Исследование тепловых расширений турбоагрегатов и их нормализация

В процессе эксплуатации турбоагрегатов нередко возникают ситуации, когда происходит снижение величины абсолютных тепловых расширений при одинаковых или сопоставим температурных состояниях цилиндров или нарушение данной зависимости в виде проявления различного рода скачков величины тепловых расширений, «зависаний» его значения при продолжающемся изменении теплового состояния. Такие отклонения процесса расширения части именуют общим названием стесненные тепловые расширения турбины.

Причинами таких явлений могут быть совершенно различные по физической сути процессы, которые объединяет лишь один общий фактор – наличие сил действующих противоположно направлению тепловых перемещений. Причинами, которые обуславливают возникновение данных сил могут служить следующие факторы: повышенный коэффициент трения в контактной паре поверхностей скольжения, защемления и заклинивания в шпоночных соединения корпусов подшипников и лапах цилиндров, действия сил от расширения трубопроводов отборов пара, перепускных труб, напорных маслопроводов и др.

Проблема стесненности тепловых расширений проявляется не столько в виде изменения зависимости тепловых перемещений от температурного состояния цилиндров, хоть это и может приводить к увеличению термоупругих напряжений, сколько в виде изменений вибрационного состояния агрегата. Данные изменения чаще всего обуславливаются изменением взаимных положений частей статора и ротора (например уменьшение контактной площадки вкладышей подшипников скольжения с шейкой ротора), перераспределением нагрузок по опорам и влиянием на сцентрованность валопровода в случаях встроенных в корпуса цилиндров картеров подшипников или изменения высотных положений ригелей фундаментов вследствие нагрева и изменения жесткости.

Возможными и наиболее вероятными последствиями длительной работы турбоагрегата в условиях стесненных тепловых расширений являются: увеличение вероятности повреждения баббитовой заливки вкладышей подшипников, увеличенный износ установочных поверхностей корпусов вкладышей, повреждение верхней части строения фундамента агрегата, задевания концевых и промежуточных уплотнений при пусковых операциях, увеличение длительности пусков или полное отсутствие возможности ввести агрегат в работу.

Решение вопросов нормализации тепловых расширений турбоагрегата требует комплексных подходов и редко ограничивается проведением локальных операций (доработок) или одним видом обследования-анализа, поскольку спектр возможных причин неудовлетворительного состояния может лежать в абсолютно различных по природе и характеру физических процессах, требующих разработки индивидуальных подходов при их уточнении и разработке компенсирующих мер. Уральская Лаборатория Вибрации (Ural VibroLAB) выполняет полный комплекс работ по исследованию и нормализации тепловых расширений с уточнением и выяснением факторов, сказывающихся на них. Данные работы позволяют не только установить первопричину или, что чаще — причины, которые привели к ухудшению тепловых расширений и вибрационного состояния, но и разработать комплекс мер по их устранению/компенсации и минимизации вероятности повторения в будущем. При выполнении обследований специалистами компании применяются хорошо зарекомендовавшие себя подходы по сбору и анализу статистики эксплуатационных показателей и динамике их изменений, а также инструментальное и приборное измерение тепловых деформаций, уклонов, вибрационных и контурных характеристик вибрации. При выполнении анализа специалисты применяют специализированные программы по визуализации и сопоставлению данных, а также авторские методики построения и представления тепловых зависимостей хорошо зарекомендовавшие себя, как в узкоспециализированных кругах, так и при рассмотрении результатов эксплуатационным персоналом.

Выявляемые отклонения и дефекты:

  1. Изменения температурных зависимостей тепловых расширений
  2. Заклинивания (защемления) в шпоночных соединениях корпусов подшипников и цилиндров
  3. Отклонения в настройках и монтаже опорно-подвесной системы трубопроводов
  4. Деградация состояния поверхностей скольжения корпусов подшипников (ухудшение состояния подошвы корпусов и поверхностей фундаментных рам)
  5. Нарушения выставки цилиндра по нагрузкам (реакциям)
  6. Повышенная продольная и поперечная закрутка ригелей опор турбоагрегатов
  7. Нарушение целостности тепловой изоляции цилиндров или качества ее исполнения
  8. Отклонения в проекте монтажа трубопроводов и опорно-подвесной системы
  9. Чрезмерный разогрев фундаментов и нарушение их целостности

Наиболее характерные объекты контроля:

  1. Корпуса подшипников турбоагрегатов
  2. Трубопроводы
  3. Корпуса подшипников
  4. Фундаментные рамы
  5. Шпоночные узлы сопряжений
  6. Верхнее строение фундамента турбоагрегата
  7. Крепления турбоустановки и вспомогательного оборудования