Как известно, одним из важных аспектов функционирования любого предприятия, в том числе электростанции, является поддержание работоспособного состояния его основных фондов, в том числе используемых машин и механизмов.
В ряде статей ( [1], [2]) было показано, что одним из наиболее распространенных и эффективных способов определения состояния машин и механизмов является проведение непрерывного мониторинга или же периодических измерений параметров вибрации. По данным таких вибродиагностических исследований можно определить степень износа, и, соответственно, необходимость вывода в ремонт, таких типов оборудования, как генераторы, подшипники, зубчатые передачи, турбины и т.д.
Однако, кроме определения состояния оборудования, данные вибрации могут быть использованы и в случае проведения ремонтных или пуско-наладочных работ. Ярким примером таких работ является проведение балансировки валов энергетических паро- и газотурбинных установок тепловых и атомных электростанций. Основной целью балансировки является устранение повыщенной вибрации оборудования, возникающей от неуравновешенности его вращающихся частей.
Основными причинами дисбаланса обычно являются:
- нарушения симметрии сечений ротора вследствие неточностей механической обработки;
- прогиб ротора;
- неравномерное смещение элементов обмотки ротора.
Несбалансированность может также проявиться после ремонта как следствие правки вала, частичного или полного его перелопачивания, снятия с вала и посадки на вал дисков, полумуфт и других крупных деталей.
Для устранения вибрации в ходе балансировки определяются массы и места установки грузов (корректирующих грузов), которые, будучи установленными, уменьшат неуравновешенность, а следовательно, и амплитуду вибрации ротора. Рассмотрим основные этапы и принципы проведения балансировки подробнее.
Процедура балансировки достаточно подробно описана в обширном ряде источников, однако, с учетом рассматриваемой области применения наибольший интерес представляет [3]. Для проведения балансировки как правило используется оборудование такого же класса, что применяется для проведения периодических виброобследований. Типовой комплект измерительной аппаратуры в данном случае состоит из:
- набора акселерометров, устанавливаемых на опорах вала, используемых для измерения амплитуды вибрации;
- фазометра (таходатчик или стробоскоп), используемого для определения фазы вибрации;
- программно-аппаратного комплекса, производящего обработку данных вибрации, а также необходимые для балансировки расчеты.
Из приведенного выше списка видно, что состав оборудования для проведения балансировки отличается от состава применяемого для стационарного вибромониторинга наличием отметчика фазы.
Таким образом, целесообразно реализовывать в стационарных системах вибромониторинга дополнительный функционал балансировки, что сократит парк используемого оборудования и позволит проводить балансировку персоналом электростанции без привлечения сторонних служб.
Согласно [3], при проведении измерений акселерометры крепятся на опорах вала в трех взаимоперпендикулярных направлениях: вертикальном, горизонтально-поперечном и осевом по отношению к оси вала, однако на практике установкой датчика в осевом направлении зачастую можно пренебречь.
Необходимо отметить, что при балансировке измеряется не только амплитуда, но и фаза вибрации — угол поворота ротора, соответствующий пику амплитуды вибрации. Для измерения фазы вибрации используется схема, показанная на рисунке 1.
Рисунок 1. Измерение фазы вибрации
1 — нулевая отметка (начало отсчета фазы), 2 — стробоскоп, 3 — импульсный датчик, 4 — датчик вибрации, A — амплитуда вибрации, φ — фаза вибрации
В большинстве случаев измерения вибрации при проведении балансировки производятся в режиме, максимально близком к эксплуатационному, при этом частота вращения должна быть достаточно стабильна — ±0,2 Гц [3].
Необходимо отметить, что в зависимости от длины ротора, корректирующие грузы могут устанавливаться в нескольких местах, называемых плоскостями коррекции. Обычно количество плоскостей коррекции совпадает с количеством опор ротора.
Рисунок 2. Пример установки датчиков вибрации и плоскостей коррекции
Далее по формуле(2) определяются значения масс корректирующих грузов и углы их установки:
Далее на балансируемом роторе закрепляют корректирующие грузы и производят контрольный пуск, по результатам которого производится проверка факта нахождения вибрации в допустимых пределах.
В некоторых случаях динамические коэффициенты влияния могут быть известны, например, из опыта предыдущих балансировок или же из справочника. Примером справочника может являться [3], где приводятся динамические коэффициенты влияния для ряда наиболее распространенных турбоагрегатов.
При установке груза, как пробного, так и корректирующего, необходимо контролировать выполнение ряда правил, например:
- соответствие конструкции грузов требованиям завода-изготовителя балансируемого оборудования;
- необходимость обеспечения упора груза в конструктивне элементы ротора, такие как выступ, бурт, бандаж;
- ообеспечение непревышения максимально допустимой массы балансировочных грузов одновременно установленых на агрегате.
Некоторые из наиболее распространенных способов установки корректирующих грузов показаны на рисунке 3.
Рисунок 3. Наиболее распространенные способы установки балансировочных грузов [3]
В случае, если расположение технологических отверстий не позволяет произвести установку корректирующего груза в расчетном местоположении, то с помощью векторной арифметики груз может быть представлен в виде двух грузов, устанавливаемых в местах расположения технологических отверстий.
В ситуации, когда места установки балансировочных грузов не предусмотрены, может быть применено высверливание части материала тела вращения либо приварка грузов.
Таким образом, можно утверждать, что, помимо мониторинга и определения состояния оборудования, данные вибрации можно использовать и в процессе наладки и ремонта оборудования. Наиболее распространённым примером такого применения данных является проведение балансировки валов энергетических паро- и газотурбинных установок тепловых и атомных электростанций, позволяющее устранить повышенную вибрацию, возникшую из-за нарушения симметрии сечений ротора вследствие неточностей механической обработки, прогиба ротора, неравномерного смещения элементов обмотки ротора или других причин.
Процедура балансировки состоит из нескольких пусков, по результатам которых рассчитываются массы и места установки корректирующих грузов. Дополнительным преимуществом использования стационарных систем для проведения балансировки является накопление статистики по данным ДКВ своего парка оборудования, по данным вибрации для проведения многорежимной балансировки.
Список литературы
- Корпий В.Г., Солопов Р.В., Соколов И.Н. Методы и оборудование для определения состояния энергетического оборудования по данным вибродиагностического исследования // ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ЭНЕРГЕТИКА И ЭКОНОМИКА (электроэнергетика, электротехника и теплоэнергетика). Сб трудов XX-ой Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Смоленск. 2023. В 3 т. Т 1. стр. 82-86.
- Солопов Р.В., Кавченков В.П., Соколов И.Н. Аналитический обзор отечественных и зарубежных стандартов вибрационного мониторинга состояния электроэнергетического оборудования // ЭНЕРГЕТИКА, ИНФОРМАТИКА, ИННОВАЦИИ — 2023 (электроэнергетика, электротехника и теплоэнергетика, математическое моделирование и информационные технологии в производстве). Сб. трудов XIII Межд. науч.-техн. конф. Смоленск. 2023. В 3 т. Т 1. стр. 45-49.
- СО 34.30.604-00 Методические указания по балансировке многоопорных валов турбоагрегатов на электростанциях. Российское акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС России» Москва: АО «ВТИ», 2004.
Авторы статьи — И.Н. Соколов, асп.; рук. Р.В.Солопов, к.т.н., доц. (филиал ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. Смоленске) Р.Е. Магидов, асп.; рук. В.В.Рожков, к.т.н., доц. (филиал ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. Смоленске)