Анализ на динамичните характеристики на валовете на турбинен агрегат в работни условия
А. И. Куменко, А. Л. Некрасов, С. В. Калинин, Алберто Роло.
Работата представя набор от изследвания за изследване на областта на ниските честоти, включително субхармонични вибрации в турбинни блокове и за установяване на причините за вибрациите на конкретни блокове с мощност 200-800 MW. Експерименталният анализ е извършен с помощта на съвременно многоканально оборудване, методи за цифров спектрален анализ на сигнали. Теоретичният анализ беше извършен с помощта на методите и софтуерните системи, разработени в MPEI за изследване на динамиката на движението на шахтната линия. Въз основа на анализа са показани структурни дефекти на турбинните агрегати и са дадени препоръки за тяхното отстраняване.
В процеса на проектиране на мощни парни турбини, поради несъвършенството на приложените методи за изчисляване на динамичните характеристики на роторите, неправилното им и непълно използване, както и поради не най-добрите дизайнерски решения, могат да се допуснат грешки, които след това открити в експлоатация. Нека ги наречем дизайнерски дефекти. Те включват, например, следните дефекти: ниски и неконтролирани критични честоти, повишено съответствие на напречните греди, големи термични и енергийни разминавания на опорите и др. [4]. В някои случаи конструкциите имат ниски граници на стабилност по отношение на скоростта или разхода на пара (често и двете заедно).
Този вид недостатъци могат да бъдат радикално елиминирани само в следващите версии на турбомашини чрез промяна на конструктивните параметри на частите или чрез прилагане на нови дизайнерски решения.
Друга част от дефектите се дължат на недостатъчно познаване на същността на динамичните явления (включително нелинейни ефекти) в такава сложна система като "турбинен блок-фундамент".
В много случаи се оказва, че динамичните характеристики на турбинния агрегат са незадоволителни, по-специално не е предвидено необходимото разстройване на шахтата от три опасни зони 1/2 * w, w, 2 * w, в рамките на които няма естествени честотата на валовете трябва да бъде разположена с марж от 10-15% [12]. По-нататък w е работната скорост. В диапазона 0 - 1/2 * w обикновено е нежелателно да има критични честоти поради практическата невъзможност за разстройване от субхармонични резонанси с честоти 1/5 * ww, 1/4 * ww и 1/3 * ww и намаленият ефект на затихване в масления филм на лагерите от - поради относително дългата дължина на ротора. Пример са многобройните случаи на повишени вибрации на ротори и лагери на генератори в определения честотен диапазон.
Тези групи дефекти след производството на турбинен агрегат са най-трудни и скъпи за отстраняване. Те трябва да бъдат диагностицирани в началния етап на експлоатация както чрез експериментални, така и чрез изчислителни методи и те трябва да бъдат включени в „паспорта“ на динамичните характеристики на машината. Експлоатацията и ремонтът на такава машина до отстраняване на дефекта трябва да се извършват, като се вземат предвид тези индивидуални характеристики.
Друга група дефекти възниква в резултат на технологични отклонения в размерите на частите по време на ремонта и експлоатацията на турбомашините или поради деформации на топлинна мощност на техните елементи, както и поради нарушения на работните условия. Например, често се наблюдават значителни отклонения на лагерите (вертикални и странични) от техните оптимални стойности и подравняването на ротора се извършва неоптимално по време на монтаж или ремонт. При дълги интервали между повторното подравняване на вала (обикновено се извършва за основен ремонт), подравняването може да бъде значително изкривено поради неконтролирано и неравномерно утаяване на основата, достигащо 2-3 mm годишно за отделни турбинни блокове или поради изкривяване на горната конструкция на основата. При някои машини относителното положение на роторите и статорните елементи постепенно се нарушава поради лошо разширение на частите на тялото поради прекалено гъвкави връзки на шпонковите връзки или ухапване на последните.
Нека анализираме спектрите, получени при проверка на вибрациите на турбинен агрегат с помощта на съвременно многоканально оборудване и да видим как в тях се появяват комбинации от различни конструктивни дефекти. Като пример нека разгледаме каскадните спектри, получени по време на изтичането на валовете за турбини от 500 и 800 MW след продължителна експлоатация (вж. Фиг. 1, 2). Ново многоканално изследователско оборудване, базирано на компактен персонален компютър от типа „Notebook“ и съвременни методи за дигитален спектрален анализ, позволяват да се получат не само амплитудно-фазово-честотните характеристики на основната хармоника на много опори на турбинния блок (до 32 точки едновременно), но също така и други спектрални компоненти по време на движение в диапазона 0 - 5 kHz. В този случай стъпката между двете линии в спектъра се постига не повече от 0,1 Hz, което ви позволява да избирате с висока точност всякакви спектрални компоненти и е непостижимо при използване на старо оборудване.