Контроль и нормы вибрации

При контроле вибрации наибольший интерес представляют колебания оборотной частоты. Фазы таких колебаний связывают с некоторым угловым положением ротора. Для отсчета фазовых углов на роторе произвольно наносится метка. Ее угловое положение отсчитывается по лимбу, укрепленному на статоре. Фазой колебаний принято считать угловое положение метки в момент максимального отклонения ротора от положения равновесия. С измерением фазы вибрации связано понятие о бьющей точке ротора – точке поверхности ротора, лежащей на радиусе, который совпадает с направлением измерения вибрации в момент наибольшего отклонения вибрирующей поверхности. Как видно из рис.23.3, фаза вибрации j определяет угловое положение бьющей точки ротора относительно метки на роторе. Координата колеблющей точки определяется уравнением

X=s=Acos(wt-j). (23.1)

Рис. 23.3. Определение фазы оборотной частоты

Для отсчета углов размечают неподвижный лимб и ротор в разные стороны: лимб – по вращению, а ротор – навстречу. При вибрационных исследованиях, прежде всего, представляют интерес разности фаз вибрации в контролируемых точках. Для их определения достаточно измерить фазы с точностью до постоянного слагаемого. Колебания в двух точках, совпадающие по фазе, называются синфазными, а отличающимися по фазам на 180⁰ – противофазными. Выражение (23.1) для Х определяет параметр виброперемещения при гармонической вибрации. После дифференцирования по времени получаются выражения для виброскорости и виброускорения:

X¹(t)=n=Awcos(wt-j+90⁰)=Vcos(wt-j₁); X¹¹(t)=a=-Aw²cos(wt-j)=Wcos(wt-j₂). (23.2)

Рис. 23.4. Соотношение между параметрами вибрации ротора турбоагрегата

Соотношение между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением показаны на рис. 23.4 (A, V, W - амплитуды). При одной и той же амплитуде виброперемещения амплитуда виброскорости растет пропорционально частоте, а амплитуда виброускорения растет пропорционально квадрату частоты вибрации. Фаза виброскорости для некоторой гармоники вибрации сдвинута относительно фазы виброперемещения на 90⁰, а фаза виброускорения – на 180⁰. При частотах ниже некоторой минимальной частоты обычно используют только параметр виброперемещения, т.к. амплитуды V и W малы. В системе СИ для рассмотренных параметров предусмотрены единицы измерения м, м×с^-1 и м×с^-2. В практике удобно использовать единицы измерения мкм, мм/с и м/с². Например, для частоты вибрации f =50 Гц и амплитуде перемещений А =50 мкм получим: w=2pf =314 c^-1; V =50×10^-3×314=15,7 мм/с; W =50×10^-3×314²=4,9 м/с². В реальных условиях обычно имеет место полигармонический характер вибрации и сложные спектры вибрации, для которых не существует простых соотношений для параметров вибрации. Поэтому вводится среднее квадратическое значение параметра: СКЗ =0,707 А. Тогда амплитуда А =1,414 СКЗ, а размах 2 А =2,828 СКЗ. Для рассматриваемого примера S=2A =2×50=100 мкм, V_скз =0,707 V =0,707×15,7==11,1 мм/с; W_скз =2 W =2×4,9=9,8 м/с².

ПТЭ предусматривают жесткие нормы на допустимый уровень вибрации. В РФ используется ГОСТ 25364-97 и ГОСТ 27165-97 “Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений”. Вибрация тщательно измеряется при вводе турбоагрегата в эксплуатацию после монтажа, перед капитальным ремонтом и после него, а также периодически один раз в 3 месяца. Вибрацию следует измерять на всех опорах валопровода в трех взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к оси вращения ротора.

Контроль вибрационного состояния турбоагрегатов на соответствие нормам вибрации проводят по результатам измерений, выполняемых на установившемся режиме его эксплуатации. Нормы вибрации опор валопровода приведены в нижеследующей таблице:

Приемка турбоагрегатов в эксплуатацию после монтажа допускается при значениях n_r.m.s не превышающих 2,8 мм×с^-1 для вертикальной и поперечной вибрации опор валопровода и 4,5 мм×с^-1 для осевой составляющей вибрации, а после капитального ремонта – при значениях n_r.m.s, не превышающих 4,5 мм×с^-1 по всем его направлениям. Система защиты по предельному уровню вибрации должна быть включена постоянно и настроена на отключение турбоагрегата при значении нормируемого параметра 11,2 мм×с^-1 независимо от режима его эксплуатации. В случае, если при контроле НЧВ получены значения n_r.m.s, превышающие 0,5 мм×с^-1, должны быть приняты меры к ее снижению. При одновременном, внезапном и необратимом изменении значения n_r.m.s для каких-либо составляющих вибрации двух опор одного ротора, двух смежных опор или двух составляющих вибрации опоры на 1 мм×с^-1 и более от любого начального уровня должны быть приняты оперативные меры для выяснения причины такого изменения. При возрастании на сравниваемых режимах значения n_r.m.s для любого компонента вибрации одной из опор валопровода на 2 мм×с^-1 за период до трех суток или его увеличения на 3 мм×с^-1 независимо от продолжительности возрастания должны также приниматься оперативные меры для выяснения причин, вплоть до останова турбоагрегата.