12.4. Методы нормализации параметров вибрации турбоагрегата
Как показывает анализ причин остановов турбин, около 30 % вынужденных остановов происходит из-за повышенной вибрации, при этом 20 % времени вынужденных простоев уходит на работы, связанные с вибрационной наладкой турбоагрегата [5...7, 125].
Во время ремонта турбоагрегата должны быть проведены работы по устранению и предупреждению причин, вызывающих повышенную вибрацию. Необходимо отметить, что работы по нормализации вибрационного состояния турбоагрегата — это работы по устранению возмущающей силы.
С этой целью в процессе ремонта необходимо выполнить следующие технологические операции:
• восстановление или замену поврежденных деталей роторов и опорной системы;
• центровку роторов по полумуфтам с учетом ее изменений в процессе эксплуатации турбоагрегата;
• обеспечение нормальных зазоров по уплотнениям роторов и в других местах между ротором и статором с целью исключения задеваний и автоколебательных процессов;
• контроль и восстановление формы расточки вкладышей подшипников;
• компенсацию методами балансировки неуравновешенностей, привнесенных в процессе ремонта роторов;
• балансировку роторов, на которых возник дисбаланс в процессе эксплуатации (эрозионный износ, релаксационный прогиб);
• исключение дефектов сопряжения жестких муфт (коленчатости и излома оси, отклонений торцов полумуфт от плоскости);
• восстановление или замену деталей подвижных муфт;
• обеспечение нормальных натягов и зазоров по всем насадным деталям роторов как в радиальном, так и в осевом направлениях;
• обеспечение нормальных натягов и зазоров по подшипникам и другим деталям опорной системы;
• правку и (или) балансировку вала при наличии остаточного прогиба;
• обеспечение чистоты и плотности внутренней полости (центрального отверстия) ротора;
• выполнение мероприятий по нормализации тепловых перемещений (расширений) подвижных корпусов турбин.
Большинство указанных операций рассматривались в разделах, посвященных ремонту соответствующих узлов турбин. В настоящей главе более подробно рассмотрим методы устранения неуравновешенности роторов и их низкочастотной вибрации.
Метод устранения неуравновешенности определяется ее типом. Для классификации различных типов неуравновешенности рассмотрим ротор, показанный на рис. 12.1, а.
Различают три типичных случая неуравновешенности [142].
1. Центры тяжести обеих частей находятся в одной осевой плоскости и по одну сторону от оси вращения (рис. 12.1, б); соответственно, центр тяжести всего тела находится в той же плоскости на некотором расстоянии от оси вращения; такая неуравновешенность называется статической.
2. Центры тяжести обеих частей находятся в одной плоскости, но с разных сторон от оси вращения (рис. 12.1, в) и на таких расстояниях, что центр тяжести всего ротора оказывается на оси вращения; такая неуравновешенность называется динамической. В этом случае ротор будет находиться в равновесии в статических условиях, но при вращении возникает пара центробежных сил.
3
.
В самом общем случае центры тяжести С1
и С2 могут лежать в разных
сечениях и при вращении образуется
система двух центробежных сил Р и
Q (рис. 12.1, г). Здесь
имеет место как статическая, так и
динамическая неуравновешенность.
В зависимости от того, какие силы вызывают неуравновешенность, выбираются методики балансировки.
Для устранения статической неуравновешенности применяется компенсация статического дисбаланса на специальном приспособлении, называемая статической балансировкой. При этом используется свойство неуравновешенного ротора при отсутствии существенного трения на опорных поверхностях устанавливаться тяжелой точкой вниз.
Статической балансировке должны подвергаться диски, на которых выполнялась замена лопаток в том случае, если переоблопачивание происходило на диске, снятом с ротора. Диск надевают на оправку и устанавливают на устройство для балансировки. Обычно используется устройство в виде двух параллельных призм, установленных горизонтально, по которым катается цилиндрическая оправка с насаженной на нее балансируемой деталью (рис. 12.2). Длина рабочей части призм должна быть больше 5 диаметров оправки.
Если диск не уравновешен, то он повернется так, что центр его масс окажется внизу. Для устранения неуравновешенности с противоположной стороны устанавливают балансировочный груз. В отдельных случаях избыток массы может быть снят путем механической обработки диска в зоне центра масс.
Статической балансировке обычно подвергаются насадные детали, длина которых меньше половины диаметра.
Для устранения динамической неуравновешенности или комбинации статической и динамической неуравновешенностей применяют метод динамической балансировки [143, 144]. Динамическая балансировка выполняется на низкооборотном балансировочном станке при скоростях вращения, значительно ниже номинальных. В этом случае ротор уравновешивается как жесткое тело, без учета его возможного прогиба под действием изгибающих моментов при повышении скорости вращения. В ходе динамической балансировки на ротор устанавливается система корректирующих масс, компенсирующих как статическую (симметричную), так и динамическую (кососимметричную) неуравновешенность. При этом используются, как минимум, две плоскости коррекции дисбаланса.
Такая методика дает хорошие результаты при балансировке жестких роторов. Для гибких роторов она применяется как предварительная, с целью исключения чрезмерных дисбалансов. Динамическая балансировка гибких роторов на станке выполняется обычно при переоблопачивании ротора турбины, перемотке ротора генератора и при перенасадке насадных деталей ротора. После балансировки на станке гибкие роторы должны быть отбалансированы при номинальной частоте вращения.
Б
алансировка
ротора при номинальной частоте вращения
выполняется на месте его работы в
собственных подшипниках или на специальном
разгонно-балансировочном станке. Такие
станки имеются на заводах — изготовителях
турбин и позволяют отбалансировать
ротор во всем диапазоне возможных частот
вращения. Балансировка на
разгонно-балансировочном станке может
быть целесообразна при выполнении
большого объема работ по замене деталей
ротора.
Балансировка ротора на разгонно-балансировочном станке не исключает необходимости балансировки в собственных подшипниках валопровода в целом (на ТЭС).
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рис. 12.2. Статическая балансировка на призмах:
а — диск на оправке; б — разметка дика
Динамическая балансировка валопровода в собственных подшипниках сводится к подбору по определенной методике массы балансировочных (уравновешивающих) грузов и места их расположения. При этом, как правило, оказывается необходимым произвести несколько пробных пусков турбины с разворотом валопровода до номинальной частоты вращения. Разработанные методики балансировки в собственных подшипниках позволяют свести необходимое число пробных пусков к минимуму. Иногда оказывается необходимым всего один пробный пуск, в течение которого измеряется вибрация в различных точках турбоагрегата и по этим данным (по значениям амплитуд и фаз измеренной вибрации) оказывается возможным установить массу и расположение необходимых уравновешивающих грузов.
Качество балансировки роторов является одним из главных факторов, определяющих нормальное вибрационное состояние турбоагрегата в эксплуатации.
Таким образом, предупреждение неуравновешенности роторов при ремонте турбины включает в себя:
• статическую балансировку насаживаемых деталей;
• развеску рабочих лопаток при переоблопачивании рабочих колес и пальцев при замене муфт или их деталей;
• измерение боя ротора при насадке крупных деталей;
• балансировку роторов на станке;
• балансировку валопровода турбоагрегата в собственных подшипниках. Необходимо отметить, что при пуске и опробовании турбоагрегата после ремонта, во
время которого выполнялись работы по снятию—посадке насадных деталей, до начала балансировки целесообразно выполнить разгон ротора до частоты вращения, при которой произойдет освобождение насадных деталей (например, до частоты срабатывания бойков автомата безопасности).
Кроме устранения неуравновешенности целесообразно рассмотреть мероприятия по профилактике и устранению низкочастотной вибрации в период ремонта турбины, которые включают в себя:
• проверку и восстановление формы расточки вкладышей подшипников;
• устранение перекосов осей вкладышей подшипников по отношению к оси ротора, при этом остающиеся перекосы не должны превышать 0,2 мм/м;
• проверку и восстановление номинальных осевых зазоров в бандажных уплотнениях;
• центровку роторов по полумуфтам с учетом эксплуатационных перемещений подшипников;
• центровку роторов по радиальным уплотнениям с учетом относительных перемещений их осей при нагружении турбины;
• проверку и устранение дефектов подвижных муфт.
Кроме того, для повышения запаса устойчивости к НЧВ могут быть выполнены реконструкции ряда узлов турбины:
• применение опорных подшипников специальных конструкций с повышенным запасом устойчивости (с лимонной расточкой, с подачей масла непосредственно перед клином, двухклиновых, сегментных);
• изменение порядка открытия клапанов для создания благоприятного направления неуравновешенного парового усилия;
• изменение конструкции уплотнений для уменьшения сил "парового" возбуждения.
В некоторых случаях для устранения вибрации могут быть применены специальные устройства — динамические гасители вибрации (виброгасители). Они представляют собой упругомассовую систему, колебания которой компенсируют силы, вызывающие вибрацию объекта. При этом необходимо учитывать, что установка виброгасителя изменяет динамические свойства объекта и гашение вибрации достигается только на одной частоте, на которую настроен виброгаситель.