12.3. Основные дефекты, влияющие на изменение вибрационного состояния турбины, и их признаки

Анализ вибросостояния турбоагрегата позволяет выявить наличие и развитие многих характерных дефектов и на основе этого определить узлы турбины, требующие ремонта.

Такая диагностика дефектов осложняется тем, что многие дефекты имеют схожие проявления, а в ряде случаев один и тот же дефект может проявляться по разному. Для достоверного определения дефекта необходимо знать комбинацию присущих ему проявлений (признаков).

В этом разделе более подробно будут рассмотрены характерные диагностические признаки наиболее часто встречающихся дефектов турбин. К ним относятся [12, 15, 19, 60, 122...125, 128...141]:

1) дисбаланс ротора,

2) прогиб ротора,

3) нарушение геометрии шеек ротора,

4) дефекты баббитовой расточки подшипников,

5) неудовлетворительное состояние упорного подшипника,

6) дефекты сопряжения муфт,

7) расцентровка опор,

8) задевания в проточной части,

9) стесненность тепловых расширений цилиндров,

10) ослабление соединения опоры и фундамента,

11) поперечная трещина ротора.

12.3.1. Дисбаланс ротора

Дисбаланс ротора является наиболее распространенной причиной повышенной вибрации. Дисбаланс возникает в процессе эксплуатации и ремонта турбин из-за поломок рабочих лопаток и бандажных связей, отложения солей и эрозионного износа лопаток, попадания масла в осевой канал ротора, некачественной балансировки и ряда других причин.

Основное влияние дисбаланса на вибрацию ротора оказывают центробежные силы, создающие вынужденные колебания ротора с частотой его вращения; при этом величина виброскорости пропорциональна дисбалансу.

Проявления дисбаланса роторов состоят в следующем:

• уровень вибрации зависит от частоты вращения ротора и не зависит от нагрузки турбины;

• основная гармоника в спектре вибрации оборотная (1), в фоновом спектре дополнительно имеются высокие гармоники (2 и выше);

• при прохождении 1-й критической частоты вращения ротора происходит увеличение оборотной (l) составляющей вибрации, фаза колебаний при проходе критики имеет крутой поворот на 160...180 град;

• при симметричном дисбалансе после прохода критики амплитуда оборотной (1ω) составляющей вибрации резко снижается, и фаза вторично поворачивает на 90... 180 град;

• при кососимметричном дисбалансе наблюдается наибольшая интенсивность противофазных колебаний опор данного ротора.

В большинстве случаев величина вертикальной и осевой вибрации в 1,5...3,0 раза выше величины поперечной вибрации.

При возникновении эксплуатационной разбалансировки ротора вследствие отложения солей и эрозионного износа лопаток ухудшение вибросостояния происходит в течение длительного времени.

При возникновении внезапной разбалансировки ротора вследствие поломки лопатки, ее части или бандажной связи кроме общих признаков, присущих дисбалансу, наблюдаются также некоторые дополнительные признаки. Изменение уровня вибрации происходит скачкообразно. Слышны акустические удары в проточной части. В большинстве случаев наблюдается рост температуры подшипников (на том роторе, где небаланс) и увеличение осевого сдвига ротора. При вылете лопатки в ЦНД обычно происходит увеличение жесткости конденсата (из-за разрушения трубок конденсатора). При вылете больших масс наблюдается сокращение длительности выбега ротора во время останова.

При возникновении дисбаланса из-за попадания масла в осевую расточку ротора отмечен ряд особенностей поведения турбины.

При быстром прогреве ротора, имеющего масло в осевом канале, происходит захолаживание поверхности ротора вследствие испарения масла и при определенных нагрузках возникает тепловой прогиб ротора из-за неравномерного нагрева поверхности; при этом происходит резкое увеличение вибрации подшипников. В большинстве случаев уровень вибрации ротора изменяется с его температурой, после стабилизации температурного состояния ротора уровень вибрации снижается, в некоторых случаях наблюдается плавное нарастание амплитуды вибрации на 20...30 мкм за 1,0...1,5 часа при неизменном режиме турбины. При наборе частоты вращения ротора с маслом увеличивается динамический прогиб вала и возникает дисбаланс, при выбеге ротор прогибается. Основная гармоника в спектре оборотная, значения амплитуды и фазы вибрации не повторяются от пуска к пуску. Фаза дисбаланса плывет при изменении частоты вращения ротора

При вращении ротора на малых оборотах отсутствуют дисбаланс и тепловой прогиб (масло не вращается вместе с ротором и равномерно захолаживает поверхность ротора). При длительном прогреве ротора на малых оборотах масло испаряется, и затем ротор не имеет никаких отклонений.

Пригар масла в осевом канале ротора возникает в случае быстрого прогрева турбоагрегата, имеющего масло в осевом канале ротора, после длительного останова (чаще всего происходит на роторах высокого и среднего давления). Пригар масла проявляется в наличии теплового прогиба ротора при прогреве на пуске и на рабочих частотах вращения.

В некоторых случаях после снятия и насадки насадных деталей может наблюдаться освобождение насадных деталей при их нагреве. Причиной может быть малая величина натяга при посадке детали. В этом случае наблюдаются нестабильность амплитуды и фазы вибрации на рабочих частотах вращения, при снижении частоты вращения они (амплитуда и фаза) стабилизируются. Величины амплитуды и фазы могут изменяться от пуска к пуску. Уровень вибрации резко возрастает при увеличении температуры пара на уплотнения; при ее снижении вибрация снижается до прежнего уровня. Основная составляющая в спектре — вибрация оборотной частоты. Происходит изменение величины балансировочных "коэффициентов чувствительности".

Еще одной причиной дисбаланса может быть выпадение пробки из осевого канала ротора. При этом дисбаланс располагается, как правило, в районе муфты, так как груз находится внутри муфты. В момент выпадения пробки может наблюдаться скачок уровня вибрации. Вибрация в основном оборотная, а фаза вибрации изменяется от пуска к пуску, так как пробка перемещается в полумуфте.