Вопрос 2. Причины вибрации турбоагрегатов

К основным причинам, вызывающим возникновение вибрации отнести:

а) неуравновешенность роторов (статическая и динамическая);

б) нарушение центровки роторов (фундамент, муфты, вакуум в выхл. патрубках);

в) ослабление статической жесткости системы «ротор-опоры»;

г) работа в области резонансных чисел оборотов;

д) автоколебания валопровода;

е) субгармоноческие колебания;

ж) возмущающие силы электромагнитного происхождения;

з) внезапные динамические воздействия.

А) Возникновение неуравновешенности роторов вызывается двумя причинами: 1) перераспределением масс по окружности; 2) приложением новых масс, что приводит к смещению главной оси инерции относительно оси вращения; т.е. возникает центробежная сила, пропорциональная ω² .

Причины перераспределения масс по окружности: балансировка при перелопачивании, перемотке ротора генератора, неравномерность заноса солями, и т.д.;

Причины приложения новых масс: ослабление посадки дисков на валу, прогиб вала, заброс влаги в проточную часть.

Одной из распространенных причин, теплового дисбаланса роторов агрегатов являются задевания в уплотнениях. Задевания вызываются недостаточными радиальными зазорами, плохой центровкой уплотнительных колец, расцентровкой уплотнений при тепловых деформациях статорных узлов, большим центральным эксцентриситетом ротора. Первоначальный тепловой прогиб вызывает усиление задеваний и повышения тепловыделения в местах контакта вследствие сухого трения. Прогиб нарастает лавинообразно, вибрация достигает высоких значений и обычно требует экстренной остановки агрегата. Нередко последствием задеваний является остаточный прогиб ротора. Задевания не всегда приводят к интенсив-ному росту вибрации. Они могут быть следствием, а не причиной вибрации. В большинстве случаев небольшие задевания компенсируются местной выработкой радиальных уплотнений. Причиной теплового прогиба также может служить недостаточность тепловых зазоров между насадными деталями.

Прогиб ротора выше допустимого приводит к задеваниям вращающихся деталей о неподвижные части турбины, приводящие к:

износу уплотнений;

возникновению повышенной вибрации подшипников и ротора;

остаточному искривлению ротора.

Б) Влияние расцентровки на вибрацию зависит от типа соединительных муфт. Жесткие – муфты восстанавливают нормальную центровку роторов. Гибкие допускают расцентровку до 0,3 мм, но может быть их заклинивание, поломка, наклеп, т.е. это их преимущество достигается за счет ухудшения работы своих элементов.

Расцентровка, возникающая от перераспределения нагрузки на подшипники происходит от:

1) нарушения правильного теплового расширения цилиндров (заклинивание шпонок, упор балконов в болты, односторонний нагрев корпусов цилиндров).

2) неравномерного прогрева фундамента. (зафиксирована разность вертикальных тепловых расширений до 2 мм).

Основной прогрев турбоагрегата и его фундамента происходит в течение недели и полностью заканчивается через две; остывание происходит в течение 3х-4х суток. Неравномерность прогрева фундамента зависит от компоновки элементов тепловой схемы и качества изоляции. Показатель этой причины – постепенное нарастание вибрации. Расцентровка подшипника на 0,1 мм приводит к изменению реакции опоры 300 кН (30т).

3) для крупных агрегатов может происходить просадка выхлопных патрубков со встроенными подшипниками при наборе вакуума и заполнении циркуляционной водой. Прослеживается явная зависимость 2А (размаха) вибрации подшипников ЦНД от величины вакуума в конденсаторе (прямая зависимость). Просадка опор достигает 0,15 мм (для N_ТА = 300 МВт).

В) при постоянной величине небаланса и расцентровки ротора увеличение 2А может быть от снижения статической жесткости опорной системы.

Влияние жёсткости опор на вибрацию очевидно.

Амплитуда вибрации А обратно пропорциональна динамической жёсткости С_д

А=Р_О/С_Д

где С_д – динамическая жёсткость; С – статическая жёсткость, определяемая как:

ЕF(н/м); Р_о – амплитуда возмущающей силы с частотой ω (рад/с); h – высота от основания фундамента до центра тяжести ТА. С_д влияет на изменение амплитуды колебаний в зависимости от частоты возмущающей силы. Минимальное значение С_д наблюдается при совпадении частоты вращения ω с собственной частотой колебаний опоры, (т.е. А – увеличивается). При резонансе даже небольшие возмущающие силы приводят к чрезмерной вибрации опоры. Для устранения этого явления необходима отстройка опорной системы от резонанса изменением её жёсткости (обычно в сторону увеличения) или массы. Чтобы увеличить динамическую жёсткость системы, требуется существенное повышение жёсткости С. В практике имели место случаи, когда ужесточение опор для снижения вибрации оказывалось безрезультатным, хуже того, иногда система попадала в резонанс и вибрация резко увеличивалась. Ослабление жёсткости опор может быть следствием одного из следующих факторов:

- отрыва фундаментной плиты от фундамента;

- местного отрыва опорной поверхности корпуса подшипника под действием разгружающего реактивного момента статора;

- коробления опорной поверхности.

При эксплуатации ослабление жесткости может быть вызвано следующими причинами:

1) ослаблением взаимного крепления составных частей опоры ротора вкладышей, корпусов подшипников, рам, ригелей фундаментов;

2) отрывом стула подшипника от фундаментной плиты («опрокидыванием»);

3) нарушением связи между цилиндром турбины и его опорами на фундаменте;

4) нарушением связи между стулом подшипника и опирающимся на него корпусом цилиндра;

5) появлением трещин у несущих элементов фундамента «микроудары» в трещинах;

При этом меняется собственная частота фундамента!

Г) работа в области резонансных чисел оборотов означает и близость критических частот системы «ротор-опоры» к номинальной частоте вращения валопровода n_раб. Для определения критических частот вращения валопровода необходим тщательный расчет роторов цилиндров по всем собственным формам колебаний вала. Иногда n_раб попадают на критическую частоту вращения n_рез. 2^й формы собственных частот колебаний, особенно для генераторов.

Д) автоколебания валопровода могут происходить под воздействием:

1) гидродинамических сил в подшипниках - потери устойчивости вала на масляной пленке («масляное» возбуждение); 2) аэродинамических сил на рабочих венцах и лабиринтных уплотнениях - возникновения венцовых сил в лабиринтовых и надбандажных уплотнениях («паровое» возбуждение).

Развитие амплитуды автоколебаний при «масляном» возбуждении зависит от: а) температуры масла; б) окружной скорости шейки вала; в) удельного давле-ния на рабочую поверхность вкладыша подшипника. Меры по предотвращению т.н. «масляного» возбуждения:1) уменьшение относительной длины подшипников; 2) овальная расточка и многоклиновые вкладыши. Это явление актуально для больших мощностей ТА.

Развитие амплитуды автоколебаний при «паровом» возбуждении зависит от расхода пара, при этом существует понятие порогового расхода пара, при котором начинается резкое возрастание т.н. низкочастотной вибрации (т.е. вибрации с частотой, меньшей оборотной). Валопровод в данном случае является динамически

неустойчивой системой и дальнейшее нагружение турбины невозможно.

Характерной особенностью автоколебаний является то, что их частота, как правило, совпадает с одной из собственных частот колебаний валопровода, при этом частота возмущающих сил, генерируемых при «масляном» и «паровом» возбуждении ниже оборотной частоты. Таким образом, при автоколебаниях проявляются (резонируют) низшие собственные частоты колебаний валопровода.

Задевания в уплотнениях также вызывает автоколебания с одной из собственных частот. Признаками задевания являются повышенная вибрация корпуса, цилиндра, статора, улитки агрегата наряду с ростом вибрации подшипников. Вибрация нестабильна, меняется с изменением температуры, меняется при неправильном расширении элементов корпуса агрегата. Вибрация в основном оборотная, однако, не поддаётся балансировке, чувствительность агрегата к балансировочным грузам не повторяется от пуска к пуску.

Е) субгармоническими называются колебания, происходящие с дробной частотой по отношению к частоте вращения: f = n/k (k=2;3) т.е. 25 и 17Гц.

Условия возникновения субгармонических колебаний в турбоагрегатах слабо

изучены. Из общей теории субгармонических колебаний следует, что для их возникновения необходимы: возбуждающая сила и наличие в колеблющейся системе

нелинейных элементов. Нелинейные элементы в системе турбоагрегата – это масляные слои в подшипниках, возбуждающие силы тоже всегда существуют. Поэтому возникновение субгармонических колебаний в турбоагрегатах объяснимо,

но пути их устранения неизвестны. Субгармонические колебания имеют частоту меньше оборотной, автоколебания, как правило, также происходят с собственными частотами ниже оборотной. Эти оба вида колебаний валопровода вызывают низкочастотную вибрацию (НЧВ) турбоагрегата.

К причинам, возбуждающим высокочастотную вибрацию (ВЧВ) (т.е. вибрацию с частотой, большей оборотной) следует отнести: 1)неравножёсткость ротора в поперечном сечении; 2) трещины в роторе; 3) эллипсность шеек ротора; 4) вибрацию элементов статора электродвигателя; 5) неравномерный воздушный зазор ротор – статор электродвигателя; 6) неравномерная затяжка или частичный обрыв болтов муфт; 7) кратный резонанс опоры; 8) межвитковое замыкание в статоре электродвигателя.

Ж) возмущающие электромагнитные силы имеют место в случае нарушения электромагнитной симметрии генератора и существенно зависят от электрической нагрузки генератора (что позволяет их отличить от сил механических причин). Нарушение электромагнитной симметрии генератора может быть вызвано:

1) витковыми замыканиями в роторе;

2) неравномерностью воздушного зазора между статором и бочкой ротора;

3) периодическим изменением силы магнитного тяжения между вращающимся ротором и статором из-за конечного числа полюсов.

Межвитковые замыкания – наиболее распространенный источник возмущающих сил, вызывающих крутильные колебания валопровода.

Неравномерный воздушный зазор появляется: от статического прогиба ротора, от теплового прогиба ротора, от изменения величины масляного клина, по причине динамического прогиба вследствие вибрации ротора.

Для двухполюсных генераторов неравномерность достигает ± 33% от среднего значения силы взаимодействия ротора и статора по окружности .

З) внезапные динамические воздействия могут происходить по причинам:

- разбалансировки ротора при вылете рабочей лопатки и бандажей;

- короткого замыкания;

- сейсмического воздействия.

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 1238; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!