Россия, 664050, г.Иркутск, ул.Байкальская,
259. Тел.(3952) 219-681. Факс (3952) 219-709. |
|
Применение современных методов диагностики и организации ремонта гидроагрегата ст.№4 Иркутской ГЭС Потемкин
Павел Васильевич, Кузиванов Вячеслав Иннокентьевич ПРФ "Иркутскэнергоремонт", 219-6-81, E-mail: lvtm@ier.irka.elektra.ru секция: гидравлические станции На примере г/а №4 ИГЭС рассматривается современная организация ремонта и технической диагностики. Представлены применяемые методы диагностики и достижения специалистов лаборатории вибрации. Показаны результаты анализа данных виброисследования г/а. Перед выводом в ремонт г/а №4 лабораторией вибрации ПРФ "ИЭР" 15.09. 99г. и 14.10.99г. и представителями фирмы ОРГРЭС 4-5.11.99г. было проведено его обследование для оценки технического состояния методами вибродиагностики. Основные результаты вибродиагностики технического состояния гидроагрегата перед ремонтом: 1. Дефекты верхнего генераторного подшипника (ВГП): увеличенные масляные зазоры; ослабление жесткости крепления сегментов в корпусе подшипника. 2. Нарушение магнитной формы ротора генератора с возможными причинами: нарушение механической формы ротора из-за ослабления посадочного натяга обода ротора генератора на спицах; витковые замыкания обмоток полюсов ротора генератора. 3. Неуравновешенность валопровода гидроагрегата. Возможные причины: не перпендикулярность зеркала пяты и оси вращения ротора генератора; дефекты фланцевых соединений роторов; механическая неуравновешенность роторов валопровода гидроагрегата; электромагнитная неуравновешенность ротора генератора. 4. Прогрессирующее ухудшение состояния ВГП за период с 15.09.99г. по 14.10.99г. 5. Выявлено наличие предельно допустимого уровня вибрации по размаху низкочастотной вибрации на гармониках и субгармониках оборотной частоты на полке корпуса статора генератора на стыке охладителя №12, связанного с подачей возбуждения на ротор генератора. Источник вибрации - искажение магнитной формы ротора генератора и ослабление жесткости конструкции статора. В отчётах лаборатории вибрации и ОРГРЭС наблюдалось расхождение в методике и оценке механического дисбаланса на роторе генератора. Заключение ОГРЭС дано на основе анализа скоростной характеристики амплитуды вибрации верхнего и нижнего генераторных подшипников при останове г/а. Мы считаем такую оценку недостаточно корректной. Оценка уравновешенности валопровода гидроагрегата, также как балансировка ротора генератора, должна проводиться по величине боя вала в направляющих подшипниках, а не по радиальной вибрации направляющих подшипников. Вибрация подшипника является следствием боя вала и даёт информацию о небалансе в искажённом виде с учетом жесткости опорных конструкций. Вибрационные испытания после ремонта показали наличие дисбаланса ротора генератора. Тогда как проведённые работы не могли внести значительного небаланса на ротор генератора (наши оценки эквивалентного балансировочного груза от переклиновки ротора генератора "40 кг, от снятия возбудителя с вала надставки "5 кг). После останова гидроагрегата в начале капитального ремонта под руководством представителя фирмы ОРГРЭС проведено квалифицированное обследование агрегата с заполнением всех необходимых ремонтных формуляров. Выявлены: 1. Дефекты направляющих подшипников: смятие опорных болтов и поверхностей опорных планок всех сегментов ВГП и 5-ти сегментов НГП; нарушена выставка сегментов ВГП и НГП. На всех сегментах нулевой тангенциальный эксцентриситет, приводивший к нарушению образования устойчивого масляного клина между шейкой вала и сегментами ВГП и НГП; Максимальный износ ВГП и НГП - на 5-ых сегментах. 2. Состояние зеркала пяты: 7-9 класс чистоты (при требуемом 9-ом классе, шероховатость не более 0.32мкм); не перпендикулярность плоскости зеркала диска пяты к оси вращения ротора генератора Е^=0.058мм/м при допуске Е^не более 0,03мм/м ( Инструкция по центровке вертикальных гидроагрегатов, МЭиЭ СССР, Главэнегоремонт,1972г.) 3. Излом во фланцевом соединении вала генератора и вала надставки. Относительное биение верха вала надставки 0,16мм/м. 4. Уклон линии валопровода г/а от вертикального положения. 5. Проверка выполнена по струнам на открытом участке вала от фланцевого соединения вала турбины и вала ротора генератора до крышки турбины. Отклонение низа вала турбины от вертикали в сторону ПБ D=1,5мм и в сторону НБ D=0,27мм. Абсолютное отклонение Dабс=1,52мм. Относительное отклонение на 1метр длины Dотн=0,29мм/м. Норма допуска 0,03мм/м. (Инструкция по центровке вертикальных гидроагрегатов, МЭиЭ СССР, Главэнегоремонт,1972г.) 6. Дефекты ротора генератора: ослаблен натяг обода на спицах ротора; механическая форма ротора генератора нарушена, степень искажения формы ротора 15% при допуске 3%. (РД34.31,305-96, Методические указания по контролю форм ротора и статора гидрогенераторов и оценке симметрии воздушного зазора.). Ниже представлена форма ротора генератора. 7. Состояние статора генератора: нарушено состояние стыков активного железа статора генератора, зазор d =0.5мм на глубину 100мм. Возможные причины: ослабление крепления стыков и, или разрушения паронитовых прокладок в стыках. 8. Форма статора гидрогенератора: форма статора генератора нарушена. Степень искажения формы статора 22 %, допуск 5%. На представлена форма статора генератора, построенная в лаборатории вибрации ПРФ "ИЭР" по данным измерения зазоров между 1-ым полюсом и поверхностью внутренней расточки статора. Данные взяты из Технического заключения ОРГРЭС по предремонтному обследованию узлов и деталей гидрогенератора №4 Иркутской ГЭС Построение выполнено согласно "Методических указаний по контролю форм ротора и статора гидрогенераторов и оценке симметрии воздушного зазора" РД34.31,305-96. 9. Положение ротора в расточке статора генератора: ось вращения ротора генератора смещена в сторону ВБ с минимальными воздушными зазорами в секторе 5-ого сегмента ВГП и НГП. Анализ влияния дефектов, выявленных при ремонте, на вибрационное состояние г/а в процессе эксплуатации показывает: · Общий уровень низкочастотной вибрации на корпусе статоре и подшипниках ротора генератора связан со степенью искажения формы ротора 15%. Гармонический анализ магнитной и механической формы ротора с применением разложения в ряд Фурье, объясняет наблюдаемый спектр низкочастотной вибрации на корпусе статоре и подшипниках ротора генератора. · Смещение оси вращения ротора от оси статора на 1.4мм (величина 1-ой гармоники) с минимальными зазорами в направлении 377 паза (ВБ-ПБ) приводит к одностороннему электромагнитному тяжению ротора к железу статора в данном направлении, совпадающим с положением сегментов №5 ВГП и НГП. Сила одностороннего магнитного тяжения ротора к статору явилась причиной дополнительной нагрузки и повышенного износа сегментов №5 ВГП и НГП с натягом баббита. · Неправильная форма статора при подаче возбуждения на г/г при-водила к повышенному влиянию магнитного поля ротора на активное железо статора в районе пазов №№ 121-202, 323-447. · Фактический уклон линии валопровода г/а представляет смещение вала низа ротора турбины в направлении НБ с соответствующим смещением верха вала ротора генератора в направлении ВБ. Это приводит к дополнительной нагрузке на сегменты №1 ВГП и НГП, но не вызывает серьезных проблем в работе! В период ремонта г/а были выполнены следующие работы: · Устранены дефекты и выставлены необходимые тангенциальные эксцентриситеты в ВГП и НГП. · Устранена не перпендикулярность зеркала пяты и оси вращения ротора генератора в пределах НТД (Инструкция по центровке вертикальных гидроагрегатов, МЭиЭ СССР, Главэнегоремонт,1972г.). · Обеспечена необходимая точность замеров и выставка уклона линии валопровода г/а от вертикали 0.03мм/м, в пределах НТД (Инструкция по центровке вертикальных гидроагрегатов, МЭиЭ СССР, Главэнегоремонт,1972г.). Выставка проведена за счёт перемещения ВГП и НГП в корпусах верхней и нижней крестовин статора генератора. Работы выполнены самостоятельно персоналом маш. цеха ИГЭС. · Уменьшена неравномерность воздушных зазоров между ротором и статором генератора при устранении уклона оси ротора от вертикали перемещением ВГП и НГП. · Проведена переклиновка ротора генератора. Форма ротора после переклиновки имеет степень искажения 7% и не соответствует требованиям "Методических указаний по контролю форм ротора и статора гидрогенераторов и оценке симметрии воздушного зазора" РД34.31,305-96. Норма 3%. · Работы по устранению дефектов стыков активного железа статора генератора не проводились по техническим причинам в связи возможностью повреждения обмотки статора. · Проведены работы по устранению дефектов лопастей рабочего колеса турбины. После окончания ремонта на г/а, по техническим причинам, остались дефекты : · Искажение формы статора 22% (превышает допустимые значения 5%). · Зазоры в стыках статора генератора. · Искажение формы ротора генератора 6%. Возможные проявления остаточных дефектов при работе: повышенный уровень низкочастотной вибрации на статоре генератора со стороны ЛБ и ПБ по направлению малой оси эллипса внутренней расточки статора. После капитального ремонта 11,12.10.2000 г. представителями лаборатории вибрации ПРФ "ИЭР" было произведено обследование гидроагрегата для определения его механического состояния. Измерения на холостом ходу показали необходимость динамической балансировки ротора генератора. В результате балансировки на десятую спицу ротора генератора был установлен балансировочный груз массой 175 кг, что привело к снижению боя вала генератора на режиме холостого хода без возбуждения примерно в два раза и к улучшению вибрационного состояния верхнего генераторного подшипника (верх-ней крестовины) с оценки "удовлетворительно" до оценки "отлично". Балансировка ротора генератора и дальнейший анализ возмущающих сил вибрации проводились на основе построения векторных диаграмм вибрации и боя вала, а также их приращений при смене режимов работы агрегата (Векторный метод применён лабораторией на ГЭС впервые). Анализ вибрационного состояния основных узлов гидроагрегата после ремонта показал, что: 1. В результате ремонта вибрационное состояние агрегата улучшено с оценки "неудовлетворительно" до оценки "хорошо", бой вала во всех точках снижен и не превышает нормы. 2. Анализ вибрации корпуса верхнего генераторного подшипника и боя вала вблизи верхнего и нижнего генераторных подшипников на холостом ходу и на холостом ходу с возбуждением показал, что сила одностороннего магнитного тяжения, вызванная отклонением оси вращения ротора от оси статора, осталась, но в гораздо меньшей степени. Определить направление силы магнитного тяжения, т.е. определить наиболее нагруженный сегмент, по данным вибрации и боя вала очень затруднительно. Для этой цели используется анализ температуры сегментов генераторных подшипников. Температура сегментов №1 обоих подшипников превышает температуру остальных сегментов. Отсюда можно сделать вывод, что ротор генератора смещен относительно оси статора в сторону сегментов №1. 3. Рост вибрации турбинного подшипника с ростом активной нагрузки гидроагрегата (с ростом расхода воды) указывает на наличие гидравлического дисбаланса рабочего колеса, вероятно вызванного неравномерностью зазоров между лопастями рабочего колеса и стенкой камеры рабочего колеса. 4. Уровень низкочастотной вибрации активного железа статора после ремонта остается на значительном уровне. Сопоставление составляющих ряда Фурье, полученных при разложении магнитной формы ротора до и после ремонта, показывает, что спектр низкочастотной вибрации статора обусловлен изменением магнитной формы ротора. 5. По результатам работ на г/а №4 получены вибродиагностические критерии, которые могут быть применены в дальнейшей работе: Измерение боя вала на последних оборотах при выбеге г/а позволило определить, с довольно высокой точностью, линию вала гид-роагрегата не искаженную влиянием электромагнитных, гидравлических и механических возмущающих сил. Сравнение с данными, полученными при провороте ротора краном в конце ремонта, показало, что измерение боя вала на последних оборотах позволяет достаточно точно оценить линию вала. Такое измерение имеет ряд неоспоримых преимуществ: непрерывность вращения, нет погрешности вызванной радиальной составляющей силы, при повороте ротора краном, не зажат нижний подшипник генератора. Построение линии вала по данным ее боя при различных режимах работы г/а позволяет наблюдать ее изменение (деформацию) под действием возмущающих сил и судить о величине и характере этих сил. Выводы по результатам проведения технической диагностики и ремонта: Организация ремонта г/а №4 проведена на достаточно высоком техническом уровне. Проведение вибродиагностических и механических обследований даёт возможность достаточно полно определить объем и вид необходимых работ по ремонту г/а. Квалификация специалистов лаборатории вибрации ПРФ "ИЭР", а также ее техническое оснащение позволяют качественно провести вибрационную диагностику дефектов агрегата перед ремонтом и оценку качества ремонта. Методическая помощь специалистов ОРГРЭС позволила провести дефектацию и оценку состояния узлов и деталей агрегата и ведение технической документации на необходимом уровне и внесла существенный вклад в накопление опыта специалистами лаборатории вибрации ПРФ "ИЭР" и ИГЭС. Методика организации и проведения ремонта, отработанная на данном г/а, должна применяться при проведении ремонтов других г/а ГЭС "Иркутскэнерго". Следует отметить, что на современном этапе вибрационная диагностика является составной частью диагностики агрегата наряду с визуальными осмотрами и инструментальными измерениями. Однако, уже сейчас часть инструментальных измерений можно, если не заменить, то дополнить анализом данных, получаемых во время вибрационных испытаний. Примером может являться построение линии вала по данным его боя на последних оборотах. В дальнейшем, с развитием технического оснащения лаборатории вибрации, станут возможными такие работы, как измерение биения зеркала подпятника при различных режимах работы г/а, оптоэлектронное измерение формы ротора: статической - на ультранизких частотах вращения (сейчас эта работа проводится при помощи измерительных щупов при провороте ротора краном) и динамической - на различных режимах г/а. |
|
Россия, 664050, г.Иркутск, ул.Байкальская,
259. Тел.(3952) 219-681. Факс (3952) 219-709. |
