Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
Теплообменные аппараты ТТАИ

Анализ динамических характеристик валопровода турбоагрегата в эксплуатационных условиях

А. И. Куменко, А. Л. Некрасов, С. В. Калинин, Альберто Роло.

В работе приведен комплекс исследований с целью изучения области низкочастотных, в том числе субгармонических вибраций в турбоагрегатах и установления причин вибраций на конкретных агрегатах мощностью 200-800 МВт. Экспериментальный анализ выполнен с использованием современной многоканальной аппаратуры, мтодов цифрового спектрального анализа сигналов. Теоретический анализ проведен с использованием методов и программных комплексов, разработанных в МЭИ для изучения динамики движения валопровода. На основании сделанного анализа показаны конструктивные дефекты турбоагрегатов и даны рекомендации по их устранению.

В процессе конструирования мощных паровых турбин из-за несовершенства применяемых методик расчета динамических характеристик роторов, неправильного и не полного их использования, а также из-за не лучших конструкторских решений могут быть допущены ошибки, которые затем обнаруживаются в эксплуатации. Назовем их дефектами конструирования. К ним можно отнести, например, следующие дефекты: низкие и неотстроенные критические частоты, повышенную податливость ригелей, большие тепловые и силовые расцентровки опор и др. [4]. В ряде случаев конструкции обладают низкими запасами устойчивости по частоте вращения или по расходу пара (часто и то и другое вместе).

Кардинально такого рода недостатки могут быть устранены лишь в последующих вариантах турбомашин путем изменения конструктивных параметров деталей или применения новых конструктивных решений.

Другая часть дефектов обусловлена недостаточной изученностью природы динамических явлений (в том числе нелинейных эффектов) в такой сложной системе как "турбоагрегат-фундамент".

Во многих случаях оказывается, что динамические характеристики турбоагрегата неудовлетворительны, в частности не обеспечена необходимая отстройка валопровода от трех опасных зон 1/2*w, w, 2*w в пределах которых с запасом 10-15 % не должны находится ни одна собственная частота валопровода [1, 2]. Здесь и далее w - рабочая частота вращения. В диапазоне 0 - 1/2*w вообще нежелательно иметь критические частоты в силу практической невозможности отстройки от субгармонических резонансов с частотами 1/5* wраб, 1/4*wраб и 1/3*wраб и пониженного влияния демпфирования в масляной пленке подшипников из-за относительно большой длины ротора. Примером могут служить многочисленные случаи возникновения повышенных вибраций роторов и подшипников генераторов в указанной области частот.

Эти группы дефектов после изготовления турбоагрегата наиболее сложно и дорого устранять. Их следует диагностировать на начальном этапе эксплуатации как экспериментальными так и расчетными методами и они должны быть внесены в "паспорт" динамических характеристик машины. Эксплуатация и ремонт такой машины до устранения дефекта должны вестись с учетом этих индивидуальных особенностей.

Еще одна группа дефектов возникает в результате технологических отклонений в размерах деталей при ремонтах и эксплуатации турбомашин или из-за теплосиловых деформаций их элементов, а также из-за нарушений режимов эксплуатации. Например, часто наблюдаются значительные отклонения зазоров в подшипниках (вертикального и бокового) от их оптимальных значений, неоптимальными выполняются центровки роторов при монтаже или ремонте. При длительных промежутках между перецентровками валопроводов (обычно выполняемых в капитальный ремонт) центровка может существенно искажаться из-за неконтролируемых и неравномерных осадок фундамента, достигающих на отдельных турбоагрегатах 2-3 мм в год или из-за коробления верхнего строения фундамента. На некоторых машинах взаимное положение роторов и статорных элементов постепенно нарушается из-за плохого расширения корпусных деталей вследствие излишне податливых шпоночных соединений или закусывания последних.

Проведем анализ спектров, получаемых при виброобследовании турбоагрегата с использованием современной многоканальной аппаратуры, и посмотрим как в них проявляются сочетания различных дефектов конструкции. Для примера рассмотрим каскадные спектры, получаемые при выбеге валопроводов для турбин 500 и 800 МВт после длительной эксплуатации (см. рис. 1, 2). Новая многоканальная исследовательская аппаратура на основе компактного персонального компьютера типа "Notebook" и современные методы цифрового спектрального анализа позволяют получить не только амплитудо-фазочастотные характеристики по основной гармонике на многих опорах турбоагрегата (до 32 точек одновременно), но также другие спектральные составляющие при выбеге в диапазоне 0 - 5 КГц. При этом шаг между двумя линиями в спектре достигается не более 0,1 Гц, что позволяет выделить с высокой точностью любые спектральные компоненты и недостижимо при использовании старой аппаратуры.

Спектры виброскоростей при выбеге т/а К-500-240

Спектры виброскоростей при выбеге т/а К-800-240

Рис. 1. Спектры виброскоростей при выбеге
т/а К-500-240

Рис. 2. Спектры виброскоростей при выбеге
т/а К-800-240

На рис. 1 приведены амплитудные значения спектральных составляющих виброскорости седьмой опоры ротора низкого давления при выбеге турбоагрегата 500 МВт, частота вращения турбоагрегата менялась с 50 Гц (см. начальный участок) до 8 Гц. Общее число порций, каждая из которых снималась около 3 с. с частотой опроса 2,5 КГц, составило не менее 170 при длительности представленного участка выбега около 25 мин. Кроме основной гармоники хорошо видны составляющие по второй гармонике с всплесками на частотах, равных удвоенным критическим частотам, что может служить признаками наличия неравножесткости в системе, появляющейся не только от генератора, но также из-за нарушения равномерности посадки дисков, неравномерной затяжки болтов, наличия трещины и пр. Кроме того, это может быть следствием некруглости цапф, расцентровок двух соседних опор или нелинейности в системе. От третьей и четвертой гармоник видим лишь слабые следы. Поскольку при небольшом снижении оборотов от 50 Гц наблюдается резкий спад колебаний, очевидно, что у системы имеется критическая частота РНД в районе рабочей частоты вращения. Видны несколько всплесков виброскорости в диапазоне от 48 до 40 Гц, которые являются откликом на прохождение критических скоростей другими роторами. Кроме того заметный всплеск колебаний по основной гармонике наблюдается около 25 Гц, то есть валопровод не отстроен от половины частоты вращения. Для уточнения вклада конкретных дефектов необходимы дополнительные спектральные исследования. Повторные измерения таких каскадных характеристик и сравнение с предыдущими позволяет, как правило, уточнить наличие тех или иных дефектов.

На рис. 2 для четвертой опоры турбоагрегата К-800-240-5 приведен каскадный спектр, состоящий из 150 спектральных порций, при изменении частоты вращения от 50 до 8 Гц. Кроме основной видим следы второй, третьей и четвертой гармоник. Как и в первом случае при снижении частоты с 50 Гц имеется резкий спад амплитуд колебаний, что говорит о плохой отсроенности системы от резонанса на рабочей частоте вращения.

Из полученных данных следует, что оба агрегата имеют критические частоты, близкие к половине частоты вращения, что может спровоцировать возникновение субгармонического резонанса.

С учетом аналогичных спектров, полученных для других опор, данных по их динамическим испытаниям [4] и расчетного анализа конструкций можно назвать следующие недостатки динамических свойств приведенных агрегатов:

  • плохая отстройка в обоих валопроводах от упомянутых опасных зон частот - нет запаса по отстройке от 1/2, 1/3, и 1/4 рабочей частоты вращения, а также от самой рабочей частоты вращения;
  • высокая связанность колебаний роторов и опор;
  • чрезмерно высокая податливость опор РВД и РСД т/а 800 МВт из-за резонансов первых трех опор роторов высокого давления в области субгармонических частот с коэффициентом 1/4, 1/3 и 1/2;
  • чрезмерно высокая податливость на рабочей частоте вращения опор РНД для турбоагрегата 800 МВт, доходящая до 12-16 мкм/т;
  • повышенная податливость до 12 мкм/т для первой и второй опор турбоагрегата 500 МВт на частоте 25 Гц [4].

Для турбоагрегатов 500 и 800 МВт уровень податливости значительно превышает установленные нормы. В результате, в условиях электростанций, особенно в случае частых пусков-остановов или резких изменений электрической нагрузки, возможны интенсивные всплески НЧВ, даже на блоках 200 МВт (см. рис. 3-5).

Спектры виброскоростей т/а К-200-130 (180 МВТ)Спектры виброскоростей т/а К-200-130 (200 МВТ)

На рис. 3 и 4 приведены спектральные составляющие виброскоростей четвертой и восьмой опор турбоагрегата 200 МВт на рабочей частоте вращения, из которых видно, что данные опоры имеют низкочастотные составляющие виброскорости в области 10-50 Гц и прежде всего при 25 Гц. Причина низкочастотных вибраций - гидродинамическое возбуждение в масляной пленке опорных подшипников в условиях неоптимального распределения реакций из-за повышенных расцентровок опор. Этому способствуют: - снижение степени эллиптичности расточки вкладышей подшипников при ремонтах; чрезмерное уменьшение бокового зазора; конструкция подшипника с выборкой в верхнем вкладыше и др. Спектр низкочастотных вибраций достаточно широк, и кроме названной частоты можно отметить всплески спектральных составляющих около 10, 12, 17,5, 19 и 20 Гц (рис. 3, 4). Кроме того, на этих опорах имеются обычные супергармонические составляющие с частотами 100, 150, 200 Гц. и т.д. Также имеются следы комбинационных частот, кратных 25 Гц (75, 125, 175 Гц и т.д.), что может свидетельствовать о нелинейности в системе, вызванной, например, частичным отрывом опорных поверхностей корпусов подшипников и цилиндров, появлением трещин в статорных деталях и пр. На рис. 4 спектральные составляющие восьмой опоры (в вертикальном направлении) другого агрегата 200 МВт в низкочастотной области доходят до 2 мм/с. На рис. 5 та же опора в горизонтальном направлении имеет ярко выраженные составляющие с частотами 75, 125 и 175 Гц. Следует также отметить, что среднеквадратичная виброскорость для приведенных опор существенно превышает допустимый уровень.


Cтраницы: 1 | 2 | 3 | читать дальше>>

Куменко А. И., Некрасов А. Л., Калинин С. В., Роло А., Анализ динамических характеристик валопровода турбоагрегата в эксплуатационных условиях

Источник: Лаборатория динамики и прочности турбомашин (Лаборатория вибрации), www.mpei.ac.ru/vibro/lab/index.html

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Тематические закладки пользователей:

Tеги: турбоагрегат, ремонт насосов, борьба с вибрацией

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru