Конспект лекций от Ильина Е.Т. (2008) / Тема 14_2008

Тема 14-2008.

Вибрационная надежность агрегата.

Надежность работы турбины и генератора в значительной мере определяется по вибрационным состояниям.

Причины возникновения вибрации:

• Некачественное изготовление;

• Некачественный монтаж;

• Некачественный ремонт;

• Некачественная эксплуатация

Необходимо отметить, что вредные последствия даже умеренных вибраций имеют свойство накапливаться и появляться в различной форме (например, усталостное нарушение прочности лопаток, трещины в роторе, штоках регулирующий клапанов и т.д.

Повышенная вибрация ротора приводит к:

• опасности повреждения лабиринтовых уплотнений;

• опасность повреждения уплотнений в системе охлаждения генератора;

• очагов полусохого трения в подшипниках

Вибрация сказывается на надежности работы не только самой турбины, но и на приборах контроля, системы регулирования и даже здоровье человека.

Согласно ПТЭ вибрационное состояние оценивается по следующей шкале [ ]:

Таблица 1.

Номинальная частота вращения, об/мин	Двойная амплитуда вибрации, мкм.
1500	50
3000	80
5000	15
8000 и более	10

Вибрация должна измерять я при вводе агрегата в эксплуатацию после монтажа, в последующем не реже 1 раза в 3 месяца, перед вводом агрегата в капитальный ремонт и после него, а также при заметном повышении вибрации.

Вибрация должна измеряться в трех направлениях:

• вертикальном

• горизонтально-продольном

• горизонтально-поперечном

Оценка вибрации проводится как на рабочей частоте вращения, так и в процессе набора оборотов, при прохождении турбиной критических частот.

При рассмотрении вопросов вибрации современных крупных турбоагрегатов необходимо учитывать то обстоятельство, что колебания подшипников (а именно они измеряются в процессе эксплуатации) все в меньшей степени отражают истинные колебания роторов турбин. Это объясняется в первую очередь повышенной жесткостью и малой опор крупных турбин. Кроме того, существенную демпфирующую функцию выполняет масляный клин.

Вибрация концов вала может в 10-15 раз превосходить амплитуду колебаний подшипника, причем эти колебания могут иметь смещения по фазе.

Основные причины, вызывающие вибрацию:

1. динамическая неуравновешенность роторов;

2. нарушение центровки роторов;

3. ослабление жесткости системы;

4. работа в области резонансных частот вращения;

5. потеря устойчивости вала на масляной пленке, возникновение автоколебаний;

6. появление возмущающих сил электромагнитного происхождения

Динамическая неуравновешенность

Неуравновешенность-состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает перемещение нагрузки на опорах ротора [ ].

При неуравновешенности геометрическая ось ротора (ось вращения) не совпадает с главной центральной сью инерции, т.е. осью проходящей через центр тяжести ротора таким образом, что сумма центробежных моментов инерции относительно нее равна нулю.Рис 5.3-5.6 иллюстрируют наиболее типовые состояния ротора.

Уравновешенное состояние (рис 5.3), ось инерции совпадает с осью вращения (геометрической осью).

Статическая неуравновешенность ротора, когда геометрическая ось ротора и его главная ось инерции смещены относительно друг друга:

-ось ротора и ось инерции параллельны ( рис. 5.4.)

Моментная неуравновешенность-геометрическая ось ротора и его главная ось инерции пересекаются в центре тяжести ротора, но моменты инерции неуравновешены (рис.5.5).

Общий случай неуравновешенности, когда ротор имеет статическую и моментную неуравновешенность называется динамической неуравновешенностью (рис.5.6).

Появление динамической неуравновешенности может быть вызвано двумя причинами:

• перераспределение масс по окружности ротора или приложением к ротору новых неуравновешенных масс (причина: обрыв лопаток, бандажей, некачественная балансировка, разрушение дисков, износ лопаток и т.д.)

• смешение оси инерции ротора относительно оси вращения может возникнуть из-за ослабления посадки деталей на валу или прогиба вала.

Расцентровка ротора

• зависит от степени уравновешенности роторов и носит различный характер в зависимости от типа соединительных муфт.

Жесткие и полужесткие муфты могут вызвать перераспределение нагрузки на подшипники в зависимости от веса объединенных роторов. Это может послужить причиной разгрузки одной из опор, что по сути является изменением длины вала, а значит и частоты собственных колебаний.

У гибких муфт, такого явления не происходит, но возникает другая опасность. При загрязнении подвижных элементов муфты (шламом и т.д.) происходит резкое увеличение трения между этими элементами, что может привести к частичному или полному заклиниванию муфты. В этом случае соединенные роторы начинают работать со смещением центра тяжести относительно оси вращения, что и является причиной вибрации.

Ослабление жесткости

Ослабление жесткости может быть вызвано следующими причинами:

• ослаблением взаимного крепления составных частей опоры ротора: вкладышей, корпусов, фундаментных рам, ригелей фундамента.

• отрывом стула подшипника от фундаментной плиты

• нарушение связи между стулом подшипника и опирающимся на него цилиндром турбины

• нарушение связи между цилиндром турбины и его опорами на фундаменте

• появление трещины у несущих элементов фундамента

Потеря устойчивости вала

Потеря устойчивости вала на масляной пленке, наиболее опасная низкочастотная вибрация.

Колебания частот 24-29 Гц относятся к разряду автоколебаний и вызываются как гидродинамическими силами, возникающими в масляном клине подшипников, так и паровыми усилиями в проточной части турбины и уплотнениях.

Масляная вибрация зависит в основном от динамических характеристик масляного слоя, описывающих его демпфирующие и упругие свойства, а также от расположения оси вала относительно вкладыша расточки.

При вращении вала между опорой и вкладышами возникает масляный слой, в результате чего вал всплывет и начинает под действием вращения свое перемещение (говорят прецессия вала).

Существует три вида прецессии:

• затухающая;

• нарастающая;

• установившаяся.

Опыт эксплуатации показывает, что низкочастотные колебания зависят от температуры масла, окружной скорости шейки вала и удельной нагрузки на подшипники, уменьшение давления на подшипники, а также увеличение вязкости масла и окружной скорости способствует возникновению вибрации.

Изменение конструкции подшипников для устранения масляной вибрации

• изменение формы расточки и зазоров (нормально эллиптическая)

• замена подшипников с неподвижными опорами на подшипники с качающимися опорами (Рис. 5.7.) (нечувствительность к перекосам, большая устойчивость).

• использование гибких полумуфт.

Согласно ПТЭ вибрационное состояние оценивается по следующей шкале:

Номинальная частота, об/мин Двойная амплитуда вибрации, мкм

1500 50

3000 30

5000 15

8000 и более 10

Рис. 5.3. Ось симметрии совпадает с геометрической осью

Рис 5.4. Ось инерции смещена относительно геометрической оси

Рис 5.5. Ось инерции пересекается с осью ротора в центре тяжести ротор

Рис. 5.6. Ось инерции пересекается с осью ротора и смещена относительно центра тяжести

Рис. 5.7. Различные типы сегментных подшипников

Рис.5.8. Конструкция подшипника.