Тарадай Д. В., к.т.н., Гудошников В. С., Комаров В.А.

ОАО «ВТИ»

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ РАСЦЕНТРОВОК ПОДШИПНИКОВ ВАЛОПРОВОДОВ ТУРБОАГРЕГАТОВ

Обеспечение оптимальной центровки валопроводов по опорным подшипникам является одной из важных задач при эксплуатации турбоагрегатов [1]. Центровка зависит от взаимного расположения опор, перемещение которых приводит к перераспределению опорных нагрузок валопровода [2, 3]. В работе предлагается оценивать расцентровку валопровода по значениям опорных нагрузок, полученных при помощи расчетно-эспериментальных методов с использованием высокоточного тензометрирования. Для решения этой задачи мы использовали тензометрические преобразователи высокой чувствительности, которые были установлены в специализированные колодки вместо штатных установочных колодок вкладыша. Опорная колодка представляет собой деталь, плотно зажатую вкладышем, величина деформации которой несущественна и при измерении граничит с приборной погрешностью. Для увеличения значений сигнала мы создали область с выраженными деформациями, заменив цельную колодку на составную конструкцию. Измерительная колодка выполняется из двух элементов: жёсткой накладки, воспринимающей и перераспределяющей нагрузку, и опорной пластины, имеющей выборки особой конфигурации для размещения тензодатчиков, передающих значения деформаций. На рис.1 представлен расчет деформации симметричной части опорной пластины методом конечных элементов при нагрузке 100 тс. Пластина оснащается тензорезисторами, которые размещаются попарно в специальной выборке, в узлах с наибольшими значениями деформации.

ВТИ выполнил ряд работ по разработке конструкции колодок для модели турбины К-200-130 ЛМЗ, состоящей из трех роторов на подшипниках скольжения. Произведена оценка податливости сборной колодки на механическое состояние валопровода модели, и сделано заключение об изменении матрицы податливостей.

Рис. 1. Деформация пластины измерительной колодки

Динамический расчёт показал, что собственные частоты изменяются несущественно, и ни одна из частот не приближается по значению кратной к оборотной. На рис.2 представлена конструкция силоизмерительной колодки для стенда модели турбины К-200-130 ЛМЗ.

Рис. 2. Составная колодка для модели турбоагрегата К-200-130 ЛМЗ

Этими измерительными колодками мы оснастили две опоры модели стенда. Экспериментально подтвердилась работоспособность предложенного метода. При смещении опор на величины 0,2-0,5 мм получено перераспределение опорных нагрузок на 10% отличающихся от расчетных. Для оптимального решения поставленной задачи необходимо оснащение подобными колодками всех опор валопровода с доработкой программного обеспечения для автоматизации мониторинга расцентровок с учетом всплытия цапф роторов на масляном слое.

На базе разработанной колодки для экспериментальной модели были произведены работы по конструированию колодки подшипника турбины К-300-240 ЛМЗ.

Расчёт на прочность и жёсткость выполнялся только для пластины измерительной колодки, поскольку напряжённое состояние массивной накладки, как и её вклад в податливость опоры, не существенен. Визуализация напряжённо-деформированного состояния пластины при расчётной нагрузке 30 тс представлена на рис. 3. По итогам решения на модели сделаны заключения об НДС и геометрии первоначального варианта и внесены необходимые корректировки в конструкцию. Согласно разработанной документации, был изготовлен экспериментальный образец колодки, который проходил опробование на установке, показанной на рис. 4. Нагрузка задается при помощи гидравлического домкрата 1 и насоса высокого давления. Усилие определяется по давлению в напорной линии при помощи манометра класса 0,3 и зависит от площади поршня домкрата. Средняя плита оснащена специализированными креплениями для установки часовых индикаторов 5 с ценой деления 0,001 мм. В результате испытаний выявлено соответствие экспериментальных величин податливости колодки и чувствительности измерительной системы расчётным значениям.

Рис. 3. Визуализация напряжённо-деформированного состояния колодки

Рис. 4. Эскиз стенда для проведения испытаний колодки:

1- Домкрат гидравлический; 2 – опора средняя, 3 – колодка измерительная; 4 – опора верхняя; 5 – индикатор часовой; 6 – основание.

Выводы:

1. Оценка расцентровки валопровода может быть выполнена при использовании тензометрических колодок, установленных на место штатных.

2. Применение предложенного метода позволяет выполнять оценку расцентровки на различных режимах работы турбоагрегата.

Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации МК-4895.2011.8.

Литература

1. Дон Э. А., Осоловский В. П. Расцентровка подшипников турбоагрегатов. М.: Энергоиздат, 1994. - 192 с

2. Тарадай Д. В., Дон Э. А., Гудошников В. С. Оценка расцентровки валопровода без разборки муфтовых соединений с применением новых методов контроля. Сборка роторов с принудительным центрированием. Электрические станции, 2011, №7.

3. Гудошников В. С., Тарадай Д. В. Разработка расчетно-экспериментальных методов оценки расцентровки валопроводов турбоагрегатов тепловых и атомных электростанций при ремонте и в условиях эксплуатации. Труды международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Том 2. Энергетика. Инновационные научно-образовательные технологии в энергетике. Томск, 2011.