СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТА Российский патент 2006 года по МПК F03B3/00 F03B3/02 F03B11/00 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности способу восстановления работоспособности гидроагрегата, и может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах на гидроэлектростанциях (ГЭС), при выполнении работ по реконструкции гидроагрегата, а также при замене гидротурбинной установки на вертикальных гидроагрегатах с зонтичным или подвесным исполнением генератора и с гидротурбиной поворотно-лопастного или радиально-осевого типа.

Известный способ ремонта гидроагрегата включает осмотр состояния гидроагрегата, демонтаж (разборка) гидроагрегата, центровка гидроагрегата и замена старых узлов и деталей на новые или проведение реконструкции этих узлов и деталей (см. Я.Ф.Фитерман, Монтаж и ремонт гидротурбин, 2-ое издание, Госэнергоиздат, М.-Л., 1961 г., с.474-479. Способ ремонта длительный, срок службы гидроагрегата и степень ремонтопригодности после реконструкции невысокий, вследствие чего появляется необходимость проведения повторных работ по ремонту и восстановлению работоспособности гидроагрегата.

Задача изобретения заключается в обеспечении восстановления работоспособности гидроагрегата в кратчайшие сроки, в продлении срока службы гидроагрегата после восстановительных работ, в улучшении эксплуатационных характеристик гидроагрегата в целом, а также в повышении степени его ремонтопригодности и сервисного обслуживания в межремонтный период.

Заявляемый способ поясняется фиг.1-4, где схематично представлены: на фиг.1 - кратер и установленный в нем гидроагрегат, в продольном разрезе; на фиг.2 - гидроагрегат, вертикально установленный на подпятнике, в продольном разрезе; на фиг.3 - гидроагрегат после демонтажа, в продольном разрезе; на фиг.4 - гидроагрегат после восстановления его работоспособности, в продольном разрезе.

Гидроагрегат, в который входят гидрогенератор (генератор) и гидротурбина (турбина), включают подвижные (вращающиеся) и неподвижные части.

К подвижным частям гидроагрегата относятся: ротор 1 генератора, имеющий полюса 7 и магнитную ось 8 (средняя линия ротора); рабочее колесо 2 турбины, имеющее образующий поясок 21; вал 3 генератора; вал 4 турбины, соединенные фланцевым соединением 5 (фиг.1, 2, 4). К неподвижным частям гидроагрегата относятся: фундамент 9, на котором установлен и закреплен статор 10 генератора, имеющий магнитную ось 11 (средняя линия статора); верхняя крестовина 12 генератора; опорное кольцо 13; верхнее 15 и нижнее 14 кольца направляющего аппарата 22; верхний опорный фланец 16 статора турбины; крышка 17 турбины, соединенная с верхним кольцом 15 направляющего аппарата 22; подпятник 6 генератора, установленный и жестко закрепленный на крышке 17 турбины; направляющий подшипник 18 трения-скольжения турбины, жестко закрепленный в крышке 17 турбины; камера 19 рабочего колеса 2, являющаяся элементом проточной части турбины; ось 20 разворота лопастей рабочего колоса 2 (фиг.1-4).

В течение длительной эксплуатации гидроагрегата происходят необратимые изменения положения его подвижных и неподвижных частей, как в плане, так и по высоте, в частности, эти изменения показаны на фиг.1, где "γ" - угол отклонения оси "А" гидроагрегата от вертикального положения; "α" - угол отклонения корпуса рабочего колеса 2 турбины от горизонтального положения; "β" - угол отклонения оси "Б" кратера гидроагрегата от вертикального положения и "θ" - угол отклонения его от горизонтального положения.

Сущность заявляемого способа восстановления работоспособности гидроагрегата заключается в том, что проводят замер воздушного зазора по окружности между внешней плоскостью полюса ротора и активной стальной частью статора генератора, проводят замер воздушного зазора между лопастями рабочего колеса и внешней стенкой камеры турбины, проводят замер воздушного зазора между направляющим подшипником турбины и ее валом, проводят замер расстояния от опорного кольца турбины до образующего пояска рабочего колеса турбины, определяют величину отклонения оси вала гидроагрегата от вертикального положения и степень искривления оси вала, определяют величину отклонения корпуса рабочего колеса турбины от горизонтального положения, проводят центровку статора генератора в плане до получения равной величины воздушного зазора между полюсами ротора генератора и активным железом статора, проводят центровку статора генератора по высоте до совмещения магнитной оси статора с магнитной осью ротора генератора, проводят демонтаж гидроагрегата, фиксируют и закрепляют положение центра новой вертикальной оси гидроагрегата, производят замену относительно новой оси гидроагрегата старой камеры рабочего колеса на новую, устанавливают нижнее и верхнее кольца направляющего аппарата турбины в горизонтальное положение с последующей выверкой колец относительно новой вертикальной оси гидроагрегата и проводят монтаж гидроагрегата в кратер.

К замерам относятся: "Z" - замер воздушного зазора между внешней плоскостью сердечника полюса 7 и активной стальной частью статора 10 генератора; "X" - замер воздушного зазора между лопастями рабочего колеса 2 и внешней стенкой камеры 19 турбины; "У" - замер воздушного зазора между направляющим подшипником 18 трения-скольжения турбины и валом 4 турбины; "Y" - замер расстояния от опорного кольца 13 турбины до образующего пояска 21 на корпусе рабочего колеса 2 турбины.

На фиг.2 представлен гидроагрегат, вертикально установленный на подпятнике 6. Рабочее колесо 2 турбины установлено в центр, относительно опорного кольца 13 фундаментных частей турбины и зафиксирован линейный размер "Y₁", а именно, расстояние от опорного кольца 13 турбины до образующего пояска 21 на корпусе рабочего колеса 2 турбины, причем в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Статор 10 генератора прицентрован к ротору 1′ генератора, который ранее был установлен в вертикальное положение. Прицентрованный статор 10′ и изменение положения верхней крестовины 12′ генератора показаны пунктирными линиями. Эти изменения положения обусловлены тем, что верхняя крестовина жестко закреплена со статором главного генератора. Измененное положение рабочего колеса 2 относительно оси 20 разворота лопастей рабочего колеса на ее камере 19 показано позицией 2′.

На фиг.3 представлен демонтированный гидроагрегат. По результатам зафиксированных замеров ""Z", "X", "У", "Y" определяют и закрепляют положение новой оси "А" гидроагрегата размерами "Y₂" с центром в точке "О", относительно опорного кольца 13 фундаментных частей гидротурбины. Далее относительно новой закрепленной оси "А" гидроагрегата производят замену старой камеры 19 рабочего колеса 2 турбины (фиг.2) на новую 19′, а выверенные в плане и по высоте относительно новой оси "А" кольца 14 и 15 направляющего аппарата 22 (фиг.2), устанавливают в горизонтальное положение, с помощью мерных прокладок и отжимных болтов, при этом их новое положение показано позициями 14′ (нижнее кольцо) и 15′ (верхнее кольцо). Верхнее кольцо 15′ направляющего аппарата 22 отцентровано относительно нижнего кольца 14' направляющего аппарата до достижения соосности отверстий корпусов подшипников направляющих лопаток в верхнем кольце 15′ с отверстиями в нижнем кольце 14′ направляющего аппарата 22. Статор 10 генератора отцентрован в плане по достижению концентричности зазоров (размер "Z₁") между полюсами 7 ротора 1′ главного генератор и выверен по высоте до достижения совмещения магнитной оси статора 11 с магнитной осью 8′ ротора главного генератора (фиг.2) и горизонтального положения статора. После корректировки статора 10 относительно новой оси "А" его новое положение отмечено позицией 10′, при этом его магнитная ось 11′ совпадает с магнитной осью 8′ ротора 1′ генератора.

На фиг.4 представлен гидроагрегат после завершения его монтажа и соответственно после восстановления его работоспособности.

Способ реализовывается следующим образом.

1. Проводят замер воздушного зазора (замер "Z") по окружности между внешней плоскостью сердечника полюса 7 и активной стальной частью статора 10.

Измерение проводят в нескольких точках (8-16 точек) с помощью измерителя, например, пластинчатого щупа, имеющего калибровку по толщине. Полученные показатели сравнивают с нормативными и определяют показатель степени отклонения. Показатель воздушного зазора у каждого полюса не должен отличаться от среднего значения по всему ротору генератора не более чем на 10% от номинального нормативного значения. Поскольку положение смонтированного статора относительно ротора определяется положением его средней линии, отклонение статора от средней линии ротора не должно превышать на 0,5% высоты активной стали статора.

2. Проводят замер воздушного зазора (замер "X") между лопастями рабочего колеса 2 и внешней стеной камеры 19 турбины.

Измерение, как и при замере "Z", проводят в нескольких точках (8-16) с помощью измерителя, например, пластинчатого щупа, имеющего калибровку по толщине. Полученные показатели сравнивают с нормативными показателями и определяют степень отклонения рабочего колеса от внешней стенки камеры турбины.

3. Проводят замер воздушного зазора (замер "У") между направляющим подшипником 18 трения-скольжения и валом 4 турбины.

Измерение, как и при замерах "Z" и "X", проводят в нескольких точках (8-16) с помощью пластинчатого щупа, с калибровкой по толщине. Полученные показатели сравнивают с нормативными показателями и определяют степень отклонения вала турбины.

4. Проводят замер расстояния от опорного кольца 13 до образующего пояска 21 на корпусе рабочего колеса 2 турбины (замер "Y").

5. Определяют величину отклонения общей линии вала (оси "А") гидроагрегата от вертикального положения.

Для этого шахте турбины приводят измерения в верхней части вала и в нижней, используя метод 4-х струн; один конец металлической струны крепят на валу, а другой, снабженный грузом, опускают в специальный сосуд с масляным раствором. В качестве измерителя используют нутромер микрометрический с ценой деления до 0,01 мм. В результате получают 8 показателей, которые сравнивают с нормативными показателями. Угол отклонения (величина уклона) обозначен на фиг.1 как "γ" (фиг.1).

Размер отклонения валов от вертикального направления дает картину отклонения всех частей гидроагрегата, поскольку валы 3 и 4 жестко соединяют ротор 1 и рабочее колесо 2.

6. Определяют степень искривления общей оси вала гидроагрегата, используя метод 4-х струн или поворотом ротора 1 на каждые 45 градусов, делая при этом 8 замеров. Поворот ротора осуществляют с помощью полиспастов, строп и мостового крана. Измерение проводят индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Полученные результаты сравнивают с нормативными показателями и выявляют степень искривления общей оси вала гидроагрегата.

7. Определяют величину отклонения корпуса рабочего колеса турбины от горизонтального положения, в частности, определяют величину угла "α" (фиг.1). При этом отклонение определяют относительно тыльной (верхней) плоскости пяты подпятника 6.

В результате проведения вышеуказанных технологических операций (1-7) определяют рабочее состояние подвижных и неподвижных частей гидроагрегата в плане, по высоте, а также рабочее состояние их относительно друг друга.

8. На основании полученных результатов осуществляют центровку статора 10 генератора в плане до получения равной величины воздушного зазора между полюсами 7 ротора 1 генератора и активным железом статора 10 генератора и центровку статора по высоте до совмещения магнитной оси 11 статора с магнитной осью ротора генератора (фиг.2).

Для чего, устанавливают корпус рабочего колеса 2 турбины, по образующему пояску 21 на корпусе турбины, относительно опорного кольца 13, в центр, закрепляя его размером "Y₁" (фиг.2, 4). Показатель размера "Y₁" является базовым размером для определения положения новой оси "А" в точке "О" относительно кольца 13. Далее с помощью регулируемой опорной части подпятника 6, вращающиеся части гидроагрегата (ротор 1 и вал 3 генератора, вал 4 турбины и ее рабочее колесо 2), устанавливают в вертикальное положение - ось "А" гидроагрегата. В результате центровки гидроагрегат занимает новое пространственное положение, при этом положение его подвижных частей указаны позициями, в частности, ротор 1′ и вал 3′ генератора, вал 4′ турбины, и ее рабочее колесо 2′.

После определения фактического положения статора 10 генератора в плане (по замеру воздушного зазора "Z") и по высоте (по положению магнитной оси 11 статора 10 относительно магнитной оси 8′ ротора 1′ генератора) относительно нового пространственного положения ротора 1′ генератора, статор 10 приподнимают с фундаментных опор 9 и производят прицентровку его к ротору 1′ главного генератора в плане и по высоте. Операцию осуществляют при помощи специального грузозахватного приспособления и мостовых кранов. В результате статор 10 генератора занимает положение, соответствующее 10′, при котором горизонтальное его положение выверено с помощью мерных прокладок, а магнитная ось 11′ статора совмещена с магнитной осью 8′ ротора 1′ генератора. Полученные воздушные концентричные зазоры зафиксированы размером "Z₁". Статор 10′ генератора устанавливают на фундамент и жестко закрепляют (фиг.2).

9. После чего производят демонтаж гидроагрегата из кратера.

10. На основании зафиксированных размеров "Y₁" и "Z₁" положения подвижных частей гидроагрегата относительно неподвижных фиксируют и закрепляют положение центра новой вертикальной оси "А" гидроагрегата в точке "О" - линейным размером "Y₂" относительно опорного кольца 13 фундаментных частей турбины.

11. Осуществляют замену старой камеры 19 рабочего колеса 2 турбины (фиг.2) на новую 19′, которая отцентрована в плане и по высоте, установлена и жестко закреплена с фундаментом 9 и опорным кольцом 13 турбины, относительно новой вертикальной оси "А" гидроагрегата и центра в точке "О", зафиксированной размером "Y₂".

12. Устанавливают нижнее и верхнее кольца 14 и 15 направляющего аппарата турбины в горизонтальное положение и осуществляют выверку колец относительно новой вертикальной оси "А" гидроагрегата с центром в точке "О" (фиг.2).

Для этого устанавливают нижнее кольцо 14 в горизонтальное положение с помощью мерных прокладок и отжимных болтов, расцентровывают его относительно вертикальной оси "A", и далее устанавливают и жестко закрепляют с опорным кольцом 13. Новое положение нижнего кольца представлено позицией 14′. Далее устанавливают в горизонтальное положение верхнее кольцо 15 направляющего аппарата 22. Операцию осуществляют также с помощью мерных прокладок и отжимных болтов с последующей расцентровкой относительно новой вертикальной оси "А" и нижнего кольца 14′ направляющего аппарата до достижения соосности отверстий корпусов подшипников направляющих лопаток в верхнем кольце 15 с отверстиями в нижнем кольце 14′. В результате верхнее кольцо направляющего аппарата занимает положение 15′ (фиг.3).

13. Конечной операции способа восстановления является монтаж гидроагрегата в кратер. Центровка гидроагрегата в процессе его монтажа не является трудоемкой, поскольку данная работа была выполнена на стадии демонтажа гидроагрегата.

Предложенный способ восстановления работоспособности гидроагрегата после длительной его эксплуатации позволяет в 2,5-3 раза сократить время восстановления по сравнению с традиционной технологией и в 1,5-2 раза продлить срок службы гидроагрегата после восстановительных работ. Кроме того способ позволяет улучшить эксплуатационные характеристики гидроагрегата в целом и существенно повысить степень его ремонтопригодности и сервисного обслуживания в межремонтный период.

Способ восстановления работоспособности гидроагрегата предназначен при ремонтно-восстановительных работах на гидроэлектростанциях (ГЭС), а также при выполнении работ по реконструкции гидроагрегата. Сущность способа: проводят замер воздушного зазора по окружности между внешней плоскостью полюса ротора и активной стальной частью статора генератора, проводят замер воздушного зазора между лопастями рабочего колеса и внешней стенкой камеры турбины, проводят замер воздушного зазора между направляющим подшипником турбины и ее валом, проводят замер расстояния от опорного кольца турбины до образующего пояска рабочего колеса турбины, определяют величину отклонения оси вала гидроагрегата от вертикального положения и степень искривления оси вала, определяют величину отклонения корпуса рабочего колеса турбины от горизонтального положения, проводят центровку статора генератора в плане до получения равной величины воздушного зазора между полюсами ротора генератора и активным железом статора, проводят центровку статора генератора по высоте до совмещения магнитной оси статора с магнитной осью ротора генератора, проводят демонтаж гидроагрегата, фиксируют и закрепляют положение центра новой вертикальной оси гидроагрегата, производят замену относительно новой оси гидроагрегата старой камеры рабочего колеса на новую, устанавливают нижнее и верхнее кольца направляющего аппарата турбины в горизонтальное положение с последующей выверкой колец относительно новой вертикальной оси гидроагрегата и проводят монтаж гидроагрегата в кратер. Способ позволяет в 2,5-3 раза сократить время восстановления по сравнению с традиционной технологией и в 1,5-2 раза продлить срок службы гидроагрегата после восстановительных работ. Кроме того, способ позволяет улучшить эксплуатационные характеристики гидроагрегата в целом и существенно повысить степень его ремонтопригодности и сервисного обслуживания в межремонтный период. 4 ил.

Способ восстановления работоспособности гидроагрегата, заключающийся в том, что проводят замер воздушного зазора по окружности между внешней плоскостью полюса ротора и активной стальной частью статора генератора, проводят замер воздушного зазора между лопастями рабочего колеса и внешней стенкой камеры турбины, проводят замер воздушного зазора между направляющим подшипником турбины и ее валом, проводят замер расстояния от опорного кольца турбины до образующего пояска рабочего колеса турбины, определяют величину отклонения оси вала гидроагрегата от вертикального положения и степень искривления оси вала, определяют величину отклонения корпуса рабочего колеса турбины от горизонтального положения, проводят центровку статора генератора в плане до получения равной величины воздушного зазора между полюсами ротора генератора и активным железом статора, проводят центровку статора генератора по высоте до совмещения магнитной оси статора с магнитной осью ротора генератора, проводят демонтаж гидроагрегата, фиксируют и закрепляют положение центра новой вертикальной оси гидроагрегата, производят замену относительно новой оси гидроагрегата старой камеры рабочего колеса на новую, устанавливают нижнее и верхнее кольца направляющего аппарата турбины в горизонтальное положение с последующей выверкой колец относительно новой вертикальной оси гидроагрегата и проводят монтаж гидроагрегата в кратер.