Опыт восстановления работоспособности роторов с остаточным погибом

Опыт восстановления работоспособности роторов с остаточным погибом

Шкляров М. И., Суханов Н. П., Лебедько Н.С, инженеры, Егоров Н. П., канд. техн. наук, КуменкоА.И., доктор техн. наук

ОАО "Силовые машины", филиал "ЛМЗ", СКБ "Турбина" - ОАО "Силовые машины"

Одним из наиболее распространенных повреж­дений роторов является остаточный погиб (или просто - погиб), причин появления которого не­сколько, например:

• попадание на горячий ротор воды из системы парораспределения или из трубопроводов тепло­обменников;
• сильные задевания ротора об элементы статора;
• неравномерность ползучести стали в окруж­ном направлении в зоне высоких температур рото­ра (прежде всего зона регулирующей ступени и первых ступеней РВД и РСД турбины).

Вследст­вие этого на работающей турбине имеющиеся остаточные погибы роторов со временем увеличи­ваются.

В период ремонта восстановить работоспособ­ность погнутых роторов можно двумя путями:

1. Отправить ротор на завод, где погиб будетвыправлен, а ротор отбалансирован.
2. По специальной опытно-расчетной методике ЛМЗ отремонтировать и отбалансировать ротор по
   месту эксплуатации на низкооборотном баланси­ровочном станке под руководством заводских спе­
   циалистов и запустить его в эксплуатацию. Мето­дика позволяет приостановить дальнейшее увели­
   чение погиба во время эксплуатации турбоагрегата и дает хорошие результаты как для роторов с
   остаточным погибом, так и без погиба, но со сро­ком эксплуатации более 10 лет (после двух капре-
   монтов).

Вместе с тем, как показывает опыт, можно оставлять в эксплуатации роторы, имеющие оста­точные погибы с максимальным радиальным бие­нием не более 0,1 мм при условии, что вибрация на опорах этого ротора не превышает 3 мм/с. Это необходимо для того, чтобы иметь запас по вибра­ции на случай увеличения погиба, что гарантирует безаварийную работу турбины до ближайшего ка­питального ремонта. При большем уровне вибра­ции следует выполнить указанную специальную балансировку.

Практикой установлено, что охлаждение рото­ра в зоне высоких температур паром предотвраща­ет ползучесть, с этой целью на ЛМЗ разработаны проекты систем охлаждения роторов.

Необходимо отметить, что другие причины по­явления погиба должны быть определены и устранены, в противном случае погиб будет увеличива­ться или появляться вновь.

Суть используемой при балансировке погну­тых роторов опытно-расчетной методики ЛМЗ с использованием низкооборотного станка резонан­сного типа состоит в следующем.

На первом этапе балансировки обеспечивается минимальный уровень динамических реакций за счет установки балансировочных грузов не только в штатные балансировочные плоскости, но и в до­полнительные, используя для этого разгрузочные отверстия дисков, а также полумуфты, что позво­ляет уменьшить до требуемого предела и моментную неуравновешенность, являющуюся в данном случае важной составляющей. На этом этапе устраняется неуравновешенность, вызываемая экс­центриситетом масс ротора вследствие его погиба.

Центробежную силу (ЦБС) от суммарной неу­равновешенности (остаточной, которая была до погиба, и дополнительной от погиба) можно вы­числить, используя вибрационные измерения при­бором типа "Вибропорт" или другими современ­ными приборами. В первом приближении эти ЦБС можно считать равными реакциям опор. Далее рассчитываются величины уравновешивающих грузов. Для надежности вычислений используют­ся также данные вибрации на умеренных частотах вращения, когда погнутый ротор можно считать как абсолютно жесткий.

На этом этапе разнос грузов по длине ротора осуществляется в основном в соответствии с экс­центриситетом масс и с учетом формы колебаний на рабочей частоте вращения, чтобы работа сил от неуравновешенности и компенсирующих грузов по этой форме была бы равна или близка нулю.

Следует отметить, что если не устранять моментную неуравновешенность, то при прочих рав­ных условиях (устранен технологический неба­ланс, одинаково влияние режимных факторов и т.д.) не будут устранены напряжения, определяю­щие развитие остаточного погиба.

В период второго этапа балансировки, когда остаточная неуравновешенность от погиба ротора становится соизмеримой с обычным технологиче­ским небалансом, добиваются того, чтобы она на­ходилась в плоскости погиба, а по величине удов­летворяла следующим требованиям: в крайних плоскостях ротора (на 1/3 длины ротора от цапф) 2C/G<1%; в средней части ротора 2C/G<5% (С - приведенная центробежная сила от остаточ­ной неуравновешенности, G - масса ротора).

Это идеальное, с практической точки зрения, решение задачи балансировки для симметричных роторов. Для других роторов эти соотношения корректируются, исходя из формы колебаний ро­тора и распределения его массы. На этом этапе ре­шаются две задачи:

балансируем ротор по возможности поэлемен­тно, выполняя требования к  низкочастотной ба­лансировке;

минимизируем моментную неуравновешен­ность, что раньше не выполнялось.

На последнем этапе предусматривается уста­новка системы "антибалансировочных" грузов с целью получения напряжений в месте максималь­ного погиба не более 50 кгс/см² обратного знака по сравнению с первоначальными. Положение "антибалансировочных" грузов по отношению к направлению погиба определяется динамическим состоянием ротора с остаточным погибом на рабо­чей частоте вращения. Кроме того, оно зависит от положения рабочей частоты вращения по отноше­нию к критическим частотам.

Теория и технология устранения остаточного погиба ротора изложены в [1].

Методика правки разработана с учетом знания свойств металла, теплофизических процессов и теории релаксации напряжений при высоких тем­пературах, поскольку от остаточных напряжений зависят скорости ползучести и темп изменения по­гиба.

Технологический процесс в основном состоит из следующих частей:

• вскрытие цилиндра;
• на полностью остывшей турбине выполняются замеры радиальных боев по шейкам  
• роторов, а также между дисками, в зонах переднего и заднего концевых уплотнений -  
• по наружному диаметру полумуфт;
• выполняются замеры торцевых боев полу­муфт;
• на основании полученных результатов по раз­работанной программе производится соответству­ющий расчет масс и мест расположения корректи­рующих грузов;
• выполняется подготовка станционного балан­сировочного станка;
• согласно методике выполняется балансировка ротора на низкооборотном станке резонансного типа с точностью 10 г на диаметре установки ба­лансировочного груза;
• изготавливаются балансировочные грузы рас­четной величины в виде втулок;
• балансировочные грузы устанавливаются в разгрузочные отверстия дисков со стороны подво­да пара и завальцовываются с противоположной стороны;
• увеличиваются радиальные зазоры в проточ­ной части цилиндра относительно заводских фор­мулярных значений (обычно увеличение радиаль­ных зазоров по гребням уплотнений соответствует величине радиального боя ротора в этом сечении при условии, что ротор не протачивали в районах уплотнения, а также он не протачивался на токар­ном станке по шейкам со сдвигом оси вращения в сторону погиба);
• производится пришабривание торцевых повер­хностей полумуфт или их проточка с точностью не более 0,02 мм;
• выполняется спаривание полумуфт на четырех -шести технологических болтах;
• проверяется "коленчатость" спаривания;
• выполняется "маятниковая" проверка спарива­ния роторов, при этом величина радиального боя свободно вывешенного конца ротора не должна превышать 0,10-$£^мм;
• выполняется точная мехобработка свободных отверстий муфты;
• изготавливаются новые соединительные бол­ты, развешиваются попарно и устанавливаются в муфту, затягиваются, и затем повторно проверяет­ся качество спаривания;
• технологические болты удаляются, и выполня­ются работы аналогично предыдущему пункту кроме проверки повторного спаривания;
• до установки ротора в цилиндр проверяется ве­личина натяга заглушек, устанавливаемых в цент­ральный канал;
• в процессе пуска проверяется работоспособ­ность турбины на всех тепловых режимах, ^ro-upcF грамме, согласованной со специалистами ГРЭС-й утвержденной главным инженером;
• обязательно измеряются АФЧХ опор и ротора турбоагрегата при прохождении критических чи­сел оборотов как при пуске, так и при останове;
• через две недели производится повторная про­верка вибрации турбоагрегата.

Необходимо организовать достаточный сервис­ный контроль за поведением погнутых роторов в процессе эксплуатации. В связи с этим предлага­ется:

• осуществлять постоянный контроль за показа­ниями датчика искривления ротора и ежедневно записывать их в оперативный журнал. При появле­нии изменения показаний необходимо поставить в известность специалистов ЛМЗ;
• на пусках тщательно и равномерно прогревать проточную часть и при этом стремиться к минима­льной разнице температур в контрольных точках. В связи с повышенным уровнем боя ротора из-за искривления имеют место кинематические пере­мещения сечений ротора, и опасность задеваний увеличивается;
• желательно один раз в год при работе на ВПУ контролировать величину погиба ротора по инди­катору часового типа в районе каминных уплотне­ний. При этом производится поверка "маятника"РВД и его сравнение с первоначальным как по ве­личине, так и по угловому положению;
• перед остановом турбины необходимо изме­рить вибрацию первых четырех опор при макси­мальной нагрузке и на холостом ходу, а также как минимум АФЧХ первых четырех опор в вертика­льном направлении при выбеге турбоагрегата.

После остановки, примерно после получасо­вой работы на ВПУ, необходимо повторить пуск блока до холостого хода с замером вибрации и АФЧХ при подъеме оборотов и на выбеге.

Опыт правки погнутых роторов, практически реализованный специалистами ЛМЗ на 25 роторах паровых турбин различной мощности от 25 до 800 МВт и на трех роторах ГТ-100-ЗМ, показыва­ет, что в большинстве случаев погибы роторов по­степенно выправляются, а на отдельных роторах величина погиба не изменяется, при этом не было отмечено ни одного случая увеличения погиба ро­тора, отбалансированного по методике ЛМЗ.

При коррекции грузов можно упрощать про­цесс балансировки, используя рекомендации [2].

Расчетный анализ вынужденных колебаний ро­тора в валопроводе по методу МЭИ [3] позволяет подобрать оптимальные размеры грузов для ком­пенсации погибов различной формы, минимиза­ции динамических нагрузок и остаточных вибра­ций в опорах погнутого ротора. Задача ставится таким образом, чтобы при приближении к рабочей частоте система грузов максимально выпрямила ротор с минимальными суммарными остаточными дисбалансами и кинематическими возмущениями.

Примеры. 1. РВД турбины ПТ-65-130 ст. № 11 Омской ТЭЦ-3. Максимальный радиальный бой составил 0,73 мм перед третьей ступенью. Ро­тор был отбалансирован по методике ЛМЗ на низ­кооборотном балансировочном станке резонанс­ного типа, при этом было установлено девять ба­лансировочных грузов общей массой 2500 г. Через 3 года эксплуатации максимальный радиальный бой ротора уменьшился на 0,20 мм. Ротор был снова отбалансирован на станке, часть балансиро вочных грузов снята, а турбина успешно эксплуа­тируется до сих пор.

2. РВД турбины ПТ-65-130 ст. № 1 Западно-Сибирской ТЭЦ. Остаточный погиб характеризо­вался максимальным радиальным боем в 1,22 мм перед регулирующей ступенью.

На токарном стане были проточены:

шейки ротора со сдвигом оси вращения в сто­рону погиба; максимальный радиальный бой в проточной части уменьшен до 0,73 мм;

радиальная поверхность полумуфты относите­льно новой оси вращения;

торцевая поверхность полумуфты относитель­но новой оси вращения.

По методике ЛМЗ ротор был отбалансирован на низкооборотном балансировочном станке резо­нансного типа с использованием прибора "Вибро-порт-41". Установлено 14 балансировочных грузов общей массой 3700 г. На холостом ходу вибрация на первых трех подшипниках не превышала 1,5 мм/с. Через 3 мес эксплуатации максимальный радиальный бой ротора уменьшился на 0,40 мм. Ротор был снова отбалансирован на станке, боль­шая часть балансировочных грузов снята. Турбина находится в эксплуатации.

Необходимо отметить, что приведенные сведе­ния не являются самой методикой ремонта и ба­лансировки погнутых роторов, так как в них изло­жены только общие принципы и подходы к проб­лемам восстановления работоспособности погну­тых роторов.

Список литературы

• 1. Пат. 2079671 (РФ). Способ правки роторов паровых и га­
  зовых турбин / Шкляров М. И., Кубарев В. Г., Шило-
  вич Н. Н.
• 2. Пат. 1625077 (РФ). Способы компенсации неуравнове­
  шенных сил валопровода / Шкляров М. И., Суханов Н. П.,
  Блинков Е. В.
• 3. Куменко А. И. Совершенствование расчетно-эксперимента-
  льных методов исследования динамических характеристик
  турбоагрегатов и их элементов. Автореф. дис. на соиск.
  учен, степени доктора техн. наук. М.: МЭИ, 1999.

Коллеги предлагаем обсудить статью. Будем рады узнать Ваше мнение и поделимся своим.