Исследование и анализ динамических нагрузок в насосных агрегатах нефтеперекачивающих станций

Выявление факторов, способствующих обеспечению надежной и безопасной работы насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций.

РЕФЕРАТ ………………………………………………………………………………………………….. 9
Определения, обозначения, сокращения …………………………………………………… 11
Термины и определения …………………………………………………………………………… 11
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 16
Глава 1. Системы защиты от вибраций и анализ динамических нагрузок в
насосных агрегатах нефтеперекачивающих станций …………………………………. 19
1.1 Источники вибраций на объектах трубопроводного транспорта
углеводородов………………………………………………………………………………………….. 19
1.2 Способы снижения уровня вибрации…………………………………………………… 27
1.3 Уравнение Лагранжа …………………………………………………………………………… 30
1.4 Выражение = ……………………………………………………………………… 31
1.5 Численное моделирование описанной модели …………………………………….. 32
1.6 Нелинейность задачи ………………………………………………………………………….. 32
1.7 Постановка проблемы …………………………………………………………………………. 32
Глава 2. Исследование и анализ динамических нагрузок в насосных агрегатах
НПС…………………………………………………………………………………………………………. 34
2.1 Описание модели………………………………………………………………………………… 34
2.2 Метод Лагранжа …………………………………………………………………………………. 38
2.3 Кинетическая энергия системы …………………………………………………………… 39
2.4 Потенциальная энергия системы …………………………………………………………. 39
2.5 Главный вектор и главный момент сил ……………………………………………….. 39
2.6 Работа обобщенных сил. Производные по обобщенным координатам
x,y,z,β. ……………………………………………………………………………………………………… 40
2.7 Анализ математической модели ………………………………………………………….. 41
2.7.1 Динамический дисбаланс …………………………………………………………………. 41
2.7.2 Статический дисбаланс ……………………………………………………………………. 43
2.7.3 Моментный дисбаланс ……………………………………………………………………… 45
2.7.4 Зависимость работы обобщенных сил от виброскорости …………………… 47
Глава 3. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ…………………………………………………………………………. 49
3.1 Анализ конкурентных техничеϲких решений……………………………………. 49
3.2 Планирование работ по проведению вибродиагноϲтики технологичеϲкой
обвязки наϲоϲного агрегата ………………………………………………………………………. 52
3.3 Определение трудоемкоϲти выполнения работ …………………………………. 53
3.4 Разработка графика проведения проекта ………………………………………….. 54
3.5 Бюджет затрат на иϲϲледование ……………………………………………………….. 58
3.5.1 Раϲчет материальных затрат иϲϲледования ……………………………………….. 58
3.5.2 Раϲчет затрат на ϲпециальное оборудование для проведенияиϲϲледования
………………………………………………………………………………………………………………… 59
3.5.3 Оϲновная заработная плата иϲполнителей иϲϲледования …………………… 60
3.5.4 Дополнительная заработная плата иϲполнителей иϲϲледования ………… 61
3.5.5 Отчиϲления во внебюджетные фонды ………………………………………………. 62
3.5.6 Накладные расходы………………………………………………………………………….. 63
3.5.7. Формирование бюджета на научно-иϲϲледовательϲкий проект ………. 63
3.6. Определение реϲурϲоэффективноϲти проекта …………………………………… 64
Глава 4. Cоциальная ответϲтвенноϲть ……………………………………………………….. 68
4.1. Правовые и организационные вопроϲы обеϲпечения безопаϲноϲти …… 68
4.1.1 Cпециальные правовые нормы трудового законодательϲтва …………. 68
4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
иϲϲледователя ………………………………………………………………………………………….. 69
4.2 Производϲтвенная безопаϲноϲть ………………………………………………………. 70
4.2.1 Анализ показателей шума на рабочем месте …………………………………….. 71
4.2.2 Анализ показателей вибрации на рабочем месте ………………………………. 72
4.2.3 Анализ показателя освещенности рабочей зоны ……………………………….. 73
4.2.4 Анализ влияния токсичных и вредных веществ ………………………………… 79
4.2.5 Анализ влияния механизмов и оборудования ……………………………………. 80
4.2.6 Анализ электробезопасности ……………………………………………………………. 80
4.2.7 Анализ влияния аппаратов под давлением………………………………………… 81
4.2.8 Анализ пожарной безопасности ……………………………………………………….. 81
4.3 Экологичеϲкая безопаϲноϲть ……………………………………………………………. 83
4.3.1 Анализ влияния технологии перекачки на сферы жизнеобеспечения
4.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………. 83
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 85
4.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при работе НПС 85
4.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действий в случае возникновения ЧС ………………………………………….. 85
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 87
Список использованной литературы …………………………………………………………. 90
1. Vibration protection systems and analysis of dynamic loads in pumping units of
oil pumping stations …………………………………………………………………………………… 96
1.1 Sources of vibration at hydrocarbon pipeline transport facilities ………………… 96
1.2 Ways to reduce the vibration level ………………………………………………………… 103
2.1 Description of the Lagrange problem ……………………………………………………. 105
2.2 Lagrangian expression ………………………………………………………………………… 106
2.3 Expression = ……………………………………………………………………… 106
2.4 Numerical simulation of the described model ………………………………………… 107
2.5 Non-linearity of the problem ………………………………………………………………… 108
2.6 Problem statement ………………………………………………………………………………. 108

В ходе исследования были изучены источники динамических нагрузок
и их характер а также способы снижения динамических нагрузок насосных
агрегатов нефтеперекачивающих станций. Были представлены источники
возникновения динамических нагрузок на объектах трубопроводного
транспорта, а также способы снижения уровня вибраций.
С помощью теоремы Кенига была определена кинетическая энергия
системы «ротор-муфта-насос», потенциальная энергия системы, а также с
помощью уравнения Лагранжа 2 рода составлено уравнение, связывающее
кинетическую и потенциальную энергию с работой обобщенных сил.
Была составлена математическая модель, которая учитывала
воздействие сил на систему. С помощью программного комплекса MathCad
была решена система составленных дифференциальных уравнений по
выбранным обобщенным координатам x,y,z,β. Построенные графики
относительно различных точек для разных осей отображают зависимость
обобщенных координат от времени, показывая характер изменений
виброперемещений, виброскорости, виброускорения. По результатам
построенных графиков определяется вид дефекта – динамического,
статического и моментного дисбалансов.
Колебания при работе насосного агрегата относительно оси X
получились разные по фазе и амплитуде, что доказывает то, что это именно
динамический дисбаланс. Амплитуда колебания присутствует в точке A и
равняется 9 мм. В точке B наблюдаются пониженные колебания, равные 6 мм.
Обусловлено это различием воздействующих на ротор сил внешним сил, а
также различием масс.
Исходя из результатов исследований, можно заметить, что значение

Исследование и анализ динамических нагрузок в насосных агрегатах
нефтеперекачивающих станций
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Разраб. Симагин С.С. Лит. Лист Листов
Руковод. Рудаченко А.В. 87 108
Консульт. Заключение
НИ ТПУ ИШПР
Рук-ль ООП Шадрина А.В.
гр. 2БМ91
среднеквадратических виброскоростей и ускорений в точке А относительно
оси Х существенно превышает те же значения в точке B, причем в начальный
момент времени из-за краевых условий диапазон изменений колеблется
примерно на одном и том же уровне, затем за счет различия сил и масс,
скорость изменения смещения в точке А становится существенно выше.
Был получен, случай статического дисбаланса, в котором характер
изменения виброперемещений, виброскорости и виброускорения носит
несущественный характер изменений (в точке А смещение относительно оси
X, x=10 мм, в точке B d=9,7 мм, ′ = 2,52 мм/сек, а в точке B ′ = 2,63 мм/сек).
На практике данный вид дисбаланса не встречается, так как обычно система
«двигатель-муфта-насос» не является идеальной.
При моделировании моментного дисбаланса насосного агрегата, также
были получены графики, которые отображают изменение по амплитуде в
большей степени в точке A по оси Z.
В соответствии с полученными данными с помощью предложенной
математической модели можно, на основе результатов характера изменения
виброперемещения, виброскорости и виброускорения определять вид
дисбаланса и выбирать наиболее подходящий способ его устранения.
Преимущество модели состоит в том, что она позволяет добавлять
необходимые параметры движения системы, учитывать неоднородность
распределения массы ротора, вала, которые могут возникать в связи с
появлением дефектов, а также добавлять воздействие действующих внешних
сил на систему, однако она нуждается в доработке, так как погрешность
относительно реальных данных составляет около 30-35%.
Использование данной модели помогает выявить признаки которые
характеризуют различные виды дефектов, например по различию амплитуды
и фазы. Данный подход позволяет обеспечить безаварийную и безопасную
работу насосного агрегата и существенно сократить экономические,
временные и энергетические затраты на устранение возникающих

Лист
Заключение 88
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
дисбалансов при неоднородности распределения массы, а также повысить
достоверность определения дефектов и планирование их ремонтных работ.

Лист
Заключение 89
Изм. Лист № докум. Подпись Дата