3.2. Дефекты оборудования уровня «механизм»

Небаланс вращающихся масс ротора является одним из самых наиболее распространенных дефектов вращающегося оборудования, обычно приводящим к резкому увеличению вибраций агрегатов. По этой причине вопросам диагностирования и способам устранения небалансов следует уделять большое внимание.

Перед началом рассмотрения этого вопроса необходимо сделать небольшое методическое отступление. Факт наличия небаланса масс ротора, когда он стремится вращаться не относительно своей геометрической оси, а относительно оси центра масс, которые в этом случае не совпадают, в литературе определяется разными терминами. Это и «дебаланс», и «разбаланс», и «небаланс». Если внимательно почитать литературу, то можно обнаружить еще несколько похожих терминов. В тексте нашей работы мы будем использовать привычное для нас русское слово «небаланс», и если оно, по каким – либо причинам, вам не нравится, то мы искренне приносим вам свои извинения.

Проблемы корректной диагностики наличия небалансов в работающем оборудовании является важным аспектом в работе каждой вибродиагностической службы. Средства вибрационной диагностики являются наиболее действенным средством для оперативного устранения небалансов в оборудовании. Они составляют основу целого раздела вибрационных работ, называемого виброналадкой оборудования.

Ниже мы рассмотрим самые общие вопросы диагностирования небалансов в наиболее часто встречающихся практических проявлениях. Четкое знание этих стандартных проявлений небаланса позволит внимательному читателю разработать и более частные правила распознавания небалансов. Эти адаптивные правила, уточненные вами, будут учитывать специфические особенности небалансов, характерные для «вашего» оборудования.

3.2.1.1. Общие вопросы диагностирования небалансов

Природа возникновения небаланса в оборудовании может быть различной, являться следствием многих особенностей конструкции и эксплуатации различных агрегатов. В целом, после проведения некоторой систематизации и обобщения, все это многообразие причин появления небалансов можно, конечно условно, объединить в группы. Это:

• Дефект изготовления вращающегося ротора или его элементов, возникший на заводе, на ремонтном предприятии, пропущенный в результате недостаточно качественного выходного контроля на предприятии - изготовителе оборудования, результат ударов при перевозке, плохих условий хранения.
• Неправильная сборка оборудования при первичном монтаже или после выполненного ремонта, некачественное крепление элементов.
• Результат процессов неравномерного износа и разрушения конструкции вращающегося ротора, его старения, появления различных остаточных деформаций после анормальных режимов, особенно динамических ударов.
• Результат периодических воздействий реальных технологических процессов и особенностей эксплуатации данного оборудования, приводящих к неравномерному нагреву и искривлению роторов.

Вне зависимости от причин возникновения, по своим внешним признакам, специфике проявления в общей картине вибрации, все небалансы можно условно подразделить на два типа - статический небаланс, и динамический небаланс. Особенности проявления этих основных типов небалансов в вибросигналах и полученных на их основе спектрах, особенности проведения их диагностики, будут рассмотрены в данной главе ниже, в отдельных подразделах.

Основными, чаще всего встречающимися и знакомыми всем, признаками наличия небалансов вращающихся роторов в вибрационных сигналах можно считать следующие:

• Временной сигнал вибрации является достаточно простым, с достаточно малым количеством высокочастотных гармоник. В вибросигнале преобладает вибрация с периодом, соответствующим оборотной частоте вращения вала - оборотная частота ротора.
• Амплитуда всех гармоник «механической природы» (обычно это гармоники от первой до десятой) в спектре значительно меньше, не менее чем в 3 - 5 раз, амплитуды гармоники оборотной частоты ротора. Если производить сравнение по мощности, то не менее 70 % мощности вибросигнала должно быть сосредоточено в оборотной гармонике.

Эти признаки небаланса имеют место во всех вибросигналах, зарегистрированных на опорном подшипнике. В наибольшей мере они проявляются в вертикальном направлении, и в поперечном.

Практически всегда полностью справедливо простое и понятное диагностическое правило о том, что «небаланс ходит по кругу». Отношение амплитуды первой гармоники в вертикальном направлении к аналогичной гармонике в вибросигнале поперечного направления находится в диапазоне примерно 0,7 ¸ 1,2 и редко выходит за его границы.

Обычно первая гармоника в вертикальном направлении равна, а чаще чуть меньше первой гармоники вибрации в поперечном направлении. Исключение составляют машины с конструктивными специфическими особенностями. Примером являются турбогенераторы, у которых всегда вертикальная составляющая вибрации больше. Причиной является неравномерная радиальная жесткость ротора, в котором продольные пазы обмотки сосредоточены вблизи полюсов. Необходимо понимать, что неравномерная радиальная жесткость роторов наиболее сильно проявляется во второй гармонике, что не так важно при диагностике небалансов.

Отклонения от этого правила возникают, так же, при увеличенных боковых зазорах в опорных подшипниках, что приводит к увеличенной подвижности ротора в поперечном направлении. Это также возможно при очень больших различиях в величине податливости подшипниковых стоек в вертикальном и поперечном направлениях.

Уровень вибрации в осевом направлении, при небалансе, чаще всего, меньше, чем уровень вибрации в радиальном направлении. Это правило не соблюдается при большой податливости опор в осевом направлении и (или) при небалансе, возникшем при появлении, по любой причине, изгиба вала. При таком небалансе в вибрации осевого направления первая гармоника может быть и не преобладающей, в сигнале могут присутствовать значительные гармоники других частот, например второй, третьей.

Обычно вибрационная картина небаланса проявляется одновременно на двух подшипниках контролируемого механизма. Только на одном из подшипников небаланс диагностируется достаточно редко, и только в тех случаях, когда он полностью сосредоточен непосредственно в районе подшипника.

Если при измерениях вибрации имеется возможность изменения рабочей частоты вращения ротора, то обычно хорошо видно, что, чаще всего с ростом частоты вращения вибрация от небаланса интенсивно возрастает. При кажущейся простоте такого заявления мы вынуждены с сожалением отметить, что проведение измерений вибрации на переменной частоте вращения приводит к усложнению процедуры диагностики небаланса. Проблема усугубляется возникновением на графике зависимости вибрации от частоты вращения пиков, соответствующих «критическим частотам ротора». Немногие диагносты правильно понимают значение терминов «первая критическая частота», «вторая критическая частота», т. д. Эти вопросы относятся к области модального анализа, достаточно сложны, и что самое главное, важны только для очень больших роторов. Для подробного рассмотрения этого вопроса у нас просто не хватит места, всем интересующимся этим вопросом необходимо обратиться к другим источникам.

При отсутствии других дефектов состояния, при неизменной частоте вращения ротора, вибрация от небаланса него достаточно часто зависит от режима работы агрегата, связана с его нагрузкой. Если говорить другими словами, то в зависимости от режима работы различного оборудования, небаланс масс будет проявляться, в вибрационных замерах, в различной степени.

В каждом типе оборудования этот эффект будет проявляться по разным причинам:

• В электрических машинах (электродвигателях) увеличение нагрузки приводит к увеличению электромагнитных сил взаимного притяжения ротора и статора, что приводит к уменьшению вибрационных признаков проявления небаланса.
• В центробежных насосах и вентиляторах увеличение производительности также приводит к стабилизации положения ротора насоса (рабочего колеса вентилятора) относительно неподвижных элементов проточной части. Необходимо отметить, что здесь возможен и обратный эффект – при наличии геометрической несимметрии, или дефектов в проточной части, при увеличении производительности насосного оборудования и вентиляторов, признаки небаланса будут увеличиваться.

Вибрация от небаланса, во многих случаях, является опасной не только из-за своей амплитуды, она является возбуждающим фактором, который приводит к «проявлению» в состоянии оборудования признаков других дефектов. Здесь действует принцип «взаимного перемножения» влияния нескольких дефектов. Если нет возбуждающей силы, которой чаще всего являются воздействия от небаланса масс ротора, то не проявляются и другие дефекты, в основном опорной системы агрегата.

Особенности проявления небаланса в оборудовании и степень его влияния на состояние агрегатов на первый взгляд очень просты. Однако практика многократно подтверждает сложность и многогранность проявления небалансов в оборудовании. Она чем-то напоминает известную поговорку практических врачей – хирургов. «Какая из всех операций самая простая - аппендицит. Какая операция самая сложная - тоже аппендицит». Все это можно в равной степени сказать и про небаланс. Нам кажется, что любой, кто серьезно занимался диагностикой и устранением небалансов, согласится с таким заявлением.

Поясним это на практическом примере

На благополучном фоне хорошо работающего агрегата вдруг существенно повышается вибрация. Эксплуатационные службы приглашают двух специалистов по вибрации (это наш теоретический вариант). Проведенная обоими специалистами диагностика состояния по спектрам вибросигналов однозначно говорит о наличии целого "букета" дефектов в агрегате. Далее возможны два варианта развития событий.

Одним специалистом делается категорическое заключение о плохом состоянии подшипников, неудовлетворительной центровке, наличии дефектов в фундаменте, и т. д. В этом грозном диагнозе о небалансе масс ротора говориться вскользь, как о дефекте, имеющем место, но не самом опасном. Основное заключение весьма категорично - в агрегате имеется несколько серьезных и развитых дефектов. Агрегат необходимо останавливать и проводить ремонтные работы. О возможности «дотянуть» до планового ремонта однозначно необходимо забыть.

Второй диагност делает более глубокий, грамотный анализ состояния агрегата. Например, он считает, что первая оборотная гармоника в спектре вибросигнала есть следствие наличия небаланса, а масляная гармоника, сопровождающая увеличенный зазор в подшипнике, возникает только за счет возбуждающего воздействия усилия от небаланса. Итоговая вибрация подшипниковой опоры скольжения определяется несколькими параметрами - увеличенным зазором в подшипнике, расцентровкой и небольшим небалансом, возбуждающим эти вибрации. Аналогично анализируются проблемы состояния центровки механизмов, состояния фундамента.

Следовательно, эти вибрации агрегата, как подшипниковые, так и фундаментные, вызываются одной причиной - небалансом масс ротора, хотя, на первый взгляд, небаланс не является основным дефектом. Диагностом принимается решение о проведении балансировки в собственных подшипниках. В результате устранения небаланса исчезает сила, возбуждающая колебания масляного клина и вибрация, чаще всего, резко падает до нормального значения. Дефекты подшипников и фундамента как были, так и остались, но они в вибрации уже не проявляются, нет возбуждающей силы. Вибрация агрегата в норме, полный успех в виброналадки агрегата!

Глубинное знание опытным диагностом физических процессов в оборудовании, пусть даже в некоторых случаях интуитивное, приносит свои положительные плоды, из которых можно выделить следующие:

• Эксплуатация имеет в своем распоряжении внешне благополучный агрегат, работающий в допустимом диапазоне уровня вибраций. Этот агрегат, при определенных условиях, может «спокойно» доработать до планового ремонта, когда возможно устранение любых дефектов.
• Специалист, хорошо понимающий причины возникновения вибрации в конкретном оборудовании, существенно повышает свой рейтинг.
• Менее опытный диагност, внешне сделавший все правильно, теряет свой рейтинг, состояние агрегата улучшилось без устранения выявленных им дефектов, а значит, их и не было. На самом деле большая часть выявленных им дефектов не исчезла, они просто перестали диагностироваться по спектрам вибросигналов, но это уже никого не интересует.

Данный пример, достаточно показательный и стандартный, приведен для демонстрации малой части проблем различного плана, возникающих при диагностике и устранении небалансов в оборудовании различного типа.

Можно сослаться и на более глубокое заявление всем известного специалиста по балансировке роторов, автора популярной книги А. С. Гольдина – «есть дебаланс – балансируй, нет дебаланса – тоже балансируй». Этот важный постулат он всегда с блеском реализовывал на практике.

Если обобщать эту информацию, то можно прийти к правильному пониманию работ по «успокоению оборудования», которые во многих случаях эффективнее работ по «устранение дефектов оборудования». В этом вопросе не все просто и однозначно, поэтому мы не будем углубляться в него, оставив рассмотрение тонкостей читателю.

3.2.1.2. Статический небаланс

Это самый простой, но и наиболее распространенный тип небаланса вращающихся роторов. Диагностика его не вызывает больших проблем, он достаточно легко диагностируется. При значительной величине статического небаланса его можно даже определить при выведенном из работы оборудовании, без применения приборов контроля вибрации. Неподвижный ротор с сильным статическим небалансом всегда стремиться установиться в таком положении, когда наиболее тяжелая точка будет находиться внизу. Для уменьшения влияния трения в подшипниках ротор можно привести рукой в медленное вращение, тогда он сможет более точно установиться тяжелой точкой вниз. Диагностика небаланса таким способом возможна до ситуации, пока статический момент от небаланса будет больше суммарного момента от трения в подшипниках и уплотнениях ротора.

Обычно такой простой процедуры поиска места небаланса оказывается недостаточно для балансировки роторов, вращающихся со значительной скоростью. Стандартная практическая ситуация - ротор в отключенном состоянии может останавливаться в любом положении, внешне небаланса нет, а при работе вибрация повышена. Процедуру более точной и окончательной диагностики наличия небаланса, и последующей балансировки, необходимо всегда производить на рабочей скорости вращения ротора, используя для диагностики небаланса современные виброизмерительные приборы – анализаторы спектра вибрации.

Для иллюстрации особенностей проявления и диагностики небаланса при помощи вибрационных сигналов, на рисунке 3.2.1.1. приведены вибрационный сигнал, зарегистрированный на опорном подшипнике механизма в размерности виброскорости, и его расчетный спектр.

Согласно 3.2.1.1.а., форма вибрационного сигнала очень близка к классического синусоидального сигнала, частота которого равна оборотной частоте ротора, первой гармонике оборотной частоты.

Приведенная на рис. 3.2.1.1.b. картина распределения (мощности) вибрации по основным гармоникам, соответствующая статическому небалансу, внешне проста и понятна. На спектре явно доминирует пик гармоники оборотной частоты ротора. На спектре также присутствуют (могут присутствовать) вторая и третья гармоники от оборотной частоты ротора. Все эти дополнительные гармоники, по амплитуде, много меньше оборотной гармоники, обычно в десятки раз.

В сигнале, и на спектре, приведенном на рисунке 3.2.1.1., для общности и условного усложнения диагностической картины, также показаны несколько «второстепенных» гармоник. Они показаны в низкочастотной части спектра, причем там также показана некоторая совокупность гармоник, в виде «поднятия в полосе частот», или «горба» на спектре. Такой же «горб» может быть и в высокочастотной зоне спектра, на частотах, превышающих 1000 герц. Обращать на них особого внимание не следует, это гармоники второго уровня диагностики, косвенно вызванные небалансом, иди трением в уплотнениях.

Мы уже говорили выше, что такая картина распределения гармоник в спектре вибрации обычно имеет место двух направлениях (измерения вибрации), вертикальном и поперечном. Причем амплитуды первых гармоник в этих двух спектрах, на каждом подшипнике, обычно бывают примерно равными по величине. Различие амплитуд оборотных гармоник по подшипникам может быть большим, до нескольких раз.

При статическом небалансе масс ротора, в осевом направлении, чаще всего имеет место меньший общий уровень вибрации (СКЗ). Поясним причины возникновения самой вибрации в осевом направлении, т. к. в некоторых методических рекомендациях по вибрационной диагностике присутствует информация, что при небалансе осевая вибрация отсутствует. Так конечно бывает, но достаточно редко. В большинстве практических случаев при наличии небаланса осевая составляющая вибрации есть, и часто она также увеличена.

Вибрация, в своем первоначальном толковании, есть проекция траектории прецессии пространственного вектора вибрации контролируемой точки (подшипника) на направление оси установки вибродатчика. Кривая прецессии подшипника (траектория конца вектора пространственной вибрации контролируемой точки), за счет усилия от небаланса, теоретически, должна проходить в плоскости, перпендикулярной оси ротора.

На практике же картина прецессии контролируемой точки сложнее. Перемещение в перпендикулярной к оси вращения плоскости всегда приводит и к перемещениям контролируемой точки в осевом направлении. Это возникает за счет особенностей крепления подшипника внутри опоры, неодинаковой жесткости опор по разным осям, колебаний подшипника вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной оси вращения ротора и т. д. Все это в сумме и приводит к возникновению при небалансе значительной осевой составляющей в перемещении подшипника

При небалансе масс вращающегося ротора осевая вибрация присутствует практически всегда, но имеет некоторые особенности. По уровню она всегда меньше радиальных составляющих. В спектре осевой вибрации могут иметь место значительные, наряду с первой гармоникой оборотной частоты, вторая и третья ее гармоники. Чем больше перемещения подшипниковой опоры, тем выше относительная амплитуда высших гармоник, особенно второй, в спектре осевой вибрации.

Устранение небаланса масс вращающегося ротора не может быть выполнено без регистрации угловой фазы «положения тяжелой точки ротора» относительно координат ротора - зоны увеличенной массы ротора. Для контроля этого параметра вибрационные сигналы при регистрации синхронизируют при помощи метки, обычно наклеиваемой на валу агрегата, и специализированного отметчика фазы. У синхронных машин со стабильной синхронной частотой вращения, в качестве синхронизирующей метки, можно брать какой - либо параметр синусоиды питающей сети, т. к. этот параметр отличается от фазового положения ротора только на величину угла нагрузки синхронной электрической машины. На холостом ходу агрегата этот параметр практически равен нулю.

Каждая из трех основных гармоник в сигнале вибрации, имеющих значение при диагностике небаланса, имеют свою угловую (начальную) фазу. Собственно положение точки небаланса определяется начальной фазой первой гармоники вибросигнала, тогда как фазы высших гармоник обычно зависят от конструктивных особенностей ротора диагностируемого оборудования, и обычно только затрудняют поиск точки небаланса.

Для величины начальной фазы первой гармоники вибросигнала, при диагностике статического небаланса, можно указать следующие диагностические признаки.

• Фаза первой гармоники должна быть достаточно устойчивой, стационарной, т. е. не меняться с течением времени.
• Фаза первой гармоники в вертикальном направлении должна отличаться от фазы первой гармоники в поперечном направлении примерно на 90 градусов. Это все объясняется достаточно просто – тяжелая точка ротора, при вращении, будет последовательно переходить от одной измерительной оси, к другой, от вертикальной к поперечной, и снова к вертикальной оси.
• Фазы первых гармоник одинаковых проекций вибрации на двух разных подшипниках диагностируемого ротора должны мало отличаться друг от друга. При чисто статическом небалансе сдвига фаз вообще не должно быть. При наложении на статический небаланс динамического небаланса, сдвиг фаз, по подшипникам, начинает расти. При сдвиге фаз в 90 градусов вклад статического и динамического небалансов в общую вибрацию примерно одинаков. При дальнейшем увеличении динамической составляющей в небалансе, сдвиг фаз первых гармоник на двух подшипниках растет, и при 180 градусах суммарный небаланс имеет чисто динамическую первопричину.

Дополнительно, касаясь диагностики статического небаланса, можно отметить, что если в процессе исследований имеется возможность проведения замеров вибрации при различных частотах вращения ротора, то это повысит точность диагностирования. Амплитуда первой гармоники в спектре вибрации, обусловленная статическим небалансом, будет изменяться с изменением скорости, и будет расти примерно пропорционально квадрату частоты вращения ротора.

Выявленный чисто статический небаланс масс ротора может быть, достаточно просто, откорректирован работниками вибродиагностических служб при помощи установки одного или нескольких балансировочных грузов в зоне, диаметрально противоположно тяжелой точке в одной или нескольких плоскостях коррекции. Аналогичный результат достигается процедурой «снятия лишнего металла», но только уже на тяжелой стороне ротора.

3.2.1.3. Динамический небаланс

Причина возникновения термина «динамический небаланс» достаточно проста. Из самого названия однозначно следует, что он проявляется только при вращении ротора, т. е. только в динамических режимах. В статических режимах, при неподвижном роторе, динамический небаланс никак не диагностируется, в этом заключается его основное отличие от статического небаланса.

Причину возникновения динамического небаланса можно пояснить на достаточно простом примере. Ротор необходимо мысленно «распилить» как бревно, на несколько дисков. Полученные диски будут располагаться на общем валу, но каждый из них может иметь разные свойства.

Возможны три практических варианта:

• Идеален тот случай, когда все полученные диски не имеют статического небаланса, тогда собранный из этих дисков ротор тоже не будет иметь небаланса.
• Отдельные диски ротора имели статические небалансы. Ротор был собран из дисков так, что он в сумме тоже имеет небаланс. Вопрос о том, какой он, статический или динамический пока не рассматриваем.
• Идеальный случай, когда отдельные диски, обладающие статическим небалансом, сложились в единое целое так, что собранный ротор не имеет небаланса. Статические небалансы отдельных дисков полностью взаимно компенсировались.

Эти три практических случая изготовления составного ротора, например, рабочего колеса многоступенчатого насоса, позволяют рассмотреть все основные разновидности небалансов, встречающихся в практике. Рассматривая эти три случая можно утверждать, что в третьем, самом сложном случае, ротор имеет динамический небаланс, а во втором случае - статический и динамический небаланс одновременно.

На рис. 3.2.1.2. приведены два схематических рисунка, показывающих составные роторы, собранные из дисков, каждый из которых имеет статический небаланс, причем одинаковой величины.

На схеме 3.2.1.2.a. показан ротор, собранный из дисков с небалансами. Сборка ротора насоса выполнена так, что суммарный небаланс всего ротора равен сумме небалансов дисков, т. е. все небаланса находятся в одной и той же угловой зоне ротора. Это практический пример получения статического небаланса.

На схеме 3.2.1.2.b. также показан ротор, собранный из 4 дисков с небалансами. Но в этом случае сборка ротора насоса была выполнена так, что суммарный небаланс всего ротора равен нулю, т. к. два диска, с одной стороны, смонтированы небалансами в одну сторону. У двух других дисков, с другой стороны ротора насоса, небаланс направлен в противоположную сторону, т. е. повернут на 180 градусов.

В статическом режиме небаланс такого составного ротора будет равен нулю, т. к. имеющиеся небалансы рабочих колес насоса взаимно компенсировались. Совершенно другая картина центробежных сил, возникающих на роторе и передающихся на опорные подшипники, будет иметь место при приведении ротора во вращении. Две силы, показанные на нижнем рисунке, будут создавать динамический момент, создающий две силы, действующие на два опорных подшипника в противофазе. Чем быстрее будет вращаться ротор, тем сильнее будет динамический момент, действующий на подшипники.

Это и есть динамический небаланс.

Хотя мы и не давали в предыдущем разделе такого определения статическому небалансу, но оно может звучать следующим образом: «Статический небаланс сосредоточен в одной угловой зоне ротора, и локализован вдоль продольной оси ротора в точке, на некотором расстоянии от опорных подшипников».

В таком случае для динамического небаланса может быть использовано определение следующего вида: «Динамический небаланс распределен вдоль продольной оси ротора, причем в разных точках вдоль оси ротора угловая локализация небаланса различная».

В практике никогда не бывает только чисто статического небаланса или чисто динамического - всегда есть их сумма, в которой есть вклад каждой разновидности небаланса. Это даже привело к появлению в литературе и в практике работы некоторых диагностов термина «косая пара сил», который отражает проявление суммы небалансов двух типов.

По сдвигу фаз первых гармоник оборотной частоты на двух опорных подшипниках одного ротора (в синхронизированных или синхронных спектрах) можно оценить вклад каждого типа небаланса в общую картину вибраций.

При сдвиге фаз первых гармоник примерно в 0 градусов мы имеем дело с чисто статическим небалансом, при 180 градусов - с чисто динамическим небалансом. При 90 градусах сдвига фаз первых гармоник вклад от обоих типов небаланса примерно одинаков. При промежуточных значениях угла сдвига для оценки вклада того или иного небаланса необходимо интерполировать. Мы уже упоминали эту особенность при описании статического небаланса, здесь мы ее привели в несколько другой форме.

Завершая разговор про динамический небаланс, следует сказать, что амплитуда первой гармоники в спектре вибрации, при изменении частоты вращения, изменяется пропорционально больше, чем в квадрат раз от степени изменения частоты вращения ротора. Это объясняется тем, что каждая сила от локального небаланса пропорциональна квадрату скорости (частоты вращения). При динамическом небалансе на это накладываются два фактора.

Во-первых, динамический небаланс возбуждает вибрации, пропорциональные разнице сил. Но если возвести в квадрат разницу сил, как одну единую силу, получиться один результат. Если возвести в квадрат каждую силу отдельно, а затем вычесть уже квадраты, то в итоге будет получена совсем иная цифра, чем в первом случае, много большая.

Во – вторых, силы от динамического небаланса воздействуют на ротор и начинают его изгибать. По мере разгона ротор изменяет свою форму так, что центр масс данной части ротора смещается в сторону уже имеющегося небаланса. В итоге реальная величина небаланса начинает возрастать в еще большей степени, еще больше увеличивая изгиб ротора, и вибрации опорных подшипников.

Осевая вибрация при динамическом небалансе обычно имеет несколько большую амплитуду, чем это имеет место при чисто статическом небалансе. В основном это происходит за счет более сложного прогиба ротора, и большей подвижности подшипниковых опор в осевом направлении.

3.2.1.4. Нестационарный небаланс

Много проблем в вибрационной диагностике дефектов вращающегося оборудования создает нестационарный небаланс, который может, иногда, медленно нарастать, а иногда неожиданно появляться, и также неожиданно исчезать. Причем на первый взгляд каких-либо закономерностей в этом процессе нет. По этой причине такой тип небаланса иногда называется «блуждающим».

Естественно, что в данном случае, как обычно, справедливо классическое замечание, что «чудес на свете не бывает, бывает недостаток информации». Всегда есть конкретная причина появления нестационарного небаланса, и задача диагноста заключается в необходимости ее корректно определить.

Каких - либо общих рекомендаций по диагностике такой причины повышенной вибрации в оборудовании привести достаточно сложно, да и невозможно. Причины возникновения нестационарного небаланса обычно выявляются только в результате достаточно скрупулезных, часто длительных, исследований.

Ниже мы просто рассмотрим особенности диагностики нестационарного небаланса на самых простых практических примерах, которые касаются наиболее распространенных причин, приводящих к возникновению такого дефекта. В практике случаются и более сложные и запутанные случаи, но это бывает значительно реже.

Тепловой небаланс

Это наиболее часто встречающаяся разновидность небаланса, меняющегося в процессе работы, к которому хорошо подходит термин "блуждающий небаланс".

Например, в роторе крупной электрической машины, по какой - либо причине, засоряется один из сквозных каналов, по которым, в осевом направлении, проходит охлаждающий воздух, или газ. Или же у асинхронного электродвигателя происходит повреждение одного, или нескольких стержней короткозамкнутой клетки, расположенных рядом. Обе эти причины приводят к возникновению одинакового дефекта. Опишем особенности проявления такого дефекта более подробно.

В нашем практическом примере ротор электрической машины, перед сборкой, балансировался на балансировочном станке, и имеет необходимые параметры качества балансировки. После включения насосного агрегата в работу первые примерно 15 ÷ 20 минут вибрация двигателя находится в норме, но затем начинает расти, и примерно через два часа достигает своего максимума, после чего больше не увеличивается. Диагностика по спектру вибросигнала дает картину классического небаланса. Агрегат останавливают для проведения виброналадки.

На следующий день специалистами диагностической службы начинается проведение балансировочных работ насосного агрегата, естественно в режиме холостого хода. После завершения балансировочных работ измерение вибраций в режиме холостого хода дает благополучную картину - все в норме. При пуске же в рабочем режиме картина медленного нарастания вибраций повторяется без изменений в той же последовательности.

В этом простом, практически хрестоматийном случае, все объясняется очень просто. В связи с нарушением равномерности обдува ротора по внутренним каналам, он нагревается неравномерно и через некоторое время, определяемое постоянной времени теплового разогрева, изгибается. Аналогично все происходит и при дефектах короткозамкнутой клетки асинхронного электродвигателя – зона ротора, где расположены дефектные стержни, оказывается менее нагретой, ротор также изгибается, вибрации подшипников за счет появления теплового небаланса начинают увеличиваться.

Для диагностики такой причины следует проследить изменение вибраций в процессе пуска и разогрева. При помощи дистанционных пирометров можно контролировать температуру ротора. По величине фазы вибрации можно уточнить область локального теплового перегрева ротора.

Понятно, что отбалансировать такой ротор для нормальной работы во всех режимах оборудования нельзя. Его можно отбалансировать для одного технологического режима, но это должно выполняться при заданной нагрузке. Правда при этом ротор будет иметь повышенные вибрации в режиме холостого хода, или непосредственно после включения агрегата в работу. Это произойдет по той причине, что при пуске температурное поле ротора будет неустановившимся, и он не будет иметь повышенную вибрацию из-за установленных балансировочных грузов.

Полное устранение такого небаланса возможно только устранением причин неравномерного нагрева ротора в процессе работы.

Аэродинамический и гидравлический небалансы

Эти два типа нестационарного небаланса, как и тепловой небаланс, связаны с технологическими режимами работы вращающегося оборудования. Просто в вышеприведенном примере небаланс вызывался тепловым изгибом ротора при работе под нагрузкой, а в данных примерах он вызывается гидравлическими, или аэродинамическими силами.

Если мы диагностируем вентилятор или насос центробежного принципа действия, то практически всегда мы имеем несколько активных лопаток на рабочем колесе (роторе), которые выбрасывают рабочее тело, жидкость или газ, под некоторым углом от центра к периферии ротора. Это приводит к тому, что на каждую лопатку будет воздействовать своя сила.

Эти радиальные реактивные силы, воздействующие на рабочие лопатки, всегда взаимно компенсируются, т. к. лопатки располагаются по окружности через равные углы. Но так происходит только в том случае, когда все рабочие колеса и направляющий аппарат насоса или вентилятора, не имеют механических дефектов.

Иначе будет происходить при наличии дефектов на рабочих лопатках - сколов, трещин, изменений угла наклона. В этом случае не будет происходить полная компенсация радиальных усилий по окружности рабочего колеса, будет иметь усилие в зоне дефектной лопатки. С точки зрения анализа вибрационных процессов мы будем иметь радиальную некомпенсированную силу, имеющуюся частоту, равную частоте вращения ротора, т. е. первую гармонику. Говоря другими словами, мы будет иметь в спектре вибрационного сигнала все признаки небаланса, гидравлического, или аэродинамического.

Основное отличие от обычного небаланса в этом случае будет заключаться в том, что величина некомпенсированной радиальной силы, вызывающей первую гармонику вибрации, будет зависеть от нагрузки насоса или вентилятора, т. е. она зависит от технологических параметров работы оборудования, сам небаланс будут нестационарным.

Покажем влияние аэродинамического небаланса на примере с вентилятором котла, производительность которого регулируется при помощи открытия специальных заслонок - шиберов. Такие вентиляторы достаточно широко применяются на практике.

Угол установки одной из лопастей отличался от углов установки всех других лопастей - это был дефект эксплуатации. За счет этого аэродинамическая радиальная сила этой лопасти, воздействующая на вал ротора, была меньше силы других лопастей. После монтажа колесо вентилятора было отбалансировано на рабочей частоте вращения ротора, при полностью открытых заслонках. Поскольку производительность вентилятора была нулевой, то проявиться аэродинамический небаланс не мог. Вентилятор был запущен в работу.

При эксплуатации в рабочем режиме, при открытых заслонках, на подшипниках вентилятора стал регистрироваться тревожный уровень вибрации. Представитель службы вибрационной диагностики диагностировал небаланс при работе под нагрузкой, и были начаты работы по балансировке. Вентилятор вывели из эксплуатации, открыли доступ к рабочему колесу. Картина небаланса исчезла, что вполне понятно. В таком режиме, при нулевой производительности, колесо балансировали и раньше. В рабочем же режиме вентилятор работал с другой производительностью, при других значениях радиальных аэродинамических сил, что и создавало картину небаланса.

После проверки углов установки рабочих лопастей, выявления причины появления дефекта, было принято отбалансировать колесо в рабочем режиме, при закрытых боковых щитах, при нагрузке, с которой вентилятор работал чаще всего. В дальнейшем, после планового ремонта, проблем с этим вентилятором не было.

Небаланс с гистерезисом

Это очень интересный практический случай диагностики небаланса, который встречался в нашей практике.

На возбудителе турбогенератора был диагностирован небаланс, и во время ремонтного останова начались работы по его устранению. Была выявлена интересная особенность. При пуске турбоагрегата небаланс отсутствовал, он появлялся скачком через несколько минут после начала вращения ротора с рабочей скоростью. Так как пуски были без электрической нагрузки, с приводом от турбины, вопрос о тепловых изгибах отпал сразу.

При испытательном пуске, когда небаланс появился, турбоагрегат стали медленно останавливать, уменьшая частоту вращения ротора. При частоте примерно 0,6 от номинальной небаланс исчез. Частоту вращения ротора снова повышать, и небаланс снова возник на частоте 0,97 номинальной. Повторные разгоны и выбеги ротора показали примерно одинаковую картину.

Было сделано предположение, что гистерезис небаланса на роторе обусловлен наличием упругого элемента, который под действием центробежных сил при почти номинальной частоте вращения смещается на несколько больший радиус и приводит к небалансу. Возврат его на меньший радиус происходит при снижении частоты вращения. Гистерезис небаланса обусловлен повышенным трением при перемещении элемента в пазу.

Диагноз полностью подтвердился. Элемент обмотки ротора имел возможность с большим усилием перемещаться в пазу. Когда центробежная сила превышала усилие смещения – секция обмотки изгибалась, и происходило ее смещение. Гистерезис был обусловлен силами трения при перемещении обмотки в пазу. Обмотку закрепили в одном положении дополнительным клином, и проблема исчезла.

Повторимся, что данный случай нестационарного небаланса не является часто встречающимся, он приведен здесь для иллюстрации многообразия форм проявления и сложностей диагностики небалансов при практических работах.

Электромагнитный небаланс

Это тоже очень интересный пример проявления нестационарного небаланса. Он может проявляться в синхронных электродвигателях и генераторах, а также и в асинхронных электродвигателях.

Парадоксальность проявления такого электромагнитного небаланса заключается в том, что он имеет максимальное проявление на холостом ходу электрической машины. При повышении нагрузки агрегата первая гармоника в спектре вибросигнала может уменьшиться, или даже исчезнуть полностью, т. е. по формальным признакам небаланс масс ротора самоустраняется.

Объяснение этому явлению достаточно простое. При увеличении нагрузки на электрическую машину возрастает магнитная индукция в зазоре между ротором и статором электрической машины. Поскольку тангенциальная составляющая электромагнитных сил, обеспечивающая вращающий момент электрической машины, равномерно распределена в зазоре, она начинает играть стабилизирующую роль, центрируя вращающийся ротор в электромагнитном (!) зазоре статора.

Если перед этим ротор имел небаланс, обусловленный, например, механическим прогибом ротора, то при увеличении нагрузки будет иметь место стабилизация ротора в зазоре, т.к. прогиб будет устраняться касательными силами электромагнитного притяжения ротора к статору. Формально это будет соответствовать снижению уровня небаланса ротора электрической машины.

3.2.1.5. Способы устранения небаланса масс ротора

Про небаланс вращающихся роторов можно сказать, что этот дефект «является полной собственностью службы вибрационной диагностики». Если служба вибрационной диагностики выявляет дефект электродвигателя, то его устранением занимается электротехническая служба, если обнаруживается дефект подшипника, то его устраняет ремонтная бригада механиков. Если же в оборудовании диагностируется небаланс, то его устранением занимается сама служба вибрационной диагностики.

Существуют два наиболее распространенных способа устранения небаланса масс вращающихся роторов:

• Устранение небалансов при помощи переносных приборов (или встроенных функций систем мониторинга) – балансировка роторов в собственных опорах (подшипниках). Разборка оборудования в таком случае выполняется в минимальном объеме, достаточном для доступа к балансировочным плоскостям. Как правило, при таких работах небаланс устраняется установкой или снятием балансировочных грузов соответствующей массы и конструкции.
• Балансировка на разгонно-балансировочных стендах (РБК). Такая балансировка выполняется после изготовления роторов, или же после их ремонта. Ротор устанавливается на опоры стенда, приводится во вращение, и балансируется. Возможности корректировки масс здесь значительно больше, можно использовать корректирующие грузы на балансировочных плоскостях, а можно механически снимать лишние массы в любой точке ротора.

Перед тем, как мы начнем кратко рассматривать эти два способа устранения небалансов, необходимо сделать несколько общих методических замечаний.

Во-первых, необходимо определиться с размерностью измеряемых вибраций

На практике наиболее часто используются значения виброскорости и виброперемещения. Измерения в размерности виброускорения не применяются по причине сильной «зашумленности» сигналов. Возникает вполне корректный вопрос, а какие единицы измерения предпочтительнее, в каком случае проведение наших работ будет более эффективным?

Полностью однозначного ответа на этот вопрос, по причине математической взаимосвязанности сигналов виброскорости и виброперемещения, нет. Из сигнала виброскорости можно однозначно получить сигнал виброперемещения. Необходимо отметить, что, «в обратном направлении» такой полностью однозначной связи нет. Такое преобразование сигналов, как говорят математики, можно выполнить только с погрешностью, равной «постоянной интегрирования». Правда можно отметить, что и такой точности, в силу симметрии мощности наших вибрационных сигналов относительно оси времени, для практики обычно бывает вполне достаточно.

В связи с этим создается впечатление, что вопрос выбора размерности представления вибросигналов при проведении балансировочных работ, в большей степени, определяется личными предпочтениями каждого специалиста. Ему гораздо приятнее сказать, что ротор отбалансирован «по нулям» (первая гармоника виброперемещения равна нулю), чем сказать, что остаточная вибрация составляет некоторое, пусть даже небольшое значение. Эта причина, конечно, носит «показное», второстепенное значение, но и она значима.

Более интересным является вопрос, а что же на самом деле является основным признаком удачного завершения процесса балансировки? Это полное устранение первой гармоники в вибросигнале, или что-то другое? Может более важным является «успокоение» агрегата, описанием примера такого подхода мы завершили раздел о статическом небалансе. Понятно, что это более сложный и квалифицированный подход к балансировке ответственных и дорогих агрегатов.

Мы понимаем, что это предмет отдельной, и достаточно непростой дискуссии, поэтому завершим его, только обозначив проблему. Решать его должны специалисты, если говорить в обще методическом плане, и каждый практический диагност в отдельности, применительно к своей прикладной деятельности.

Во-вторых, перед описанием проблем и особенностей практической балансировки роторов, необходимо определиться с набором «значимых гармоник»

Достаточно учитывать параметры одной первой гармоники, или необходимо принимать во внимание, например, вторую и третью гармоники в спектре вибросигнала.

На первый взгляд кажется очевидным, что весь процесс балансировки ротора, хоть в собственных опорах, или же на балансировочном стенде, должен производиться по параметрам первой гармоники в спектре вибросигнала. Можно смело утверждать, что в 95% практических случаев для успешной балансировки достаточно знания амплитуды и фазы первой гармоники.

Сложнее дело обстоит с оставшимися 5% случаями балансировки. Чаще всего это уже не «ремесло» балансировки, а «искусство» анализа и проведения балансировочных работ. Это уже не устранение небаланса, а комплексное вибрационное успокоение роторов мощных и сложных агрегатов.

Не зря специалисты по балансировке сложных роторов (к которым автор данной работы себя не относит) заявляют, что ротор турбогенератора, работающего в нормальном вибрационном режиме, при выводе в ремонт не всегда имеет идеальные параметры. Это заявление базируется на факте, что такой ротор, установленный на РБК, всегда имеет остаточный небаланс.

Так вот такой небаланс предлагается тщательно зафиксировать, и после выхода ротора из ремонта так же тщательно этот небаланс восстановить. Только в этом случае можно ожидать работу турбогенератора без повышенной первой гармоники. Мы можем только догадываться о всех сложностях процессов колебаний в таких роторах, но, как нам кажется, в этом случае желателен учет большего количества гармоник, особенно второй и третьей обязательно.

Вернемся к самой процедуре балансировки роторов, и естественно начнем с балансировки в собственных опорах. Это наиболее часто встречающаяся практическая процедура балансировки.

В первую очередь необходимо пояснить сам процесс балансировки в собственных опорах. Эта процедура, внешне достаточно простая, позволяет эффективно снизить вибрацию работающего оборудования без разборки.

Для этого обратимся к рисунку 3.2.1.3.
На этом рисунке показаны три этапа проведения одноплоскостной балансировки ротора в собственных опорах.

a). На работающем оборудовании зафиксирована повышенная вибрация, которая имеет амплитуду V 0 , и соответствующий фазовый угол. Для этого на вал агрегата была наклеена метка и использован отметчик фазы, а на опорный подшипник ротора, в вертикальном направлении, установлен датчик для регистрации вибрации.

b). После временной остановки агрегата на балансировочной плоскости ротора, обычно в произвольном направлении, был смонтирован пробный груз. Согласно месту установки нашего груза (на рисунке), он должен был создать вектор вибрации, показанный на рисунке, и равный V Г1 . Особенность процедуры такой балансировки заключается в том, что величина этого груза, для дальнейших расчетов, может быть задана пользователем в любых единицах – граммах, штуках, шайбах, гайках, миллиметрах, и т. д. Просто нужно понимать, что в этих же единицах вы получите результаты расчета для установки «правильного» балансировочного груза.

Здесь можно дать определение очень важного параметра, используемого при балансировке – коэффициентов влияния. В разных литературных источниках понятие коэффициентов влияние дается несколько по-разному, поэтому мы не будем стремиться к максимальной точности описания, мы только опишем физический смысл. Коэффициент влияния, это векторная величина, коэффициент пропорциональности, показывающий, как определить величину необходимого корректирующего груза, для данного типа агрегата, и для данной балансировочной плоскости.

Говоря простыми словами, это коэффициент пересчета остаточной вибрации от небаланса, в величину корректирующего груза. Пусть читателя не пугает получение величин одной размерности из параметров абсолютно другой размерности, размерность коэффициентов влияния достаточно сложна, включает в себя и вибрацию, и массу, и линейные размеры.

Возвращаемся к нашему примеру балансировки. Агрегат снова включается в работу, и вновь регистрируются параметры первой гармоники вибрации. Мы получили вектор вибрации в «пробном» пуске V П, показанный на рисунке. Понятно, что этот вектор является суммой двух векторов – вектора имеющегося на роторе остаточного небаланса V 0 , и вектора внесенного пробным грузом небаланса V Г1 . Основная цель дальнейших векторных расчетов – определение величины вектора остаточного небаланса. Эта величина может быть определена через параметры вектора внесенного небаланса. Вполне понятно, что это может быть сделано только в системе принятых диагностом (нестандартных и любых) единиц измерения.

c). Знание величины вектора остаточного небаланса (пусть даже в гайках, миллиметрах) дает возможность определить параметры «правильного» корректирующего груза в этих же единицах. Он должен быть расположен диаметрально противоположно вектору остаточного небаланса ротора, иметь равное с ним значение, и располагаться на том же радиусе, что и пробный груз. Сам пробный груз должен или сниматься с ротора, или же должен быть составным вектором включен в состав корректирующего груза.

Процесс балансировки (в благоприятном случае) на этом можно считать законченным, или, при необходимости, будет нужна еще одна аналогичная итерация.

В настоящее время практически все виброизмерительные приборы, анализаторы вибрационных сигналов, оснащены встроенной функцией балансировки роторов в собственных опорах, поэтому данная процедура в 90% случаев не вызывает больших проблем у диагностов. Еще в 5 ÷ 7% случаев ротор удается отбалансировать, но при этом количество итераций (пробных пусков) с установкой грузов может достигать десяти и более. В 2% случаев отбалансировать ротор на месте не удается, несмотря на все старания диагноста. Это происходит по тем или иным причинам, которых мы очень поверхностно касались выше.

Балансировка на балансировочных стендах

Для специализированных устройств, предназначенных для балансировки роторов, в литературе существует несколько названий. Это и балансировочные стенды, и балансировочные станки, и разгонно – балансировочные станки. Мы будем использовать в дальнейшем изложении термин балансировочный стенд.

Название балансировочного устройства ничего о процессе балансировки не говорит. Изменения возникают при использовании стендов различного принципа действия. По этому параметру может быть приведена следующая классификация:

• Дорезонансные балансировочные стенды. Дорезонансным называется такой стенд, у которого частота собственных (резонансных) колебаний подшипниковых опор значительно выше, чем оборотная частота ротора в режиме балансировки.
• Резонансные балансировочные стенды. Такие стенды имеют максимальную чувствительность в режиме резонанса.
• Зарезонансные балансировочные стенды. У таких стендов частота собственных резонансных колебаний опор значительно ниже, чем оборотная частота ротора в режиме балансировки.

Описание особенностей конструкции и работы на балансировочных стендах настолько объемно, что мы даже не будем делать попыток это сделать. Мы лучше предложим вам обратиться к работам известных специалистов в этой области, например А.С. Гольдина, Е. В. Урьева, в которых любопытный читатель, может быть, найдет ответы на все интересующие его вопросы.

Завершим рассуждения о способах проявления и устранения небалансов различного типа уточнением некоторых терминов, используемых на практике. Несмотря на наличие небалансов двух типов, статического и динамического, процедуру балансировку всегда, или почти всегда, называют динамической балансировкой. Это абсолютно правильный термин, но он отражает только то, что диагностику небаланса проводят на вращающемся роторе, когда это можно сделать лучше и точнее. При этом тип небаланса не имеет никакого определяющего значения, особенно когда проводится многоплоскостная балансировка.

Приборы нашего производства для балансировки

• СБУ – серия балансировочных станков зарезонансного типа с горизонтальной осью вращения
• ViAna-1 – виброанализатор, прибор «безразборной» балансировки роторов
• Диана-2М – двухканальный анализатор вибросигналов с балансировкой
• ViAna-4 – универсальный 4-хканальный регистратор и анализатор вибросигналов, балансировка роторов
• Атлант-8 – многоканальный синхронный регистратор и анализатор вибросигналов

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ТАРИФАМ

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПИСЬМО

[Разъяснения по вопросу учета потерь газа]

В целях урегулирования разногласий, возникающих при проведении расчетов между поставщиками, потребителями газа и газораспределительными организациями, оказывающими услуги по транспортировке газа (далее - ГРО), по вопросу учета потерь газа ФСТ России дает разъяснения.

Разница между общим объемом газа, поступившим от поставщика (по данным узлов учета газа, установленных на ГРС) и объемом газа, реализованным потребителям, в том числе населению и ГРО (по данным приборов учета газа у потребителей или в случае, их отсутствия или несоответствия требованиям стандартов - по установленным нормативам потребления и/или проектной мощности газоиспользующего оборудования), образует разбаланс газа, который, как правило, обусловлен следующими причинами:

а) отклонение объемов фактического потребления газа населением от утвержденных в установленном порядке нормативов потребления;

б) отклонение объемов фактического расхода газа ГРО на технологические нужды от объема, рассчитанного по действующим нормам и зафиксированного в договоре поставки газа на технологические нужды ГРО;

в) проведение аварийных работ, а также внеплановых ремонтных работ;

г) технологические потери газа в системах газораспределения (эксплуатационные утечки и т.п.):

д) погрешность измерений установленных приборов учета газа у промышленных потребителей и населения и существующие проблемы с приведением измеряемых объемов газа к нормальным условиям;

е) несоблюдение технологического режима транспортировки газа.

Не относится к разбалансу газа и далее не рассматривается потребление газа ГРО на плановые собственные и технологические нужды (использование газа на собственных котельных и газопотребляющих установках, проведение регламентных работ по обслуживанию систем газоснабжения и т.п.). Указанный объем газа должен оплачиваться ГРО по отдельному договору на общих условиях для всех потребителей. При этом указанные расходы в случае их обоснованности в части, относимой на регулируемый вид деятельности, учитываются при установлении тарифов на услуги по транспортировке газа по газораспределительным сетям (далее - тарифы) по статье "материальные расходы".

Ответственность за разбаланс газа, обусловленный вышеуказанными причинами, по мнению ФСТ России, распределяется между поставщиком газа и ГРО следующим образом.

На финансовый результат поставщика газа должны относиться убытки (прибыль), полученные:

вследствие отклонения фактического потребления газа населением на бытовые нужды от нормативов потребления, утвержденных в установленном порядке, ввиду того что возникающие в результате этого потери газа не являются потерями при транспортировке газа. В этом случае ФСТ России считает целесообразным проводить соответствующую работу с целью приведения установленных нормативов потребления газа к обоснованному уровню. Кроме того, считаем необходимым проведение работы по внедрению приборов учета газа у населения, в том числе на ГРП и ШРП, распределяющих газ на жилые микрорайоны;

вследствие отклонения объемов газа из-за погрешности измерений установленных приборов учета расхода газа на ГРС, у промышленных потребителей и населения. Погрешность приборов учета определяется на основании паспортных данных и в соответствии с ГОСТом 8.143-75. В этом случае ФСТ России считает целесообразным в технических соглашениях и договорах поставки газа предусматривать механизм урегулирования разногласий, а также проводить необходимую работу по замене устаревшего оборудования на узлах учета газа.

Для целей определения фактического потребления газа населением, не имеющим приборов учета, рекомендуем использовать РД 153-39.0-071-01 , утвержденный приказом Минэнерго России от 04.04.2001 N 100 .

Финансовые потери от разбаланса газа, вызванного прочими причинами, в том числе несоблюдением технологического режима транспортировки газа по вине ГРО, должны относиться на финансовый результат ГРО с учетом следующих замечаний.

Объем газа, использованный ГРО при локализации и ликвидации аварий, для проведения внепланового отключения или подключения оборудования или отдельных участков газопроводов и т.п., должен быть оплачен организацией, по вине которой потребовалось производить указанные работы. Соответственно указанные расходы не могут быть учтены при установлении тарифа ГРО.

Кроме того, соответствующие расходы по страхованию, в том числе и объектов газоснабжения на случай аварийных ситуаций, могут быть учтены при установлении тарифов.

Объем технологических потерь газа в системах газораспределения (эксплуатационные утечки и т.п.) и соответственно уровень расходов ГРО по этой статье в целях расчета тарифов ГРО определяется по "Методике определения расходов газа на технологические нужды предприятий газового хозяйства и потерь в системах распределения газа" РД 153-39.4-079-01 . принятой и введенной в действие приказом Минэнерго России от 01.08.2001 N 231 .

При этом необходимо отметить, что размер учтенных при расчете тарифа технологических потерь не может превышать 0,5% - 0,6% от общего объема транспортировки газа.

В отношении объемов газа, использованных при ликвидации аварийных ситуаций, а также связанных с технологическими потерями, не должен применяться тариф на услуги по транспортировке газа по газораспределительным сетям.

Одновременно прошу считать информационное письмо ФЭК России от 08.08.2003 N ЮС-2831/9 утратившим силу.

Руководитель
С.Г.Новиков

Текст документа сверен по:
"Информационный бюллетень
Федеральной службы по тарифам",
N 17, 29 июня,2005 год

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ»
(ФГУП ВНИИМС)
ГОССТАНДАРТА РОССИИ

Государственная система обеспечения единства измерений.

Объем и масса нефти и нефтепродуктов.
Методика оценки точности измерений (определения)
количества нефти и нефтепродуктов при распределении
небаланса между поставщиками и потребителями в
ОАО «ЛУКОЙЛ»

МИ 2772-2002

Москва
2002

РАЗРАБОТАНА	ФГУП ВНИИМС
ИСПОЛНИТЕЛИ	Б.М. Беляев Ю.А. Богданов (рук. темы) А.И. Вересков
УТВЕРЖДЕНА
ЗАРЕГИСТРИРОВАНА
ВВЕДЕНА	ВПЕРВЫЕ

1. Введение

1.1. Настоящая рекомендация распространяется на объем и массу нефти и нефтепродуктов и устанавливает методику оценки точности измерений (определения) количества нефти и нефтепродуктов при распределении небаланса между поставщиками и потребителями в ОАО «ЛУКОЙЛ».

1.2. Исходные положения, принятые при решении задачи распределения небаланса, и особенности её постановки приведены в приложении .

1.3. Рекомендация разработана с учетом требований МИ 2525-99 «ГСИ. Рекомендации по метрологии, утверждаемые Государственными научными метрологическими центрами Госстандарта России».

2. Классификация систем передачи и распределения продукта

К типовым системам «поставщики-потребители (получатели)», применяемым в практике , отнесены следующие:

2.1. Простейшая система «один поставщик, один получатель» представлена схемой 1 на рис. . Этот случай соответствует, например, отпуску нефти в танкер, когда количество измеряют дважды - вначале береговыми узлами учета, затем судовыми средствами измерений.

Рисунок 1

Схемы связей в системах «поставщики-потребители». Обозначения: () - участники учетной операции; двумя горизонтальными чертами обозначены пункты передачи продукта; двойными вертикальными - направления передачи продукта с выполнением измерений его количества (на схеме 3 прямоугольником обозначен промежуточный участник учетной операции)

2.2. Система «один поставщик, несколько получателей» представленная схемой 2 на рис. , реализуется при передаче нефти по нефтепроводу. Отпускаемое количество измеряют узлом учета, затем части этого количества измеряют получатели.

2.3. Система «несколько поставщиков, несколько получателей» представлена схемой 3 на рис. . Примером служит работа нефтебазы.

2.4. Система с достаточно общей структурой связей представлена схемой 4 на рис. . Например, это может быть система транспортировки и поставки нефти от исходных поставщиков к конечным потребителям через промежуточные звенья.

Схема 4 наглядно демонстрирует возможное многообразие связей в системах «поставщики-потребители». Вторая из рассмотренных систем является частным случаем четвертой и входит в нее как подсистема. Отличительная особенность систем 3 и 4 - наличие в них промежуточных участников учетных операций, которые одновременно являются получателями и поставщиками продукта.

3. Метод решения

3.1. Задачу многомерного статистического анализа решают путем выполнения операций, приведенных ниже.

a ij = 1, если j-й участник является поставщиком в i-м пункте,

a ij = -1, если j-й участник является получателем в i-м пункте,

a ij = 0, если j-й участник не участвует в i-м пункте передачи продукта, где a ij - элемент, находящийся на пересечении i-й строки и j-го столбца.

Требуется определить учетные значения u = (u 1 …, u n).

распределении небаланса Учетные значения определяют в оптимизационной задачи результате решения

при ограничениях в виде неравенств

Двойные вертикальные черты в () обозначают норму вектора , определенную равенством

Примечание - Метод решения задачи, как и его модификация, описанная в п. , соответствует статистическому методу оценки параметров, который позволяет получать как традиционные, так и робастные оценки . В соответствии с теорией математической статистики значение р в () следует выбирать в зависимости от вида распределения погрешностей измерений. В частности, при нормальном законе распределения оценки с оптимальными статистическими свойствами получают при р = 2 по методу наименьших квадратов.

Все расчеты проводят с помощью программы, разработанной ВНИИМС, в автоматическом режиме.

3.5. Алгоритм расчета учетных значений по методу п. основан на итерационной процедуре, на каждом шаге которой определяют вектор приближенных значений ũ q , где q - номер итерации.

3.5.1. Проверяют выполнение неравенств (), подставляя в них u = ũ q , и при необходимости корректируют значения ũ q .

3.5.2. Рассчитывают вектор разности между измеренными и приближенными значениями v - ũ q .

3.5.3. Рассчитывают вектор небаланса приближенных значений, в соответствии с формулой (), равный Аũ (вектор размерности m).

3.5.4. Полученные значения векторов v - ũ q и Аũ подставляют в (). Вектор приближенных значений ũ q определяют так, чтобы значение левой части () на текущей итерации было меньше соответствующего значения на предыдущей итерации.

Наличие первого слагаемого в () обеспечивает близость учетных значений к измеренным. Второе слагаемое включено в () для минимизации величины остаточного небаланса учетных значений, равного Аu.

3.6. Учитывают, что ограничения () связаны с тем, что назначение учетного значения u j , отличного от результата измерений v j более чем на величину предела допускаемой абсолютной погрешности Δ j , может вызвать несогласие j-го участника учетной операции (см. п. ).

3.7. Полученное решение удовлетворяет ограничениям (), однако при этом распределение небаланса может оказаться либо полным, либо частичным - в зависимости от конкретных числовых значений исходных данных. Исходя из практических потребностей пользователя и стоящей перед ним задачи, актуальным может оказаться полное распределение небаланса. В связи с этим предусмотрен второй вариант решения задачи.

3.13. В программе предусмотрена возможность выбора значения управляющего параметра р (см. п. ), который влияет на решение задачи следующим образом: его значение определяет, будет ли небаланс распределен в большей степени между «крупными» участниками учетной операции или его распределение будет более равномерным. Исходя из этого, пользователь может выбрать наиболее подходящее значение параметра в диапазоне, указанном в п. . В другом варианте можно использовать результаты анализа данных и рекомендацию по выбору значения р, полученные программой.

3.13.1. Программой проводится проверка статистической гипотезы о соответствии погрешностей результатов измерений нормальному распределению. В случае принятия гипотезы рекомендовано значение р = 2, что соответствует методу наименьших квадратов.

3.13.2. По договоренности с заказчиком при разработке программы может быть выбрано и зафиксировано определенное значение параметра, либо его значение может варьировать оператор. В последнем случае при расчете по методу п. можно рекомендовать следующую последовательность действий. Проводят расчет по программе при значении р = 2. Если небаланс оказался распределенным полностью, решение получено. Если нет, постепенно изменяя значение параметра, добиться по возможности полного сведения баланса.

3.14. Используемый метод статистической обработки данных помимо самих оценок истинных значений позволяет получать величины стандартных отклонений оценок (см. выдачу программы в приложении ). На основании этих величин с учетом известных значений пределов допускаемых погрешностей измерений рассчитывают показатели точности определения количества нефти и нефтепродуктов.

3.15. Из общих теоретических результатов [ , ] следует, что полученные по данной методике оценки являются более точными по сравнению с исходными результатами измерений (обладают меньшей дисперсией).

4. Алгоритмическая и программная реализация

Сформулированная задача решена в алгоритме и реализующей его программе «Баланс нефти и нефтепродуктов в ОАО «ЛУКОЙЛ», разработанных ВНИИМС. Математическое обеспечение учитывает специальный вид и структуру данных конкретных задач. Структура связей в системе «поставщики-потребители» должна быть задана заказчиком в виде схемы (рисунка) и матрицы (таблицы) и согласована с разработчиком.

В программе сведения баланса предусмотрены дополнительные возможности. Для определенных участников учетной операции (например, для некоторых из поставщиков) могут быть зафиксированы исходные измеренные значения, остающиеся неизменными в результате решения задачи. Может быть предусмотрена возможность учета естественной убыли и потерь продукта в пределах установленной нормы, которые в этом случае не будут влиять на величину исходного небаланса по результатам измерений.

6.1. Задают числовые значения следующих величин:

n - число участников учетной операции,

m - число пунктов передачи продукта,

v 1 , …, v n - результаты измерений количества,

Δ 1 , …, Δ n - пределы допускаемых абсолютных погрешностей измерений.

6.2. Структуру связей в системе задают с помощью матрицы (таблицы) А размера m×n, элементы которой определяют по правилу, сформулированному в п. .

7. Выполнение расчетов

7.1. Для получения учетных значений количества продукта, корректирующих количеств (равных разности между учетным и измеренным значениями) и коэффициентов коррекции (равных отношению учетного значения к измеренному) к измеренным значениям, величины остаточного небаланса (если таковой имеется), данные, перечисленные в разделе , обрабатывают по методу, описанному в разделе .

7.2. Расчет проводят по программе «Баланс нефти и нефтепродуктов в ОАО «ЛУКОЙЛ».

8. Инженерная методика расчета

8.1. Алгоритмы сведения балансов между поставщиками и потребителями, описанные в предыдущих разделах, позволяют оптимизировать эту процедуру для большого количества участников учетно-расчетных операций. Поэтому в их основе используют методы последовательных итерационных процедур. В то же время в практике часто встречаются задачи сведения небаланса между двумя участниками сделки: поставщиком и потребителем. При этом можно использовать более простые методы, основанные на применении коэффициентов весомости распределения небаланса в зависимости от соотношения погрешностей измерений количества у поставщика и потребителя. Ниже рассмотрена методика распределения небаланса для такой задачи.

8.2. Условия задачи

Поставщик измерил количество отпущенного товара М 1 с абсолютной погрешностью δМ 1 Это значение зафиксировано в накладной.

Потребитель, получив товар, измерил его количество М 2 с абсолютной погрешностью δМ 2 . Это значение отражено в акте приемки.

Поставлена задача: получить откорректированные значения Mʹ 1 и Мʹ 2 которые должны быть зафиксированы у поставщика и потребителя, исходя из условия Mʹ 1 = Мʹ 2 (принимают, что естественная убыль при поставке товара отсутствует).

8.3. Решение задачи

Проводят ранжирование полученных значений М 1 ; δМ 1 и М 2 ; δМ 2 по величине погрешности.

1 вариант

Пусть |δМ 1 | < |δМ 2 |, тогда имеем при М 1 > М 2:

при М 1 < М 2:

2 вариант

Пусть |δМ 2 | < |δМ 1 |, тогда имеем при М 2 > М 1:

при М 2 < М 1:

Таким образом, накладную отгрузки и акт приемки следует откорректировать на величину 94,4 т.

Приложение А

Обработка результатов измерений количества нефти и нефтепродуктов при их передаче от поставщиков к потребителям требует использования специальной статистической процедуры. Это связано, во-первых, со сложной структурой связей в системе «поставщики-потребители», характерной для большинства таких систем, а во-вторых, с часто имеющим место на практике значительным отклонением результатов измерений отдельными участниками учетных операций от истинных значений, происходящим из-за нарушений условий, регламентированных МВИ, потерь и других причин. Вследствие этого распределение погрешности результатов измерений может не соответствовать нормальному закону и являться причиной возникновения больших значений небаланса (разницы между результатами измерений поставщиков и потребителей), существенно превосходящих значения, которые могут быть обусловлены погрешностями средств измерений.

При обработке результатов измерений необходимо принимать во внимание перечисленные особенности задачи, целью которой является определение значений количества нефти и нефтепродуктов (далее - продукта) при учетных операциях (далее - учетных значений).

Оптимальная статистическая процедура должна использовать всю имеющуюся информацию, в частности, условие баланса, т.е. равенства значений отпущенного и полученного количеств продукта. Такая процедура служит для коррекции результатов измерений с учетом условия баланса в качестве дополнительной информации.

Скорректированные таким способом результаты измерений должны удовлетворять условию баланса, что свидетельствует о повышении точности измерений и позволяет решать задачу распределения небаланса между поставщиками и потребителями.

Проблема статистической обработки данных при постановке задачи имеет следующие особенности. Во-первых, в общем случае требуется решить задачу многомерного статистического анализа с ограничением на переменные , которое является математическим выражением условия баланса. Например, в системе 2 на рис. - это равенство значений количества продукта, отпущенного поставщиком, и полученного потребителями.

Другая особенность связана с отмеченным выше возможным отклонением от нормального закона распределения погрешностей измерений отдельными участниками учетных операций. В случаях, когда это происходит, необходимо привлечение робастных методов статистической обработки данных, т.е. методов, устойчивых по отношению к отклонениям от нормального закона .

Исходными данными для решения задачи служат результаты измерений, значения пределов погрешностей измерений и структура связей в системе «поставщики-потребители». При нормальном законе распределения погрешностей измерений для некоторых частных видов систем с несложной структурой решение может быть получено аналитически. В общем случае решение носит алгоритмический характер и реализуется с помощью специальной программы, разработанной ВНИИМС.

Приложение Б

Пример расчета основан на программе «Баланс нефти и нефтепродуктов в ОАО «ЛУКОЙЛ», разработанной ФГУП ВНИИМС.

Определены учетные значения и сведен баланс количества продукта, измеренного в м 3 , по результатам измерений за отчетный период в системе со структурой связей, показанной на рис. . Номера с 1 по 10 соответствуют номерам участников учетной операции на этом рисунке.

Исходные числовые данные измерений v j и пределов погрешностей Δ j содержатся в выдаче программы, представленной ниже.

Проиллюстрируем некоторые этапы методики на этом примере.

В соответствии со схемой на рис. и правилом в п. матрица А имеет вид

По формуле () вектор исходного небаланса d равен

68500 + 33600 - 51000 - 29900 - 20100 = 1100

51000 - 22400 - 13900 - 13500 = 1200

29900 - 21000 - 8400 = 500.

Предел допускаемого исходного небаланса, вектор d n равен

1027 + 604 + 1020 + 747 + 502 = 3900

1020 + 560 + 403 + 391 = 2374

747 + 525 + 243 = 1515.

Сопоставляя соответствующие компоненты векторов d и d n , убеждаемся, что сформулированное в п. условие полного сведения баланса выполнено. В результате проверки статистической гипотезы убеждаемся, что нет оснований сомневаться в соответствии погрешностей результатов измерений нормальному распределению (эта проверка, как и все приводимые здесь вычисления, выполняются программой в автоматическом режиме.)

В представленном фрагменте выдачи программы корректирующее количество равно разности между учетным и измеренным значениями, коэффициент коррекции - отношению этих величин. Решение получено при значении параметра р = 2, что соответствует нормальному закону распределения погрешностей результатов измерений. Можно убедиться, что для полученных учетных значений выполнены соотношения (), то есть баланс сведен полностью.

Таблица взаимного влияния факторов (справочная) характеризует степень статистической связи между участниками учетной операции в соответствии с принятой нумерацией.

Рисунок Б.1

Схема связей в системе «поставщики-потребители». Обозначения: (1), (2) - поставщики; (3), (4) - промежуточные участники учетной операции; (5) - (10) - потребители; двумя горизонтальными чертами обозначены пункты передачи продукта; двойными вертикальными - направления передачи продукта с выполнением измерений его количества

Пункт передачи продукта 1 (* поставщики отмечены звездочкой)

	Измеренное значение	Предел погр. отн., %, абс		Учетное значение	Корректир. количество	Коэффициент коррекции
	68500	1,50	1027	67497	1002	0,9854
	33600	1,80		33252		0,9897
	51000	2,00	1020	50624		0,9926
	29900	2,50		29786		0,9962
	20100	2,50		20339		1,0119

Измерено: поставщики 102100, получатели 101000, исходный небаланс 1100

Учтено: поставщики 100750, получатели 100750, остаточный небаланс 0

Пункт передачи продукта 2

	Измеренное значение	Предел погр. отн., %, абс		Учетное значение	Корректир. количество	Коэффициент коррекции
	51000	2,00	1020	50624		0,9926
	22400	2,50		22810		1,0183
	13900	2,90		14112		1,0153
	13500	2,90		13700		1,0149

Измерено: поставщики 51000, получатели 49800, исходный небаланс 1200

Учтено: поставщики 50624, получатели 50624, остаточный небаланс 0

Пункт передачи продукта 3

	Измеренное значение	Предел погр. отн., %, абс		Учетное значение	Корректир. количество	Коэффициент коррекции
	29900	2,50		29786		0,9962
	21000	2,50		21317		1,0151
	8400	2,90		8468		1,0081

Измерено: поставщики 29900, получатели 29400, исходный небаланс 500

Учтено: поставщики 29786, получатели 29786, остаточный небаланс 0

Сводная информация

	Измеренное значение	Погрешность отн., % абс		Учетное значение	Корректир. количество	Коэффициент коррекции	Станд. откл. учетного знач.
	68500	1,50	1027	67497	1002	0,9854
	33600	Я не знаю, как обстоят дела на ГРС других ЮЛ - могу говорить только о ГРС своего трансгаза. Трансгаз является поставщиком газа для МРГ, который осуществляет поставку газа непосредственным потребителям и осуществляет с ними расчёты. Поэтому трансгаз, как ЮЛ, финансово никак не заинтересовано в искажении показаний расхода, а представители МРГ не могут осуществлять какие-либо манипуляции с приборами измерения расхода газа на ГРС трансгаза (это не их объекты). Ситуация, когда МРГ не может собрать с потребителей оплату за весь газ, отпущенный с ГРС, встречаются повсеместно и, как показывает практика, в 99% случаев это связано не с неправильным (во всех смыслах) измерением расхода газа на ГРС. Представители МРГ ежегодно посещают все наши ГРС с проверками. На узлах измерения расхода ими опломбировано всё, что можно (и даже то, что, как мы думали, опломбировать невозможно). Все изменения параметров прописываются в электронные архивы вычислителей и дублируются (через систему телемеханики) на компьютерах диспетчерской службы. "Уход нуля" скорее характерен для датчиков давления (особенно "абсолютников"), но если расход газа начинает отличаться от среднестатистических значений, то сразу начинается выяснение причин. Поэтому я предлагаю "не искать чёрную кошку в тёмной комнате, особенно если её там нет". Алексей Георгиевич, да я и не собирался "искать кошек" просто вопрос был задан о теоретической возможности манипулирования балансом на ГРС - теоретически возможности есть... Что касается практически, то тут с вами полностью согласен, вероятность достаточно низка - насколько я знаю, у каждого регионального представительства Трансгаза есть промежуточные поставщики, со своими узлами учета... И вроде бы балансы в системе, довольно жестко, отслеживаются - сколько пришло в систему через дожимные станции, столько же должно выйти через ГРС, поэтому чтобы качественно смухлевать нужно одновременно подкрутить СИ на всех этапах поставки газа, что достаточно маловероятно... А вот когда газ попадает в МРГ, то там черных дыр появляется гораздо больше, к примеру - мало того что МРГ использует для расчетов другую плотность газа(относительную, по воздуху), так они еще ее как-то усредняют по некоторым своим расчетам(для сезона, полугода, года - трудно сказать)- возможно, что там все законно, но со стороны выглядит подозрительно... Опять же температурные коэффициенты для СИ без температурной коррекции, установленных на улице - где это учитывается, что СИ стоит на улице, как они применяются? А если СИ стоит в помещении, но расход достаточно большой(колонка, котелок) и газ не успевает прогреться и идет достаточно холодный, это где-то учитывается?! Описание: В настоящее время уделяется большое внимание внедрению энергосберегающих технологий и решению проблем небаланса и совершенствования системы измерения и учета природного газа на всех уровнях его технологического процесса добычи, транспортирования и использования. Совершенствование системы измерения и учета газа с целью снижения небаланса и внедрения энергосберегающих технологий в газовой промышленности В. А. Левандовский , генеральный директор, О. Г. Гущин , канд. техн. наук, технический управляющий, ООО «Эльстер Газэлектроника», А. В. Федоров , исполнительный директор, Н. Л. Егоров , ведущий научный сотрудник, ЗАО «Метрологический Центр Энергоресурсов» В 1998 году были созданы два российско-германских предприятия ООО «Газэлектроника» и ООО «ЭльстерРусГазПрибор» для удовлетворения потребностей отечественного рынка в газоизмерительной технике. В ноябре 2004 года в результате реорганизации ООО «Газэлектроника» в форме присоединения к нему ООО «ЭльстерРусГазПрибор» было переименовано в ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника», которое является их приемником не только в правах и обязанностях, но и в сохранении производственных традиций, касающихся выпуска современного высокоточного и надежного газоизмерительного оборудования, развития прогрессивных технологий в области экономии энергоресурсов и выполнения работ по созданию новых приборов для газовой отрасли. В настоящее время уделяется большое внимание внедрению энергосберегающих технологий и решению проблем небаланса и совершенствования системы измерения и учета природного газа на всех уровнях его технологического процесса добычи, транспортирования и использования. Подтверждением этого является программа по совершенствованию системы измерения и учета газа, реализуемая ООО «Межрегионгаз» и ОАО «Регионгазхолдинг» по следующим направлениям: Выявление объема газа, расходуемого в газораспределительной сети, и его отражение в договорных отношениях с ГРО; Упорядочивание нормирования газа, потребляемого населением; Совершенствование средств измерения и учета на ГРС газотранспортных организаций и у потребителей газа; Создание полноценной системы измерения расхода газа, транспортируемого по газораспределительной системе. Несовершенство системы учета газа и невысокая точность узлов коммерческого учета являются основными причинами неэффективного использования природного газа, небаланса и финансовых потерь в системе поставщик – потребитель. Поэтому мероприятия, связанные с внедрением энергосберегающих технологий в газовой отрасли и реализацией вышеуказанных направлений, носят организационно-правовой и технический характер и должны быть направлены на выявление и устранение причин неэффективного использования природного газа, небаланса и финансовых потерь. В данной статье рассматривается проблема снижения небаланса природного газа в системе поставщик – потребитель и не затрагивается учетная политика, существующая в газовой отрасли. Баланс количества газа в системе поставщик – потребитель Принципиальная схема системы измерения и учета газа, позволяющая минимизировать небаланс на всех уровнях технологического процесса добычи, транспортирования и использования природного газа, представлена на рисунке. При применении технически обоснованных узлов замера газа (УЗГ) приведенная схема позволит реализовать наиболее простой и справедливый путь устранения небаланса с позиций конкретного поставщика и потребителя путем возмещения доли потерь (D V пост, D V потрi), обусловленной погрешностью принадлежащих им УЗГ, из общего небаланса (D V е ) . (1) где V потр,V потрi , ∆ пост,∆ потрi – учетное количество газа и пределы абсолютных погрешностей УЗГ поставщика и потребителя соответственно; ∆V пост, ∆V потрi – небалансы поставщика и потребителя соответственно; ∆V е – общий небаланс. По величине небаланса ∆V е возможно судить о правильности функционирования системы учета газа при его транспортировании, распределении и использовании . Правильность работы системы учета газа подтверждается выполнением следующего неравенства: (2) (3) (4) где ∆V доп – допускаемое значение небаланса; ∆ потр – суммарная абсолютная погрешность УЗГ потребителей. Невыполнение (2) показывает неправильность функционирования системы передачи или учета газа. Анализ ситуации проводится метрологическими службами поставщика. Для этого на первом этапе сравниваются потребленные объемы газа в отчетном периоде с периодами, которые соответствуют выполнению (2). В случае отсутствия базы сравнения проводят контрольные замеры на узлах учета потребителей с помощью средств измерений с более высоким классом точности. Для этого на узлах учета потребителей должны быть предусмотрены участки для установления контрольных измерительных комплексов. Результаты контроля признаются положительными, если выполняется следующее неравенство: (5) где V контр, ∆ контр – количество газа и абсолютная погрешность контрольного измерительного комплекса. Выполнение (5) не заменяет функции поверки узла учета потребителя, а свидетельствует лишь о том, что измерения проводятся с погрешностью, которая не превышает погрешность узла учета потребителя более чем в два раза. То есть контролируемый УЗГ может быть как метрологически годным, так и негодным. Невыполнение неравенства (5) означает, что контролируемый комплекс является метрологически негодным. В случае если узлы учета потребителей прошли контроль и признаны метрологически годными, то следует проверить УЗГ поставщика. Возникает вопрос, насколько указанное расширение погрешности может исказить критерий ∆V доп. Рассмотрим систему распределения газа с N потребителями, объемы потребления и относительные погрешности которых примем для простоты приблизительно одинаковыми: V потрi ≈ idem, d V потрi ≈ idem. В этом случае абсолютные погрешности измерений на узлах учета потребителей также будут приблизительно одинаковыми: ∆V потрi ≈ idem. В случае больших различий указанных величин необходимо сформировать группы потребителей с приблизительно одинаковыми значениями этих величин и все рассуждения проводить в рамках одной группы, а затем их объединить. По формуле (4) получим При положительных результатах контроля можно записать Разделив числитель и знаменатель на V пост и приняв V пост = NV потрi , получим (8) Таким образом, проведение контроля узлов учета потребителей с помощью рабочего средства измерений при достаточно большом N позволяет выявить метрологически неисправный узел, если его погрешность превышает допустимые пределы на величину погрешности контрольного средства измерения. При этом если результаты контроля положительны, то даже при метрологически неисправном в принятых пределах узле учета погрешности измерений мало отражаются на величине небаланса. Это связано с тем, что результат суммирования объемов газа у потребителей имеет существенно меньшую погрешность по сравнению с погрешностью измерения объема газа у поставщика. Описанный метод контроля позволяет исключить из небаланса метрологические источники или, наоборот, указать на них, если его величина ориентировочно больше, чем |∆ пост | +2∆ потр (при расчетах в конкретных условиях эта величина определяется более точно), или если относительное значение небаланса ориентировочно больше удвоенной относительной погрешности узла учета поставщика. Этот вывод справедлив, если принять предположение о том, что погрешности всех узлов учета потребителей выходят за допускаемые пределы, но не превышают суммы допускаемых пределов контролируемого и контрольного средства измерения. Если метрологически неисправна только часть узлов учета, описанный метод контроля эффективен при меньшем значении небаланса. Если все узлы учета потребителей прошли контроль с положительными результатами, следует проверить узел учета поставщика с помощью эталона и в зависимости от результата переходить к поиску других источников небаланса. К (8) необходимо сделать следующее замечание. Данная формула, как и аналогичные формулы геометрического суммирования погрешностей, справедлива при N < 10. При N > 10 формула может быть несправедлива. Это связано с тем, что не исключенные коррелированные систематические погрешности, источниками которых являются, например, эталоны, могут составлять 1/3 от предела допускаемой погрешности средства измерения, и при увеличении N они не уменьшаются. Это означает, в частности, что значение ∆потр, полученное по формуле (4), необходимо сравнить со значением , и если то следует принять 1. Баланс количества газа должен проводиться с целью оценки функционирования систем транспортирования, распределения, использования и учета газа. Критерием правильности функционирования этих систем является допускаемое значение небаланса. 2. Для того чтобы исключить из причин небаланса метрологические характеристики узлов учета потребителей, в большинстве случаев достаточно провести контроль этих узлов с помощью рабочих средств измерений с достаточно хорошей (лучшей в своем классе) точностью. 3. Важными составляющими баланса являются: оценка фактических потерь, а также оценка количества газа, находящегося в трубопроводах, особенно при высоком давлении, полученные в результате применения совершенной системы учета газа (см. рисунок). Литература 1. Закгейм А. Л., Фридман А. Э. О проблеме деcбаланса показаний средств коммерческого учета энергоносителей // Вестн. газ. клуба «Газ–Информ», 2004, № 1. 2. Федоров А. В., Егоров Н. Л. Экспертиза нормативных документов по метрологическому обеспечению учета природного газа в Московской области: Отчет по НИР, 2004.