Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Яганов Александр Михайлович. Экспериментальное исследование влияния режимных факторов на вибрационное состояние и ресурс рабочих лопаток последних ступеней мощных теплофикационных турбин : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.12 : Екатеринбург, 2004 150 c. РГБ ОД, 61:04-5/2277

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

1. Особенности работы теплофикационных турбин.
Анализ состояния вопроса надёжности лопаточного

аппарата и постановка задач исследований 13

2. Разработка и совершенствование экспериментальных
методов и средств измерения и контроля вибрации

лопаточного аппарата 31

2.1. Методы и средства тензометрических исследований
лопаточного аппарата 31

2.1.1. Точность измерения механических напряжений

при тензометрировании рабочих лопаток 31

2.1.2. Исследования контактных токосъёмников 35

2.2. Бесконтактные методы контроля колебаний рабочих лопаток 52

  1. Анализ возможностей использования дискретно-фазового метода контроля колебаний лопаток 52

  2. Разработка нового принципа определения

положения вершин рабочих лопаток 58

2.3. Эндоскопия как метод технической диагностики

состояния элементов проточной части турбомашин 60

3. Экспериментальное определение динамических напряжений
в рабочих лопатках последних ступеней турбин типов
ПТ-135/165-130/15 и Т-175/210-130 ОАО ТМЗ 66

  1. Методика эксперимента и обработки результатов 66

  2. Исследования на пусковых режимах 71

  3. Исследования на конденсационных режимах 84

  4. Исследования на теплофикационных режимах 95

4. Прогнозирование остаточного ресурса лопаточного
аппарата последних ступеней части низкого давления
теплофикационных турбин 107

  1. Постановка задачи о прогнозировании ресурса 107

  2. Оценка уровня допустимых динамических напряжений

в элементах лопаточного аппарата 109

4.3. Разработка экспериментально-расчётной методики
прогнозирования остаточного ресурса рабочих лопаток
последних ступеней части низкого давления 115

  1. Общие положения 115

  2. Методика расчёта 118

4.4. Разработка методики контроля выработки ресурса рабочих
лопаток по образцам-свидетелям усталостного повреждения 124

  1. Описание способа 124

  2. Прогнозирование ресурса рабочих лопаток по образцам-свидетелям усталостного повреждения 126

Заключение 130

Список использованных источников 134

Приложение 1. Программа испытаний токосъёмников 147

Приложение 2. Пример расчёта усталостного повреждения лопаток 148

4 ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ГРЭС — государственная районная электростанция

ДФМ - дискретно-фазовый метод

ЛА - лопаточный аппарат

ЛМЗ - Ленинградский металлический завод

МИК - микропроцессорный измеритель колебаний

НЛП - научно-производственное предприятие

ОАО - открытое акционерное общество

ОВП - отдел вибрации и прочности

ОС - образец-свидетель

ПО - производственное объединение

РК - рабочее колесо

РЛ - рабочая лопатка

СКБт - специальное конструкторское бюро по паротурбостроениго

ст. - станционный

ТМЗ - Турбомоторный завод

ТЭЦ - тепловая электроцентраль

УПИ — Уральский политехнический институт

ХТЗ - Харьковский турбинный завод

ЦВД - цилиндр высокого давления

ЦНД - цилиндр низкого давления

ЦСД - цилиндр среднего давления

ЧВД - часть высокого давления

ЧНД - часть низкого давления

ЧСД - часть среднего давления

ЧЭ - чувствительные элементы образцов-свидетелей

ЭЛИА - электронно-лучевой измеритель амплитуд колебаний лопаток

Введение к работе:

На конец 2002 года производственный потенциал электроэнергетики России составлял 452 электростанции общей мощностью 215,2 млн. кВт. Из них 68,9 % - это тепловые конденсационные электростанции и теплоэлектроцентрали [1].

Половина электростанций, использующих органическое топливо, - это ТЭЦ с экономически и экологически благоприятной комбинированной выработкой тепла и электроэнергии. Суммарно вне стран СНГ нет столько теплофикационных турбин, сколько разработано и произведено ОАО ТМЗ и ОАО ЛМЗ, нет такого разнообразия конструкций, схем, мощностей [2],

Однако, негативные последствия переходного периода в экономике страны, выразившиеся в сокращении промышленного производства, сказались и на энергетике страны. Главная проблема - лавинно нарастающая доля исчерпавшего свой физический ресурс оборудования. Длительное отсутствие необходимых вводов в действие энергетических мощностей привело к тому, что на электростанциях России, находящихся к началу 2002 г. в эксплуатации, износ основных производственных фондов составил 52 %, а к 2015 г, выработает парковый ресурс 62 % оборудования [3].

Именно в настоящее время перед паротурбостроением особенно актуальны вопросы повышения надёжности эксплуатации с целью продления ресурса турбоагрегатов.

В общей проблеме повышения надёжности работы паровых турбин вопросы вибрационной надёжности Л А стоят на первом месте [4, 5]. Из-за отказов, вызванных поломками Л А, тратится от четверти до половины времени и средств, идущих на восстановление работоспособности турбин. Основная доля отказов (50-70 %) приходится па РЛ ЧНД.

Несмотря на многочисленные исследования [6, 7, 8, 9 и др.], по-

прежнему остаются неразрешёнными отдельные вопросы повышения вибрационной надёжности ступеней ЧНД теплофикационных турбин, ЛЛ которых работает значительную часть времени в нерасчётных режимах.

Для обеспечения надёжности ЛЛ, оптимизации межремонтного периода и продления срока службы турбин необходимо правильно оценивать напряжённое состояние и остаточный ресурс ЛА. Расчётное определение вибрационных напряжений в элементах ЛЛ часто затруднено из-за недостатка информации: неизвестны или известны лишь ориентировочно фактический амплитудный спектр возмущающих сил; суммарный декремент колебаний, учитывающий рассеяние энергии вследствие внутреннего, конструкционного и аэродинамического демпфирования колебаний; разброс и распределение напряжений по РЛ. Поэтому для исследования напряжённого состояния ЛА используются экспериментальные методы: метод тензометрирования; дискретно-фазовый метод (ДФМ) регистрации амплитуд колебаний лопаток; метод на основе образцов-свидетелей.

В последние годы в связи с резким ростом темпа развития вычислительной техники как в количественном, так и в качественном отношении стало возможным внедрение в процесс эксплуатации турбоагрегатов автоматизированных систем технической диагностики. Интерес к этому объясняется необходимостью контроля ресурса наиболее ответственных узлов турбин, обоснованием сроков межремонтного периода с целью перехода от обслуживания планового к обслуживанию по техническому состоянию, стремлением к снижению ущерба от внеплановых простоев и внезапных аварий. Согласно [10], ущерб от аварии из-за вибрации подшипников и обрыва РЛ достигает 1,0 млрд. руб. (в ценах 1998 г.) для турбины типа Т-250/300-240 ОАО ТМЗ.

Настоящая работа посвящена комплексному исследованию влияния режимных факторов на вибрационное состояние РЛ ЧНД мощных

7 теплофикационных турбин и разработке методик прогнозирования их остаточного ресурса.

Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников, приложения.

В главе 1 на основе обзора теоретических и экспериментальных работ рассмотрены современные проблемы обеспечения вибрационной надёжности ЛА паровых турбин, а также особенности работы ступеней ЧНД теплофикационных турбин.

Показано, что при оценке вибрационного состояния облопачивания

4 наиболее сложным является определение максимальных динамических

напряжений в РЛ при эксплуатации. Отмечается исключительная роль

натурных вибрационных испытаний в широком диапазоне режимов работы

турбоагрегатов.

Проведён анализ основных экспериментальных методов исследований

и контроля вибрационного состояния РЛ в условиях эксплуатации;

обосновывается необходимость постоянного совершенствования методов и

средств измерения механических напряжений, разработки и внедрения

Й методик- оценки и прогнозирования ресурса РЛ,

Формулируются цели и задачи исследований, представленных в настоящей диссертации.

В главе 2 приводятся результаты исследования и совершенствования экспериментальных методов и средств измерений и контроля параметров технического состояния элементов проточной части турбин.

Особое внимание уделено точности измерения тензометрическим

методом, от которой напрямую зависит точность измерения ДФМ. Одним из

«

элементов измерительной схемы при тензометрировании является

токосъёмник, служащий для передачи сигналов от тензорезисторов,

установленных на вращающихся исследуемых деталях.

По результатам специальных испытаний был установлен количественный критерий качества изготовления и восстановления контактных токосъёмников - максимально допустимый уровень помех. Специально разработанная установка позволяет исследовать как вновь изготавливаемые, так и отработавшие определённое время токосъёмники. Экспериментально определены оптимальные условия эксплуатации и методы восстановления токосъёмников.

Уточнена определённая ранее совместно с другими авторами общая погрешность измерения динамических напряжений при использовании теизометрического комплекса ОАО ТМЗ, включая токосъёмник.

На основании анализа особенностей применения ДФМ к исследованию ступеней с малыми углами установки лопаток предложен новый принцип определения положения вершин РЛ, заключающийся в том, что за момент прохождения центра профиля лопатки против датчика принимается не точка перехода сигнала от датчика через нулевой уровень, а точка максимального значения сигнала. Благодаря новому принципу повышена достоверность результатов измерения.

Представлены схема установки эндоскопов в турбину и примеры эндоскопограмм элементов ЛА турбоагрегатов в эксплуатационных условиях. Эндоскопия позволяет при кратковременных остановах без вскрытия цилиндров проводить периодический осмотр элементов проточной части и ОС (см. гл. 4) для оценки их технического состояния.

В главе 3 приводятся данные анализа результатов исследований вибрационного состояния РЛ последних ступеней теплофикационных турбин ПТ-І35/165-130/15 и Т-175/210-130 ОАО ТМЗ, имеющих одинаковые РЛ последней ступени с длиной рабочей части 830 мм. В мощных теплофикационных турбинах в качестве РЛ последних ступеней используется ограниченное количество типоразмеров, что связано со сложностьео

9 проработки конструкции и значительной трудоёмкостью изготовления. Указанные турбины - это не только одни из самых мощных и распространённых турбин, но и эксплуатируемых в наиболее тяжёлых условиях в широком диапазоне режимов работы ЧНД. Исследования проводились с использованием ДФМ; для сравнения приводятся данные тензометрических исследований, выполненных ранее в ОАО ТМЗ. Выявлены как общие закономерности, так и некоторые особенности в вибрационном состоянии однотипных ступеней одной турбины и разных турбоагрегатов одного типа. По результатам исследований для испытанных турбин был расширен диапазон режимов работы за счёт возможности работы при ухудшенном вакууме при условии пропуска необходимого количества пара в ЧНД.

Для оценки вибрационного состояния неисследованных турбин подобных типов предложены эмпирические зависимости предельных напряжений в РЛ от основных режимных параметров (частоты вращения ротора, электрической мощности, расхода пара в ЧНД, давления в конденсаторе).

На основе проведённых исследований вышеуказанных РЛ, как одних из наиболее напряжённых, отработана универсальная схема проведения ДФМ-ис пытан и и РЛ турбин других типов.

В главе 4 приводятся расчётно-экспериментальная методика прогнозирования и пример расчёта остаточного ресурса ЛА последних ступеней турбин типов ПТ-135/165-130/15 и Т-Ї 75/210-130 при отклонениях режимных параметров от требований инструкции по эксплуатации турбины. Методика учитывает влияние комплекса различных факторов (действующих в конкретных режимах динамических напряжений, степени коррозионного и эрозионного износа, температуры и т.д.). Приведён расчёт уровня допустимых динамических напряжений для РЛ последних ступеней ЧНД

10 теплофикационных турбин.

Основная цель прогнозирования - нахождение с определённой степенью вероятности момента появления усталостной трещины. Это позволяет:

своевременно производить восстановительный ремонт или замену РЛ;

продлевать при необходимости срок службы лопаток при повышении требований к режимам работы.

Изложена методика контроля выработки ресурса РЛ по образцам-свидетелям усталостного повреждения, конструкция которых защищена авторским свидетельством.

Научная новизна работы состоит в том, что:

по результатам натурных вибрационных исследований определена количественная зависимость динамических напряжений в РЛ последних ступеней ЧНД турбин ПТ-135/165-130/15 и Т-175/210-130 ОАО ТМЗ от основных режимных параметров;

разработана расчётно-экспериментальная методика прогнозирования остаточного ресурса ЛА, основывающаяся на результатах экспериментального определения вибрационных напряжений в РЛ конкретных ступеней турбоагрегатов и базирующаяся на использовании корректированного линейного закона суммирования повреждений;

выявлено принципиальное изменение физической картины получаемых результатов измерений амплитуд колебаний вершин РЛ бесконтактным ДФМ в зависимости от угла и шага установки лопаток, от величины радиального зазора между датчиком и лопаткой;

предложен и разработан новый принцип определения относительного положения вершин РЛ при использовании ДФМ;

предложена новая методика определения остаточного ресурса ЛА, основывающаяся на анализе разрушения чувствительных элементов ОС, и

соответствующая конструкция ОС усталостного повреждения лопаток.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные в процессе исследований данные о вибрационном состоянии РЛ последних ступеней позволили расширить допустимый диапазон режимов эксплуатации конкретных теплофикационных турбин ПТ-135/165-130/15 и Т-І75/2Ю-І30 ОАО ТМЗ без снижения надёжности их работы.

На основе обобщения экспериментальных данных натурных вибрационных исследований последних ступеней ЧНД турбин ПТ-135/165-130/15 и T-I75/210-130 ОАО ТМЗ предложены эмпирические зависимости предельных динамических напряжений в РЛ от основных режимных параметров (частоты вращения ротора, давления в конденсаторе, расхода пара в ЧНД, электрической мощности) для широкого диапазона режимов работы турбоагрегатов.

Разработанная с учётом вышеуказанных зависимостей расчётно-экспериментальная методика прогнозирования остаточного ресурса Л А позволяет с определённой степенью вероятности определять время появления усталостной трещины, что даёт возможность либо своевременно произвести восстановительный ремонт или замену РЛ, либо продлить при необходимости срок службы лопаток при повышении требований к режимам работы.

Результаты работы позволяют повысить точность и достоверность тензометрического и дискретно-фазового методов исследований РЛ, а разработанные методики оценки остаточного ресурса ЛА на базе накопленных эксплуатационных данных и по ОС усталостного повреждения, а также использование эндоскопирования обеспечивают диагностирование реального состояния Л А без вскрытия цилиндров и увеличение межремонтного срока.

Достоверность и обоснованность результатов работы определяются

12 большим объёмом проведённых исследований и повторяемостью результатов испытаний, выполненных в разное время и на нескольких идентичных турбинах; использованием стандартных методов, стендов и аппаратуры для экспериментальных исследований. Полученные экспериментальные материалы хорошо корреспондируются с результатами исследований других авторов.

На основании полученных в настоящей работе результатов исследований сделаны необходимые выводы и рекомендации.

Работа выполнена в ОАО ТМЗ и на кафедре "Турбины и двигатели" ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет - УПИ". Некоторые этапы работ выполнены под техническим руководством и при непосредственном участии к.т.н. Ермолаева В.В. Активное участие в подготовке и проведении испытаний ЛА в эксплуатационных условиях принимали Антоненко Н.М., Беляков В.В., Кузнецов Э.А., Масленников Л.Н.

Неоценимый вклад в выполнение и научное осмысление результатов работы внесён научным руководителем д.т.н., профессором Урьсвым Е.В.

Ценные замечания на стадии оформления диссертации внесены зам. начальника отдела расчётов СКБт ОАО ТМЗ, к.т.н. Биланом В.Н. и доцентом кафедры "Турбины и двигатели1' УГТУ-УПИ, к.т.н. Брезгиным В.И.

Отдельную благодарность автор высказывает бывшим и нынешним сотрудникам ОВП СКБт ОАО ТМЗ, которые принимали участие в работах, явившихся основой данной диссертации.

Большуго помощь в организации и проведении работ на электростанциях (Волгоградская ТЭЦ-3, Киевская ТЭЦ-5, Минская ТЭЦ-4, Набережночелнинская ТЭЦ, Нижнекамские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Ново-Салаватская ТЭЦ, Ново-Свердловская ТЭЦ, Омская ТЭЦ-5, Северодвинская ТЭЦ-2, Тобольская ТЭЦ, Ульяновская ТЭЦ-1, ТЭЦ-26 ОАО Мосэнерго и др.) оказывали администрация и ведущие специалисты этих станций.

Подобные работы
Мосенжник Борис Юрьевич
Разработка и исследование конструкций направляющих аппаратов с устройствами для интенсификации дробления влаги в целях борьбы с эрозией рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин
Россихин Сергей Юрьевич
Разработка и исследование перфорированных экранов и их влияние на надежность и экономичность последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин
Комаров Олег Вячеславович
Исследования и одномерная оптимизация проточной части свободных силовых турбин с регулируемой первой ступенью приводных ГТУ и ГТД
Голдин Александр Сергеевич
Исследование сопл гидропаровой турбины при истечении жидкости с большим недогревом до температуры насыщения
Лунин Игорь Александрович
Исследование функционирования сетевых подогревателей теплофикационных турбин Т-250/300-240 и разработка системы их технической диагностики
Веретельник Алексей Викторович
Исследование эффективности транспирационного охлаждения высокотемпературных газовых турбин
Чжэн Гуанхуа
Расчетно-экспериментальное исследование газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин
Шевелев Денис Владимирович
Исследование физических особенностей течения рабочего тела и характеристик гидропаровой турбины
Фичоряк Ольга Михайловна
Исследование и разработка способов повышения эффективности работы мощных теплофикационных турбин
Готовцев Андрей Михайлович
Разработка и исследование систем стабилизации течения пара в выхлопных патрубках и выносных регулирующих клапанах паровых турбин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net