СПОСОБ ПРАВКИ РОТОРОВ ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН Российский патент 1997 года по МПК F01D21/08 

Изобретение относится к области эксплуатации паровых и газовых турбин, а более точно к способу правки их роторов, получивших в процессе эксплуатации недопустимый остаточный прогиб.

Известно, что в процессе эксплуатации, в частности при пуске турбины, его ротор может быть подвержен тепловому изгибу, который в основном имеет временный характер и исчезает по мере прогрева ротора. Однако в ряде случаев, в частности из-за начальных или приобретенных в процессе эксплуатации повышенных изгибных напряжений под действием явления ползучести металла ротора при высоких температурах, ротор приобретает остаточный прогиб, который создает вибрацию оборотной частоты, сходную с картиной вибрации от разбалансированного ротора. Этот остаточный прогиб может вырасти до критического значения, при котором дальнейшая эксплуатация турбины невозможна. В настоящее время правка ротора с остаточным прогибом осуществляется только в заводских условиях [1] с использованием следующих способов: термического, термомеханического, чеканки или релаксации напряжений.

Последний из указанных способов, включающий релаксацию напряжений при высокой температуре с приложением выправляющей нагрузки на расчетный период времени [2] является ближайшим аналогом настоящего изобретения. Этот способ позволяет снять внутренние напряжения по всей длине ротора и восстановить его нормальное состояние путем выправления остаточных искривлений. Однако как и другие известные способы данный способ является эффективным только при его реализации в заводских условиях с использованием специализированного комплекса оборудования и аппаратуры [3]
В основу изобретения поставлена задача создания такого способа правки роторов паровых и газовых турбин, использование которого могло бы быть осуществлено с нужным эффектом по месту эксплуатации турбины и с использованием обычных средств, применяющихся при техническом обслуживании паровых и газовых турбин.

Эта задача решена в способе правки роторов паровых и газовых турбин, включающем релаксацию напряжений при высокой температуре с приложением выправляющей нагрузки на расчетный период времени, в котором в качестве выправляющей нагрузки используют по меньшей мере один корректирующий груз или их систему, а процесс правки осуществляют в условиях эксплуатации турбины с расчетным периодом времени, совпадающим с одним из очередных сроков остановки турбины на техническое обслуживание.

При таком решении для релаксации напряжений под действием центробежных сил корректирующих грузов используется тепловая энергия рабочего тела самой турбины и поэтому необходимость в специальном нагревательном оборудовании отпадает, ток же как и необходимость транспортировки ротора на завод. Кроме того, использование в качестве выправляющей нагрузки системы корректирующих грузов, которые являются традиционным средством для балансировки, существенно упрощает и снижает трудоемкость работ по правке ротора. Вместе с тем масса корректирующих грузов, необходимых для выправления валопровода ротора турбины за планомерный срок технического обслуживания, и угловой сдвиг этого груза относительно точки боя ротора могут быть определены по известным расчетным зависимостям или эмпирическим путем.

Сущность изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его осуществления, прошедшим опытно-промышленную проверку.

Изобретение было апробировано на Благовещенской ТЭЦ при техническом обслуживании паровой турбины АО ЛМЗ типа ПТ- 60. Примерно после 10 лет эксплуатации при пуске турбоустановки из горячего состояния было установлено, что при проходе первой критической частоты возникала чрезмерно повышенная вибрация на опорах, что не позволило поднять обороты. Вибрация соответствовала оборотной частоте и была зафиксирована на опорах ротора цилиндра высокого давления. Было принято решение вскрыть этот цилиндр и проверить его радиальный бой в контрольных сечениях. Измерения показали, что максимальная величина радиального боя составляет 0,4 мм, значительно превышая допустимые значения, и находится в зоне передних концевых уплотнений. На основании этих данных возникло предложения о том, что валопровод ротора получил остаточный прогиб.

Для более детального анализа состояния ротора он был демонтирован и установлен в опорах балансировочного станка, обеспечивающего его вращение с частотами, кратными основным эксплуатационным частотам работы турбины. В результате этого исследования по контрольным сечениям радиальных боев было более точно определено место наибольшего прогиба и величина углового сдвига точек прогиба и боя валопровода ротора цилиндра высокого давления.

При использовании современной аппаратуры ведущих фирм все указанные операции могут быть исключены, а состояние остаточного искривления ротора может быть установлено, например, по изменению вибрационных характеристик и перемещению консоли вала в переднем подшипнике. При этом выявление характеристик остаточного прогиба может быть с достаточно точностью определено при выбеге ротора в процессе остановки турбины.

После точного определения картины остаточного прогиба ротора рассчитывают массу корректирующих грузов и места их установки. Для определения массы этих грузов использовались известные зависимости о том, что центробежные силы этих масс не должны создавать изгибные напряжения более 50 МПа и что эта масса по характеру своего воздействия с учетом расчетного периода должна быть эквивалента массе, при которой осуществляется релаксация напряжений в заводский условиях для осуществления правки ротора за минимальное число циклов [2]
В описываемом примере реализации изобретения масса корректирующего груза составила 4,5 кг, угол его установки относительно точки боя был равен 180^o и эта масса была рассчитана на 1,5 гада эксплуатации до остановки турбины для очередного периода технического обслуживания. При проведении этого процесса через 1,5 года было установлено, что искривление валопровода ротора цилиндра высокого давления уменьшилось до 0,23 мм, т.е. менее предельно допустимых значений, составляющих для данного типа турбины 0,26 мм. На основании этих данных корректирующий груз был уменьшен по массе до 2 кг и оставлен на следующий 3-летний период эксплуатации турбины до очередной ее остановки для технического обслуживания.

Результаты проведенных исследований и математического исследования на ЭВМ позволит установить, что оптимальной массой корректирующего груза является такая, при которой изгибные напряжения составляют порядок 20-30 МПа с коэффициентом уменьшения, пропорциональным межремонтному периоду эксплуатации турбины.

Следует отметить, что не только определение характеристик остаточного прогиба может быть осуществлено без демонтажа ротора, как об этом было указано выше, но и установка корректирующих грузов также, если использовать для этого заглушаемые отверстия в статоре и специальные монтажные инструменты. Все это позволяет на основе настоящего изобретения осуществить правку ротора не только по месту эксплуатации, но и с минимальными затратами.

Область использования: в турбостроении, конкретно к способу плавки роторов газовых и паровых турбин, получивших в процессе эксплуатации недопустимый остаточный изгиб. Сущность изобретения, способ правки основан на релаксации напряжений при высокой температуре и под действием выправляющей нагрузки. В качестве выправляющей нагрузки используют центробежные силы одного или нескольких корректирующих грузов, устанавливаемых в роторе турбины. При этом для обеспечения высокой температуры используют условия эксплуатации турбины на номинальной мощности, а массу корректирующих грузов выбирают таким образом, чтобы обеспечить направление ротора за период времени, совпадающий с плановым сроком остановки турбины на техническое обслуживание.

Способ правки роторов паровых и газовых турбин, включающий релаксацию напряжений при высокой температуре путем приложения выправляющей нагрузки на расчетный период времени, отличающийся тем, что в качестве выправляющей нагрузки используют по меньшей мере один корректирующий груз, а процесс правки осуществляют с условиях эксплуатации турбины с расчетным периодом времени, совпадающим с одним из очередных сроков остановки турбины на техническое обслуживание.