Современная диагностика - залог успешной работы

Отвечать интересам заказчика - значит, в том числе, обеспечивать бесперебойную работу производимого оборудования. Важно заранее предупреждать возможные неисправности и принимать превентивные меры. Именно этой цели подчинена деятельность отдела диагностики ОАО «Авиадвигатель». Его специалисты около 20 лет успешно внедряют различные методы диагностирования в процесс эксплуатации газотурбинных двигателей как в авиации, так и в промышленности.

О современных проблемах диагностики эксплуатации газотурбинных установок
рассказывает начальник отдела диагностики ОАО «Авиадвигатель»
Виталий Халиуллин


Процесс эксплуатации газотурбинных установок (ГТУ) выявил особенности контроля их техсостояния. В первую очередь, в отличие от авиации, где работа двигателя складывается из отдельных полетов, газотурбинные двигатели промышленного назначения должны непрерывно работать весь межрегламентный период. Длительность такого цикла работы может составлять 1500 - 3000 часов. Поэтому контроль состояния ГТУ должен вестись непосредственно во время их работы.

Трибодиагностика

Основной метод выявления частиц изнашивания в масле - срабатывание сигнализаторов стружки, которыми выпускаемые ГТУ оснащаются в обязательном порядке. Двигатели разработки ОАО «Авиадвигатель» оснащаются эффективной двухступенчатой системой контроля наличия частиц изнашивания в маслосистеме. Первой ступенью служат магнитные сигнализаторы стружки (МСС), установленные в каждой магистрали откачки масла от ГТД. Вторая ступень - фильтр-сигнализатор (ФС), предназначенный для выявления магнитных и немагнитных электропроводящих частиц, установленный в общей магистрали слива масла из двигателя. Опыт эксплуатации газотурбинных установок показал необходимость дифференциации
I и II ступеней контроля по способу ее реакции на замыкание. МСС, как более чувствительные сигнализаторы, в основном обеспечивают только информирование персонала о наличии стружки. При их срабатывании персонал выполняет действия, предусмотренные эксплуатационной документацией. Срабатывание ФС, как правило, свидетельствует о более поздней стадии развития дефекта, поэтому оно сопровождается автоматической остановкой ГТУ.

Для оптимизации действий обслуживающего персонала при решении вопроса о возможности дальнейшей эксплуатации ГТУ в случае обнаружения стружки на ФС или МСС «Авиадвигателем» разработаны методики принятия решений, входящие в виде технологических карт в Руководства по эксплуатации ГТУ каждого типа. Эти методики носят рекомендательный характер и допускают при необходимости альтернативные решения. По мере накопления опыта методики совершенствуются. В них, в частности предусмотрено определение марки материала стружки, позволяющее существенно сократить процесс принятия решения и повысить его достоверность. Материал стружки определяется, как правило, специалистами ОАО «Пермский моторный завод».

Параметрическая диагностика

С самого начала работы первых ГТУ в Руководстве по эксплуатации помещены технологические карты, регламентирующие порядок оценки диагностических параметров. По мере накопления опыта технологические карты со-вершенствовались, как с точки зрения регламента их применения, так и с точки зрения алгоритмов.

Основным методом контроля параметров является проверка отклонения частоты вращения ротора газогенератора, давления за компрессором и температуры газа за турбиной - комплексных показателей, реагирующих на любые отклонения состояния газовоздушного тракта двигателя (ГВТ). Этот вид контроля позволяет выявлять загрязнение компрессора, которое приводит к росту температуры горячей части двигателя, увеличению расхода топлива, снижению мощности. Длительная работа с повышенной температурой горячей части приводит к безвозвратному ухудшению КПД и, как следствие, повреждению деталей горячей части и уменьшению ресурса.

Своевременная качественная промывка ГВТ не только обеспечивает нормальную эксплуатацию двигателя в течение межремонтого ресурса (25 000 часов), но и во многих случаях позволяет продлить ресурс на несколько тысяч часов. При контроле параметров ГВТ выявляются и другие отклонения, например, ухудшение состояния деталей проточной части турбины или неравномерность температурного поля из-за загрязнения топливных форсунок посторонними частицами, содержащимися в газе.

Специалисты «Авиадвигателя» разработали программное обеспечение, автоматизирующее расчет отклонений параметров по технологическим картам, изложенным в руководстве по эксплуатации ГТУ. Указанная программа работает в составе пультов управления газотурбинных электростанций «Урал-2500», «Урал-4000», «Урал-6000».

Особое внимание уделяется разработке методик для автоматизированных систем диагностирования. Автоматизация контроля технического состояния ГТД обеспечивает исключение субъективного фактора, снижает трудоемкость обслуживания, повышает достоверность анализа, расширяет перечень выявляемых ситуаций. Автоматизированная система позволяет выполнять контроль не только газодинамических параметров, но и параметров маслосистемы, механизации двигателя, запуска и т.д. При разработке алгоритмов параметрической диагностики приходится учитывать, что процесс анализа должен выполняться в режиме реального времени с момента начала запуска до останова ГТУ. Методики оценки параметров также содержат рекомендации к формируемым сообщениям об отклонениях в работе.

Первая автоматизированная система диагностирования пермских ГТУ под названием «Подсистема параметрической диагностики в составе САУ ГПА» или ППД была создана фирмой Compressor Controls Corporation (ССС, США) при активном участии «Авиадвигателя» и прошла приемочные испытания в ОАО «Газпром» в 2000 году. Благодаря поддержке ООО «Газпром трансгаз Чайковский» ППД внедрена на газокомпрессорной станции «Пермская».  Решением межведомственной комиссии тогда же на КС «Ординская» в опытно-промышленную эксплуатацию были запущены еще четыре ППД на газоперекачивающих агрегатах с газотурбинными двигателями нашего КБ.

В связи с небольшой величиной отклонения угла установки ВНА от программного значения, ее трудно заметить при просмотре традиционных панелей отображения информации в пульте оператора САУ. Благодаря ППД это отклонение выявлено.
По вопросу создания подобных диагностических систем специалисты «Авиадвигателя» сотрудничают с известным отечественным разработчиком САУ ЗАО «НПФ «Система-сервис» (г. Санкт-Петербург) и с подразделениями ДОАО «Оргэнергогаз» (г. Видное). Совместная работа по созданию методики диагностирования была успешно проведена с ООО «Газпром добыча Надым».

Аналогичная система применяется при эксплуатации ГТУ других производителей, в частности, GT-10 ABB (Швейцария) в Польше и LM-2500 фирмы General Electric на платформах Statoil (Норвегия). В процессе эволюции ППД стала универсальной системой, позволяющей осуществлять контроль техсостояния ГТД и ГПА различных производителей. ППД размещается в отдельном компьютере, информационно связанном с САУ, и обеспечивает удаленный доступ к информации по модемной связи или через Интернет. ППД не обладает управляющими функциями и работает только на оператора.

Некоторое затруднение вызывает организация использования ППД. В «Газпроме» ответственность за программно-аппаратную часть несет служба КИПиА, однако решаемые ППД задачи больше касаются службы компрессорного оборудования. ППД представляет собой мощный инструмент, сочетающий средства автоматической обработки информации и экспертного анализа. Она обеспечивает и предоставление рекомендаций по оптимальной загрузке оборудования компрессорной станции для снижения расхода топливного газа. В идеале работу с ППД должны обеспечивать специалисты по диагностике. Последнее можно осуществить путем предоставления удаленного доступа к информации ППД. Используя модемную связь или Интернет, специалист по диагностике ЛПУ мог бы контролировать состояние компрессорного оборудования нескольких подведомственных ему компрессорных станций.

Следует также проработать регламент применения ППД, в котором изложить рекомендации по периодичности и объему контроля информации.
Одна из систем параметрической диагностики разрабатывается на базе продукта ДОАО «Оргэнергогаз» - системы диагностики компрессорного оборудования (СДКО), которыми оборудованы свыше 40 ГПА с пермскими ГТУ. СДКО обеспечивает мониторинг вибрационного состояния оборудования, используя собственные датчики, установленные на двигатель и центробежный нагнетатель. Введение функций параметрической диагностики в СДКО обеспечит возможность комплексного анализа информации. Контроль вибрационных параметров в СДКО осуществляется в соответствии с временным регламентом диагностического обслуживания, совместным документом «Оргэнергогаза» и «Авиадвигателя».

Важнейшей задачей отдела диагностики пермского КБ является сбор и обработка информации от эксплуатирующих организаций. Полученные данные позволяют оперативно определять причины отклонений в работе ГТУ и давать рекомендации специалистам завода-изготовителя и эксплуатирующим организациям. Эта информация также позволяет разработчику совершенствовать выпускаемую продукцию и алгоритмы контроля ее состояния.
С целью обеспечения полноты информации, регистрируемой в процессе эксплуатации ГТУ, разработаны техзадания на подсистемы регистрации информации наземных ГТУ для ГПА и электростанций. Одно из таких ТЗ согласовано с разработчиком САУ ГПА - ЗАО НПФ «Система-сервис».