Реферат.
В работе содержится: 35 листов, 16 рисунков, 12 таблиц.
В данной работе было проведено вибрационное обследование турбоагрегата.
По результатам виброобследования турбоагрегата проводили анализ полученной информации, особенно в точках повешенных уровней вибрации.
Анализ вибрации проводится различными методами:
- спектральный метод
- временной метод считываемых сигналов
- статистический метод
- различные расчетные методы.
Исследование статорных и фундаментных элементов опоры со снятием контурных характеристик и построением форм колебаний.
Исследование влияния оборотной гармоники подшипника №11 производили с учетом заранее принятых критериев – корреляция параметра вибрации с эксплуатационным параметром.
Исправление дефекта: нарушение центровки и качества соединения полумуфт РГ и РВ.
СОДЕРЖАНИЕ.
Введение
Перечень сокращений
1. Исследование вибрационного состояния турбины
К 500- 65/3000…………………………………………………….7
1.1. Основные этапы исследования……………………………….….7
1.2. Вибрационное обследование турбины………………………….7
2. Анализ вибрации……………………………………………........9
2.1. Спектральный анализ……………………………………...…….10
2.2. Гармонический анализ…………………………………….….…12
2.3. Временной анализ с привязкой к режимным параметрам…....17
3. Центрирование роторов по полумуфтам………………………23
4. Заключение………………..………………………………….…..34
5. Литература……………………………………………..…………35
Прилагается:
6. Приложение слайды презентации доклада (13 слайдов).
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.
АФЧХ - амплитудно-фазочастотная характеристика;
СОMPASS – стационарная система вибромониторинга;
Проксиметр – датчик перемещения;
Акселерометр – датчик виброускорения;
БЩУ – блочныйшит управления;
АГАТ – переносной виброанализатор;
РД – руководящий документ;
ТГ – турбогенератор;
ПЧ – полоса частот;
Г1 – первая гармоника;
Г2 – вторая гармоника;
РВД – ротор высокого давления;
РНД – ротор низкого давления;
ВПУ – валоповоротное устройство;
Введение
Наиболее важным диагностическим фактором надежности эксплуатации турбоагрегатов является уровень их вибрации. Одними из наиболее важных являются температура масла и температура баббита. Общеизвестно, что повышенная вибрация приводит к преждевременному износу и повреждениям отдельных элементов турбоагрегата, а в некоторых случаях – даже к серьезным авариям. Все это увеличивает сроки капитальных ремонтов и численность ремонтного персонала, сокращает межремонтные периоды эксплуатации. Существенного сокращения вышеуказанных потерь можно достигнуть путем использования параметра вибрации в диагностических целях для фиксации начала возникновения повреждений; в этом случае необходимо обеспечить работу турбоагрегатов с минимально возможным уровнем вибрации.
В общем случае вибрация турбоагрегатов зависит как от уровня вызывающих ее сил, так и от условий, при которых они проявляются. Силы, вызывающие вибрацию, - это в первую очередь силы дисбаланса, электромагнитные силы, реконсервативные силы масляного слоя подшипников и парового потока. Условия воздействия этих сил определяются механическими параметрами связанной системы валопровод-опоры-фундамент: ее частотными характеристиками, жесткостью и демпфированием, а также воздействием эксплуатационных факторов, влияющих на изменение параметров отдельных элементов турбоустановки вследствие изменения центровки валопровода, влиянием тепловых деформаций (тепловой нестабильности роторов), изменением условий работы цапф на слое смазки подшипников и т. д.
Таким образом, для улучшения вибрационного состояния и приведения вибрационного состояния в норму необходимо исследовать силы, вызывающие вибрацию, а также конструкционные, технологические, монтажные, эксплуатационные факторы, влияющие на вибрацию.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ТУРБИНЫК 500-65/3000
Основные этапы исследования
Исследование – это наблюдение естественного хода процессов и явлений, опытная экспериментальная проверка, систематическое расследование с целью установления фактов.
Наши исследования проводятся в несколько этапов. Вибрационное обследование, анализ, центрирование роторов по полумуфтам.
Вибрационное обследование турбины
Вибрационное обследование турбоагрегата проводится непрерывно с помощью стационарной системы вибромониторинга COMPASS по стандартным алгоритмам, и переносной аппаратурой периодически по стандартным или оригинальным программам. Цель обследования – определение конкретных мест и элементов турбоагрегата для исследования, расчета, ремонта, наладки, испытания элементов турбоагрегата.
Стационарное обследование проводится системой COMPASS. COMPASS представляет оптимальный, экономичный мониторинг для обеспечения полной защиты машин и раннего распознавания отказов. COMPASS обеспечивает как защитный, так и прогнозный мониторинг широкого диапазона машинного оборудования. СOMPASS включает в себя датчики перемещения (проксиметры) 2 на каждый подшипник, датчики виброускорения (акселерометры) по 3 на каждый подшипник и датчик оборотов в районе 14-го подшипника. Сигналы с датчиков усиливаются в предусилителе и подаются на шкаф вибромонитора, откуда через коммутатор передаются на БЩУ.
Цель измерений COMPASS– оперативный мониторинг, выполняющий контроль пороговых уровней вибрации. Пороговые уровни регламентируются ГОСТ 25364-97 «Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопровода и общие требования к проведению измерений».
Таблица 1. Пороговые уровни вибрации
| Максимальное среднее квадратическое значение виброскорости, мм∙с-1 | Ограничения на эксплуатацию |
| До 4,5 | Без ограничений |
| Св. 4,5 до 7,1 | Не более 30 суток |
| Св. 7,1 до 11,2 | Не более 7 суток |
| Св. 11,2 | Не допускается |
COMPASS замеряет суммарные уровни и дает сигнализацию, сигнализация пороговых уровней согласно ГОСТу приведена в табл. 1. Также предусмотрена защита по предельному уровню в 11,2 мм/сек по определенному алгоритму. Система позволяет определить точки с повышенной вибрацией и тренды. В случае повышенной вибрации в измеряемых точках проводятся дополнительные обследования переносным виброанализатором по алгоритмам, позволяющим в дальнейшем проводить анализ и исследование вибрации.
По исследуемому турбоагрегату приведена вибрация подшипников на дату 27.10.11г. (см. рис.1, таб.2). В таблице 2. приведена вибрация, замеренная переносным виброанализатором на эту же дату.
Рис. 1. Значения вибрации турбоагрегата на 27.10.11.
Проводим обследование переносным виброанализатором «АГАТ». Получаем подтверждение уровней вибрации, аналогичные вибромониторинговой системе Compass.
Таблица 2. Уровни вибрации подшипниковых опор
Рис. 2. График вибрации турбоагрегата
Анализ вибрации.
По результатам виброобследования турбоагрегата проводим анализ полученной информации, особенно в точках повешенных уровней вибрации.
Анализ вибрации проводится различными методами:
- спектральный метод
- временной метод считываемых сигналов
- статистический метод
- различные расчетные методы.
И система COMPASS и переносной прибор позволяют строить различные алгоритмы анализа. На основании проведенного анализа определяем необходимый объем дальнейшего исследования с помощью специальных алгоритмов и специальных методов. В процессе исследования применяем теоретические и расчетные алгоритмы. Нас интересуют как причины, вызывающие вибрацию, так и конструкционные, технологические факторы, способствующие вибрации. Исследования проводятся как самого вращающегося ротора, так и статорной части турбины.
По результатам исследования принимаются решения об основных этапах виброналадки: балансировка, исправление дефектов соединений роторов, центровка роторов, характеристики жесткости опорной системы, конструкционные характеристики подшипников. При исследовании обязательно проводятся исследование влияния режимных параметров (температуры масла, температуры баббита).
Рис.3. График температуры баббита и масла на сливе на 27.10.11
Спектральный анализ
По точкам с повышенной вибрацией проводим спектральный анализ. Формат спектрального анализа COMPASS для подшипника №11 приведен на рисунке 4. для подшипника №13 на рис.5.
Рис.4. Формат системы Compass.
Рис.5. Формат системы Compass.
Гармонический анализ
Гармонический анализ проводится по первой и второй гармонике отдельно. Для турбины К-500-65/3000 соответственно это на частоте 50 Гц и 100 Гц. В таблицах 3., 4. представлены данные гармонического анализа.
Таблица 3. Амплитуда вибрации и фазовый угол первой гармоники
Таблица 4. Амплитуда вибрации и фазовый угол второй гармоники
Совместное рассмотрение данных спектрального анализа и гармонического анализа (рис. 4., 5., табл. 3., 4.) можно заключить, что на подшипнике №11 высокие оборотная составляющая и вторая гармоника.
Уровень второй гармоники высокий, незначительно коррелирует с уровнем оборотной.
Исследование подшипника №11.
Исходя из значительной величины второй гармоники можно заключить, что причиной является повышенная податливость опоры подшипника №11, и возможно резонанс этой опоры на частоте 100Гц. Для выяснения этого проводим динамические исследования опоры подшипника №11.
Исследование статорных и фундаментных элементов этой опоры со снятием контурных характеристик и построением форм колебаний проведено на резонансах, рабочей частоте вращения и на частоте 100 Гц.
Получены амплитудно-фазочастотные характеристики (АФЧХ) опоры в диапазонах частот 25-58 Гц и 58-105 Гц в вертикальном, поперечном и осевом направлениях, определены главные и побочные коэффициенты динамической податливости и резонансные частоты опор.
Также приведены расчеты собственных колебаний валопровода турбоагрегата в диапазоне частот 10-120 Гц.
При проведении вибрационных испытаний опоры определяются ее основные динамические характеристики, коэффициенты динамической податливости и резонансные частоты.
Для получения указанных характеристик применяется метод возбуждения колебаний опор последовательно в вертикальном и поперечном направлениях с помощью механического вибровозбудителя. Вибровозбудитель располагался в специальном фальшвкладыше и устанавливался с контролем прилегания в расточке корпуса подшипника посредством нижнего полукольца и верхнего бугеля.
Вибровозбудители настраиваются таким образом, чтобы при частоте вращения, равной рабочей частоте агрегата и частоте вращения 6000 об/мин, величина вынуждающей силы составляла ~ 15-20 % от статической нагрузки на опору соответствующего ротора. Вынуждающая сила вибровозбудителей создается двумя противоположно вращающимися эксцентриками, создающими центробежную силу. Величина вынуждающей силы рассчитывалась по формуле:
1) в диапазоне частот 25 ÷ 58 Гц
, кгс,
где n, об/мин - частота вращения валов вибровозбудителя;
2) в диапазоне частот 58 ÷ 105 Гц
, кгс.
Изменение частоты вынуждающей силы производилось путем регулирования частоты вращения приводного двигателя постоянного тока; определение частоты производилось с помощью бесконтактного датчика оборотов. Испытания проводились при вертикальном и поперечном направлениях вынуждающей силы.
При возбуждении колебаний каждой из опор одновременно измерялись размахи и фазы колебаний характерных точек опоры (горизонтальный разъём опоры № 11), в вертикальном, поперечном и осевом направлениях при ступенчатом изменении частоты (с шагом 1 ÷ 1,5 Гц) вынуждающей силы.
Для измерения колебаний использовались пьезоэлектрические вибродатчики в комплекте с прибором - измерителем вибрации опор ИВВ-03/01-01-М815; также для измерения колебаний использовались приборы "Vibroport" (Швейцария) и CSI (США).
При проведении испытаний коэффициенты динамической податливости опор определялись по формуле:
, где
А ij - амплитуда колебаний i-ой точки опоры на j-ой частоте вращения;
Qj - амплитудное значение вынуждающей силы, приложенной к опоре на j-ой частоте вращения.
При i = j определяются главные коэффициенты динамической податливости. при i ≠ j - побочные.
Испытания опоры № 11 в исходном состоянии, т.е. без затяжки дистанционных болтов, без втулок по стулу подшипника проводились в диапазоне 58-105 Гц при возбуждении опоры вертикальной силой.
В исследованном диапазоне частот 58-105 Гц опора № 11 имеет следующие резонансные зоны и частоты:
- в вертикальном направлении при возбуждении вертикальной силой 4700 об/мин, 5150 об/мин - пологий характер протекания (рис.6.);
- в осевом направлении при возбуждении вертикальной силой 4700 об/мин - слабо выражен, обусловлен резонансом в вертикальном направлении (рис.7.).
Главные коэффициенты динамической податливости в вертикальном направлении по измерениям на горизонтальном разъёме в диапазоне частот 90-105 Гц лежали в интервале 3,2 - 9,7 мкм/т, на 100 Гц значение составило 5,6 мкм/т (рис.6.);
Рис.6. Главные коэффициенты динамической податливости и размахи колебаний
Побочные коэффициенты в осевом направлении по измерениям на горизонтальном разъёме (рис.7.) лежали в интервале 2,6-8,8 мкм/т, на 100 Гц значение составило 2,6 мкм/т.
Рис.7. Побочные коэффициенты динамической податливости и размахи колебаний
Полученные величины говорят о повышенной податливости опоры (ориентировочное нормативное значение по РД - 3,0 мкм/т).
Снятая контурная характеристика и полученная форма колебаний на 6000 об/мин при виброобследовании опоры № 11 в исходном состоянии показала:
- различный уровень колебаний опоры в вертикальном направлении по горизонтальному разъему справа и слева - 14 мкм/2300 и 34 мкм/2230 соответственно;
- колебания подошвы стула подшипника и закладной плиты фундамента разнятся как по величинам размахов, так и фаз колебаний; наиболее ярко это выражено по краю опоры (точка 2-28 мкм/2210 по подошве стула подшипника и 9 мкм/3470 по закладной плите; точка 3 - 23мкм/226° и 8 мкм/3430 - соответственно). Полученные результаты указывают на неудовлетворительное прилегание опоры - отставание стула подшипника от закладной плиты фундамента. Подтверждением этого служит амплитудно-фазочастотная характеристика колебаний горизонтального разъёма, стула подшипника и закладной плиты (рис.8.);
Рис.8. Размахи колебаний стула подшипника№11 и закладной плиты
Рис.9. Фаза колебаний стула подшипника№11 и закладной плиты
Как видно размахи колебаний горизонтального разъёма и стула подшипника в диапазонах частот 4600-5400, 5850-6300 об/мин значительно, в 2 - 7 раз, выше колебаний закладной плиты, при этом фазы колебаний в диапазоне 5700-6300 об/мин разнилась в 90 - 130° соответственно. Данное обстоятельство является фактором увеличения 100-герцовой составляющей колебаний и, как следствие, повышенной вибрации опоры №11 при эксплуатации агрегата.
Динамическая податливость опоры № 11 (при затянутых 2-х дистанционных болтах без втулок по стулу подшипника № 11 и 2-х дистанционных болтах, ближних к корпусам подшипников №№ 10-11 по балкону ЦНД 42 в диапазоне частот 45-58 Гц лежала:
- в вертикальном направлении в интервале 4,3-6,7 мкм/т,
- в поперечном направлении в интервале 3,1-3,8 мкм/т;
- в осевом направлении при возбуждении вертикальной силой в интервале 1,4-5,8 мкм/т.
Динамическая податливость опоры № 11 в диапазоне частот 90-105 Гц лежала:
- в вертикальном направлении в интервале 3,2-9,7 мкм/т при исходном состоянии опоры и 2,3-7,9 мкм/т при затянутых дистанционных болтах без втулок по стулу подшипника;
- в поперечном направлении в интервале 6,0-10,0 мкм/т при затянутых болтах без втулок по стулу подшипника.
Полученные величины говорят о повышенной податливости опоры (нормативное значение по РД в диапазоне 45-58 Гц - 4,0 мкм/т, в диапазоне 90-105 Гц ориентировочное значение - 3,0 мкм/т).
При испытании опоры № 11 в исходном состоянии было выявлено отставание стула подшипника от закладной плиты, что говорит о неудовлетворительном прилегании опоры к закладной плите фундамента. Была выявлена существенная разница колебаний опоры на уровне горизонтального разъёма в вертикальном направлении справа и слева от оси валопровода; так, при 6000 об/мин величины колебаний разнились в 2,5 раза и соответственно составляли 14мкм/230° и 34мкм/223°.
Для улучшения вибрационного состояния опоры № 11 произвести шабровку подошвы стула подшипника № 11 до полного прилегания к закладной плите фундамента: по краям стула (не менее 80% поверхности по краске) и по центру не менее 40% поверхности по краске.
При исправлении дефекта жесткость придет в норму, и ориентировочно не превысит 3 мкм/т, останется небольшой резонанс на оборотной частоте.