил и моментов. Предложенная методика расчета реализует новый проектный подход к созданию элементов проточной части центробежного насоса со щелевыми опорамиуплотнениями. Ключевые слова: центробежный насос, самоупорядоченный ротор, уплотнения, гидродинамические силы, элементы проточной части. Гідродинамічні сили в шпаринних ущільненнях відцентрових насосів відіграють провідну роль в стабілізації вібраційної активності роторів насосів. Це дає можливість по-новому оцінити роль безконтактних ущільнень протічної частини – як опорно-ущільнювальних вузлів відцентрового насоса. Ротор насоса самодовільно орієнтується в симетричних шпаринних ущільненнях під дією гідродинамічних сил та моментів. Запропонована методика розрахунку реалізує новий проектний підхід до створення елементів протoчної частини відцентрового насосу зі шпаринними опорами-ущільненнями. Ключові слова: відцентровий насос, самовпорядкований ротор, ущільнення, гідродинамічні сили, елементи проточної частини. The hydrodynamic forces in slot-hole seals of centrifugal pumps play a leading role in stabilization of vibrational activity of rotary tables of pumps. It enables in a new fashion to evaluate a role of contactless seal of a blading section – it the role of reference – strong clusters of a centrifugal pump are removed. Such rotor in process of the rotation makes joint radial – angular fluctuations. The offered technique of a blading section of a centrifugal pump with slot – hole seals, wich one play a role of the mated reference – strong clusters. Keywords: centrifugal pump, well ordered rotor seals, hydrodynamic forces, elements of flow area.

Постановка проблеми у загальному вигляді Різні типи відцентрових насосних агрегатів широко використовуються в різних технологічних процесах промисловості, сільського господарства, енергетики, тощо. З підвищенням гідравлічних параметрів насосів виникає потреба у зростання частот обертання роторів, при цьому гідроенергонасичена система «ротор-ущільнення» створює головний руйнівний вплив на працездатність опорних вузлів та агрегату в цілому. Статистичні дані вказують на те, що на долю ущільнювальних вузлів та зовнішніх підшипникових опор припадає до 70 % всіх аварійних випадків відцентрових насосів, а саме: злам валу, механічні руйнування оболонок ущільнень, вихід з ладу підшипників та агрегату в цілому [1]. Виникає достатньо реальна ідея сумістити функціональні можливості безконтактних ущільнень та підшипникових опор в єдиному цілісному вузлі з вдосконаленими можливостями. Аналіз останніх досліджень і публікацій Роботи багатьох науковців були присвячені дослідженню структури гідродинамічних сил

та моментів у безконтактних ущільненнях протічної частини. Розрахункові та дослідні дані, що зумовлюють величини та напрями сил, докладно наведені в роботах [2–4]. Характеристика радіальної сили з боку відводу відцентрового насосу надається в роботах [5–7]. Гідродинамічні сили в ущільненнях можуть бути причиною руйнівних автоколивань ротора, або стабілізувати останній та суттєво зменшити віброактивність агрегату в цілому [2, 3]. Цілеспрямована оптимізація вібраційних параметрів відцентрових насосів реалізується шляхом вдосконалення динамічних характеристик ротора з урахуванням гідродинамічних процесів, що мають місце в розвиненій системі шпаринних ущільнень між ротором та статором [4]. Формулювання задачі)

цілей

статті

(постановка

У цій роботі пропонується провести оцінювання технічних можливостей безконтактних ущільнень. Ідея полягає в суміщенні функцій динамічних опор та ущільнень в єдиному вузлі безконтактного ущільнення відцентрового насоса, що суттєво спрощує його виготовлення та експлуатацію під час

значного зменшення масогабаритних параметрів і підтримці в допустимих межах рівня вібрацій агрегату. Досягнення цієї мети реалізується шляхом надання ротору-колесу можливості вільно самовстановлюватися в статорних оболонках ущільнень та стабілізуватися у осьовому напрямі при наявності обмежених за амплітудами радіально-кутових і осьових коливань під час збереження динамічної стійкості на різних частотах обертання. Виклад основного матеріалу дослідження Базовим варіантом відцентрового насоса з опорами-ущільненнями може бути насос, робочий орган-колесо якого має можливість радіальнокутового та осьового самовстановлення в двох симетричних шпаринних ущільненнях з боку основного та покриваючого дисків робочого колеса [8]. Робоче колесо в процесі обертання постійно знаходиться під дією складної сукупності гідравлічних сил, породжених протіканням перекачуваної рідини крізь елементи гідравлічного тракту насоса, а також під дією сили тяжіння ротора. Радіальні сили з боку протічної частини насоса – це гідродинамічні сили та моменти в шпаринних ущільненнях а також неврівноважена радіальна сила з боку традиційного для відцентрових насосів спірального відводу. Осьові сили – це неврівноважені гідродинамічні сили, що діють на бокові поверхні робочого колеса насоса. Виникає сила з боку відводу під час відхилення режиму роботи насосу від розрахункового, наслідком чого стає перерозподіл тисків рідини на периферії робочого колеса та утворенню радіально спрямованої рівнодійної сил тиску на колесо; як вектор, радіальна сила має лінію дії, що проходить крізь центр мас колеса [9]. Максимальної величини ця сила досягає на подачах насоса близько нуля, а мінімальної – на розрахункових режимах. Значення цієї сили можна обчислити за даними наведеними в роботі [6]: (1) де  – коефіцієнт витоку; ρ – густина рідини;  – статичний напор колеса;  – зовнішній діаметр колеса;  – ширина колеса на виході;  – прискорення вільного падіння (9,81 ). З метою майже повної ліквідації сили з боку відводу доцільно застосувати не спіральний відвід, а двох-, чи багато завитковий варіант відводу. Ще краще використати виправляючий апарат на зовнішньому діаметрі колеса. Що правда, технічна реалізація таких конструкцій значно складніша за традиційну схему. Принципова конструктивна схема ротора, що самовстановлюється в ущільненнях-опорах, являє собою одноступеневий відцентровий насос з двома симетричними радіальними ущільненнями однакового діаметра, які утворюють бічні гідравлічні тракти. У першому наближенні можна вважати, що рідина

в них обертається як тверде тіло з кутовою швидкістю . З обох сторін колеса на максимальному радіусі тиск рідини дорівнює тиску нагнітання : (2)  – тиск підпору на вході в насос. Обертання рідини разом з дисками колеса веде до зниження тиску в бічних гідравлічних трактах-паузах за параболічним законом. Тому падіння тисків в паузах можна отримати як функції квадрата кутової швидкості рідини та квадратів радіусів, якими обмежені кільцеві поверхні основного та покриваючого дисків робочого колеса [3]: де

(3)  – тиск на і-му радіусі, ri – і-й радіус. Тоді осьова гідростатична складова сил, що діють до на кільцеві поверхні дисків робочого колеса від , визначається інтегралом: де

(4) Загальна осьова сила являє собою векторну суму від всіх кільцевих ділянок з обох складових сил боків колеса та осьової сили з боку вхідної воронки (сила підпору). Проектувальний розрахунок відцентрового насоса з суміщеними опорно-ущільнювальними вузлами протічної частини доцільно вести, використавши в якості базової математичної моделі систему рівнянь статики та динаміки, котрими можна дати опис радіальної та осьової рівноваги колеса відносно статорних оболонок ущільнень та торцового пояску пристрою осьового розвантаження з урахуванням радіально-кутових коливань ротора в ущільненнях. Величини зовнішніх гідродинамічних сил та моментів, що діють на робоче колесо насоса, можуть бути розраховані за даними роботи [8]. Всі рівняння складають замкнену систему, розв’язком якої є лінійні та кутові переміщення колеса відцентрового насоса:

(5)

де , си;

Г – статичний та динамічний дисбалан – радіальна комплексна змінна;  – кутова комплексна змінна;  – кутова  – радіальні та кутові частота обертання ротора; гідродинамічні коефіцієнти;  – радіальні та кутові зміщення ротора. Повний розгляд утворення системи (5) наведений в роботі [8].

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Розв’язок цієї системи може бути отримано у вигляді суперпозиції розв’язків рівнянь статики, які визначають радіальне положення центра мас (центра інерції) робочого колеса, та рівнянь динаміки, які визначають амплітуди вимушених радіально-кутових коливань і межу динамічної стійкості колеса в шпаринних ущільненнях. Ці рішення повинні забезпечити безконтактне обертання колеса в суміщених опорноущільнювальних вузлах в процесі експлуатації насосного агрегату. Аналіз існуючих конструктивних схем відцентрових насосів дозволяє зупинитися на базовій схемі у вигляді консольного насосу з коефіцієнтом . Цей варіант насосів швидкохідності має сприятливу форму протічної частини та достатні параметри «напор –виток». Це дає змогу створювати ефективну систему авторозвантаження осьових сил та конструювати опори-ущільнення потрібної геометрії. Проектувальний розрахунок відцентрового насосу з сумісними опорно-ущільнювальними вузлами складається з двох етапів. Перший – це статичні розрахунки елементів протoчної частини з метою отримання потрібної вантажопідйомності опорних вузлів та необхідного врівноваження осьових зусиль в робочому діапазоні «напор – виток». Другий етап – динамічні перевірочні розрахунки шпаринних ущільнень з метою обчислення критичних кутових частот обертання робочого колеса відносно радіальних та кутових коливань. Найбільш важливим моментом другого етапу є обчислення межі динамічної стійкості радіальнокутових коливань колеса в ущільненнях та межі динамічної стійкості колеса відносно осьових коливань в автоматичних елементах осьового розвантаження. На етапі статичного розрахунку задаємося геометричною схемою відцентрового насоса, виходячи із загальних особливостей протічної частини. Положення статичної рівноваги колеса зумовлюється симетричним розташуванням колеса відносно торцевих поясків автоматів осьового розвантаження; в цьому положенні майже 50 % теоретичного напору буде спрацьовуватися на шпаринних ущільненняхопорах та приблизно 20 % – на торцевих поясках авторозвантажування. Таке співвідношення напорів найбільш сприятливе з точки зору статичної стійкості колеса в ущільненнях та інших елементах протічної частини. Розрахунки геометричних параметрів шпаринних ущільнень мають на меті виконання двох обмежень. З одного боку отримання достатньої вантажопідйомності ущільнень, з другого – отримання необхідного осьового авторозвантаження колеса. Етап статичних розрахунків ведеться шляхом послідовного наближення до потрібних параметрів. Спочатку обчислюється потрібна вантажопідйомність одного ущільнення за виразом:

(6)

де m – маса колеса; Fотв. – сила з боку відводу, розрахована за виразом (1). Наступним обчислюється базовий перепад тиску на ущільненні: (7) де Р2 – теоретичний тиск, що створюється робочим колесом; Р0 – тиск підпору. Далі розраховується величина радіуса ущільнення за формулою: (8)

де l, ΔP – базові значення довжини та перепаду тиску  – гідравлічні коефіцієнти, як на ущільненні; функції та h – базового зазору в ущільненні. Отримавши комбінацію R, l, P, ΔR розраховуємо площу камер авторозвантаження та максимальне розвантажувальне зусилля, котре не повинне бути меншим за величину осьової сили, розрахованої за формулою (4). Геометричні параметри шпаринних ущільнень дають можливість перевірити їх вантажопідйомність за формулою: (9) гідростатичної де Ks – коефіцієнт ущільнення. Цей коефіцієнт дорівнює:

жорсткості

(10) Порівняння значення сили з величиною сили за формулою (6) дає нам величину запасу вантажопідйомності ущільнення, а також дозволяє зробити висновки щодо можливих розмірів ущільнення в бік їх зменшення. Другий етап проектувальних розрахунків відповідає перевірочним динамічним розрахункам гідравлічної системи «колесо – ущільнення – авторозвантаження» з метою отримання критичних частот обертання для радіально-кутових коливань колеса в ущільненнях, а також межі динамічної стійкості та стійкості щодо осьових коливань в автоматах осьового розвантаження. Елементи конструкцій ущільнень повинні забезпечувати амплітуди вимушених коливань не більше половини радіального зазору в ущільненнях відносно положення статичної рівноваги колеса. Динамічні розрахунки містять визначення осьового та екваторіального моментів інерції робочого колеса згідно його геометричної конфігурації, отриманої

під час статичних проектних розрахунків першого етапу. Далі, згідно геометрії ущільнень та перепадів тисків на них, розраховуємо гідродинамічні параметри ущільнень. Це дає можливість наступним кроком провести кількісну оцінку власних частот ротора та межу його динамічної стійкості. Дослідні дані роботи [8] дозволяють рекомендувати роботу відцентрового насоса в таких діапазонах частот обертання: 1. До частоти 0,7ωе та вище за 1,3ω е, де ω е –  кутова швидкість, що відповідає власній частоті радіальних коливань колеса в ущільненнях. Такий діапазон відповідає конфігурації колеса, у якої гіроскопічний момент диска-колеса суттєво збільшує межу динамічної стійкості відносно власної частоти радіальних та кутових коливань. 2. До 0,7ωе – для робочих коліс барабанної конфігурації. Для них характерні низькі критичні частоти кутових коливань; амплітуди кутових коливань значно перевищують амплітуди радіальних коливань. Загалом, робота роторів-колес на частотах обертання більших, ніж подвоєна частота власних радіальних коливань, можлива лише в окремих випадках із застосуванням спеціальних конструкцій ущільнень без вхідної закрутки рідини; проте ці конструкції складні у виготовленні, тому їх використання не завжди економічно доцільне. Прості гладкі циліндричні шпаринні ущільнення не знешкоджують закрутку рідини на вході, що веде до втрати робочим колесом динамічної стійкості приблизно на межі подвоєних власних радіальних коливань внаслідок дії дестабілізуючої циркуляційної гідродинамічної сили. Якщо внаслідок перевірочних динамічних розрахунків будуть отримані результати незадовільних коливальних режимів, то можна спробувати дещо змінити геометричні розміри ущільнень, що поліпшить динамічні властивості колеса в суміщених опорах-ущільненнях. Зменшити амплітуди вимушених коливань також можливо шляхом ретельного динамічного балансування ротора-колеса. Разом з радіально-кутовими коливаннями робоче колесо здійснює також осьові коливання в торцевих зазорах пристроїв осьового авторозвантажування. З метою запобігання осьових резонансних режимів необхідно проектувати елементи гідравлічної частини авторозвантаження без виникнення осьової нестійкості. Оскільки пристрої осьового розвантажування конструктивно мають вигляд двосторонньої оберненої гідравлічної п’яти, тому умови стійкості, за даними роботи [2], можуть бути зведені до обмежень, що накладаються на об’єми камер розвантажування. Спрощена умова стійкості відносно глибини H камери має вигляд:

(11)

де Е – модуль пружності рідини; zб – базовий торцевий зазор зворотної гідравлічної п’яти; u – значення торцевого зазору в рівноважному стані; P – тиск перед циліндричною шпариною;  – гідравлічний коефіцієнт шпарини. Конструктивне значення глибини камери авторозвантажування приймається вдвічі менше з метою отримання певного «запасу міцності» з позицій осьової стійкості колеса в автоматичних пристроях осьового розвантажування. Висновки Внаслідок проведення поетапного проектноперевірочного розрахунку гідравлічного тракту суміщених опорно-ущільнювальних вузлів відцентрового насосу із самовпорядкованим ротором-колесом зупиняються на тому комплексі геометричних параметрів ущільнень, які задовольняють всім критеріям гідростатичної вантажопідйомності та динамічної стійкості для тривалої роботи відцентрового насосу в потрібному діапазоні напорів-витоків. Запропонована методика розрахунку реалізує нетрадиційний проектний підхід до створення елементів протoчної частини відцентрового насосу із самовпорядкованим в опорах-ущільненнях ротором. Список литературы 1. Гроховский Д. В. Динамика центробежных многоступенчатых насосов / Д. В. Гроховский. Обзорная информация / Сер.ХМ‑4. – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. – 56 с. 2. Марцинковский В. А. Бесконтактные уплотнения роторных машин. / В. А. Марцинковский. – М.: Машиностроение, 1980. – 200 с. 3. Марцинковский В. А. Насосы атомных электростанций / В. А. Марцинковский, П. Н. Ворона. –  М.: Энергоатомиздат, 1987. – 256 с. 4. Беда И. Н. Разработка уточненной модели и исследование динамических характеристик системы ротор-щелевые уплотнения / Дис. … канд. техн. наук. –  Москва, 1992. – 192 с. 5. Ломакин А. А. Питательные насосы типа СВП‑220–280 турбоустановки сверхвысоких параметров // Энергомашиностроение. – 1955. – № 2 – С. 1–10. 6. Степанов А. И. Центробежные и осевые насосы /А. И. Степанов. – М.: Машгиз, 1960. – 464 с. 7. Исследование радиальных сил в центробежных насосах: труды ВИГМ / В. Б. Шемель, Р. М. Агульник. –  Вып. XXIV. – М.: Машгиз, 1959. – С. 26–37. 8. Горовой С. А. Разработка и исследование конструкций «безвальных» центробежных насосов / Дис… канд. техн. наук. – Сумы, 1995. – 233 с. 9. Михайлов А. А. Лопастные насосы / А. А. Михайлов, В. В. Малюшенко. – М.: Машиностроение, 1977. – 192 с.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Эксплуатация оборудования

УДК 621.65

Р. Н. Радченко, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. (Национальный университет кораблестроения им. адмирала Макарова, г. Николаев, Украина); Н. С. Богданов, аспирант (Национальный университет «Одесская морская академия», г. Одесса, Украина); Ю. Г. Щербак, канд. техн. наук, доцент (Черноморский государственный университет им. П. Могилы, г. Николаев, Украина)

Охлаждение наддувочного воздуха малооборотного дизеля с использованием его тепла Проанализировано эффективность охлаждения наддувочного воздуха судового малооборотного дизеля в двух- и трехступенчатых охладителях в составе теплоиспользующей системы охлаждения на базе эжекторной холодильной машины, утилизирующей теплоту воздуха. Для главного дизеля транспортного судна и климатических условий конкретной рейсовой линии определены снижение температуры наддувочного воздуха и соответствующая экономия топлива по сравнению с традиционным охлаждением воздуха забортной водой. Ключевые слова малооборотный дизель, охлаждение, наддувочный воздух, теплоиспользующая холодильная машина, низкокипящее рабочее тело. Проаналізовано ефективність охолодження наддувного повітря суднового малообертового дизеля у дво- та триступеневих охолоджувачах у складі тепловикористовуючої системи охолодження на базі ежекторної холодильної машини, що утилізує теплоту повітря. Для головного дизеля транспортного судна і кліматичних умов конкретної рейсової лінії визначені зниження температури наддувного повітря та відповідна економія палива в порівнянні з традиційним охолодженням повітря забортною водою. Ключові слова: малообертовий дизель, охолодження, наддувне повітря, тепловикористовуюча холодильна машина, низькокипляче робоче тіло The efficiency of scavenge air of cooling marine low speed diesel engine scavenge air in two- and three stage air coolers by utilizing the heat of scavenge air itself in the waste heat recovery ejector chiller is analyzed. A decrease in the scavenge air temperature and corresponding fuel saving compared with traditional air cooling by seawater are evaluated for the main engine of the transport ship and climate conditions on the rout line. Keywords: low speed diesel engine, cooling, scavenge air, waste heat recovery cooling machine, low boiling working fluid

Состояние проблемы и постановка цели исследования Малооборотные дизели (МОД) применяются в основном в качестве главных двигателей на морских судах. На их термодинамическую эффективность существенное влияние оказывает температура наддувочного воздуха. С ее повышением на 10 эффективный КПД МОД уменьшается примерно на 0,5 % и, соответственно, возрастает удельный расход топлива [1–3]. В большинстве случаев в судовых МОД применяются одноступенчатые системы охлаждения наддувочного воздуха двух типов – одноконтурная система охлаждения забортной водой и двухконтурная, с промежуточным контуром пресной воды. Все более широкое распространение находят двухконтурные двухступенчатые системы охлаждения когенерационного типа, когда нагретая в высокотемпературной

ступени охладителя наддувочного воздуха ( ) вода используется для нужд судовой энергетической установки, например, для нагрева топлива, масла, на теплофикационные цели, либо является экономайзерной секцией нагрева питательной воды утилизационного котла. Хотя при этом потери тепла с охлаждающей наддувочный воздух водой и сокращаются, однако проблема поддержания температуры воздуха на приемлемом низком уровне при плавании судна в южных широтах с высокой температурой забортной воды остается не решенной. Одним из направлений ее решения является применение машинного охлаждения воздуха, и прежде всего теплоиспользующими холодильными машинами (ТХМ), утилизирующими теплоту наддувочного воздуха, выпускных газов двигателей и других источников [4, 5]. Использование в ТХМ низкокипящих рабочих тел (НРТ) обеспечивает глубокое охлаждение воздуха

в низкотемпературной ступени охладителя наддувочного воздуха ( ) без поддержания вакуума в системе НРТ. В этом случае испаритель НРТ-охладитель воды служит для охлаждения пресной воды, подаваемой в , ниже температуры забортной воды. В таких теплоиспользующих системах охлаждения (ТСО) необходимо решать вопросы выбора числа ступеней ОНВ по ходу воздуха: двухступенчатый ОНВ в составе и , практически не зависящий от температуры забортной воды, либо же трехступенчатый ОНВ – с дополнительной ступенью промежуточного охлаждения (ПО) наддувочного воздуха забортной водой между и . Цель работы – оценка эффективности охлаждения наддувочного воздуха МОД эжекторной холодильной машиной, использующей теплоту наддувочного воздуха, в двух- и трехступенчатых охладителях.

Основная часть Схемы систем охлаждения наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на базе теплоиспользующей эжекторной холодильной машины (ТЭХМ), утилизирующей теплоту наддувочного воздуха, с двух- и трехступенчатым охладителями, приведены на рис. 1. Высокопотенциальная теплота наддувочного воздуха после турбокомпрессора (ТК) отводится высокотемпературным промежуточным водяным контуром в к НРТ, кипящему в генераторе паров НРТ ТЭХМ при высоких давлении и температуре . Из генератора пары НРТ поступают в конденсатор, охлаждаемый забортной водой, конденсируются, и жидкий НРТ после дросселирования испаряется в испарителе-охладителе воды (И-ОВ) при низком давлении, соответственно и температуре , охлаждая воду, отводящую теплоту от наддувочного воздуха в . Генератор ТЭХМ состоит из двух секций: экономайзерной , в которой происходит нагрев жидкого НРТ, поступающего из конденсатора с температурой конденсации, например , до температуры кипения НРТ в испарительной секции генератора . Такие ТСО представляют собой трехконтурные системы охлаждения наддувочного воздуха с пресной водой – в первом, НРТ –  во втором и забортной водой –  в третьем, разомкнутом, контурах охлаждения. Они обеспечивают охлаждение наддувочного воздуха ниже температуры забортной воды. Если в двухступенчатой системе для охлаждения наддувочного воздуха используют только машинный холод, получаемый в ТЭХМ, то в трехступенчатой системе задействуют еще и охлаждающий потенциал забортной воды. Последнее позволяет уменьшить затраты холода, генерируемого в ТЭХМ, т. е. тепловую нагрузку на низкотемпературную ступень , а следовательно, сократить потребление тепла ТЭХМ, т. е. тепловую нагрузку на высокотемпературную ступень , и соответственно ее поверхность. Однако для этого система охлаждения должна включать дополнительную третью ступень промежуточного охлаждения (ПО) наддувочного воздуха заборт-

ной водой, по сути, штатный двухконтурный ОНВ с отводом теплоты сначала пресной водой промежуточного контура, а уже от нее забортной водой (рис. 1, б). Поэтому при сравнительном анализе указанных систем необходимо учитывать суммарную поверхность всех ступеней охлаждения и соответствующие затраты мощности МОД на преодоление их аэродинамического сопротивления. Тепловой расчет теплообменников ОНВ проводят, исходя из потенциально возможной минимальной конечной температуры охлажденного воздуха на выходе из , которая в свою очередь принимается в зависимости от температуры кипения НРТ:

где  – разница температур пресной воды и НРТ (хладагента) в И-ОВ, а С – разница температур наддувочного воздуха и пресной воды промежуточного водяного контура охлаждения в . Холодопроизводительность , необходимая для охлаждения до этой потенциально возможной минимальной температуры

, для которой рассчитывают ОНВ, сопоставляется с располагаемой , получаемой в ТЭХМ путем трансформации в холод теплоты , отведенной от наддувочного воздуха в . Тепловой коэффициент ζ представляет собой отношение полученной холодопроизводительности (теплоты, отведенной от наддувочного воздуха в ), к затраченной теплоте , отведенной ТЭХМ от наддувочного воздуха в . Тепловой коэффициент ζ увеличивается с повышением температуры кипения НРТ в генераторе высокого давления и испарителе низкого давления t0 и понижением температуры конденсации хладагента [3]. При температуре конденсации НРТхладона R 142b ºC, кипения R 142b t0 = 5 ºC в испарителе-охладителе воды И-ОВ промежуточного контура охлаждения наддувочного воздуха в и кипения НРТ в испарительной секции генератора тепловой коэффициент ТЭХМ . Изменение температуры наддувочного воздуха , пресной воды и хладагента , а также коэффициентов теплоотдачи к воде , воздуху , хладагенту и теплопере-

а)

б)

Рис. 1. Схемы двухступенчатой (а) и трехступенчатой (б) систем охлаждения наддувочного воздуха на базе ТЭХМ, использующей теплоту воздуха после ТК: К и Т – компрессор и турбина ТК; ОНВВТ и ОНВНТ  – высоко- и низкотемпературная ступени ОНВ; ПО – ступень промежуточного охлаждения воздуха забортной водой; Г – генератор ТЭХМ; Кн – конденсатор; И-ОВ – испаритель-охладитель воды; Э –  эжектор; Н – насос; ДК – дроссельный клапан; НВ – воздух на входе ТК; УГ – уходящие газы; ЗВ – забортная вода

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

дачи , приведенных к внутренней поверхности труб, температурного напора θ, плотности теплового потока q к внутренней поверхности труб и тепловой нагрузки Q по глубине L двухступенчатого ОНВ (по ходу воздуха) приведено на рис. 2. Хладагент – хладон R 142b. Температуры кипения R 142b в испарителе-охладителе воды (И-ВО) , а в испарительной секции генератора ТЭХМ . При этом нагреву жидкого НРТ в экономайзерной секции генератора от температуры конденсации до температуры кипения НРТ ºC и его кипению при в испарительной секции генератора (изменению от ºC до ºC) соответствует изменение температуры пресной воды tw, отдающей тепло НРТ в генератора Г, и наддувочного воздуха , отдающего тепло пресной воде в . Из рис. 2 видно, что глубина составляет L = 4,7 м (84 %) всего двухступенчатого ОНВ (L = 5,6 м), причем из них 3,7 м (66 %) приходится на экономайзерную секцию . Соответственно на приходится 16 % поверхности ОНВ. Это обусловлено, прежде всего, низким температурным напором θ = 11 ºC, почти вдвое меньшим по сравнению с (22 ºC) и в 4 раза – чем в (43 ºC), что и обусловливает большую глубину всего двухступенчатого ОНВ по ходу воздуха: L = 5,6 м. Низкие температурные напоры θ обусловливают малые плотности теплового потока в экономайзерной секции (рис. 2, б). Сократить поверхность экономайзерной секции можно, уменьшая глубину охлаждения воздуха в с последующим его охлаждением в штатном ОНВ забортной водой, а потом – в , т. е. переходом на трехступенчатую трехконтурную ТСО с применением дополнительной ступени промежуточного охлаждения (ПО) наддувочного воздуха пресной водой и отводом от нее теплоты во внешнем контуре забортной водой (рис. 1, б). Благодаря большему температурному напору θ площадь теплообмена ПО будет существенно меньше, чем экономайзерной секции . Однако при этом уменьшится тепловая мощность генератора пара НРТ ТЭХМ, следовательно, и генерируемая холодопроизводительность , дефицит которой должен быть компенсирован сниже-

а)

б)

Рис. 2. Изменение температуры наддувочного воздуха tB, пресной воды и хладагента (а), а также коэффициентов теплоотдачи к воде , воздуху , хладагенту и теплопередачи k, приведенных к внутренней поверхности труб, температурного напора θ, плотности теплового потока q к внутренней поверхности труб и тепловой нагрузки Q (б) по глубине L двухступенчатого ОНВ

а)

б) Рис. 3. Изменение температуры наддувочного воздуха , пресной воды промежуточного контура охлаждения (воздухвода) и НРТ в генераторе и испарителе t0ТЭХМ (а), а также коэффициентов теплоотдачи к воде , воздуху , хладагенту и теплопередачи k, приведенных к внутренней поверхности труб, температурного напора θ, плотности теплового потока q к внутренней поверхности труб и тепловой нагрузки Q (б) по глубине L (по ходу воздуха) трехступенчатого ОНВ при температуре наддувочного воздуха на выходе из tB2ЭС = 110 ºС

Рис. 4. Изменение тепловой нагрузки Q, влагосодержания d, коэффициента влаговыпадения ζ, количества влаги W, выпадающей из воздуха, и аэродинамического сопротивления ΔP по глубине L трехступенчатого ОНВ по воздуху ( ; ) нием тепловой нагрузки на за счет дополнительного отвода теплоты от воздуха в ПО. Для определения рациональной температуры , до которой следует отводить тепло от воздуха в экономайзерной секции , проводят многовариантные тепловые расчеты ступеней ОНВ для нескольких значений температур . На рис. 3 приведено изменение температуры воздуха , пресной воды и хладагента в генераторе и испарителе НРТ (И-ОВ), а также коэффициентов теплоотдачи к воде , воздуху , хладагенту и теплопередачи k, приведенных к внутренней поверхности труб, температурного напора θ, плотности теплового потока q к внутренней поверхности труб и тепловой нагрузки Q по глубине L трехступенчатого ОНВ (по ходу воздуха) при температуре воздуха на выходе  – его экономайзерной секции . Результаты расчетов показали, что при охлаждении наддувочного воздуха после ТК в до температуры температура наддувочного воздуха после tB2 = 22 ºC, т. е. равна потенциально возможной. При этом глубина по ходу воздуха уменьшилась до L = 2,7 м, аэродинамическое сопротивление ΔP = 2900 Па (рис. 4), что сопоставимо с показателями современных трубчато-пластинчатых ОНВ систем наддува. Поскольку в течение рейса ме-

няются температура и влажность наружного воздуха, соответственно воздуха в машинном отделении (МО) – на входе ТК, а значит и наддувочного воздуха,

сивер) и соответствующее сокращение потребления топлива МОД определяют с учетом изменения , и для судна на конкретной рейсовой линии. В качестве примера рассмотрен контейнеровоз с главным двигателем 6S 50ME-C корпорации MAN [3] (номинальная мощность кВт, эксплуатационная кВт) на рейсовой линия Одесса-Гавана-Одесса. Изменение температуры , относительной влажности и влагосодержания наружного воздуха, температуры забортной воды в рейсе ОдессаГавана-Одесса дано на рис. 5. Как видно, на протяжении практически всего рейса температура наружного воздуха tHB составляет и даже . Снижение температуры наддувочного воздуха в и температура воздуха после при температурах забортной воды в течение рейса Одесса–Гавана–Одесса приведено на рис. 6. и температура наддувочного воздуха после охладителя

Рис. 5. Изменение температуры , относительной влажности и влагосодержания наружного воздуха, температуры забортной воды в течение рейса Одесса-Гавана-Одесса

а также температура забортной воды и, соответственно, пресной воды промежуточного контура охлаждения наддувочного воздуха (на выше ), то снижение температуры воздуха в , его температуру после (на входе в наддувочный ре-

при температурах забортной воды в течение рейса Одесса– Гавана–Одесса. Как видно, применение ТСО обеспечивает охлаждение наддувочного воздуха ниже температуры забортной воды: < , и, следовательно, значительно ниже, чем

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

воды, и сокращение удельного расхода топлива. Апробация предложенных рекомендаций в реальных эксплуатационных условий показала сокращение удельного расхода топлива примерно на 2,0 г/(кВт∙ч) по сравнению с традиционным охлаждением воздуха забортной водой.

Рис. 6. Снижение температуры наддувочного воздуха в , температура воздуха после при температурах забортной воды в течение рейса Одесса–Гавана–Одесса

температура воздуха , до которой он может быть охлажден в традиционном водяном ОНВ. Расход топлива и удельный расход топлива в зависимости от температуры охлажденного наддувочного воздуха, а также сокращение расхода топлива и удельного расхода топлива за счет более глубокого охлаждения наддувочного воздуха в охладителе ТСО по сравнению с температурой воздуха, охлажденного в традиционном водяном ОНВ, на величину рассчитывали с помощью программы [3] для МОД корпорации MAN при разных температурах воздуха в МО (на входе ТК). Значения снижение удельного расхода топлива , полного расхода топлива МОД 6S 50ME-C корпорации MAN [3] (номинальная мощность кВт и эксплуатационная кВт) в абсолютных и относительных величинах в течение рейса Одесса-ГаванаОдесса (1.07–16.08.2009) приведены на рис. 7. Как видно, практически на протяжении всего рейса уменьшение удельного расхода топлива составляет Δbe ≈ 2,0 г/(кВт∙ч), относительная экономия потребления топлива %, а абсолютная экономия потребления топлива ΔBe за рейс для МОД мощностью 10 МВт составляет около 18 т.

Список литературы: 1. Influence of Ambient Temperature Conditions. Main engine operation of MAN B&W two-stroke engines: MAN Diesel & Turbo, Copenhagen, Denmark, 2010. – 17 р. 2. Thermo Efficiency System (TES) for reduction of fuel consumption and CO2 emission [Text]: MAN B&W Diesel A/S, Copenhagen, Denmark, 2005. 3. MAN B&W ME/ME-C/ME-GI/ ME-B-TII engines. – Copenhagen, Denmark: MAN Diesel. – 2010. 4. Радченко Р. Н. Основы рационального проектирования системы охлаждения наддувочного воздуха судового малооборотного дизеля эжекторным термотрансформатором /

Рис. 7. Значения снижения удельного расхода топлива , полного расхода топлива МОД в абсолютных и относительных величинах в течение рейса Одесса-Гавана-Одесса

Выводы В работе на основе оценки эффективности двух- и трехступенчатых охладителей наддувочного воздуха МОД установлено, что утилизация теплоты наддувочного воздуха МОД эжекторной холодильной машиной, использующей теплоту наддувочного воздуха, обеспечивает его охлаждение ниже температуры забортной

Р. Н. Радченко, Н. С. Богданов, И. В. Калиниченко // Авиационнокосмическая техника и технология. – 2015. – № 5(122). – С. 65–68. 5. Радченко А. Н. Ресурсосберегающая теплоиспользующая установка кондиционирования воздуха на входе дизеля транспортного судна / А. Н. Радченко, Д. В. Коновалов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2011. – № 5 (82). –  С. 61–67.

Технология

УДК 669-142+620.186

В. Г. Іванов, канд. техн. наук, доцент (Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя, Україна)

Металографічні дослідження графітних вкраплень У відцентровій заготовці для поршневих кілець Рассмотрены морфологические особенности графитовых включений по сечению центробежной заготовки из высокопрочного чугуна. Установлено, что графит во внутренней зоне имеет наиболее искаженную шаровидную форму. Наибольшее количество правильных шаровидных включений наблюдается во внешней зоне, а на самой поверхности преобладают мелкие включения. В центральной зоне наблюдается наилучшее сочетание количества, формы и распределения графитной фазы, чем в других зонах. Ключевые слова: чугун, шаровидный графит, центробежное литье. Розглянуто морфологічні особливості графітних вкраплень за перерізом відцентрової заготовки з високоміцного чавуну. Встановлено, що графіт у внутрішній зоні має найбільш спотворену кулясту форму. Найбільша кількість правильних кулястих вкраплень спостерігається у зовнішній зоні, а на самій поверхні переважають дрібні вкраплення. В центральній зоні спостерігається найкраще сполучення кількості, форми та розподілу графітної фази, ніж в інших зонах. Ключові слова: чавун, кулястий графіт, відцентрове лиття. The morphological features of graphite inclusions in the cross section of the centrifugal workpiece made of high-duty cast iron were examined. It was established, that the graphite in the inner zone has the most distorted spherical shape. The greatest number of regular globular inclusions is observed in the outer zone, but the small inclusions are dominated on the surface. The central zone has the best combination of number, shape and distribution of a graphite phase than that in other zones. Keywords: grey cast iron, globular graphite, distribution, centrifugal casting.

Вступ Розробка сучасних двигунів внутрішнього згорання та компресорів ставить високі вимоги як до матеріалу поршневих кілець, які повинні мати не тільки підвищені фізико-механічні властивості, так і високі службові характеристики, наприклад зносостійкість. Все частіше для виготовлення поршневих кілець застосовують високоміцний чавун [1–3]. Виготовляють поршневі кільця двома способами: з індивідуальних заготівок та з маслот. У масовому виробництві поршневих кілець діаметром до 500 мм переважно використовують відцентровий спосіб лиття маслот, який забезпечує економічність процесу та дозволяє отримати достатньо високій рівень фізико-механічних властивостей [1]. Як відомо [1], графіт у чавунах сильніше визначає рівень властивостей ніж металева матриця. Під час відцентрового лиття графіт, що у високоміцному чавуні уявляє собою окремі кулясті

вкраплення, внаслідок меншої щільності ніж металева матриця, нерівномірно розподіляється за перерізом заготівки. Це, у свою чергу, може негативно позначитися на комплексі властивостей. Тому порівняльне оцінювання структури кулястого графіту у зовнішньому, центральному та внутрішньому шарах заготівки дозволить створити умови для керування комплексом експлуатаційних властивостей литих поршневих кілець з метою забезпечення високого ресурсу двигунів або компресорів. В останніх публікаціях [3–10] для забезпечення високої однорідності структури металу за перерізом маслотної заготівки та усунення недоліків відцентрового лиття пропонують застосовувати модифікування, покриття на стінки відцентрової форми, що уповільнюють швидку кристалізацію, або пропонують взагалі інші методи отримання кілець. Відомостей щодо кількісної різниці структури чавуну за перерізом і, особливо, щодо кількісної характери-

стики графітної фази під час відцентрового лиття дуже мало. Постановка завдання У цій статті наводиться кількісне металографічне дослідження графітної фази за перерізом відцентрової маслотної заготівки з високоміцного чавуну. Матеріал дослідження

та

методи

Металографічне дослідження проведено на полірованих мікрошліфах чавуну у трьох зонах перерізу маслотної заготівки: зовнішньої, центральної (посередині заготівки) та внутрішньої. Заготівку отримували відцентровим способом. Загальний вигляд заготівки наведено на рис. 1. Хімічний склад маслотної заготівки відповідав марці ВЧ 500– 2 (ДСТУ 3925) та наведено у табл. 1. Для отримання кулястого графіту на дно нагрітого ковша давали нікель-магнієву лігатуру (15 % Mg) та феросилікобарій.

Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016

Рис. 1. Відцентрова маслотна заготівка Таблиця 1. Хімічний склад високоміцного чавуну маслотної заготівки Хімічний склад (масова частка), % Найменування

Вуглець

Кремній

Марганець

Фосфор

Сірка

Заготівка

3,40

2,60

0,34

0,10

0,02

Марка ВЧ 500–2 згідно до ДСТУ 3925

3,2–3,6

1,9–2,9

0,2–0,9

не більше 0,1

не більше 0,02

Кількість кожної добавки складала біля 1,0 % від маси металу. Кулястий графіт оцінювали згідно з ГОСТ 3443 та за геометричними параметрами (табл. 2). Для цього використовували програмноапаратний комплекс «ВидеоТесТ. Структура 5.0» на базі мікроскопу «ZEISS. Epityp‑2» з цифровою відеокамерою «Baumer». Для кожного з 20 параметрів вимірювання визначали наступні статистичні характеристики: – середнє арифметичне; – середнє квадратичне відхилення при 95 %-ній вірогідності; – довірчий інтервал; – коефіцієнт варіації; – максимальне та мінімальне значення. Також додатково оцінювали фрактальну розмірність кулястих включень за допомогою програми Image J. Як показано у роботах [11, 12], фрактальна розмірність може виступати новою кількісною оцінкою форми і морфології графітних вкраплень.

Таблиця 2. Параметри, за якими оцінювали кулястий графіт Параметр 1 Площа,

мкм2

Визначення параметру Площа вкраплень графіту

2 Внутрішня площа, мкм2

Сумарна площа внутрішніх порожнин у вкрапленнях

3 Периметр, мкм

Сумарний периметр вкраплень та внутрішніх порожнин

4 Мінімальний діаметр Фере, мкм 5 Максимальний діаметр Фере, мкм

Мінімальне, максимальне та середнє значення проекції вкраплення у різних напрямах через кожні 15 º за віссю Х

6 Середній діаметр Фере, мкм 7 Еквівалентний діаметр, мкм

Діаметр (D) кругу, еквівалентного за площею (A) вкрапленню, що вимірюють:

8 Довжина, мкм

Максимальний габаритний розмір вкраплення

9 Ширина, мкм

Максимальний розмір вкраплення, виміряний перпендикулярно його довжині

10 Розмір за Х, мкм

Довжина проекції вкраплення на вісь Х

11 Розмір за Y, мкм

Довжина проекції вкраплення на вісь Y

12 Середня хорда, мкм

Середнє значення довжин усіх хорд, що перерізають вкраплення паралельно вісі Х

13 Подовженість, відносна одиниця

Відношення довжини до ширини включення

14 Середній розмір, мкм

Півсума довжини та ширини включення

15 Фактор кругу, відносна одиниця

Характеризує близькість форми до кругу: периметр вкраплення

16 Фактор еліпсу, відносна одиниця

де А – площа, Р – зовнішній

де а, b – вісі еліпсу, що описаний навколо

17 Округлість, відносна одиниця

Відношення площі (А) вкраплення до площі круга з максимальним діаметром Фере (f)

18 Зовнішній периметр, мкм

Периметр вкраплення (без врахування внутрішніх пустот)

19 Коефіцієнт форми

Відношення площі вкраплення до квадрату периметру

20 Зрізаність, відносна одиниця

Шорсткість поверхні вкраплення

Результати Характерні структури чавуну за перерізом маслотної заготівки наведені на рис. 2. Кількісний порівняльний аналіз включень графіту за зонами маслотної заготівки надані у табл. 3. Параметри вимірювання вкраплень графіту у різних зонах відцентрової заготівки наведені у табл. 4. Для визначення параметрів вибиралися по 10 характерних полів шліфу для кожної зони заготівки. Аналіз результатів З наведених даних встановлено, що за перерізом маслотної заготівки існує різниця в морфології графітних вкраплень. Це обумовле-

уповільненої швидкості охолодження формування графіту протікає в цій зоні найдовше, ніж в інших. Вкраплення графіту у внутрішній зоні мають переважно розірвану або компактну форму. Кількість включень кулястої форми в цій зоні найменша. У зовнішній зоні чавунної заготівки, що контактує з металевою формою, спостерігається найбільша кількість дрібних кулястих вкраплень графіту, ніж в інших зонах. Поверхневий шар товщиною 2–3 мм не враховувався під час вимірювання геометричних параметрів, що наведені у табл. 4. Розподілення включень графіту розміром більш 5 мкм за одинадцятьма розмірним групам, відрізняється від шести розмірних

а)

ливка характеризуються більш високими числовими значеннями, ніж в інших частинах. Це можна пояснити тим, що у центральній зоні включення графіту переважно залишаються кулястими, але під дією відцентрових сил вони вже починають руйнуватися, з’являються розриви та порушується суцільність вкраплень. У внутрішній зоні розміри вкраплень графіту дещо менші внаслідок руйнування кулястих вкраплень. Слід відмітити, що наведені дані стосуються середніх даних, що розраховувалися програмою автоматично. Деякі параметри (фактор еліпсу, коефіцієнт форми, ізрізаність та ін.) майже однакові для усіх зон заготівки, коефіцієнт варіації для

б)

в)

Рис. 2. Характерні графітові вкраплення за перерізом відцентрової маслотної заготівки (×500): а) – зовнішня зона; б) – центральна зона; в) – внутрішня зона

Таблиця 3. Морфологічний порівняльний аналіз включень графіту за зонами маслотної заготівки згідно до ГОСТ 3443 Показники графіту Зона маслотної заготівки

Кількість форми вкраплень графіту за розмірними групами,%

Кількість вкраплень,%

2,0

ШГр1

ШГ10

4,1

ШГр1

ШГ10

33,2

10,8

ШГр1

ШГ10

ШГф3, ШГд45

ШГф2, ШГд25

ШГф2, ШГд45

Інші

Зовнішня

42,9

33,6

21,5

Центральна

28,0

40,0

27,8

Внутрішня

20,6

35,3

но умовами кристалізації та формування графітних вкраплень під час дії відцентрових сил. Крупні включення графіту повинні відтіснятися до вільної внутрішньої поверхні. Під дією відцентрових сил ці вкраплення спотворюються. Внаслідок

Розподілення

ШГф4, ШГд25

груп згідно ГОСТ 3443 (табл. 2) більш рівномірним розподіленням (рис. 3). Лінійні розміри вкраплень графіту, параметри форми, а також площа, периметр та ізрізаність (шорсткість) поверхні вкраплень графіту у центральному шарі ви-

цих показників мають високі значення. Тому дещо втрачається «характерність» показників вкраплень графіту для кожної зони відцентрової заготівки. Точність показань буде зростати під час використовування більшої кількості

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

полів шліфу та зростання об’єму статистичних даних. Також вираховування геометричних параметрів характерних окремих вкраплень графіту із кожної зони відцентрової заготівки дає більш відчутну різницю цих показників. Оцінка фрактальної розмірності діаметрального перетину включень графіту з кожної зони маслотної заготівки, підтвердили, що найбільше її значення (D=1,84) відповідає включенням у зовнішній зоні, дещо менше – у центральній зоні (D=1,82) і найменше значення було у внутрішній зоні (D=1,76). Поршневі кільця отримують з центральної частини заготовки. В цій зоні спостерігається найкраще сполучення кількості, форми та розподілення графітної фази, ніж в інших зонах. Але припуски на механічну обробку повинні бути більшими з внутрішнього боку для усунення негативної морфології графітної фази у цій зоні. Подальше покращення властивостей поршневих кілець пов’язано з вдосконаленням властивостей металевої матриці за рахунок оптимального легування, модифікування та проведення термічної обробки. Цьому напрямку будуть присвячені наступні дослідження. Висновки 1. Виконано кількісний металографічний аналіз вкраплень графіту у зразках відцентрової заготівки поршневих кілець з високоміцного чавуну з визначенням 20-ти геометричних параметрів вкраплень, що характеризують їх кількість, розміри, форму. Також визначено фрактальну розмірність вкраплень графіту за перетином заготівки. 2. Проведено порівняльне дослідження геометричних параметрів вкраплень графіту у трьох шарах поперекового перерізу маслотної заготівки: зовнішньому, центральному, внутрішньому; виявлено та підтверджено кількісно різницю у числі, розмірах, формі та шорсткості поверхні вкраплень графіту у центральному шарі виливка та у шарах, що прилягають до її зовнішньої та внутрішньої поверхні. 3. Побудовані криві розподілення вкраплень графіту за 11-ма розмірним групам, що

Рис. 3. Криві розподілення вкраплень графіту за розмірними групами у зовнішньому, центральному та внутрішньому шарах відцентрової заготівки поршневих кілець

побудовані у арифметичній прогресії. Встановлені суттєві розбіжності зовнішнього та центрального шарів виливка за кількістю дрібних (5–10 мкм), середніх (15–25 мкм) та крупних (більш 35 мкм) вкраплень. 4. Встановлено, що подальше вдосконалення отримання якісних поршневих кілець пов’язане із застосуванням більш міцної металевої матриці, що забезпечують оптимальним легуванням, модифікуванням та термічною обробкою. Список літератури: 1. Справочник по чугунному литью / под ред Н. Г. Гиршовича. –  Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. – 758 с. 2. Молдованов В. П. Производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания / В. П. Молдованов, А. Р. Пикман, В. Х. Авербух. – М.: Машиностроение, 1980. – 199 с. 3. Юдин С. Б. Центробежное литье / С. Б. Юдин, М. М. Левин, С. Е. Розенфельд. – М.: Машиностроение, 1972–280 с. 4. Дуковский Л. М. Особенности центробежного литья заготовок поршневых колец, для тепловых дизелей / Л. М. Дуковский, Б. М Асташкевич // Литейное производство 1996. – № 6. –  С. 18–19.

5. Боровик М. В. Склад та структура високоміцного чавуну в відливках поршневих кілець / М. В. Боровик, І. О. Шинський, О. О. Токарєва, Л. А. Рабійчук // Металознавство та обробка матеріалів. – 2004. – № 2. –  С. 44–47. 6. Шинский О. И. Регулирование литой структуры ЧШГ в центробежнолитых заготовках / О. И. Шинский, В. И. Литовка, Н. В. Боровик // Литейщик России. – 2002. – № 6. – С. 23–28. 7. Крутилин А. Н. Анализ существующих способов получения заготовок поршневих колец / А. Н. Крутилин, А. И. Станюк, Д. И. Станюк // Литье и металлургия. – 2005. – № 3. – С. 33–36. 8. Крутилин А. Н. Разработка принципиальной схемы процесса литья заготовок поршневых колец [Текст] / А. Н. Крутилин, А. И. Станюк, Д. И. Станюк // Литье и металлургия. – 2005. – № 3. – С. 43–46. 9. Бевза В. Ф. Маслотные заготовки для изготовления поршневых колец / В. Ф. Бевза, В. А. Мазько // Литье и металлургия. – 2008. – № 2. – С. 13–14. 10. Петраков О. В. Особенности внутриформенного модифицирования при литье маслотных заготовок / О. В. Петраков, К. В. Макаренко // Заготовительные производства в машиностро-

Таблиця 4. Результати вимірювання кількісних параметрів включень графіту за зонами відцентрової заготовки Середнє значення параметру для відповідних зон заготівки Параметр зовнішня

центральна

внутрішня

170,72

209,68

158,92

1,40

3,27

2,45

3 Периметр, мкм

53,79

62,47

54,20

4 Мінімальний діаметр Фере, мкм

11,63

12,45

10,43

5 Максимальний діаметр Фере, мкм

15,51

16,64

14,98

6 Середній діаметр Фере, мкм

13,78

14,69

12,92

7 Еквівалентний діаметр, мкм

12,21

12,73

10,81

8 Довжина, мкм

15,54

16,68

15,05

9 Ширина, мкм

12,01

12,77

10,66

10 Розмір за Х, мкм

13,34

14,44

12,97

11 Розмір за Y, мкм

14,30

14,98

12,97

12 Середня хорда, мкм

6,67

6,42

5,45

13 Подовженість, відносна одиниця

1,50

1,54

1,65

13,77

14,73

12,86

15 Фактор кругу, відносна одиниця

0,62

0,57

0,58

16 Фактор еліпсу, відносна одиниця

0,95

0,94

17 Округлість, відносна одиниця

0,62

0,59

0,55

18 Зовнішній периметр, мкм

50,66

56,54

49,65

19 Коефіцієнт форми

0,05

20 Ізрізаність, відносна одиниця

0,14

0,16

0,14

1 Площа, мкм2 2 Внутрішня площа, мкм2

14 Середній розмір, мкм

ении (кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). – 2009. – № 6. – С. 8–10. 11. Соценко О. В. Фрактальна структура кулястого графіту у високоміцному чавуні / О. В. Соценко // Металознавство та об-

робка металів. – 2009. – № 3. –  С. 18–24. 12. Макаренко К. В. Фрактальный анализ структурообразования чугунов: монография / К. В. Макаренко. – Брянск: БГТУ, 2013. – 92 с.

Автор висловлює глибоку подяку науковим співробітникам ДП «УкрНДІспецсталь»: канд. техн. наку Р. В. Яценко та М. Ю. Яценко за допомогу під час проведення цих досліджень.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Диагностика

УДК 621.515.438

А. А. Стеценко, гл. научный сотрудник (ООО «НТЦ «Диагностика»), г. Сумы, Украина

Обеспечение безопасности и надежности оборудования повышенной опасности Рассмотрены основные положения концепции обеспечения безопасной и надежной эксплуатации технологического оборудования повышенной опасности. Предложен метод вибродиагностики машин по изменению интенсивности основных виброакустических источников и показателей режима работы. Дано описание системы вибрационного мониторинга и диагностики машин и оборудования, ее технических и программных средств, уровней контроля и оценки технического состояния. Даны рекомендации по совершенствованию существующих систем вибрационного мониторинга технологического оборудования предприятий. Приведены сведения о внедрении системы и апробации метода для оценки технического состояния компрессорного, насосного и газоперекачивающего оборудования, технологичных трубопроводов и паровых турбин. Ключевые слова: безопасность, надежность, вибрационный мониторинг, диагностика, машина, оборудование, система, программа. Розглянуті основні положення концепції забезпечення безпечної та надійної эксплуатації технологічного устаткування підвищеної небезпеки. Запропоновано метод вібродіагностики машин за показником зміни інтенсивності основних віброакустичних джерел і показників режиму роботи. Наведено опис системи вібраційного моніторингу і діагностики машин й устаткування, її технічних і програмних засобів, рівнів контролю та оцінювання оцінки технічного стану. Запропановано рекомендації щодо вдосконалення існуючих систем вібраційного моніторингу технологічного устаткування підприємств. Приведені відомості стосовно впровадження системи й апробації методу для оцінювання технічного стану компресорного, насосного та газоперекачуючого устаткування, технологічних трубопроводів і парових турбін. Ключові слова: безпека, надійність, вібраційний моніторинг, діагностика, машина, устаткування, система, програма. The substantive provisions of conception of providing of safe and reliable exploitation of technological equipment of enhanceable danger are considered. The method of vibrodiagnostics of machines is offered on the change of intensity of basic vibroacoustic sources and indexes of office hours. Description of the system of the oscillation monitoring and diagnostics of machines and equipment, its technical and programmatic equipments, levels of control and estimation of the technical state is given. Recommendations on perfection of the existent systems of the oscillation monitoring of technological equipment of enterprises are given. The information about introduction of the system and approbation of method for the estimation of the technical state of compressor, pumping and gaspumping equipment, technological pipelines and steam turbine is given. Keywords: safety, reliability, vibrodiagnostics of machines, diagnostics, machine, equipment, system, program.

ромышленные машины (компрессоры, насосы, паровые и газовые турбины, газоперекачивающее установки и др. оборудование) являются объектами повышенной опасности. Качество их разработки, изготовления и монтажа на местах постоянной эксплуатации, а также техническое состояние их составных частей и режим эксплуатации оказывает существенное влияние на безопасность и риски опасных производств химической, нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей и металлургической промышленности, электростанций, магистральных газопроводов, нефтепроводов, аммиакопроводов и др. Обеспече-

ние безопасности оборудования, декларирование его безопасности и страхование риска – основные мероприятия по регулированию безопасности и предотвращению аварий [1–5]. Надежность и безопасность изделий машиностроения на всех этапах их жизненного цикла являются аспектами качества продукции, которые характеризуют ее способность удовлетворять установленным и предполагаемым требованиям. Требования общества составляют обязательства, вытекающие из кодексов, законов, технических регламентов, стандартов, инструкций, правил и других соображений относительно обеспечения качества изделий. Они стано-

вятся все более жесткими и более определенными. Следует отметить следующие аспекты качества продукции: а) определение требований к продукции и приведение их к современному уровню; б) разработка продукции, характеристики которой позволяют отвечать требованиям и возможностям рынка и иметь необходимую для потребителя ценность; в) обеспечение производства качественной продукции (соблюдение требований, заложенных разработчиком при проектировании изделий); г) обеспечение технического обслуживания изделий в процессе их эксплуатации для поддержания тре-

буемого уровня надежности и безопасности. Показатели надежности и безопасности промышленных машин устанавливают при их проектировании, обеспечивают при изготовлении и ремонте, контролируют при эксплуатации. Разработчики и изготовители отвечают за показатели безопасности и надежности продукции – составных частей промышленных машин, которые они декларируют, на всех этапах ее жизненного цикла. Потребитель отвечает за: – безопасную эксплуатацию объектов контроля, а также за несчастные случаи на производстве; – соблюдение требований технологического регламента производства и правил эксплуатации объектов контроля; – техническое состояние объектов. Для подтверждения качества продукции используются модули оценки соответствия продукции требованиям технических регламентов и действующим нормативным документам Украины, которые добровольно использует изготовитель для подтверждения декларируемых показателей назначения и безопасности машиностроительной продукции [6]. Для потребителя требования этих документов являются обязательными при подтверждении соответствия безопасности машин при их эксплуатации и после их ремонта. Рекомендуется обеспечивать качество продукции, имеющую, как минимум, модули В и С, предпочтительно модули С и Е. Оценка технического состояния объектов на местах их эксплуатации представляет комплексную задачу. Ее необходимо решать по результатам вибрационных и прочностных обследований их составных частей, аттестации рабочих мест по безопасности и анализа обеспечения основных показателей назначения и надежности. Отказ составных частей оборудования при эксплуатации может привести к ускоренному износу и разрушению деталей и узлов других его составных частей, к выбросу деталей и взрывоопасных веществ, к поражению обслуживающего персонала

высоконапорной струей жидкости или газа, загрязнению окружающей среды, к отрыву составной части от фундамента, к пожару и взрыву на объекте повышенной опасности (ОПО). Техническое состояние объекта контроля характеризуется с помощью его показателей в целом, а также надежностью составляющих его агрегатов, узлов и систем. Оценить показатели надежности можно с помощью теории надежности. Выводы этой теории имеют статистический характер, т. е. значимы лишь с определенной вероятностью. Показатели технического состояния машин и отдельных агрегатов, узлов и деталей в течение срока эксплуатации изменяются от номинальных значений, соответствующих техническим условиям на новую машину, до предельно допускаемых значений. Анализ показателей надежности проводится по ДСТУ 2861 и др. гармонизированным стандартам Украины [2, 7, 8]. Изменение технического состояния деталей, узлов и агрегатов машин в процессе их эксплуатации зависит от большого числа эксплуатационных, конструктивных и технологических факторов, для учета которых применяются различные методы диагностирования и прогнозирования остаточного ресурса. Поиск путей повышения эффективности эксплуатации, безопасности и надежности оборудования ведется по многим направлениям, и одно из них – внедрение методов вибрационного мониторинга и диагностики, организация технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию. Эффективный контроль готовой продукции закрывает доступ к потребителям недоброкачественных изделий, а внедрение в эксплуатацию средств, позволяющих определять достаточно быстро и точно техническое состояние составных частей машин, дает возможность принимать оперативно правильные решения о сроках и содержании профилактических операций и ремонта. При организации ремонта оборудования в сжатые сроки руководителям предприятия нужна информация о фактическом состоянии оборудования. Они должны сво-

евременно заказать запасные части и в первую очередь ремонтировать составные части оборудования, которые имеют наибольший износ и опасные неисправности [3, 9]. Задачи определения технического состояния объекта: а) контроль состояния –  определение его технического состояния, в котором он находится в настоящий момент времени (процесс сбора и обработки информации с целью определения событий). Если событием является факт достижения некоторым параметром объекта определенного заданного значения, то это рассматривается как контроль параметров. Если фиксируемым событием является установление факта пребывания объекта в исправном или неисправном, работоспособном или неработоспособном состоянии, или состоянии правильного или неправильного функционирования, то это можно рассматривать как контроль технического состояния объекта; б) диагностирование – определение причин изменения его технического состояния с установленной глубиной диагноза, выраженной в конструктивных единицах, показателях назначения, критериях отказа и предельного состояния; в) прогнозирование – предсказание технического состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени; г) генез – определение технического состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом. При оценке безопасности оборудования нужно анализировать основные причины и факторы риска, определять вероятность их возникновения. Безопасность эксплуатации в пределах назначенного ресурса машин контролируют опытом эксплуатации всего парка оборудования. Особое внимание необходимо уделять оборудованию, которое максимально опережает по наработке остальной парк и работает при больших динамических и статических нагрузках. Для этих объектов необходимо применять самые прогрессивные методы технической диагностики, которые проводят с целью оценки технического состояния отдельно взятой выборки из всего парка, что позволяет увели-

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

чивать их ресурс, лимитируемый остаточной прочностью и износом незаменяемых при капитальных ремонтах ответственных деталей и узлов. Обязательное диагностирование технологического оборудования необходимо проводить: – при вводе оборудования в эксплуатацию после его приобретения или проведения капитального ремонта; – при отсутствии паспорта на оборудование; – при выработке установленного разработчиком расчетного срока службы оборудования; – при эксплуатации оборудования, когда имели место нарушения его регламентированного режима работы или воздействия опасных факторов; – при изменении конструкции. Назначенный ресурс для ремонтопригодных составных частей машин последовательно (по этапам) увеличивают по мере выработки начального или очередного назначенного ресурса на основании: а) уточнения характера и условий эксплуатации парка однотипного оборудования; б) накопления статистики и анализа характера отказов оборудования, уточнения критериев отказа и предельного состояния, а также перечня опасных и вредных факторов для здоровья и жизни людей; в) результатов периодического контроля технического состояния составных частей оборудования по вибрационным характеристикам и основным показателям режима их работы; г) результатов контроля прочности основных деталей; д) своевременной замены изношенных деталей, имеющих предельное состояние; е) устранения причин отказов; з) отработки составных частей оборудования по катастрофическим отказам. Остаточный ресурс оборудования определяют на основании анализа условий эксплуатации, результатов технического диагностирования и критериев предельного состояния. Когда остаточный ресурс определяют на основании рассмотрения нескольких критериев

предельного состояния, то остаточный ресурс назначают по тому критерию, который определяет минимальный срок остаточного ресурса. Критерии отказов и предельных состояний составляют из числа контролируемых (органолептическими, экспериментально-расчетными методами или с помощью технических средств диагностики) признаков неработоспособности или предельного состояния изделия машиностроения. Для каждого показателя надежности и безопасности конкретного объекта контроля нужно уточнить номенклатуру показателей его качества. Определить перечень возможных отказов составных частей объекта и составить перечень основных требований, исключить зависимые и непригодные требования для контроля. Для обеспечения безопасной эксплуатации объекта (с минимально допустимым риском) необходимо определить: – контролируются ли требования средствами системы управления и контроля; – контролируются ли требования вспомогательными средствами диагностики; – целесообразно ли устанавливать на объект дополнительные средства контроля и защиты; – целесообразно ли проводить дополнительный периодический контроль требований; – возможен ли контроль экспериментально-расчетными методами и установка признаков для этого контроля; – возможен ли контроль органолептическими методами и установка признаков для этого контроля во время эксплуатации, технического обслуживания, изготовления или ремонта изделия машиностроения. После этого необходимо составить окончательный перечень критериев отказа и предельного состояния. Определить допустимые и предельные значения показателей изделия, которые контролируются во время его изготовления, монтажа, эксплуатации, технического обслуживания, ремонте и утилизации, а также метод контроля и мероприятия

по безопасному устранению неисправностей. Есть три уровня барьеров защиты оборудования от опасностей [1]. Вначале необходимо обеспечить как минимум 1-й уровень защиты оборудования, который обусловлен: – качеством проектной документации и его производством; надежностью и износом оборудования; – эффективностью контроля технического состояния объекта; – уровнем квалификации и подготовки задействованного на производстве персонала (разработка и изготовление объекта с минимально возможной опасностью, возможностью поддержки нормальной эксплуатации, своевременным выявлением отказов и проведением необходимых регламентных и ремонтных работ). Остальные уровни целесообразно внедрять при необходимости снизить риски при потенциальных авариях технологического оборудования. Риск – функция нескольких комплексных величин (изменений состояния ОПО) [10]: Х1 – изменение с учетом всех вероятных сценариев аварии для всех режимов работы; Х2 – изменение с учетом всех возможных случаев природного характера и др.; Х3 – изменение с учетом текущего состояния основного оборудования; Х4 – изменение с учетом типа защитного оборудования и его текущего состояния; Х5 – изменение с учетом обучения персонала; Х6 – изменение с учетом природно-климатических условий. Изменения Х3 и Х4 являются основными для определения рисков ОПО и его безопасности. Если значения этих изменений будут определяться по результатам диагностирования, то можно оценивать изменения риска. Все остальные изменения ОПО исследуются и анализируются на этапе декларации безопасности оборудования, а также декларации ОПО в целом и проверяются через 5 лет. Риск за это время может существенно измениться. При проведении мониторинга изменений Х3 и Х4 можно определять текущие значения риска

с помощью математической модели ОПО, которая должна объединять методы вероятно- структурного моделирования и методы технической диагностики. При оценке текущего технического состояния объекта контроля необходимо анализировать его показатели режима работы (изменение Х1). Режим работы может оказать больше влияния на значения информативных диагностических показателей, чем изменение структурных параметров объекта контроля, а также на скорость их изменения. Технические средства систем мониторинга и диагностики подразделяются на: – виброметры – для контроля общих значений параметров вибрации в стандартных частотных диапазонах; – анализаторы вибрации –  для проведения оперативного анализа на месте эксплуатации объекта контроля; – сборщики данных – для проведения оперативного анализа на месте эксплуатации объекта контроля и обработки данных в лаборатории; – регистраторы сигналов – электронные накопители, которые позволяют один раз зарегистрировать одновременно в нескольких точках контроля сигнал датчика и перенести объект контроля в лабораторию для исследований (многократная обработка записей и анализ результатов); – штатные средства (стационарные) – для обеспечения непрерывного контроля и регистрации параметров его вибрации и показателей режима работы на электронных носителях информации. Программные средства систем мониторинга и диагностики подразделяются [11, 12]: 1-го уровня – обработка, анализ и сравнение общих уровней параметров вибрации в стандартных полосах; 2-го уровня – обработка, анализ и сравнение уровней параметров вибрации в определенных полосах частот для ориентировочной оценки основных причин вибрации и информирования обслуживающего персонала об отклонении объекта контроля от нормального функционирования; 3-го уровня – обработка, анализ и сравнение узкополосных спектров

параметров вибрации с помощью набора их масок и др, для выявления отклонений от нормального функционирования объекта контроля и определения опытным специалистом возможного перечня его неисправностей; 4-го уровня (экспертные системы) – для автоматизации процесса определения наиболее вероятного перечня неисправностей объекта контроля, с помощью решающих правил диагностики. Постановка задачи Для повышения надежности и безопасности машин и оборудования, декларации безопасности производства и снижения риска его эксплуатации до требуемого уровня целесообразно работу разделить на следующие этапы (задачи решения проблем, конкретизация работ этапов работы приведена в [9]): 1) организация оценки технического состояния составных частей машин и обеспечение их ремонта по состоянию (устранение ложных срабатываний системы контроля параметров и пропуска дефектов, а также лишних разборок составных частей машин и замены исправных деталей и узлов); 2) создание экспертной системы диагностики технического состояния машин; 3) декларация безопасности машин и подтверждение показателей безопасности производства; 4) предотвращение возникновения и развития аварийных ситуаций и аварий. Для создания конкурентной машиностроительной продукции на современном научно-техническом уровне необходимо обеспечивать требования передовых международных стандартов. Для компрессоров в настоящее время ТК 28 «Компрессоры» уже гармонизированы необходимые для этого стандарты. При создании новых конструкций энергетических машин, при их производстве и при эксплуатации необходимо обеспечивать и подтверждать декларируемые показатели качества. Без современных методических, технических и программных средств технической диагностики это невозможно.

Результаты Проведена классификация основных виброакустических источников и разработан новый метод диагностирования [13–20]. Разработаны система ТОиР [21] и ДСТУ 3160 – ДСТУ 3163 [22]. Метод защищен авторским свидетельством СССР АС № 155971 и патентом Украины № 13540, G01 №7/00. Предложенный способ оценки интенсивности основных виброакустических источников заключается в установлении для них интегральных характеристик, т. е. позволяет представить информацию в сжатом виде. Эти характеристики определяют при обработке усредненного (или мгновенного, максимального) узкополосного спектра виброакустических сигналов от датчиков, установленных в информативных контрольных точках, путем выполнения таких операций: – выделение и суммирование усредненных дискретных составляющих спектра (среднеквадратических или мгновенных, пиковых значений) параметра вибрации (виброскорости, виброускорения, вибросмещения) для каждого виброакустического источника периодических, квазипериодических и случайных колебаний с учетом характерных его особенностей; – идентификация непрерывных (сплошных) составляющих усредненного (или мгновенного) спектра параметра вибрации по совокупности признаков и выделение, при необходимости, информативных частотных диапазонов с непрерывным спектром; – суммирование только усредненных уровней составляющих непрерывного спектра в выбранном информативном диапазоне. Для определения интенсивности виброакустического источника непрерывного спектра допускается определять интегральную характеристику путем исключения дискретных и существенных узкополосных и широкополосных экстремумов спектра в интересующем частотном диапазоне и суммирования оставшихся составляющих спектра. Для идентификации частотных составляющих спектра используют различные методы идентификации виброакустических источников:

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

отключение, исключение или выделение виброакустических источников. Выбирают наиболее информативные контрольные точки для определения вибрационных характеристик, проводят специальные испытания агрегата и определяют скоростную, режимную, контурную и смазочную вибрационные характеристики, определяют резонансные частоты, которые необходимо разделить по происхождению на механические и аэродинамические и т. д. При анализе и обработке узкополосного спектра используют характерные особенности виброакустических источников составных частей агрегата, типичные (регрессионные) зависимости интенсивности виброакустических источников от конструктивных и газодинамических параметров; связь между различными параметрами и характеристиками составных частей промышленной машины, а также результаты исследования математических моделей и др. Виброакустическими источниками, имеющими малую интенсивность по сравнению с другими источниками, или замаскированными более интенсивными, обычно пренебрегают, при условии, что это не повлияет на надежность более раннего обнаружения дефекта. В противном случае необходимо использовать методы выделения этих источников. По стандартам Украины ДСТУ 3161 и ДСТУ 3162 оценка состояния машин проводится как по абсолютным нормативным значениям, так и по изменениям, относительно базовых значений (существенное изменение: 4–8 дБ). Нормативные значения объекта (1-й уровень контроля) должны обеспечивать требуемые показатели его надежности. Система ТОиР , разработанная в свое время Минпромполитики, позволяет обеспечивать техническое обслуживание и ремонт технологического оборудования по графикам ППР и по техническому состоянию. Система и стандарты Украины устанавливают четыре уровня контроля и оценки технического состояния: 1-й уровень – определение общих значений параметров вибрации (виброскорости, вибросмещения и виброускорения) в стандартных частотных диапазонах для экс-

пресс-анализа и определение точек контроля с максимальным его значением, которое сравнивается с нормативным значением, приведенным в нормативных документах; 2-й уровень – определение значений параметров вибрации в определенных информативных полосах частот для оценки изменения интенсивности источников вибрации, которые определяют уровень в анализируемой информативной полосе частот, и информирование обслуживающего персонала о нарушении нормального функционирования объекта контроля или о превышении допускаемых вибрационных воздействий на элементы машины, на строительные конструкции и работающих; 3-й уровень – определение значений параметров вибрации в узких полосах частот и сравнение их с базовыми значениями. Для оперативного анализа причин изменения вибрационных характеристик объекта контроля используется набор масок спектра, порядковый анализ спектра, кепстральный анализ и др.; 4-й уровень – определение интенсивности основных виброакустических источников параметров вибрации в контрольных точках, для более объективного определения причин изменения их уровня и разработки мероприятий по обеспечению показателей надежности объекта контроля и декларации его безопасности. Для декларации безопасности компрессора необходимо полнее и достовернее определять уровень риска возникновения аварий и аварийных ситуаций, а также своевременно проводить техническое обслуживание и ремонт оборудования. В статье [7] показана сравнительная оценка 1-го и 4-го уровня контроля и оценки технического состояния турбомашин, проведен анализ пропуска неисправностей турбомашин и оценки экономической эффективности СМД на примере компрессорного оборудования крупнотоннажного производства аммиака. Разработана и внедрена на ряде предприятий «Система мониторинга и диагностики машин и технологического оборудования предприятий, обеспечения их надежности и без-

опасности» (СМД) [23–26] и рис. 1–3, которая отвечает требованиям национальных и межгосударственных нормативных документов, а также Системы ТОиР Минпромполитики Украины [21], которую рекомендуется использовать во всех отраслях. СМД позволяет организовать техническое обслуживание и ремонт машин и оборудования по фактическому состоянию, она должна быть связана с другими системами предприятия, обеспечивающих минимальные риски и безопасность производств. Вибрационные периодические обследования технологического оборудования предприятия: а) стандартное обследование и оценка технического состояния оборудования по 3-му или 4-му уровню контроля по ДСТУ 3161 –  контроль технического состояния подшипников составных частей агрегата, а также проточной части турбомашин и зубчатых передач, по ДСТУ 3162 – контроль коренных подшипников, крейцкопфов и цилиндров; б) расширенное обследование и оценка технического состояния оборудования по 3-му или 4-му уровню контроля во всех информативных точках контроля (до и после капитального ремонта, а также при аварийных ситуациях), без изменения режима работы объекта контроля; в) специальное вибрационное обследование – выявление неблагоприятных режимов работы, определение режимных и смазочных характеристик, устранение резонансных явлений и повышение показателей надежности и др. д) виброналадка – у странение причин повышенной вибрации оборудования и доводка вибрационных характеристик после капитального ремонта объекта контроля. В настоящее время оценка технического состояния промышленных машин проводится по двум критериям: по абсолютным значениям (зоны технического состояния: А, В, С и D) и по изменениям («Предупреждение» и «Останов»). По ДСТУ 3163 существенным изменением параметра вибрации является изменение его уровня на 4–8 дБ. Оценка технического состояния составных частей

Рис 1. Система мониторинга и диагностики компрессорного оборудования предприятия машин и оборудования проводится по общим уровням вибрации, по составляющим узкополосного спектра и по интенсивности основных виброакустических источников, в соответствии с требованиями Системы ТОиР Минпромполитики Украины, ДСТУ 3160 – ДСТУ 3163. По результатам сравнения текущих значений вибрационных характеристик и показателей режима работы (назначения) с базовыми значениями, составляется паспорт технического состояния составных частей объекта контроля, используя четыре оценки: А – «хорошо»; В – «приемлемо»; С –  «допустимо»; D – «недопустимо». Кроме того, определяются существенные отклонения интенсивности основных виброакустических источников от базовых значений, когда их уровень превышает границу зон технического состояния В/С. По существенным изменениям составляющих спектра, интенсивности виброакустических источников и показателей режима работы определяют возможные причины отклонения машины от нормального функционирования (возможные неисправности

и дефекты). Время наступления предельного состояния объекта определяется по тренду вибрационной характеристики в контрольной точке, в которой выявлены наибольшие существенные изменения интенсивности виброакустического источника, а также с помощью теории надежности, распознавания и трибофатики. На предприятии необходимо оптимизировать порядок и объем проведения периодического вибрационного обследования технологического оборудования с учетом обеспечения требуемых показателей надежности и безопасности, разработать стандарт предприятия, обучить персонал, назначить главное подразделение, которое должно организовывать комплексную работу по обеспечению безопасной эксплуатации объектов контроля. При эксплуатации машин по фактическому состоянию увеличение разрешаемой наработки без проведения ремонта должно осуществляться ступенями и основываться на результатах периодической виброакустической и параметрической диагностики,

анализа условий их эксплуатации и контроля показателей надежности. Состояние элементов машины определяется на основе информации, получаемой в процессе использования ее по назначению, а также при плановых осмотрах и техническом обслуживании в нерабочем состоянии с помощью методов и средств технического контроля (проверка прочности ответственных деталей и герметичности). Для этой же цели дополнительно используется информация о результатах разборок и дефектации ответственных деталей и узлов. Величина разрешаемого ресурса устанавливается индивидуально для каждого объекта. После истечения разрешенного ресурса вновь проводится анализ его технического состояния и по результатам этого анализа принимается решение о продолжении эксплуатации или о проведении ремонта. После каждой ступени контроля может проводиться замена отдельных элементов, находящихся в предотказном состоянии. Технические средства систем мониторинга и диагностики (реко-

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

Рис. 2. Алгоритм оценки технического состояния

Рис. 3. Алгоритм диагностики объекта контроля

мендуются продукция ООО «ИТЦ «Вибродиагностика», г. Северодонецк): – виброконтроль – виброметры ИВ‑1Б, анализатор БМ‑6; – стандартное, расширенное и специальное вибрационное обследование – АС‑3200 и АС‑6400 (2-х канальный анализатор), одноканальный анализатор БМ‑6 и 4-х канальный регистратор сигнала ВД‑1854; – виброналадка (балансировка в собственных подшипниках, модальный анализ и др.) – БМ‑5, БМ‑6 и 4-х канальный регистратор сигнала ВД‑1854; – штатные средства объекта контроля (стационарные) – для обеспечения непрерывного контроля и регистрации параметров его вибрации и показателей режима работы на электронных носителях информации, а также анализа зарегистрированных трендов информационных параметров. Программное обеспечение ООО «НТЦ «Диагностика» и его функции [25, 26, 27]: 1) программа «СПЕКТР» – анализ и обработка узкополосных спектров параметров вибрации; определение интенсивности основных

виброакустических источников; запись и хранение результатов вибрационного обследования объектов контроля в базе данных системы мониторинга и диагностики машин и оборудования предприятия; 2) программа «ПАСПОРТ» – оценка технического состояния составных частей объектов контроля по нормативным и базовым характеристикам; выявление отклонений текущих значений вибрационных характеристик от нормативных и базовых значений; заключение о техническом состоянии и дефектах подшипников качения; 3) программа «ГРАФИКА» – построение диаграмм, графиков и регрессионных зависимостей; расчет остаточного ресурса объекта контроля по худшему контролируемому параметру; 4) программа «ДИАГНОСТИКА» – определение перечня возможных неисправностей объекта контроля; объяснение диагноза; рекомендация дополнительных обследований для уточнения перечня неисправностей и выделения наиболее вероятных; 5) программа «ВИБРОСИГНАЛ» – полная обработка вибрационного сигнала; оценка техниче-

ского состояния по коэффициенту эксцесса, по фазе, по дифференциальным и интегральным законам распределения; 6) программа «ЭКСПРЕССАНАЛИЗ» – оперативная оценка технического состояния по нормативным и базовым вибрационным характеристикам, с использованием «светофора»; выбор нормативного документа для оценки технического состояния и самостоятельная установка базовых значений в точках контроля; 7) программа «Стержневые конструкции»: – оценка напряженного деформированного состояния и расчет собственных частот конструкции (опорных рам, трубопроводов и др.), проведение ее модельных исследований; 8) программа «Валопровод» – расчет критических частот роторов валопровода и построение форм его колебаний; проведение исследования влияния на критические частоты и формы колебаний валопровода конструктивных и эксплуатационных характеристик ротора; 9) программа «Динамика» – – расчет амплитуд и динамических усилий в заданных сечениях ротора;

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

– построение амплитудно-частотных характеристик ротора; – вычисление траектории перемещения заданной точки вала (в качестве факторов возбуждающих колебаний могут быть: остаточная статическая неуравновешенность, приведенная к одному или нескольким сечениям вала; радиальная и угловая несоосность валов машины и привода, радиальная сила на ротор со стороны перекачивающей среды, с учетом анизотропии упругих и демпфирующих свойств подшипников и щелевых уплотнений). 10) программа «Газодинамика» – – расчет параметров, необходимых для построения размерных и безразмерных характеристик турбокомпрессора; – приведение характеристик турбокомпрессора к заданным условиям его эксплуатации. 11) программа «Теплофизика» – расчет теплофизических свойств рабочих тел компрессорного оборудования (газов и газовых смесей). По заданным значениям давления и температуры программа обеспечивает расчет следующих теплофизических характеристик: плотность, коэффициент сжимаемости, производные от давления, показатель адиабаты, скорость звука, внутреннюю энергию, энтальпию, энтропию, изохорную и изобарную теплоемкости, динамическую и кинематические вязкости, а также теплопроводность. Совершенствование СМД технологического оборудования предприятия Для обеспечения производства и эксплуатации качественной продукции необходима организация СМД технологического оборудования предприятия, предусматривающая следующее: – обеспечение контроля виброускорения на всех уровнях и анализ узкополосных спектров параметров вибрации оборудования. – доработку стационарной системы вибрационного мониторинга – организацию дополнительного непрерывного контроля параметров вибрации в информативных полосах частот, что позволит своев-

ременно информировать персонал предприятия о нарушении нормального функционирования. – обучение технического персонала, с повышением к нему квалификационных требований, организацию оценки технического состояния объектов контроля и консультации специалистов на расстоянии. Внедрение нового метода оценки роли и работы руководителей всех рангов управления. Необходимо на предприятии назначить главное подразделение по обеспечению безопасности оборудования, все другие должны предоставлять ему информацию и выполнять др. функциональные обязанности. Необходимо организовать обучение по специально разработанным программам, чтобы донести каждому работнику современные знания, быстро и эффективно, применяя дистанционное обучение, создавая центры беспрерывного обучения и используя корпорационную сеть и специализированные научно-технические организации. – обеспечение персонала предприятий недорогими виброметрами (желательно с памятью для сохранения данных контроля и программой «Экспресс-анализ», обеспечить 1-й уровень контроля). – оптимизацию порядка и объема проведения периодического вибрационного обследования оборудования специализированным диагностическим подразделением предприятия: • стандартное обследование и оценка технического состояния оборудования по 3-му или 4-му уровню контроля по ДСТУ 3161 –  контроль технического состояния подшипников составных частей агрегата, а также проточной части турбомашин и зубчатых передач; • расширенное обследование и оценка технического состояния оборудования по 3-му или 4-му уровню контроля во всех информативных точках контроля (до и после капитального ремонта, а также при аварийных ситуациях); • специальное вибрационное обследование для выявления неблагоприятных режимов работы, определение режимных и смазочных характеристик, устранение резонансных явлений и повышение показателей надежности и др.

• виброналадка – у странение причин повышенной вибрации оборудования при ремонте и доводка вибрационных характеристик после капитального ремонта. • организация контроля показателей надежности объектов контроля и разработка программ обеспечения надежности. Апробирование и внедрение Система мониторинга и диагностики машин и оборудования внедрена на: ОАО «Мозырский НПЗ» (2000 г.); ОАО «ЛУКОЙЛ – Одесский НПЗ» (2002 г.); ОАО «Николаевский глиноземный завод» (2004 г.); Черкасском ОАО «Азот» (2006 г.), ГК «Укртрансгаз» (2010 г.) и планируется внедрение на других предприятия Украины. Система позволила предприятиям: – усовершенствовать методы контроля и оценки технического состояния оборудования; – обеспечить техническое обслуживание и ремонт оборудования по состоянию; – повысить уровень надежности и безопасности ОПО (ресурс машин до капитального ремонта увеличился более чем в два раза, устранены неплановые отказы). Система позволяет вносить изменения и проводить консультации по электронной почте. Результаты вибрационных обследований некоторого технологического оборудования и оценки технического состояния его составных частей проведены: – компрессорного оборудования крупнотоннажного аммиака [9, 28, 29]; – поршневых компрессов и их технологических трубопроводов [30, 31]; – магистральных насосов аммиакопровода [8]; – газотурбинных двигателей, нагнетателей и технологических трубопроводов ГПА [13, 14, 32, 33]; – паровой турбины и генератора [34]. Выводы 1. Работу по повышению надежности и безопасности машин и оборудования предложено разде-

лить на четыре этапа для решения основных задачи и проблем предприятия. 2. Разработана система мониторинга и диагностики машин и оборудования, программное обеспечение которой соответствует современному научно-техническому уровню и не имеет аналога. Метод оценки и диагностики технического состояния по изменению интенсивности основных виброакустических источников машин и оборудования соответствует требованиям нормативных документов Украины. Метод НТЦ «Диагностика» защищен авторским свидетельством СССР и Патентом Украины. 3. Разработаны отечественные технические средства для системы вибрационного мониторинга и диагностики, с которым работает экспертное программное обеспечение НТЦ «Диагностика», не уступающие по техническим характеристикам зарубежным аналогам. Впервые на рынке СНГ предложен двух, четырех и 16-ти канальный регистратор сигналов, которые существенно расширили возможности экспертной диагностики технического состояния машин при пуске, останове, при неблагоприятных режимах их работы. 4. Система постоянно совершенствуется. Основную работу по оценке технического состояния оборудования и определению причин его изменения проводит персонал предприятия, обученный НТЦ «Диагностика. Список литературы: 1. Лисюк С. Д. Забезпечення безпечної експлуатації обладнання / С. Д. Лисюк, В. М. Репін, А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Фаховий збірник праць Національного науково дослідного інституту з промислової безпеки і охорони праці – К.: ННДІПБОП, 2008, № 14. –  С. 128–147. 2. Репин В. Н. Опасности насосного и компрессорного оборудования / В. Н. Репин, А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2007, № 3 (10) – С. 37–45. 3. Стеценко А. А. Обеспечение безопасности и надежности про-

мышленных машин./ А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки –  К.: ННДІПБОП, 2010. – № 3. – С. 13– 24 (часть 1-я) и № 4 (часть 2-я). –  С. 8. 4. Состояние и перспективы повышения качества и конкурентоспособности насосного и компрессорного оборудования / Материалы семинара-совещания. – Сумы: СпецНТЭИЦ ГП «Сумыстандартметрология». – 2004..– 114 с. 5. С т е ц е н к о   А .   А .   М а ш и ни, механізми, устаткування підвищеної небезпеки // Практичний довідник спеціаліста з охорони праці. Під заг. Ред. В. В. Тихоненко./ Розділ 5. – К.: FORUM. – 2007–2009. 6. Стеценко А. А. Подтверждение соответствия безопасности насосного и компрессорного оборудования в соответствии с требованиями технического регламента Украины / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко, В. В. Шишов // Герметичность, вибронадежность насосного и компрессорного оборудования – Г ЕРВИКОН‑2005/ Материалы 11-й Международной научно-техническая конференции. –  Сумы: СумГУ. – 2005. – Т. 3. – С. 242– 252. 7. Стеценко А. А. Подтверждение декларации безопасности насосного и компрессорного оборудования / А. А. Стеценко, С. А. Стецен ко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2009, № 1. – С. 49–56. 8. Андрианов А. А. Оценка технического состояния насосного оборудования. Продление ресурса безопасной эксплуатации. Украинский участок магистрального аммиакопровода «Тольятти – Одесса» / А. А. Андрианов, В. А. Бондик, А. А. Стеценко, Г. Е. Куденко // Хімічна промисловість України –  К.: Союз хіміків України, 2007. – № 5(82). – С. 39–47. 9. Бондаренко Г. А. Обеспечение ремонта компрессорного оборудования по фактическому состоянию. / Г. А. Бондаренко, В. И. Кармазин, А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Тезисы докладов (на электронном носителе -диске) / ХIII Международная научно-техническая конференция «ГЕРВИКОН‑2011». Международный форум «НАСОСЫ‑2011».

Семинар «ЭККОН – 11» (Сумы, 6–9 сентября 2011). – Сумы: СумГУ. 2011. – Секция 3 «Ремонт и модернизация компрессорного и насосного оборудования химических предприятий». – Доклад № 3.22. – 11 с. 10. Б е г у н   В .   В .   В и з н а ч е н ня ризику об’єкта за результатами діагностики основного встаткування / В. В. Бегун, А. А. Стеценко // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки. – К.: ННДІПБОП. – 2011. – № 3. –  С. 10–15. 11. Стеценко А. А. Системы мониторинга и диагностики машин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2006. – № 4. – С. 48–53. 12. Ошовская Е. В. Анализ программного обеспечения систем распознавания технического состояния механического оборудования / Е. В. Ошовская, А. В. Сидоров // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2006, № 1 –  С. 45–53. 13. Иванов Н. И. Интенсивность основных виброакустических источников центробежных компрессоров / Н. И. Иванов, А. А. Стеценко, Т. Ю. Зубарева, В. В. Петров // Расчет, исследование, конструирование и технология изготовления компрессоров / Темат. сб. трудов. –  Сумы: ВНИИкомпрессормаш. – 1991. – С. 50–62. 14. Стеценко А. А. Совершенствование контроля и оценки технического состояния турбомашин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2008, № 1 (12). – С. 13–30. 15. Вертячих А. В.. Влияние неравномерности потока, формируемого боковым подводом на энергетические и виброшумовые характеристики лопастных насосов повышенной быстроходности / А. В. Вертячих., А. А. Стеценко, С. И. Шкарбуль // Гидравлические машины и гидроагрегаты. Теория, расчет, конструкция / Тематический сборник научных работ под редакцией Ковалева И. О. – К.: ИСИО (ІСДО), 1994. – С. 128–141.

Компрессорное и энергетическое машиностроение

№1 (43) март 2016

16. Влияние лопаточных диффузоров на газодинамические и виброакустические характеристики центробежных компрессоров / Бондаренко Г. А., Меркун В. П., Стеценко А. А., Татаринов В. М. // Тезисы докладов 8 Всесоюзной научно-технической конференции «Создание компрессорных машин и установок, обеспечивающих интенсивность развития отраслей топливно-энергетического комплекса». (Сумы. 10– 12 октября 1989 г.). – М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1989. – Ч. 1. – С. 84. 17. Бондаренко Г. А. Стендовые испытания центробежных компрессоров высокого давления установок УКСП- 16/500 для сайклинг-процесса / Г. А. Бондаренко., В. Н. Морозов, А. А. Стеценко., А. И. Апанасенко., В. Е. Сухиненко // Центробежные компрессоры высокого и сверхвысокого давления для нефтяной и газовой промышленности /Сборник трудов. – М.: ВНИИхолодмаш, 1988 –  С. 130–139. 18. Бондаренко Г. А. Вибрационное обследование центробежного компрессора высокого давления установки УКСП‑16/500 для сайклинг – процесса. / Г. А. Бондаренко, А. А. Стеценко // Вопросы расчета и исследования центробежных компрессоров сверхвысокого давления / Сборник трудов. – М.: ЦИИТИхимнефтемаш. – 1990. – С. 24–32. 19. Стеценко АА. Метод оценки технического состояния машин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Вестник национального научно-исследовательского института охраны труда. – К.: ННИИОТ – № 5 (спецвыпуск) . – 2003. – С. 20–30. 20. С т е ц е н к о   А .   А .   М е т о д диагностики НТЦ «Диагностика» / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2006, № 3 (6) С. 22–35. 21. Система технического обслуживания и ремонта технологического и теплоэнергетического оборудования химических предприятий Министерства промышленной политики Украины (Система ТОиР). – К.: ОАО «Укртеххимпром», 1998. – 432 с. 22. Стеценко А. А. Стандартизация в области вибрации, контроля технического состояния,

диагностики и прогнозирования ресурса промышленных машин / А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2006. – № 2 (5)- С. 34–43. 23. С т е ц е н к о   А .   А .   О б е спечение безопасной эксплуатации насосного и компрессорного оборудования / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Компрессорное и энергетическое машиностроение, 2006. – № 2(4). –  С. 81–85. 24. Стеценко А. А. Система обеспечения надежности и безопасности компрессорного оборудования / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Труды ХIII Международной научнотехнической конференции по компрессоростроению. – Сумы: Изд-во СумГУ, 2004. – Том III. – С. 54–64. 25. Стеценко А. А. Программное обеспечение для стандартной оценки технического состояния машин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2006, № 4 (7)– С. 30–40. 26. Стеценко А. А. Программа для экспертной диагностики машин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2007, № 1 (8). – С. 20–29. 27. Стеценко АА. Программное обеспечение для экспресс –  анализа и расширенного исследования причин вибрации машин / А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, Е. А. Долгов, О. А. Стеценко // Вестник национального научноисследовательского института охраны труда № 5 (спецвыпуск) / Киев, НИИОТ, 2003 г. – С. 48–53. 28. С т е ц е н к о   А .   А .   Д и а г н о стика насосного и компрессорного оборудования и прогнозирование остаточного его ресурса / А. А. Стеценко, Б. В. Анищенко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Материалы 11-й Международной научно-техническая конференции «Герметичность, вибронадежность насосного и компрессорного

оборудования -ГЕРВИКОН‑2005» –  Сумы, СумГУ, 2005 г. – Том 3. С. 230–241. 29. К а р м а з и н   В .   И .   Н и з к о частотные колебания в турбомашинах / В. И. Кармазин, Ю.Л Сушильников, А. А. Стеценко, О. А. Стеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита – Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2009, № 4 – С. 11–19, 2 и 3 обложки журнала. 30. Стеценко А. А.. Снижение вибрации трубопроводов поршневых компрессоров АО «МНПЗ» / А. А. Стеценко, Б. В. Анищенко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Современные проблемы машиностроения. Материалы международной научно-технической конференции. / Под ред. д. т.н., профессора Шагиняна А. С. в 2 т. – Гомель: ГГТУ. – 2000 г. – Т. 1. –  С. 208–211. 31. Плетнев В. А. Контроль технического состояния автомобильных газонаполнительных компрессорных станций / В. А. Плетнев, В. М. Выговский, А. А. Стеценко, О. И. Бедрий, О. А. Стеценко // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки. – К.: ННДІПБОП, 2012. – № 3. –  С. 131–138. 32. М а м о н о в   А .   И .   О ц е н к а технического состояния составных частей ГПА- 25И по вибрационным характеристикам и декларация его безопасности / А. И. Мамонов, В. В. Рудко, А. А. Стеценко, О. А. Cтеценко // Донецк, ДонГНУ, Ассоциация механиков, 2009, № 2 –  С. 25–33. 33. С т е ц е н к о   А .   А .   С о в е р шенствование оценки технического состояния ГТД и обеспечение их безопасной эксплуатации / А. А. Стеценко, О. А. Стеценко, П. В. Королев, А. И. Мамонов, В. В. Рудко, О. Б. Соловьев // Вибрация машин: измерение, снижение, защита. – Донец: ДонГНУ, 2011. – № 4 – С. 25–37. 34. Стеценко А. А. Контроль состояния паровой турбины К200–130 / А. А. Стеценко, О. А. Cтеценко // Вибрация машин: измерение, снижение, защита. – Донецк: ДонГНУ, 2012. – № 2. –  С. 14–28.

Авторское соглашение научно-производственного и информационного журнала «Компрессорное и энергетическое машиностроение» Автор (авторы) материалов, публикуемых в Научно-производственном и информационном журнале «Компрессорное и энергетическое машиностроение» (далее журнал), в случае их принятия к публикации передает (передают) учредителям и редколлегии журнала права на: – публикацию данных материалов на украинском (русском, английском) языке и распространения их печатной версии; – перевод данных материалов на английский язык (для материалов на украинском или русском языках) и распространение печатной версии перевода; – распространение электронной версии материалов, а также электронной версии их англоязычного перевода (для материалов на украинском или русском языках) через любые электронные средства (размещение на официальном web-сайте журнала, в электронных базах данных, репозитариях и т. д.). При этом автор (авторы) сохраняет (сохраняют) за собой право без согласования с редколлегией и учредителями журнала: – использовать материалы полностью или частично в образовательных целях; – использовать материалы полностью или частично для написания собственных диссертаций; – использовать материалы для подготовки тезисов, докладов конференций, а также устных презентаций; – размещать электронные копии материалов (в том числе конечную электронную версию, скачанную с официального web-сайта журнала) на: a) персональных web-ресурсах всех авторов (web-сайты, web-страницы, блоги и т. п.); б) web-ресурсах учреждений, где работают авторы (включая электронные репозитарии); в) некоммерческих web-ресурсах открытого доступа (например, arXiv.org). Во всех случаях наличие библиографической ссылки на материалы или гиперссылки на ее электронную копию на официальном web-сайте журнала обязательна. Этим соглашением автор (авторы) материалов также подтверждает (подтверждают), что представленная рукопись: – не затрагивает авторских прав других лиц или организаций; – не была опубликована ранее в других издательствах; – не была представлена к публикации в другие издания. Редакция журнала

Приглашение к сотрудничеству Искренне признательны нашим уже постоянным и новым авторам журнала и надеемся, что это сотрудничество будет расширяться. Приглашение к нему мы адресуем всем, кому не безразличны проблемы отрасли, кто готов поделиться с коллегами своим опытом, идеями или просто интересной информацией. Будем рады видеть среди авторов журнала научных и инженерно-технических работников институтов, организаций, предприятий и компаний, связанных с проектированием, разработкой, производством и эксплуатацией компрессорного и энергетического оборудования, а также студентов и аспирантов высших учебных заведений. Надеемся, наше сотрудничество будет интересным и взаимополезным. Компрессорное и энергетическое машиностроение №1 (43) март 2016