962
.pdfУДК 621.438.06
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫХЛОПНОГО ТРАКТА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ (ГТУ) ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
А.Ф. Сальников, Р.Р. Бикметов, К.В. Пальчиковский
Пермский государственный технический университет
Проведено исследование работоспособности элементов выхлопного тракта газотурбинной установки (ГТУ) при циклической нагрузке.
Одним из главных условий устойчивого развития газовой отрасли является обеспечение надежности и эффективности эксплуатации газотранспортных предприятий. Проблемы повышения надежности и эффективности эксплуатации газоперекачивающих агрегатов (ГПА) тесно связаны с работоспособностью всех его элементов и узлов. Одной из основных задач прогнозирования работоспособности ГПА является задача снижения производственных затрат на проведение ремонт- но-восстановительных мероприятий в процессе функционирования.
На современных станциях, где используют и ГПА типа «Урал16», существуют системы непрерывного контроля технического состояния отдельных узлов по величине температур, давления, уровня вибрации и т.д., поэтому отказы в работоспособности ГПА по элементам контроля сводятся к минимуму. Однако в системе выхлопа и входного тракта какие-либо элементы контроля технического состояния отсутствуют. Это привело к следующим отказам при эксплуатации ГПА серии «Урал»:
–обрыв листов внутренней облицовки на агрегатах ГПА-16ДКС-02, ГПА-16 ДКС-03 на КС Ямбургского ГКМ, ГПА-16ДКС-02Л на КС «Пуртазовская»;
–прогар компенсаторов на агрегатах ГПА-12М (КС «Пермская»), ГПА-16 (КС «Горнозаводская»);
41
–десятки остановов ГПА, особенно в октябре, ноябре и апреле каждого года эксплуатации в районах городов Уренгоя и Сургута за счет обледенения входного тракта;
–взаимное силовое влияние выходного устройства ГТУ и выхлопного тракта.
В этих условиях резко возрастает необходимость в научных раз-
работках, направленных на решение неотложных задач, связанных с совершенствованием методов и средств анализа технического состояния газоперекачивающего оборудования, в том числе системы выхлопа.
Проблемы повышения надежности и эффективности эксплуатации газоперекачивающих агрегатов (ГПА) тесно связаны с работоспособностью всех его элементов и узлов. Отказы систем выхлопа в работе ГПА (прогары, отрыв листов и т.п.) приводят к значительному повышению стоимости ремонтно-восстановительных работ, что диктует необходимость внедрения современных исследований поведения конструкционного материала в процессе эксплуатации при значительных температурных и динамических нагрузках. В этих условиях резко возрастает необходимость в научных разработках, направленных на решение неотложных задач, связанных с совершенствованием методов и средств анализа изменения физико-механических свойств конструкционных материалов, определяющих техническое состояние конструкции элементов выхлопа, всоса, трубопроводов и других элементов газоперекачивающего оборудования. Возникает проблема комплексного исследования поведения конструкционного материала при одновременном воздействии температурной нагрузки и динамической нагрузки, как колебание давления в газовом потоке, возникающем при вихревом течении продуктов выхлопа с ГТУ из улитки в диффузор. Изменение фи- зико-механических свойств, появление различных дефектов, изменение в динамике нагрузки формирует ряд исследовательских задач, которые необходимо решать в рамках повышения надежности эксплуатации существующих и вновь разрабатываемых ГПА.
На базе Центра экспериментальной механики Пермского государственного технического университета реализована задача исследования двухосного нагружения образца, что достаточно близко соответствующей реальной динамической нагрузке, действующей в выхлопном тракте ГПА. На рис. 1 приведено фото данной установки, а в таблице приведены ее возможности по проведению исследований.
42
Рис. 1. Двухосевая испытательная сервогидравлическая машина
Instron 8850
Возможности установки по проведению исследования
Параметры |
Значения |
|
|
Максимальные нагрузки при растяжении-сжатии |
100 кН |
Максимальные нагрузки при кручении |
1 кНм |
Ход актуатора |
± 75 мм/ ± 450 |
Частота испытаний до |
20 Гц |
Проведение высокотемпературных испытаний |
от 350 до 10000С |
Исследования проводились на нагруженном образце постоянной нагрузкой в осевом направлении, и осциллирующей нагрузкой в перпендикулярной плоскости с частотой 1 Гц, 25 Гц и 100 Гц.
На рис. 2 приведены в качестве примера результаты исследований изменения величины модуля материала при частоте осциллирующей нагрузки в 1 Гц.
Обработки результатов исследования – изменения модуля в зависимости от количества циклов нагружения (числа колебаний при растяжении) приведены на рис. 3 для частоты 1 Гц.
43
Рис. 2. Изменение величины модуля от количества циклов нагружении при частоте 1 Гц и скорости растяжения 0,2 мм/с
Рис. 3. Изменение амплитуды колебания модуля от количества циклов нагружении при частоте 1 Гц и скорости растяжения 0,2 мм/с
На рис. 4 приведена зависимость изменения модуля материала в зависимости от частоты осциллирующей нагрузки.
44
Рис. 4. Зависимость изменения модуля материала от частоты осциллирующей нагрузки
По результатам проведенных испытаний получены новые данные, характеризующие зависимости прочностных свойств стали 12Х18Н10Т, используемой при изготовлении конструктивных элементов выхлопного тракта ГТУ от сложного деформирования.
Полученные результаты позволяют уточнить расчетные модели при проектировании и расчете конструкционных элементов выхлопного тракта с учетом влияния динамических нагрузок, ввести в расчет оценки несущей способности конструктивных элементов данные по динамическим характеристикам материала, уточнить их работоспособность в процессе эксплуатации.
Таким образом, полученные результаты позволяют учесть влияние динамических нагрузок на величину напряженно-деформированного состояния конструкционных элементов, используемых для выхлопных трактов газотурбинных установок. Введение в алгоритм системы управления технологическим процессом транспортировки газа предельного количества циклов нагружения или при изменении режима технологического процесса перекачки транспортируемой среды позволит обеспечить безотказную работу газокомпрессорного агрегата.
Список литературы
1.Налимов В.В. Теория эксперимента. – М.: Наука, 1971. – 218 с.
2.Осипов И.С., Гусев М.Н. Особенности пластического течения
идеформационного упрочнения металлических поликристаллов, облученных нейтронами // Матер. конкурса НИОКР молодых ученых и специалистов НЯЦ РК. – Курчатов, 2006. – 14 с.
Получено 17.06.2010
45
УДК 621.373.3:629.111+621.865.8-133]:658.562
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРТИФИКАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Р. В. Щёткин
Пермский государственный технический университет
Описаны основные пути организации законного производства автомобильных кранов-манипуляторов, требования к их производителям, а также сложности, возникающие в процессе сертификации автомобильных кранов-манипуляторов при организации их серийного производства. Статья основана на нормативных документах, устанавливающих требования к автомобильным кранамманипуляторам, а также на практическом опыте участников процесса их сертификации.
В настоящее время автомобильные краны-манипуляторы благодаря своей универсальности получают все более широкое распространение. Они одновременно сочетают в себе свойства грузоподъёмных кранов и транспортных средств различного назначения. Бортовые автомобили с краноманипуляторными установками (далее КМУ), седельные тягачи с КМУ, самосвалы с КМУ, автоэвакуаторы с КМУ и прочие – все эти машины являются автомобильными кранами-манипуляторами и могут использоваться как для погрузочно-разгрузочных и строительномонтажных работ, так и для транспортировки различных грузов по дорогам общего пользования.
До 1998 г. в России не было правил, регламентирующих устройство и безопасную эксплуатацию кранов-манипуляторов. Краны-манипу- ляторы не регистрировались в Госгортехназоре (в настоящее время Ростехнадзор) и производились без соответствующих разрешений и сертификатов. После вступления в силу «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов-манипуляторов» ПБ 10-257-98 в 1998 г., надзорзаизготовлениемиэксплуатациейкранов-манипуляторов был ужесточен. В настоящее время автомобильные краны-манипуля- торы, как и грузоподъёмные краны, относятся к техническим устройст-
46
вам, на которые распространяются требования Правил применения технических устройств на опасных производственных объектах и которые подлежат обязательной регистрации в органах Ростехнадзора (кроме автомобильных кранов-манипуляторов с грузоподъёмностью менее 1 т или
сгрузовым моментом менее 4 т.м., в соответствии с п. 5.1 ПБ 10-257-98). Сейчас владельцы автомобильных кранов-манипуляторов, ввезенных изза границы или изготовленных в Российской Федерации без соответствующих разрешений и сертификатов, испытывают серьезные трудности
сих регистрацией в органах Ростехнадзора.
Сегоднядляпроизводителейавтомобильныхкранов-манипуляторов очень актуален вопрос их сертификации и получения разрешений на их производство. Сложность сертификации автомобильных кранов-манипу- ляторов заключается в том, что автомобильные краны-манипуляторы одновременно являются и подъёмными сооружениями, и транспортными средствами, поэтому при их сертификации необходимо одновременное взаимодействие с органами Ростехнадзора, органами по сертификации технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, и органами по сертификации транспортных средств.
Для начала обратим внимание на основные термины и определения, которые используются в нормативных документах и будут использованы в настоящей статье.
«Кран-манипулятор грузоподъёмный»: машина грузоподъем-
ная, состоящая из КМУ, смонтированной на транспортном средстве или фундаменте.
«Кран-манипулятор автомобильный»: машина грузоподъем-
ная, с КМУ, смонтированной на автомобильном шасси (рис. 1). «Краноманипуляторная установка»: подъемное устройство,
включающее стреловое оборудование, грузозахватные органы, механизмы, систему управления и опорную раму (рис. 2).
«Шасси»: не предназначенное для эксплуатации транспортное средство, не имеющее хотя бы одной составной части из нижеперечисленного: кабина, двигатель, кузов или иное исполнение загрузочного пространства (седельно-сцепное устройство, крановая установка, бортовая платформа и т.п.), выпускаемое в обращение с целью дальнейшей достройки (рис. 3).
47
Рис. 1. Кран-манипулятор автомобильный с КМУ Palfinger PK 15500 на шасси автомобиля КамАЗ 65115
Рис. 2. Краноманипуляторная установка (КМУ) Palfinger PK 36002
48
Рис. 3. Шасси КамАЗ 65115
«Одобрение типа транспортного средства» (ОТТС): соответст-
вующая в международной практике форма оценки соответствия типа транспортного средства, а также одноименный документ, оформляемый при положительных результатах оценки соответствия. Еще одно определение ОТТС – процедура, посредством которой после проведения необходимых проверок заявляется, что транспортное средство отвечает перечню требований по безопасности и охране окружающей среды, обязательных при сертификации транспортных средств в Российской Федерации, и в результате которой выдается одноименный документ (ОТТС).
«Паспорт транспортного средства» (ПТС): документ, дейст-
вующий на территории Российской Федерации для регистрации и допуска транспортных средств к эксплуатации, а также в целях борьбы с их хищениями, обеспечения защиты прав потребителей. Паспорт транспортного средства кроме прочего подтверждает наличие «Одобрения типа транспортного средства».
«Идентификационный номер (код) транспортного средства
(код VIN) – Vehicle Identification Number, VIN: Структурная комби-
нация знаков, присваиваемая транспортному средству для целей его идентификации.
Всоответствии с «Номенклатурой продукции и услуг (работ),
вотношении которых законодательными актами Российской Федера-
49
ции предусмотрена их обязательная сертификация», и в соответствии
справилами ПБ 10-257-98 все краны-манипуляторы и все КМУ, изготовленные в Российской Федерации или ввозимые из-за рубежа, должны быть сертифицированы, а производители кранов-манипуляторов и производители КМУ должны иметь разрешение Ростехнадзора на их изготовление (разрешение на применение). Копия этого разрешения должна прикладываться к паспорту крана-манипулятора. Хочется обратить внимание на то, что к паспорту автомобильного крана-манипу- лятора должны прикладываться разрешения и сертификаты именно на автомобильный кран-манипулятор в целом (шасси в сборе с КМУ), а не на КМУ в отдельности.
Автомобильный кран-манипулятор, не имеющий сертификата соответствия и изготовленный без разрешения Ростехнадзора, невозможно поставить на учет в Ростехнадзоре, а эксплуатация кранаманипулятора без регистрации в Ростехнадзоре запрещена и влечет за собой штрафные санкции.
Кроме того, как уже было сказано выше, автомобильные краныманипуляторы являются транспортными средствами, а в соответствии
с«Правилами по проведению работ в системе сертификации механических транспортных средств и прицепов» все транспортные средства, изготовленные в Российской Федерации или ввозимые из-за рубежа сроком более чем на шесть месяцев и предназначенные для участия в дорожном движении на ее территории, подлежат обязательной оценке соответствия в форме «Одобрения типа транспортного средства» (ОТТС). Только имея в наличии ОТТС, производитель транспортного средства может оформить и выдать потребителю транспортного средства (ПТС) для регистрации в ГИБДД.
Легально производить автомобильные краны-манипуляторы можно двумя путями:
1.Штучное изготовление через процедуру переоборудования транспортного средства (автомобиля), на который уже имеется ПТС и которое уже состоит на учете в ГИБДД, в автомобильный кранманипулятор, путем установки на него КМУ, с последующей выдачей «Паспорта автомобильного крана-манипулятора» и внесением в ПТС сведений о переоборудовании.
2.Серийное изготовление автомобильных кранов-манипуляторов под собственной маркой, путем достройки автомобильного шасси, че-
рез «Одобрение типа транспортного средства» с присвоением собст-
50