Из рассмотрения спектра подшипника №13 (рис.12.) видно, что в спектре есть уровни Г1, Г2 и Г3. При этом возможно 2 дефекта: нарушение центровки и качества соединения полумуфт РГ и РВ. Аналогичным образом влияние центровки и качества соединения можно проследить по всем роторам исследуя данные таблицы приведенной вибрации (таб.9.), спектров вибрации, температуры баббита.
Таблица 9. Уровни вибрации подшипниковых опор
Рис.11. Температура баббита и масла на сливе с подшипника
Рис.12. Спектр осевой составляющей подшипника № 13
Рассмотрим вибрацию подшипника №13. Вибрация осевой составляющей оборотной частоты подшипника 13 может быть вызвана качеством центровки и качеством соединения роторов. Качество центровки осей ротора генератора и ротора возбудителя может оказывать влияние на осевую составляющую.
В результате делается заключение о влиянии центровки на вибрацию и проводится расчет необходимой центровки, ремонтные операции по достижению желаемой цели.
Для примера приведем общую методику расчета центровок с целью снижения вибрации.
Методика расчета центровок
С целью расположения роторов таким образом, чтобы ось одного являлась продолжением оси другого, выполняют их центрирование по полумуфтам.
Ось каждого ротора представляет собой линию его упругого прогиба под влиянием собственного веса. Поэтому если расположить опорные подшипники двух смежных роторов на одном уровне согласно рис.№13 а, то торцевые поверхности полумуфт окажутся непараллельными и будут иметь раскрытие сверху. В зависимости от конструкции и размеров роторов турбин величина стрелы упругого прогиба достигает 0,4 мм, а роторов генераторов до 1,2 мм.
При центрировании роторов необходимо добиваться, чтобы линии их упругих прогибов располагались соосно на одной плавной кривой, для чего полумуфты должны быть концентричными, а их торцевые поверхности – параллельными рис.13 б. Так как непосредственная проверка положения осей роторов затруднительна, то последняя производится косвенным способом по взаимному положению полумуфт.
Рис.13. Расположение роторов при центрировании по полумуфтам.
А- опорные подшипники лежат на одной прямой, торцевые поверхности полумуфт имеют раскрытие сверху;
Б- роторы центрированы по полумуфтам, торцевые поверхности полумуфт параллельны, полумуфты расположены концентрично.
Замеры величин, характеризующих взаимное положение осей роторов, выполняют по окружности полумуфт и расстоянию между их торцевыми поверхностями по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров согласно рис.13. Замеры по окружности полумуфт называют радиальными, а между торцевыми поверхностями полумуфт – торцевыми или осевыми.
Величины, характеризующие взаимное положение осей роторов, обычно замеряют в четырех положениях через каждые 90° при совместном проворачивании роторов.
Если оси роторов отцентрованы правильно, то суммы растояний между торцами полумуфт, замеренные в точках Аверх, Аправ., Аниз, Алев. для каждого положения после совместного проворота роторов (0, 90, 180, 270°), должны быть равны.
Кроме того, замеры, выполняемые по окружности полумуфт, должны также быть равны между собой, т. е. Должно соблюдаться равенство
Rверх=Rправ.=Rниз=Rлев.
Совместное проворачивание позволяет избежать ошибок при определении положений осей роторов, которые могут иметь место из-за отличия фактической формы полумуфт (или их посадки на вал) от идеальной.
Если при совместном проворачивании роторы сблизятся или разойдутся, то расстояния между торцами полумуфт изменятся на величину осевого сдвига роторов. Однако при этом равенство сумм замеров не нарушается.
Суммы величин замеров расстояний между торцами полумуфт, имеющих торцевое биение, выполненных при четырех положениях совместно проворачиваемых роторов, соответствуют суммам величин замеров между торцами идеальных, не имеющих биения полумуфт.
В практике выполнения работы по центрированию роторов следует рассматривать не суммы величин замеров, а их средние арифметические значения, т. е. величины:
Аверх(ср)=(Аверх(0)+Аверх(90)+Аверх(180)+Аверх(270) ) / 4;
Аправ.(ср)=(Аправ.(0)+Аправ.(90)+Аправ.(180)+Аправ.(270) ) / 4,
Так как численно сумма величин замеров на расцентрированных роторах будет в 4 раза превышать величину действительно имеющейся расцентровки.
Для проверки правильности центрирования по радиальным замерам также необходим совместный поворот роторов.
Практически в большинстве случаев замеры в точках Аниз и Rниз выполнить невозможно из-за малого расстояния между муфтой и картером подшипника. Однако замеров в точках Алев., Аверх, Аправ., Rлев., Rверх, Rправ. вполне достаточно, так как замеры в точках Аниз и Rниз могут быть определены из равенств:
Аниз=Аправ.+Алев.-Аверх
Rниз=Rправ.+Rлев.-Rверх
Далее подсчитывают приведенные значения замеров центровки вычитанием из средних замеров минимального среднего замера:
Аверх(прив)=Аверх(ср)-Амин(ср); Аправ.(прив)=Аправ.(ср)-Амин(ср) и т.д.
Аналогично подсчитывают приведенные значения радиальных замеров:
Rверх(прив)=Rверх(ср)-Rмин(ср); Rправ.(прив)=Rправ.(ср)-Rмин(ср) и т.д.
Непараллельность торцов муфты (излом осей) в вертикальной Ав и горизонтальной Аг плоскостях определяется по отношению к диаметру муфты (мм/м) по формулам
Ав= (Аверх.-Аниз)/D;
Аг=(Алев-Аправ.)/D.
Для определения значений радиального смещения осей роторов в вертикальной Rв и горизонтальной Rг плоскостях пользуются формулами
Rв=(Rверх-Rниз)/2;
Rг=(Rлев. - Rправ.)/2.
До начала проверки центровки валопровода по полумуфтам следует проверить состояние подшипников и муфт. Проверка состояния центровки по полумуфтам сводится к определению значений радиального смещения осей смежных роторов и излома их осей (параллельности торцов полумуфт). Обычно для проверки центровки роторов по полумуфтам применяют специальные скобы рис.14., конструкция которых зависит от типа муфты, и пластинчатые щупы.
Рис.14. Типы приспособлений для проверки центровки роторов по полумуфтам: а- приспособление для проверки центровки роторов турбины, б- приспособление для проверки центровки роторов турбины и генератора, 1- полумуфта РВД, 3- полумуфта РНД, 2,4 – центровочные скобы, 5- полумуфта генератора, 6 полумуфта с зубчатым венцом ВПУ.
При проверке роторы должны быть установлены в начальное («нулевое») положение по совпадению меток (обычно заводских) на полумуфтах. Метки должны располагаться наверху. Центровочные скобы устанавливают и закрепляют на фланце одной из полумуфт каждой пары роторов на специальных болтах, ввертываемых в специально предусмотренных отверстия в полумуфтах. Начальное положение роторов и место установки скоб должны быть постоянными и отмечены в журнале ремонта и формуляре.
Расчет перемещения роторов для устранения расцентровки по полумуфтам.
Обычно положение одного из роторов валопровода принимают за базовое (чаще всего РНД), а другие роторы центруют с ним за счет перемещения их подшипников. В многоцилиндровых турбинах расчет центровки роторов с базовым выполняется последовательно для каждой пары роторов в направлении от базового ротора к концам валопровода или от крайних роторов валопровода к базовому ротору. Формулы для определения значений этих перемещений можно получить, пользуясь схемой взаимного расположения двух роторов рис. 15.
Рис.15. Схема расцентровки и перемещения прицентровываемого ротора относительно базового.
Схема представляет собой проекцию осей роторов на плоскость (вертикальную или горизонтальную). Как видно из схемы, для получения параллельности торцов полумуфт (устранения излома осей) необходимо ось второго ротора повернуть вокруг точки С и переместить ее из положения СВ в положение СD. Это перемещение второго ротора будет сопровождаться перестановкой подшипника № 1 на расстояние В1D1, а подшипника № 2 – на расстояние BD.
Из подобия треугольников dbc,D1B1C и DBC следуют пропорции
db/bc=D1B1/CB1; db/bc=DB/CB
Из пропорций можно получить
D1B1 =db/bc∙CB1;DB=db/bc∙CB.
Здесь db соответствует разности замеров зазоров между торцами полумуфт: для вертикальной плоскости db= Аверх-Аниз, для горизонтальной db=Аправ.-Алев. На рис. 6.15 bc – диаметр муфты, а CB1 и СВ – расстояния L1 и L2.
Перемещение (x,y) подшипников №1, №2 в вертикальной плоскости обозначим соответственно x1, x2, а в горизонтальной – y1, y2. В итоге формулы для расчета перемещений подшипников с целью устранения расцентровки по торцам (излома осей) примут вид
x1=(Аверх-Аниз)/D∙L1=Aв∙L1;
y1=(Алев.-Аправ.)/D∙L1=Aг∙L1;
x2=(Аверх-Аниз)/D∙L2=Aв∙L2;
y2=(Алев.-Аправ.)/D∙L2=Aг∙L2;
Перемещая подшипники №1 и №2 на соответствующие расстояния x1, y1, x2, y2, можно обеспечить параллельность торцов муфты, но оси роторов не будут совпадать. Совмещение осей роторов осуществляется путем смещения роторов подшипниками №1 и №2 в вертикальной и горизонтальной плоскостях на расстояния, равные соответствующим радиальным расцентровкам.
Формулы для определения суммарных перемещений подшипников ротора для устранения радиальной и торцевой расцентровок по вертикальной и горизонтальной плоскостям будут иметь вид
x1=Aв∙L1+Rв;
y1=Aг∙L1+ Rг;
x2=Aв∙L2+ Rв;
y2=Aг∙L2+ Rг;
Вычисления значений перемещений подшипников по данным формулам должны производится с учетом направления перемещений. Поскольку из результата верхнего измерения вычитается результат нижнего, а из левого – правый, то знак плюс полученной разности означает перемещение соответственно вверх и влево. Разность со знаком минус соответствует направлению перемещения соответственно вниз и вправо.
Перемещение ротора обычно производится путем смещения вкладыша в расточке подшипника за счет изменения толщины прокладок под центрирующими подушками.
Перемещение ротора в вертикальной плоскости осуществляется за счет изменения толщины прокладок под всеми подушками вкладыша. Изменение толщины прокладок под нижней и верхней подушками численно равно значению перемещения ротора подшипников в вертикальной плоскости. Изменение толщины прокладок под нижней подушкой по знаку совпадает с перемещением ротора, а под верхней – противоположно ему.
Суммарная толщина прокладок под верхней и нижней подушками не должна изменяться: что удалено из- под верхней подушки, должно быть положено под нижнюю и наоборот. Изменение толщины прокладок под боковыми подушками для перемещения ротора в вертикальной плоскости равно x∙sinα, где α – угол расположения боковых подушек на вкладыше к разъему подшипника.
Перемещение ротора в горизонтальной плоскости осуществляется за счет изменения толщины прокладок только под боковыми подушками. Это изменение равно произведению y∙cos α.
При перемещении ротора влево удаляют прокладки из-под левой боковой подушки, увеличивая на тоже значение толщину прокладок под правой рис.16.
Для одновременного перемещения ротора в вертикальной и горизонтальной плоскостях изменение толщины прокладок под боковыми подушками определяется алгебраической суммой изменений толщин прокладок для перемещения ротора в той и другой плоскости.
Рис.16. Перемещение прицентровываемого ротора изменением толщины прокладок под центрующими подушками: а- опорный подшипник турбины, 1- центрующая подушка, 2-прокладка, 3-вкладыш, 4-крышка подшипника(бугель), б- изменение толщин прокладок под подушками в зависимости от направления перемещения ротора.
При изменении толщины прокладок их количество под любой подушкой не должно быть больше трех, а толщина каждой прокладки – не меньше 0,1 мм. Прокладки должны изготавливаться из калиброванной стали. После изменения толщины прокладок проверяют плотность прилегания вкладыша по подушкам с помощью краски и щупа.
Итог: центровка дает возможность легкого пуска, эксплуатации, выбега.
Таблица 10. Замеры и результаты центровки перед ремонтом
Рис.16. Центровка до ремонта и требуемая заводом-изготовителем
Таблица 11. Расчет положения валопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях
Таблица 12. Расчет перемещения опор в вертикальной и горизонтальной плоскостях
Заключение.
Из обследования турбоагрегата определили состояние турбоагрегата перед ремонтом, определили план и методы исследования, провели исследование, выявили точки с повышенной вибрацией. Пришли к выводу, что 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.
- для исправления влияния величины Г1 подшипника №11 необходимо будет выполнить проверку проходимости вентиляционных каналов, и, возможно, режимную балансировку, при условии, что на данном генераторе будет ограничен диапазон изменения активной и реактивной мощностей.
- для снижения вибрации подшипника № 13 необходимо исправить центровку согласно таблицы 12.
- исправить качество сборки полумуфт.
Литература.
ГОСТ 25364-97 «Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопровода и общие требования к проведению измерений».
Барков А.В., Баркова Н.А. Вибрационная диагностика машин и оборудования. Анализ вибрации: Учебное пособие. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2004.
Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учеб. Пособие. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2000.
Молочек В.А. Ремонт паровых турбин.
Гольдин А.С., Вибрация роторных машин. М.: Машиностроение, 1999.