Содержание к диссертации
Введение г..
Глава 1. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ТУРБОАГРЕГАТОВ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
1.1. Основные задачи и общая характеристика систем диагностики и технического контроля за состоянием турбоагрегатов
1.2. Источники повышенной вибрации турбоагрегатов и их диагностические признаки
1.3. Результаты внедрения систем вибрационной диагностики турбоагрегатов Шатурской ГРЭС
Глава 2. АНАЛИЗ ПРИЧИН И ИСТОЧНИКОВ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН 33
2.1. Общие положения
2.2. Основные источники и модели нестационарных процессов в проточной части регулирующих клапанов
2.3. Анализ причин возникновения автоколебательных процессов в системе парораспределения паровых турбин
2.4. Влияние конструкции элементов системы парораспределения на ее вибрационные характеристики
2.5. Главные выводы по результатам обзора литературных источников и постановка основных задач диссертационной работы
Глава 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ И АНАЛИЗ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В СИСТЕМЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВД ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ К-210-12,8 .
3.1. Основные требования к системе измерений пульсаций давления
3.2. Организация парораспределения ЦВД турбины К-210-12,8 и выбор типа датчиков пульсаций давления
3.3. Формирование автоматизированной системы измерений и ее реализация в условиях эксплуатации энергоблока
3.4. Результаты исследований и анализ амплитудно-частотных характеристик в системе парораспределения ЦВД турбины К-210-12,8 при номинальной и частичных нагрузках турбоагрегата
3.5. Особенности пульсационных процессов в переменных режимах
3.6. Основные итоги и выводы по результатам исследований нестационарных процессов в области регулирующих клапанов
Приложения к главе 3
Приложснис 1 3.4.1. Особенности пульсаций давления в системе парораспределения при реализации нагрузки турбоагрегата
Приложение 2. Рис. 3.18-3.23 к разделу 3.4.2. Особенности пульсаций давления при частичных нагрузках турбоагрегата ( =80-90 МВт)
Приложение 3. Рис. 3.24-3.26 к разделу 3.5.1. Пульсационные характеристики в переменных режимах эксплуатации турбоагрегата
Приложение 4. Рис. 3.31-3.36 к разделу 3.5.2. Особенности АЧХ пульсаций давления при пуске и останове турбоагрегата
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ВИБРАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАЛОПРОВОДА ТУРБОАГРЕГАТА ( ?.?...
4.1. Средства измерения вибрации и программа исследований
4.2. Результаты исследований взаимосвязи пульсационных характеристик в системе парораспределения ЦВД турбины и интенсивности колебаний ее водопровода
4.3. Обоснование результатов исследований вибрационных характеристик РВД турбины и основные выводы
Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ КАНАЛА МОНИТОРИНГА ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВД ТУРБИНЫ К-210-12,8
5.1. Основные задачи и принципы формирования канала мониторинга 5.2. Инструментальная база канала мониторинга
5.3. Выбор признака нестационарных процессов в системе парораспределения турбоагрегата
5.4. Результаты работы канала мониторинга
Глава 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ЦНД ПАРОВЫХ ТУРБИН
6.1. Основные задачи контроля лопаточного аппарата паровых турбин и общая характеристика соответствующих систем л
6.2. Характеристика системы контроля и диагностики лопаточного аппарата последних ступеней ЦНД К-210-12,8 энергоблоков ГРЭС №5
6.3. Совершенствование систем контроля лопаточного аппарата «СКАЛА» и основные результаты их эксплуатации
Общие выводы и итоги диссертационной работы
Список использованных источников
Введение к работе
В Российской Федерации с развитием рыночных взаимоотношений существенно возрастают требования к показателям экономичности и надежности основного и вспомогательного оборудования тепловых электростанций, определяющих конкурентную способность производителей тепловой и электрической энергии. Для турбоустановок ТЭС, длительное время находящихся в активной эксплуатации, требования к поддержанию их экономичности и надежности связаны с необходимостью решения ряда научных и технических задач. Главные из них связаны с совершенствованием паротурбинных агрегатов в процессе их модернизации. Кроме того, в последние годы особое внимание уделяется решению проблем контроля технического состояния и вибрационной диагностики турбоагрегатов. Внедрение и совершенствование автоматических систем вибрационного контроля и диагностики (АСВКД), расширение их взаимодействия с автоматизированными системами контроля за оборудованием энергоблоков позволяет существенно повысить уровень их эффективной эксплуатации. В последнее время большое внимание уделяется развитию локальных систем и каналов мониторинга технического состояния отдельных узлов и элементов паровых турбин. К таким, например, относятся системы контроля за состоянием лопаточного аппарата последних ступеней их цилиндров низкого давления, за температурными расширениями статорных и роторных частей и другие. Наиболее актуальной является задача подготовки системных решений, основанных на современных представлениях не только об уровнях экономичности и надежности турбоустановок, но и степени автоматизации процессов их эксплуатации и контроля.
Существующие автоматизированные системы контроля за работой турбоагрегата уже наделены способностью не только фиксировать изменение его вибрационного состояния, но и выявлять причины этих изменений, включая конкретные причины и группы вероятных дефектов. При этом в основном системы вибродиагностики ориентированы на пассивные методы обнаружения и идентификации дефектов, когда сравниваются текущие параметры вибрации с их эталонными значениями, характеризующими как бездефектное состояние турбоагрегата, так и влияние на вибрацию дефектов различного происхождения. В некоторых АСВКД в качестве диагностируемого параметра используется спектр вибрации, на основе которого формируется сравнение базовых и текущих виброхарактеристик. Известны также системы для энергоблоков большой мощности, позволяющие диагностировать состояние турбоагрегата в активном автоматическом и диалоговом режимах. При этом в большинстве рассматриваемых систем в качестве исходных используются параметры колебаний валопровода и вибрации корпусов подшипников турбоагрегата. Но для качественной вибрационной диагностики необходима более широкая база информации, позволяющая выявлять различного рода дефекты на стадии их развития.
К базе первичной информации помимо режимных характеристик (электрическая мощность, параметры рабочих сред турбоустановки и другие) следует отнести данные об уровнях температур масла в системе масло-снабжения и регулирования, о температурных состояниях корпусных элементов турбины и ее подшипников, о состоянии фундаментных частей, об относительных расширениях роторов и перемещениях корпусов цилиндров турбины. В этом ряду находятся данные об изменениях упругой линии валопровода турбоагрегата и всплытии шеек его роторов, о состояниях систем парораспределения и автоматического регулирования, лопаточного аппарата, а также состояниях оборудования конденсационной установки и электрического генератора. Для большинства из названных величин и факторов влияния на нормативный уровень качества работы турбоустановок разработаны и внедрены соответствующие каналы мониторинга и определены диагностируемые параметры и величины. Исключение составляет мониторинг технического состояния системы парораспределения турбин. В большинстве случаев оцениваются лишь значения давлений свежего пара и за регулирующими клапанами, а также подъемов их штоков.
Вместе с тем, анализ повреждений и дефектов органов парораспределения, а также результаты исследований, выполненных сотрудниками ЦКТИ, ВТИ, JIM3 и МЭИ, свидетельствуют об их основных причинах, вызванных не только температурными условиями эксплуатации (эффекты ползучести металлов, формирование микротрещин и другие), но и вибрационными процессами. Причины повреждений и поломок, связанные с налит чием колебаний, приводят к относительно быстрому набору критического числа циклов для элементов регулирующих клапанов (прежде всего их штоков и передаточных механизмов), а также сегментов сопловых коробок. Источниками колебаний являются нестационарные процессы в проточной части клапанов, трубопроводов, пароподводящих патрубков и сопловых коробок. Следует отметить и связь вибрационных состояний регулирующих клапанов, корпусных частей и водопровода турбоагрегата. Эта связь обусловлена воздействием на ротор пульсаций давления и расхода водяного пара, расширяющегося в сегментах сопловой решетки регулирующей ступени, обслуживаемых клапаном с повышенной вибрационной активностью. Отсюда рост повреждаемости подшипников турбин, прежде всего, эксплуатируемых при резко неравномерном графике суточных нагрузок. Например, данная проблема является весьма актуальной для турбоагрегатов К-210-12,8 Шатурской ГРЭС, эксплуатируемых с частыми пусками и остановами, а также в режимах, когда от минимальных значений нагрузок до максимальных нагрузок изменения осуществляются до десятка раз в сутки. Не менее актуальной является задача использования систем контроля за состоянием лопаточного аппарата последних ступеней ЦНД.
В представляемой диссертационной работе показаны результаты внедрения и адаптации автоматизированных систем контроля и вибрационной диагностики турбоагрегатов К-210-12,8 ЛМЗ Шатурской ГРЭС, исследова -/ ний нестационарных процессов в области регулирующих клапанов и их влияния на вибрационные характеристики валопровода, разработки канала мониторинга данных процессов, а также результаты адаптации и совершенствования системы контроля за состоянием последних ступеней ЦНД.
При решении научных задач автор диссертационной работы ориентировался на труды следующих отечественных ученых и специалистов: КН. Бо-ришапского, А.С. Гольдина, Э.А. Дона, А.Е. Зарянкина, A3. Зиле, Г.В. Зусмана, А.Г. Костюка, И.А. Ковалева, А.И. Куменко, СВ. Калинина, А.Ш. Лейзеровича, В.В. Мутуля, Ю.В. Ржезникова, Б.Т. Рунова, Г.С. Самойлови-ча, А.В. Салимона, А.Д. Трухния, Е.В. Урьева, Г.А. Ханина и многих других.
В первой главе диссертации представлены материалы об автоматизированных системах контроля и вибрационной диагностики паротурбинных установок. Первый и второй разделы данной главы выполнены в форме обзора литературных источников с обоснованием целесообразности разработки канала мониторинга нестационарных процессов в системах парораспределения турбин. В первом разделе показаны типы АСКВД турбоагрегатов, их связь и взаимодействие с автоматизированными системами контроля за оборудованием энергоблоков электростанций, а также локальные подсистемы, решающие задачи мониторинга технического состояния паровой турбины. Во втором разделе выполнен анализ основных источников вибрационной активности турбоагрегата, показаны ее характерные и диагностируемые признаки. В третьем разделе главы представлены системы вибрационного контроля, используемые в турбоагрегатах Шатурской ГРЭС, а также результаты их эксплуатации.
Во второй главе представлен материал, связанный с результатами исследований нестационарных процессов в системах парораспределения паровых турбин ТЭС. На основе обзора литературных источников определена актуальность задач, определяемых созданием канала мониторинга рассматриваемых процессов в области регулирующих клапанов. Показано, что для реализации промышленного образца данного канала необходимо провести исследовательские работы на действующем турбоагрегате с целью определения диапазона и особенностей параметров нестационарных процессов.
В третьей главе представлено описание автоматизированной системы и средств измерений пульсаций давлений в каналах парораспределения ЦВД турбины К-210-12,8, апробированных в условиях реальной эксплуатации энергоблока. При этом была решена проблема промышленного использования неохлаждаемых датчиков пульсаций давления с высокими ресурсными и стабильными метрологическими характеристиками. На основе исследований сформирована представительная база данных для реализации принципа информационной полноты при выборе контролируемого признака нестационарного состояния рабочей среды за регулирующими клапанами, а также отработана инструментальная база для создания канала мониторинга на основе неохлаждаемых датчиков пульсаций давления.
Четвертая глава посвящена исследованиям особенностей взаимосвязи пульсационных характеристик в системе парораспределения с вибрационными параметрами турбоагрегата. Представлены результаты измерений и анализа амплитудно-частотных характеристик процессов в сопловых коробках ЦВД турбины для разных режимов ее эксплуатации, а также особенности их связей с вибрационными характеристиками подшипников.
В пятой главе приведены результаты создания канала мониторинга нестационарных процессов в области регулирующих клапанов ЦВД турбины К-210-12,8 Шатурской ГРЭС, как аналога для промышленного использования в действующих и проектируемых паротурбинных установках. Также представлены неохлаждаемые датчики пульсаций давления на уровень температуры пара 540-560°С, разработанные совместно со специалистами НПО «ЦНИИТМаш».
В шестой главе показаны результаты внедрения, эксплуатации и совершенствования систем технического контроля за состоянием лопаточного аппарата последних ступеней ЦНД турбин К-210-12,8 ЛМЗ на ГРЭС Л 5.
Главный практический итог представляемой диссертационной работы заключается в расширении системы контроля за состоянием паровой турбины на основе канала мониторинга нестационарных процессов в ее органах парораспределения. Кроме того, приведен анализ результатов внедрения и адаптации систем вибрационного контроля и диагностики паровых турбин К-210-12,8 ЛМЗ, а также лопаточного аппарата последних ступеней их ЦНД. Как итог результатов реализации и совершенствования локальных систем контроля сделаны предпосылки и шаги для расширения автоматизированной системы вибрационного контроля и диагностики турбоагрегатов. Основные результаты диссертационной работы нашли свое отражение в научных статьях и в докладах на научно-практических конференциях.
Автор диссертации выражает благодарность сотрудникам Шатурской ГРЭС (Емельянову A.M., Емельянову Е.М., Жучкову А.В.), ОАО «ЦКТИ» и кафедры «Паровые и газовые турбины» МЭИ, оказавшим помощь и поддержку при выполнении данной работы. Особая признательность выражается научному руководителю диссертационной работы В.Ф. Касилову, а также инженеру СВ. Калинину.
