Динамическая балансировка роторов паровых турбин при изготовлении на производстве: основные определения и используемое оборудование

Турбинный цех ЮКГРЭС (photo by Юрий Горбунов / Public domain / commons.wikimedia.org)

Определения

Динамическая балансировка — это процесс, при котором определяется и уменьшается дисбаланс ротора, характеризующий его динамическую неуравновешенность. Этот процесс производится в целях устранения повышенных вибраций опор ротора и снижения его динамического прогиба при работе турбины.

Динамическая неуравновешенность ротора турбины — это форма неуравновешенности, при которой ось ротора, а также его центральная главная ось инерции пересекаются не в центре масс либо перекрещиваются.

В состав динамической неуравновешенности входят статическая и моментная неуравновешенности. Определение статической неуравновешенности приведено ранее. Под моментной неуравновешенностью имеется ввиду такая ее форма, когда ось ротора и его центральная главная ось инерции пересекаются в центре масс ротора паровой турбины.

Динамическая неуравновешенность ротора целиком определяется главным вектором, а также главным моментом дисбалансов либо 2-мя векторами дисбалансов, разных по значению в общем случае и не параллельных, лежащих в 2-ух произвольных плоскостях, которые перпендикулярны оси ротора.

Главный вектор дисбалансов ротора паровой турбины — вектор, который перпендикулярен оси ротора, проходит через его центр масс и равен произведению массы ротора на эксцентриситет. Он является равным сумме всех векторов дисбалансов ротора турбины, расположенных в разных плоскостях, которые перпендикулярны оси ротора. Угол главного вектора дисбалансов турбинного ротора определяет положение центра масс ротора в системе координат, которая связана с осью ротора.

Момент, который равен геометрической сумме моментов всех дисбалансов турбинного ротора относительно его центра масс, представляет собой главный момент дисбалансов ротора. Он является перпендикулярным главной центральной оси инерции, а также оси ротора и вращается совместно с ротором. Главный момент дисбалансов ротора целиком определяется моментом пары равных по величине антипараллельных дисбалансов, которые расположены в двух произвольных плоскостях, перпендикулярных оси ротора турбины. Модуль главного момента дисбалансов является равным произведению одного из дисбалансов указанной пары на плечо данной пары. Угол главного момента дисбалансов определяет положение данного вектора в системе координат, которая связана с осью ротора.

Динамическая неуравновешенность вызывается рядом причин. Она может быть вызвана нарушением круговой симметрии сечений ротора паровой турбины, заложенных в конструкцию и из-за неточностей механической обработки и сборки. Ее причиной может стать прогиб ротора, связанный с деформациями остаточными от термической и механической обработки заготовки. Динамическая неуравновешенность может быть вызвана упругим прогибом ротора из-за неравномерного нагрева или охлаждения его по сечению. Ослабленная посадка дисков и полумуфт также может стать причиной динамической неуравновешенности.

При вращении ротора на опорах в процессе балансировки в результате динамической неуравновешенности возникают динамические реакции, являющиеся результатом действия пары равнодействующих всех центробежных сил, от неуравновешенных масс ротора, расположенных вдоль его оси на различных радиусах.

Целью динамической балансировки и является создание в турбинном роторе таких добавочных сил, которые создавали бы реакции опор по возможности полно компенсирующие первоначальные реакции. Практическое решение задачи заключается в определении для каждого из конструктивных исполнений ротора расположения числа мест плоскостей коррекции. При балансировке конкретного ротора должны быть однозначно определены корректирующие массы, приложенные в определенных в процессе балансировки точках на поверхностях деталей ротора, с которыми совмещены плоскости коррекции.

Оборудование

Динамическая балансировка роторов паровых турбин и роторов газотурбинных установок (ГТУ) на турбостроительных предприятиях выполняется на специализированных станках, один из которых изображен на рис. 15.25. Кроме балансировки на указанных станках производится и разгон роторов.

Балансируемый ротор устанавливается в вакуумной камере, помещенной в повышенной прочности коробчатой формы железобетонную конструкцию. В полости вакуумной камеры ротор лежит на вкладышах, помещенных в корпусах подшипников. В каждом из корпусов подшипников вмонтировано устройство, позволяющее следить за модулем и направлением динамической реакции опоры.

Схема специализированного балансировочного станка для балансировки роторов паровых турбин модели DH-10: 1 — ворота вакуумной камеры; 2 — вакуумная камера; 3,4 — генераторы; 5 — электродвигатель привода генераторов; 6, 7, 8 — вакуумно-воздушные системы; 9, 10 — электродвигатели привода ротора; 11 — повышающий редуктор; 12 — валоповоротное устройство; 13, 14 — воздухоотводящие муфты; 15 — карданное звено; 16 — подшипники; 17 — балансируемый ротор.

Рис. 15.25. Схема специализированного балансировочного станка для балансировки роторов паровых турбин модели DH-10: 1 — ворота вакуумной камеры; 2 — вакуумная камера; 3,4 — генераторы; 5 — электродвигатель привода генераторов; 6, 7, 8 — вакуумно-воздушные системы; 9, 10 — электродвигатели привода ротора; 11 — повышающий редуктор; 12 — валоповоротное устройство; 13, 14 — воздухоотводящие муфты; 15 — карданное звено; 16 — подшипники; 17 — балансируемый ротор.

Балансируемый ротор турбины связан с приводом карданным звеном через проем в противоположной от двери стене камеры. Приводом вращения ротора служат два электродвигателя постоянного тока, питаемых генераторами. На одном валу с генераторами размещен и приводящий их электродвигатель переменного тока. Доведение частоты вращения ротора до заданных значений чисел оборотов в минуту при балансировке или разгоне достигается с помощью повышающего редуктора. При испытании в режиме сверхнизких частот — вращение ротора приводится валоповоротным устройством.

Стенд имеет указательно-измерительное устройство, устройство для контрольного измерения стрелы прогиба ротора паровой турбины, пульт управления. Перед пультом управления расположен приборный щит с мнемосхемой, воспроизводящей работу стенда с помощью сигнальных устройств и измерительных приборов. На пульте управления помимо управляющих органов и ряда приборов имеются два векторметра динамических реакций виброскоростей опор (по числу опор), на шкалах которых световые указатели дают одновременно значения угла и модуля динамической реакции. Каждому векторметру соответствует самопишущий прибор, строящий график динамических реакций опор, вызываемых дисбалансом. После установки ротора в подшипниках скольжения камера герметизируется и в ней при помощи вакуумной системы создается вакуум порядка 9,8 Па (1 мм вод. ст.).

Балансировка производится по установленной программе, зависящей от принятого способа.

Для роторов паровых турбин с насадными деталями обязательным является разгон до частот вращения, превышающих номинальные числа оборотов в минуту на 20%. При этом обеспечивается гарантированное превышение освобождающей скорости вращения насадных деталей, чем оптимизируется положение указанных деталей на роторе, т. е. устраняются перекосы деталей, которые могли возникнуть в процессе горячей насадки.

Переналадка станка при переходе с балансировки одного типоразмера на другой в общем, наиболее полном виде заключается в следующем. Переустанавливаются сменные вкладыши подшипников и карданное звено. Расстояние между опорами, зависящее от расположения вдоль оси опорных шеек турбинного ротора, изменяется перемещением обращенной к воротам опоре. Для балансировки ротора, диаметр которого превышает 5000 мм, высота опор может быть увеличена с помощью подставок.

Существуют два основных способа балансировки роторов паровых турбин с расчетами по коэффициентам чувствительности с оптимизацией распределения корректирующих масс по методу наименьших квадратов; с расчетами корректирующих масс итерационным методом. Эти способы внедрены на ряде заводов и совершенствуются группой специалистов ПО «Турбомоторный завод», что частично нашло отражение в работе.

Закладка Постоянная ссылка.

Обсуждение закрыто.