Разработка расчетно-экспериментальных методов центрирования опорных подшипников роторных систем для обеспечения их надежности при статических и динамических воздействиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат технических наук Тарадай, Дмитрий Вадимович

• Тарадай, Дмитрий Вадимович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тарадай, Дмитрий Вадимович

Введение.

1. Постановка задачи.

2. Методы и средства исследования расцентровок подшипников турбоагрегатов.

2.1. Экспериментальные методы определения деформации фундаментов на примере паротурбинной установки

Т-150-7.7+ТПФ-160-2 Северо-Западной ТЭЦ г.Санкг-Петербурга.

2.2. Деформации фундамента турбоагрегата

Т-150-7.7+ТПФ-160-2 Северо-Западной ТЭЦ г.Санкг-Петербурга.

2.3. Экспериментальные методы определения деформации опорной части фундамента при изменении эксплуатационных режимов турбоагрегата Т-150-7.7+ТПФ-160

Северо-Западной ТЭЦ г.Санкт-Петербурга.

3. Метод решения прямой задачи центровки валопровода.

3.1. Определение силовых и деформационных параметров

I валопровода модели турбины К-200-130 JIM3.

3.2. Использование прямой задачи центровки роторов.

4. Экспериментальные методы определения статических реакций опор валопровода.

4.1. Определение реакций опор с помощью гидравлических домкратов.

4.2. Определение силы трения в уплотнении поршня силоизмерительного домкрата.

4.3. Экспериментальные методы определения опорных нагрузок на стендовой установке ВТИ.

4.4. Экспериментальные методы определения опорных нагрузок на паротурбинном агрегате Северо-Западной ТЭЦ j г.Санкт-Петербурга.

5. Решение обратной задачи применительно к стендовой

- установке ВТИ.

5.1. Расчетно-экспериментальное определение матрицы жесткости.

5.2. Применение метода сингулярных разложений.

5.3. Внедрение технологии центровки валопровода по измеренным реакциям опорных подшипников.

6. Методы и средства сборки муфтовых соединений роторов турбоагрегатов с помощью гидрофицированной техники.

6.1. Сборка муфт турбоагрегатов с помощью конусных шпилек и втулок и гидравлической вытяжки крепежа.

6.2. Определение количества конусных шпилек, установленных на конусных втулках и величины вытяжки крепежа на примере турбоагрегата Т-150-7.7+ТПФ-160-2.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка расчетно-экспериментальных методов центрирования опорных подшипников роторных систем для обеспечения их надежности при статических и динамических воздействиях»

Ужесточение норм на вибрацию подшипников повышает требования к качеству изготовления, монтажа и эксплуатации турбоагрегатов на электростанциях.

Одним из важных критериев надежной работы валопроводов турбоагрегатов является сцентрированность опорных подшипников относительно линии весового прогиба, связанная с неравномерным перемещением опор при эксплуатации. Известны случаи мгновенно развивающихся аварий на крупных турбинах, связанные с расцентровками линии вала, приводящие к повреждениям шеек роторов и поломке болтов муфтовых соединений.

Проверка состояния центровки подшипников выполняется обычно на остановленной машине с помощью отдельных роторов, что предполагает разборку соединительных муфт и последующую сборку. Это увеличивает время простоя и снижает выработку турбоусггановки. В период ремонтов турбин (капитальных или средних), когда производится разборка всех или отдельных цилиндров и выемка роторов, разборка соединительных муфт обязательна, поэтому проверка центровки роторов измерениями их центровки по полумуфтам не представляет затруднений. Однако в период эксплуатации и при решении задач технической и вибрационной диагностики нередко возникает потребность оценки расцентровки подшипников. Разборка муфтовых соединений нежелательна, так как увеличивает время простоя оборудования и нередко ухудшается вибрационное состояние машины из-за увеличения коленчатости и маятника при сборке.

В связи с этим актуальна задача оценки и корректировки расцентровки подшипников без разборки муфтовых соединений валопровода с помощью расчетно-экспериментальных методов.

Решение задачи центровки без разбора муфтовых соединений предполагает экспериментальное определение опорных нагрузок каждого подшипника. Необходим алгоритм решения прямой задачи - нахождения опорных реакций по известным перемещениям опор и обратной задачи - определение положения опор по известным значениям опорных реакций. Кроме того, необходимо техническое обеспечение решения обратной задачи, удовлетворяющее требованиям минимальной погрешности. Поскольку сборке муфт роторов всегда сопутствует погрешность, искажающая непрерывность (без излома и коленчатости) линии вала, весьма актуальна задача совершенствования технологии сборки муфт.

Основными этапами работы являлись стендовые исследования в ВТИ на модели турбины К-200-130 JIM3; натурные исследования крупных турбоагрегатов; построение алгоритма и программы расчета для определения центровки вал о провода, состоящего из роторов по схеме с одно- и двухопорным опиранием. Программное обеспечение, написанное автором, используется на Калининградской ТЭЦ-2, Северо-Западной ТЭЦ г.Санкт-Петербурга и на ЛМЗ с приложением для различных типов турбин.

Заключение диссертации по теме «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры», Тарадай, Дмитрий Вадимович

Основные выводы

1. Применение в энергетике новых прогрессивных конструкций виброизолированных фундаментов не снимает проблемы осадочных деформаций, в особенности в первые годы эксплуатации турбоагрегатов, что подтверждается геодезическими наблюдениями. Упругие опоры, размещённые под верхней плитой фундамента, не компенсируют в полной мере неравномерные осадки нижней плиты и усадку бетона фундамента. Например, обработка результатов геодезических измерений по программе (приложение 3), написанной автором, показала, что линия валопровода турбоагрегата Т-150-7.7+ТПФ-160-2 энергетического блока №1 ПТУ 450 МВт Северо-Западной ТЭЦ г.Санкт-Петербурга подвержена расцен-тровке, связанной с пространственной деформацией верхней фундаментной плиты и смещений статора из-за температурных и эксплуатационных факторов. Названные обстоятельства указывают на актуальность разработки расчетно-экспериментальных методов определения расцентровки валопровода при эксплуатации оборудования, межремонтный период которого может составлять от 5 до 7 лет.

2. Для снижения временных затрат и уменьшения погрешности сцентрирован-ности линии вала при межремонтном обслуживании турбоагрегатов предложено производить корректировку расцентровки подшипников без разборки муфтовых соединений валопровода. Автором составлена программа численного решения прямой задачи - определение центровки валопровода по проведенным геодезическим наблюдениям и обратной задачи - определение центровки валопровода по значениям опорных реакций (приложения 3,4).

3. Решение прямой задачи для одно- и двухопорного опирания роторов осуществлялось методом начальных параметров (для обеспечения точности расчета длинных валопроводов использовался метод сечений). При проверке решения задача решалась методом конечных элементов в программном комплексе "Ansys". Результаты сравнения подтвердили достоверность полученных значений.

4. Решение обратной задачи (определение положений опор по значениям опорных реакций) привело к получению переопределенной системы уравнений, которая решалась методом сингулярных разложений. Точность решения обратной задачи укладывается в рамки технологических допусков заводов-изготовителей турбины и генератора. В результате решения обратной задачи даны рекомендации по технологии корректировки расцентровок.

5. Первоначально методика определения центровки подшипников валопровода по значениям реакций опор была отработана на стендовой установке -модели турбины К-200-130 ЛМЗ. Для нахождения опорных реакций каждый вкладыш подшипника был оснащен двумя силоизмерительными гидравлическими домкратами (приложение 1). Для обеспечения устойчивости решения матрица жесткости была получена расчетно-экспериментальным методом. Впервые получено решение, проверенное при эксперименте, по определению центровки подшипников валопровода без разборки муфтовых соединений по значениям опорных нагрузок в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

6. Для использования новой методики центровки валопровода в условиях монтажа и обслуживания турбоагрегатов предложен соответствующий технологический процесс (СО ВТИ 30.001-2004) [23]. Авторская программа является составной частью технологического процесса центровки роторов для Калининградской ТЭЦ-2, а также была использована на стадии проектирования блока ПГУ-450 для паро- и газотурбинных установок.

7. На основании расчётных и стендовых исследований, а также по опыту работы на турбоагрегате Т-150-7.7+ТПФ-160-2 Северо-Западной ТЭЦ в г.Санкт-Петербурге на аналогичном турбоагрегате Калининградской ТЭЦ-2 в условиях монтажа выполнено оснащение опорных подшипников турбины и генератора встроенной гидрофицированной силоизмерительной техникой.

8. Для повышения вибронадёжности, снижения временных затрат и уменьшения повреждения расточек под соединительные болты в полумуфтах предложено сборку муфт производить с помощью конусных втулок и гидравлической вытяжки крепежа на основании предварительного расчета на прочность с учетом критериев выносливости. Технология сборки муфт при помощи гидравлической вытяжки крепежа, адаптированная к отечественному оборудованию, была отработана на стендовой установке ВТИ и внедрена на паротурбинном агрегате установки ПГУ-450 ст.№1 Северо-Западной ТЭЦ г.Санкт-Петербурга (приложение 2).

105

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тарадай, Дмитрий Вадимович, 2005 год

1. Абалаков Б.В., Банник В.П., Резников Б.И. Монтаж паровых турбин и вспомогательного оборудования. М.: Энергия. 1966.

2. Авруцкий Г.Д. Повышение надежности работы жесткой муфты РВД РСД турбины К-300-240 ХТГЗ за счет увеличения коэффициента трения торцевых поверхностей роторов. М.: Электрические станции. 1991. №10. С. 64-67

3. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: Учебное пособие. 2-е изд., доп. М.: МЭИ. 2003. 596 с.

4. Бауман Н.Я., Яковлев М.И., Сверчков ИЛ. Технология производства паровых и газовых турбин. М.: Машиностроение, 1973.

5. Биргер И.А. Расчет резьбовых соединений. М.: Оборонгиз. 1959. 252 с.

6. Биргер И.А., Шорр Б.Ф. Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. М.: Машиностроение. 1993. 639 с.

7. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение. 1990. 364 с.

8. Бодашков Н.К. Аварии паровых турбин и борьба с ними. М.: Госэнергоиздат, 1948. 160 с.

9. Буглаев К.Е., Дон Э.А., Тарадай Д.В. Применение системы СДАРТ для диагностики температурных расширений турбоагрегатов. М.: Теплоэнергетика №6. 2005. с.23-28.

10. Витахова Г.С., Ковалев И.А. Определение влияния эксплуатационных расцен-тровок на величину статических реакций опор и порог устойчивости. Динамика энергосооружений. JI.: Энергия. 1976. Вып. 5. С. 33—39.

11. Голуб Дж., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления/ Перевод с английского Не-чепуренко Ю.М. и др. Под редакцией Воеводина В.В. М.: Мир. 1999. 548 с.

12. Дон Э.А. Методика определения горизонтальных расцентровок паровых турбин. Электрические станции. 1984. № 4. С. 20-21.

13. Дон Э.А., Авруцкий Г.Д. Выявление повреждения муфтового соединения трехопорной системы РВД—РСД паровых турбин средствами вибрационной диагностики. Вибрационная надежность паротурбинных агрегатов. М.: Энерго-атомиздат. 1986. С. 81-84.

14. Дон Э.А., Комаров В.А. Силоизмерительные преобразователи в исследованиях опорных нагрузок валопроводов турбоагрегатов. Вибрация паровых турбоагрегатов. М.: Энергоиздат, 1981. С. 64—70.

15. Дон Э.А., Комаров В.А., Стрелкова К.С. О центровке опорных подшипников турбоагрегата 800 МВт. Электрические станции. 1980. №9. С. 26—30.

16. Дон Э.А., Конторович Т.С., Олимпиев В.И., Мейкрович Г.М. Центровка подшипников турбоагрегата без разборки муфтовых соединений валопровода. Теплоэнергетика. №2.2000. С.21-24.

17. Дон Э.А., Осоловский В.П. Расцентровка подшипников турбоагрегатов. М.: Энергоатомиздат. 1994. 192 с.

18. Дон Э.А., Панков И.И., Хатунцев Э.А. Оценка эксплуатационных расцентро-вок валопровода турбоагрегата 300 МВт. Электрические станции. 1976. №7. С. 22-25.

19. Дон Э.А., Рунов Б.Т. О работе опорных подшипников турбины К-300-240 JIM3. Электрические станции. 1972. № 2. С. 23 26.

20. Дон Э.А., Солонец Б.П., Расцентровка и вибрация валов мощных турбоагрегатов. Теплоэнергетика. 1973. № 5. С. 62 66.

21. Дон ЭЛ., Тарадай Д.В., Гарькавенко И.В., Рабинович Е.А., Собакарь А.А. Технологический процесс контроля центровки валопровода турбоагрегата Т-150-7.7+ТПФ-160-2 по опорным нагрузкам подшипников. СО ВТИ 30.001-2004. М.: ОАО «ВТИ». 2004. 31 с.

22. Патент РФ RU 41798 U1 7F01D25/16. Устройство для центрирования опорных подшипников многоопорного валопровода турбины с использованием фалып-вкладыша для размещения силоизмерительных домкратов / Э.А.Дон (RU).,

23. B.П.Складчиков (RU)., Д.В.Тарадай (RU)., АВ.Чугин (RU). 2004. - 2 е.: ил.

24. Дон Э.А. Стенд для вибрационных исследований роторов паровых турбин. Вибрационная техника. М.: МДНТП. 1969. №2. С. 152-157.

25. Иванов B.C., Членов Ю.П., Шейнин И.С., Литвин И.С. К вопросу разработки системы контроля высотного положения верхней плиты виброизолированного фундамента турбоагрегата АЭС. М.: Энергетическое строительство. 1983. №12.1. C. 40-42.

26. Инденбаум B.C., Случаев М.А. Ревизия и ремонт паровых турбин коммунальных электростанций. М.: М-во коммунал. хоз. РСФСР. 1954.211 с.

27. Каплун АБ., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. М.: Едиториал УРСС. 2003. 272 с.

28. Карасев В.И., Манькович Я.Д., Монэс Д.С. Взаимное положение опор валопровода — критерий его надежной и экономичной работы. Энергетическое строительство. 1978. № 9. С. 39-42.

29. Карасев В.И., Монес Д.С., Манькович Я.Д. и др. Исследование деформации фундамента большой мощности. Теплоэнергетика. 1978. №5. С. 34-38.

30. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и программное обеспечение/ Перевод с английского под редакцией Икрамова Х.Д. Издание 2-е. М.: Мир. 2001.575 с.

31. Конторович Т.С., Дон Э.А., Киликовская О.А. Расчетный метод определения расцентровки подшипниковых опор валопроводов турбоагрегатов по значениям опорных реакций. Тяжелое машиностроение. 2000. №4. С.28-31.

32. Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин: Учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ. 2000. 480 с.

33. Куменко А.И. Совершенствование расчетно-экспериментальных методов исследования динамических характеристик турбоагрегатов и их элементов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 1999. 320с.

34. Куменко А.И. Расчет колебаний валопроводов турбомашин на ЭВМ. М.:МЭИ. 1986. 87 с.

35. Куменко А.И. Влияние податливости и продольной связанности колебаний опор на динамические характеристики системы турбоагрегат фундамент-основание (ТФО). М.: Тр. МЭИ. 1981. Вып.529. С.71-84.

36. Лисянская JI.A. Статический расчет валопровода турбоагрегата на жестких и податливых опорах. Тр. ЦКТИ. 1983. Вып. 208. С. 65-71.

37. Литвин И.С., Свердлов П.М. Современное состояние проектирования фундаментов турбоагрегатов. Энергетическое строительство. 1981. №2. С. 34-37.

38. Лоусон Ч., Хенсон Р. Численное решение задач методом наименьших квадратов/ Перевод с англ. Икрамова Х.Д. М.: Наука. 1986. 232 с.

39. Манькович Я.Д., Куменко А.И. Метод расчета статических реакций опор валопровода с учетом их взаимного положения. Теплоэнергетика. 1982. № 1. С. 61-62.

40. Новиков В.М., Нужонков А.Е., Яруничев С.А. Усиление оснований турбоагрегатов 60 МВт Сормовской ТЭЦ ОАО Нижновэнерго. Электрические станции. 2001. №2. С. 21-27.

41. Молочек В. А. Ремонт паровых турбин. М.: Энергия, 1968. 376 с.

42. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. М.: Энер-гоатомиздат. 1989.

43. Родин В.Н., Шарапов А.Г., Мурманский Б.Е., Сахнин Ю.А., Лебедев В.В., Кадников М.А., Жученко Л.А. Ремонт паровых турбин. Экатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. 2002. 296 с.

44. Розенберг С.Ш., Хоменок Л.А., Ильин В.Н. О силовом взаимодействии цилиндров и корпусов подшипников турбины К-300-240 ЛМЗ. Электрические станции. 1985. №8. С.34-37.

45. Розенберг С.Ш., Хоменок Л.А, Кметь АИ. и др. Исследование силового взаимодействия корпусов цилиндров и подшипников турбины К-800-240-3. Теплоэнергетика. 1981. № 9. С. 27-30.

46. Руно в Б.Т., Дон Э.А., Карасев В.И. Тепловая расцентровка турбоагрегата К-200-130+ТГВ-200. Энергомашиностроение. 1968. №9. С. 14-17.

47. Сапотницкий А.Я., Козлов Е.Г. Новый способ измерения несоосности роторов турбоагрегата. Электрические станции. 1988. № 10. С. 42-45.

48. Сушко Е.А., Авруцкий Г.Д. Центровка валопровода турбоагрегатов взвешиванием без разборки муфт. Энергетик. 2000. №1. С. 14-17.

49. Таралай Д.В. Разработка расчетно-экспериментальных методов центрирования роторов турбоагрегатов. Сборник аннотаций работ. 2-я курчатовская молодежная научная школа. М.: РНЦ «Курчатовский институт». 2004. С. 43.

50. Тарадай Д.В. Экспериментальное исследование расцентровки многоопорных валов роторов турбоагрегатов. Радиотехника, электротехника и энергетика. Одиннадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. М.: МЭИ, 2005, с.249-250.

51. Тарадай Д.В, Дон Э.А. Определение центровки валопровода без разборки муфтовых соединений расчетно-экспериментальным методом. М.: Теплоэнергетика №6. 2005. С.67-71.

52. Тихонов А.Н., Арсенин В .Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука.1979. 288 с.

53. Трухний А.Д., Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат. 1990. 640 с.

54. Трухний А. Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбо-установки. М.:МЭИ. 2002. 540 с.

55. Форсайт Дж., Молер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений/ Перевод с английского Ильина В.П., Кузнецова Ю.И. Под редакцией Марчука Г.И. М.: Мир, 1969,166 с.

56. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений/ Перевод с английского Икрамова Х.Д. М.: Мир. 1980. 279 с.

57. Фракийский Г.А. Исследование напряженного состояния жесткой муфты роторов турбины при расцентровке опор валопровода. М.: Энергомашиностроение,1980. №11. С. 11-16.

58. Фракийский Г.А. Расчетный метод нормирования расцентровки валопровода при проектировании турбин. Энергомашиностроение. 1982. № 3. С. 13-15.

59. Шаргородский B.C., Ковалев И.А., Розенберг С.Ш. и др. Улучшение эксплуатационных характеристик турбин Т-250/300-240 на ТЭЦ-22. Электрические станции. 2000. №11. С.46-50.

60. Шаргородский B.C., Хоменок JT.A., Курмакаев М.К. Нормализация тепловых расширений мощных паровых турбин. Электрические станции. 1996. №6.1. С. 12-19.

61. Шибер В.Л. и др. Отчет о научно-исследовательской работе. Разработка, исследование и внедрение мероприятий по повышению надежности подшипников турбоагрегатов мощностью 500 МВт Экибастузской ГРЭС-I. Харьков. 1985. 52с.

62. Шостакович Б.В. Методика центровки паровых турбин. М.: Госэнергоиздат, 1950. 159 с.