10.5. Способы расчета центровки валопровода турбины

Как показано выше, под центровкой турбоагрегата понимают не только исправление взаимного расположения роторов валопровода, но и оптимальное расположение его относительно статора [17, 97, 98].

Для определения взаимного расположения роторов относительно статора одновременно с замерами центровки роторов необходимо замерить положение роторов относительно масляных расточек.

Следует отметить, что при проведении ремонта положение статора турбины определяется по масляным расточкам (в отличие от монтажа, где основное внимание уделяется паровым расточкам). Такое отличие в приемах определения положения статора вызвано тем, что во время ремонта изменять положение корпусов подшипников значительно сложнее, чем цилиндров, опирающихся на выносные опоры.

Запись полученных замеров положения ротора относительно масляных расточек представляется в виде, показанном на рис 10.7. После проведения замеров производится приведение их к нулю (т. е. наименьший вычитается), и по полученным данным определяется положение оси валопровода относительно деталей статора.

Пример

По результатам замера получено Л = 0,96 мм; Н = 1,20 мм; П = 1,46 мм (приведенные замеры являются относительными замеренными по щупу между приспособлением, установленным на борштанге, и расточкой детали).

После приведения замеров к нулю получим

Л = 0; Н = 0,24; П = 0,50.

Т огда запись полученных замеров будет выглядеть, как показано на рис. 10.7.

Эта запись означает, что ось валопровода относительно масляной расточки смещена влево на 0,25 мм и вниз на 0,01 мм (а масляная расточка относительно ротора смещена вправо на 0,25 мм и вверх на 0,01 мм).

Расчет центровки валопровода, состоящего из трех и более роторов, является сложной прикладной математической задачей. Сложность расчета центровки тем выше, чем больше в валопроводе роторов, так как перемещение любого из подшипников приводит к изменению пространственного положения ротора, который на него опирается, а также к изменению центровки соседних с ним роторов.

При центровке турбоагрегата, имеющего несколько роторов, нельзя решать вопрос исправления центровки по замерам, проведенным только на одной муфте; необходимо иметь данные по центровке всех муфт агрегата и по расположению всех роторов в расточках уплотнений.

Существует несколько методов решения задачи по центровке валопровода в целом.

Наиболее простым из них является графический — метод номограммы. Известно несколько алгоритмов построения номограммы для центровки валопровода; все они дают достаточную точность для первой перекладки роторов. Окончательная подцентровка роторов обычно производится без применения номограммы (методом расчета центровки пары роторов), так как построение номограммы трудоемко.

Рассмотрим один из способов построения номограммы, для чего сделаем несколько допущений.

1. Независимо от требуемых технологических расцентровок роторов считаем, что линия валопровода прямая.

2. Линейные размеры роторов на номограмме уменьшаем в 40...50 раз, а линейные перемещения подшипников увеличиваем в 100 раз (0,01 мм перемещения = 1 мм).

3. Полагаем, что расточки масляных уплотнений находятся на оси подшипников, которые показаны на номограмме как концы отрезков, изображающих роторы.

4. Считаем, что допуск на расположение ротора в масляной расточке, желательный для обеспечения простоты сборки масляных уплотнений, составляет ±0,2 мм (такая величина допуска обеспечивает возможность "выкатывать" и "закатывать" закатные масляные уплотнения без "оживления" ротора, так как по большинству турбин зазор в масляных уплотнениях составляет 0,2...0,3 мм на сторону).

5. Для уменьшения объема расчетов по центровке считаем один из роторов неподвижным и прицентровываем к нему остальные (для трехцилиндровых машин и более обычно считают неподвижным РНД).

В качестве примера рассмотрим построение номограммы для трехцилиндровой турбины (как наиболее распространенной); оно (построение) включает в себя следующие операции.

• Производим расчет перемещения подшипников РСД и РВД в одну сторону от РНД, а расчет перемещения подшипников РГ в другую сторону от РНД. Расчет производится отдельно для вертикальной и горизонтальной плоскостей.

• Наносим на лист миллиметровой бумаги горизонтальную линию и считаем, что это теоретическая линия вала, которую мы должны получить в результате центровки без перемещения РНД; размечаем на ней в масштабе положение подшипников турбины и генератора.

• Размечаем по результатам расчета центровки в выбранном масштабе фактическое расположение роторов относительно теоретической линии валопровода; для этого в местах расположения подшипников в вертикальной плоскости откладываем с обратным знаком расчетные величины перемещения подшипников. Эти точки будут являться точками фактического расположения подшипников на номограмме в рассматриваемой плоскости. Соединив попарно точки фактического расположения подшипников, получаем графическое изображение расположения роторов относительно друг друга.

• Наносим точки расположения центров масляных расточек на полученное расположение роторов и чертим в вертикальной плоскости желаемое поле допусков по масляным расточкам.

В результате построения номограммы мы получили возможность решить вопрос, перемещением каких опор роторов можно произвести исправление оси валопровода и одновременно скорректировать положение оси валопровода относительно оси статора турбины.

Рассмотрим процесс принятия решения на примере центровки роторов турбины Т-110/120–130-5 ТМЗ в вертикальной плоскости, показанной на компьютерной номограмме (рис. 10.8).

На номограмме центровки мы видим горизонтальную прямую, являющуюся первоначальной теоретической линией валопровода, с которой совпадает положение РНД, и положение роторов с масляными расточками подшипников относительно этой линии. Перемещая линию валопровода на плоскости, находим требуемое нам положение валопровода относительно масляных расточек. Величина перемещения подшипников в новое положение валопровода будет равна расстоянию в вертикальном направлении от нового теоретического положения валопровода до опор роторов, изображенных на номограмме. Сделаем ряд выводов.

1. Как видно из номограммы, ни один из вариантов центровки турбины не позволит выставить роторы так, чтобы все расточки масляных уплотнений попали в установленный нами для них допуск.

2. Значительные перемещения первого подшипника от существующего положения нежелательны, так как они приведут к дополнительным работам по перецентровке корпуса масляного насоса (рабочее колесо насоса и импеллер находятся на РВД).

3. Перемещение в вертикальной плоскости заднего подшипника генератора нежелательно в связи с изменением воздушного зазора между РГ и статором генератора и большим объемом работ по изготовлению прокладки под корпус выносного подшипника генератора.

Для принятия решения о центровке валопровода могут использоваться и другие критерии. Предлагаемые в данном случае решения соответствуют конкретному графическому изображению расположения валопровода в вертикальной плоскости относительно масляных расточек.

Внизу номограммы определены необходимые перемещения подшипников для исправления центровки и величины отклонений роторов от центра масляных расточек корпусов подшипников.

Номограмма в горизонтальной плоскости (рис. 10.9), кроме возможности принять решение о центровке, показывает, что во время монтажа детали статора были выставлены несоосно и ни один вариант центровки не позволяет совместить ось валопровода со всеми центрами масляных расточек.

П осле перекладки подшипников производится повторный замер центровки роторов валопровода и положения роторов относительно масляных расточек. Если центровка признается удовлетворительной (несовпадение рассчитанной центровки и фактической не превышает допусков на центровку или близка к ним), то производится пригонка опорных подушек

вкладышей к "постели" расточки с незначительной корректировкой положения роторов без полномасштабного расчета центровки.

Роторы из машины вынимаются, в цилиндры устанавливаются нижние половины деталей проточной части, устанавливается приспособление для центровки деталей статора (калибровый вал, борштанга, оптическая труба или лазерное приспособление). Приспособление выставляется в положение центра ротора относительно масляных расточек, а в соответствии с допусками и поправками на коробление цилиндров производится центровка нижних половин деталей статора.

10.6. РАСЧЕТ ЦЕНТРОВКИ ВАЛОПРОВОДА НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ

В настоящее время для центровки валопровода широко стали применяться программы для персональных компьютеров. Эти программы существенно облегчают процесс принятия решения по центровке валопровода. Но не следует ожидать, что по данным расчета центровки (независимо от объема предварительной информации и количества заложенных критериев для принятия решения) достаточно будет сделать одну перекладку подшипников — и задача будет решена.

Данное утверждение связано с тем, что в процессе эксплуатации турбины все сопрягаемые поверхности (расточки в корпусах подшипников под установку вкладышей подшипников, опорные подушки вкладышей и другие элементы) получают значительные отклонения формы в результате деформаций и повреждений под воздействием температуры и больших динамических нагрузок, которые невозможно учесть в расчетах. Наличие этих дефектов не влияет на работоспособность и надежность турбины, и, следовательно, устранение их экономически не оправдано. В качестве примера можно привести деформацию правильной цилиндрической формы расточки корпуса подшипника в процессе эксплуатации — на работоспособность турбины этот дефект оказывать влияния не будет, а в расчеты перемещений подшипников может внести существенные неточности.

Программа для расчета центровки должна быть как можно проще и позволять техническому руководителю ремонта принимать оперативные решения, исходя из конкретного состояния турбоустановки, не связанные с набором критериев, ограничивающих выбор решений.

Дополнительные возможности программ по центровке валопровода

С появлением программ по центровке появилась возможность их применения не только для решения задачи центровки валопровода в период ремонта, но и для анализа ранее принимавшихся решений по центровке (в предыдущие ремонты), оценке влияния этих решений на эффективность и надежность работы турбины, стало возможным также сравнение расположения валопровода в различных тепловых состояниях турбины.

Для примера предлагается рассмотреть номограммы центровки в вертикальной плоскости турбины К-500-230-2 блока № 9 Рефтинской ГРЭС в период капитального ремонта 1990г. (рис. 10.10, а, б).

Рассмотрим два варианта центровки валопровода.

1. Центровка валопровода после вскрытия турбины (рис 10.10, а). Замер центровки произведен в первую неделю ремонта, до вскрытия цилиндров, когда турбина остыла еще неполностью, а фундамент прогрет до рабочего состояния и с него не сняты нагрузки от перестановочных усилий тепловых расширений.

2. Окончательная центровка валопровода (рис 10.10, б). Замер произведен после ремонта, в процессе которого выполнена ревизия скользящих поверхностей первого и второго стульев, и тем самым с турбины сняты все силы влияния от тепловых расширений на опоры турбины; при этом положение первого стула по высоте не корректировалось.

Анализ номограммы центровки валопропровода, замеренной после останова турбины в ремонт, показывает:

• что для исправления центровки 1-й подшипник турбины необходимо поднять на 3,97 мм и при этом центр масляной расточки будет находиться ниже оси ротора ВД на 3,38 мм, т. е. первый стул турбины будет находиться значительно ниже требуемой оси валопровода;

• 2-й подшипник турбины для исправления центровки необходимо поднять на 0,36 мм и при этом центр масляной расточки будет находиться выше оси ротора ВД на 0,29 мм;

• 3-й подшипник турбины для исправления центровки необходимо поднять на 0,64 мм и при этом центр масляной расточки будет находиться ниже оси ротора СД на 0,32 мм, т. е. (на основании требуемых центровок по двум подшипникам) второй стул стоит с уклоном в сторону генератора по отношению к требуемой оси валопровода;

• 4-й подшипник турбины для исправления центровки необходимо поднять на 0,82 мм и при этом центр масляной расточки будет находиться ниже оси ротора СД на 0,14 мм;

• 5-й подшипник турбины для исправления центровки необходимо поднять на 0,37 мм и при этом центр масляной расточки будет находиться ниже оси ротора НД-I на 0,06 мм, т. е. (на основании требуемых центровок по двум подшипникам) картер подшипников 4—5 стоит с уклоном в сторону регулятора по отношению к требуемой оси валопровода;

Анализ результатов расчета окончательной центровки показывает:

1. Центр масляной расточки 1-го подшипника будет находиться ниже оси ротора ВД на 0,30 мм, т. е. первый стул турбины находится практически в оси валопровода.

2. Центр масляной расточки 2-го подшипника будет находиться ниже оси ротора ВД на 0,30 мм.

3. Центр масляной расточки 3-го подшипника будет находиться ниже оси ротора СД на 0,32 мм, т. е. (на основании требуемых центровок по двум подшипникам) второй стул стоит с уклоном в сторону регулятора по отношению к требуемой оси валопровода.

4. Центр масляной расточки 4-го подшипника будет находиться выше оси ротора СД на 0,05 мм.

5. Центр масляной расточки 5-го подшипника будет находиться ниже оси ротора НД-I на 0,45 мм, т. е. (на основании требуемых центровок по двум подшипникам) картер подшипников 4—5 стоит с уклоном в сторону генератора по отношению к требуемой оси валопровода.

В результате сравнения номограмм центровки турбины можно также сделать вывод о том, что во время ремонта в результате полного остывания турбины, элементов фундамента и разгрузки опор турбины от перестановочных усилий (в процессе ревизии скользящих поверхностей 1-го и 2-го стульев) происходит изменение взаимного расположения узлов турбины.

Компьютерные программы центровки валопровода турбин пригодны для оценки изменения взаимного расположения узлов турбин, происходящего в результате остывания металла турбины и элементов фундамента, а также разгрузки опор турбины от перестановочных усилий.

При наличии проблем с тепловыми расширениями турбин и неудовлетворительного их вибросостояния для качественного определения изменения взаимного расположения узлов турбины и нагрузок на подшипники необходима доработка существующих программ.