Вибрационное состояние турбоагрегата

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 10Следующая ⇒

Надежность и безопасность работы турбины в значительной мере определяются уровнем вибрации агрегата. Вибрационное состояние турбины зависит от качества изготовления, тщательности монтажа и уровня эксплуатации оборудования. Повышенная вибрация является источником различных неполадок в работе оборудования и даже серьезных аварий. Следствием повышенной вибрации в первую очередь является нарушение масляного клина подшипников, образование зон сухого трения, повышения температуры баббита вкладышей, задиры и выплавления. Кроме того, вибрация отрицательно воздействует на организм обслуживающего персонала.

Все эти обстоятельства предъявляют весьма жесткие требования к нормированию уровня вибрации. Эти требования подробно изложены в ОПЭАС. Вибрация должна измеряться при вводе турбоагрегата в эксплуатацию, перед выводом в капитальный ремонт и после него, и периодически один раз в три месяца, а также при заметном повышении вибрации подшипников.

Следует иметь в виду, что вибрация измеряется на корпусе подшипника, а для турбоагрегата важна вибрация вала, которая и вызывает вибрацию корпуса подшипника. Подшипник обладает, как и всякая система, своими вибрационными характеристиками. Поэтому реакция корпуса подшипника на воздействие на него со стороны ротора может быть самой различной. К примеру, вертикальное перемещение вала может в 4 – 10 раз превышать перемещение подшипника, а горизонтальное перемещение вала может превосходить аналогичное перемещение корпуса подшипника в 8 – 15 раз. С учетом разницы в смещениях шейки вала и корпусов подшипников формируются допуски уровня вибрации.

Основные причины, вызывающие возникновение вибрации агрегата, следующие:

- динамическая неуравновешенность роторов;

- нарушение центровки роторов;

- ослабление жесткости системы;

- работа в области резонансной частоты вращения;

- появление возмущающих сил электромагнитного происхождения;

- появление гидродинамических сил в подшипниках и газодинамических сил в проточной части турбины, вызывающих низкочастотную вибрацию.

Причинами возникновения динамической неуравновешенности роторов турбин и генераторов могут быть обрыв лопаток и бандажей, разрушение дисков, некачественная балансировка при перелопачивании роторов и перемотке роторов генераторов и т. д.

Центровка роторов может нарушиться вследствие некачественного монтажа, износа опорных подшипников, неправильного термического расширения корпусов, заклинивания корпусов подшипников или цилиндров на шпонках, одностороннего нагрева фундамента турбины и др.

Возмущающие электромагнитные силы являются следствием нарушения электромагнитной симметрии генератора и существенно зависят от электрической нагрузки. На холостом ходу при снятом возбуждении эти силы отсутствуют, что позволяет легко отличить их от возмущающих сил, вызванных механическими причинами.

По частоте колебаний вибрацию подразделяют на:

- вибрацию оборотной частоты;

- высокочастотную вибрацию;

- низкочастотную вибрацию.

При работе турбины возникает вибрация валопровода, а точнее всей системы турбоагрегат - фундамент. В спектре колебаний ее наибольшую амплитуду имеет, как правило, гармоника, частота которой равна частоте вращения. В этом случае колебания называют вибрацией оборотной частоты. Вибрация имеет две основные причины - неуравновешенность ротора и расцентровка валопровода, вызванную смещением или изломом роторов, соединяемых муфтой и прогибы вала.

Высокочастотными вибрациями называются вибрации с частотой, вдвое превышающей частоту вращения ротора. Вибрация двойной оборотной частоты возникает из-за несовпадения центров тяжести отдельных сечений валопровода с линией, вокруг которой происходит его вращение.

Рис.4.2

Представим себе для простоты однодисковый ротор, сечение вала которого не имеет осевой симметрии (например, форму эллипса). Если в некоторый момент времени сечение расположено так, что большая ось эллипса расположена вертикально (поз. б), то под действием силы веса ротор получит прогиб у₁. Если теперь повернуть ротор на 90°, то сопротивление сечения ротора изгибу уменьшится, и поэтому под действием того же веса прогиб возрастет до величины у₂. Если ротор повернуть дальше на 90°, то прогиб ротора опять уменьшится и т. д. Таким образом, при вращении ротор будет иметь вертикальные перемещения вала, то есть вибрацию. Частота этой вибрации будет в два раза превышать частоту вращения ротора, поскольку за один оборот ротор будет совершать два колебания.

Такие колебания никак не связаны с неуравновешенностью ротора и их невозможно, поэтому устранить балансировкой. Необходимым и достаточным условием для их появления является несимметрия сечения вала. При вращении ротора с несимметричным сечением возникает периодическая сила с частотой 2w.

Основным источником вибрации двойной оборотной частоты является электрический генератор, в частности, для турбин с частотой вращения 50 1/с. Такой генератор имеет два полюса, то есть две обмотки, расположенные на противоположных сторонах ротора. Поэтому сопротивление ротора различно в разных плоскостях. Четырехполюсные генераторы, приводимые тихоходными турбинами с частотой вращения 25 1/с, имеют более симметричный ротор и менее подвержены высокочастотной вибрации.

Рис.4.3

1. ротор двухполюсного генератора на n = 3000 об/мин;

2. ротор четырехполюсного генератора на n = 1500 об/мин.

Наиболее опасной считается низкочастотная вибрация, обусловленная потерей устойчивости вала на масляной пленке. Эти колебания, имеющие частоту, равную примерно половине оборотной частоты вращения ротора, относятся к разряду автоколебаний и вызываются гидродинамическими силами, возникающими в масляном клине подшипников, и газодинамическими силами, действующими в проточной части и уплотнениях турбины.

Масляная вибрация возникает при чрезмерном всплытии шейки вала на масляном клине, величина которого зависит от вязкости масла, частоты вращения, удельного давления шейки вала на вкладыш и формы расточки вкладыша подшипника. Повышение вязкости масла, увеличение числа оборотов и снижение удельной нагрузки на подшипник способствуют возникновению низкочастотной вибрации.

Гидродинамические силы, возникающие в проточной части и вызывающие низкочастотную вибрацию проявляются, как правило, при применении соплового парораспределения и являются следствием нарушения последовательности открытия регулирующих клапанов.

Для предотвращения низкочастотной вибрации используются специальные виброустойчивые (например, сегментные) подшипники и специальные периферийные уплотнения ступеней.

Низкочастотная вибрация характерна в первую очередь для турбин ТЭС высоких и сверхкритических параметров.

Если низшая критическая частота вращения меньше рабочей частоты ротор считается гибким. Если низшая критическая частота вращения больше рабочей частоты ротор считается жестким. При пуске турбины гибкий ротор проходит одну или несколько резонансных зон, поэтому разворот турбины должен осуществляться достаточно быстро во избежание развития вибрации.

В паровых турбинах АЭС цельнокованые роторы, как правило, являются гибкими из-за большой длины и массы, а сварные роторы - жесткими. В вибрационном отношении жесткие роторы работают спокойнее.

6.4 Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к конструкции рабочих лопаток?

2. Какие факторы определяют конструкцию хвостового соединения рабочих лопаток?

3. Хвостовые соединения, какого типа используют заводы ХТГЗ и ЛМЗ?

4. Каково назначение бандажа лопаточного аппарата?

5. Какие факторы определяют вибрационное состояние рабочих лопаток?

6. Назовите причины появления возмущающих сил в проточной части турбины.

7. Почему перевязка лопаток в пакеты снижает уровень их вибрации?

8. Назовите отрицательные последствия повышенной вибрации.

9. Назовите основные причины, вызывающие возникновение вибрации агрегата.

10. Какие причины вызывают вибрацию оборотной частоты?

11. Какие причины вызывают высокочастотную вибрацию?

12. Какие причины вызывают низкочастотную вибрацию?

13. Какой характерный признак имеет вибрация, связанная с плохой балансировкой?

14. Почему ротор, неравномерно нагретый по сечению, вибрирует?

15. Почему значительные задевания в проточной части турбины вызывают ее интенсивную вибрацию?

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒