Контроль метрологических параметров и вибродиагностика электрических комплексов для определения состояния оборудования теплоэлектростанции

УДК 621.01

Контроль метрологических параметров и вибродиагностика электрических комплексов для определения состояния оборудования теплоэлектростанции

М Ю. Николаев,

ОмГТУ, кандидат технических наук, доцент Е. В. Николаева,

ОмГТУ, кандидат технических наук, доцент В. С. Березовский,

Энергетический институт ОмГТУ, студент Е. В. Никитин,

Энергетический институт ОмГТУ, студент

Материал посвящён вибрационной диагностике оборудования теплоэлектростанций на примере питательного насоса. В результате испытаний выявлено биение ротора на частоте 2-й гармоники оборотной частоты вращения как результат появления электромагнитных и механических вибраций.

Ключевые слова: вибродиагностика, вибрация, энергооборудование.

Своевременная и качественная диагностика электрических машин является необходимым фактором, определяющим их надёжность, эффективность эксплуатации, период, срок и качество проведения капитального ремонта. Одним из эффективных современных методов в диагностике электрических машин, который даёт наиболее полные данные о показателях состояния диагностируемых объектов и их основных частей, является вибродиагностика.

Существует метод диагностики состояния оборудования при помощи спектров огибающей вибросигнала, позволяющий выявить дефекты на ранней стадии их развития [1]. Диагностика при помощи спектров огибающей во многом зависит от метода и места монтажа вибродатчика. Даже незначительное изменение места монтажа может привести к изменению результатов измерений. Вибродатчик должен быть закреплён на плоской чистой поверхности. При использовании таких датчиков показания вибрации будут особенно подвержены вариации из-за силы прижатия вибродатчика к объекту измерения, угла его установки, условий снятия показаний и др.

Универсальность предлагаемого метода вибродиагностики позволяет определять эффективность электрической машины на разных этапах, начиная от определения качества электрической машины ещё при её производстве и до выявления причин и степени износа во время эксплуатации [2]. Вибрационная диагностика необходима не только для крупных электрических машин. Не менее важно исследование вспомогательных механизмов

котло- и турбоагрегатов, то есть оборудования насосных станций и водоподготовки, котельного оборудования, циркуляционных насосов различного назначения, питательных электронасосов, механизмов ремонтной базы.

Вибрационное обследование питательного насоса

На крупных быстроходных агрегатах с подшипниками скольжения, например энергетических турбоагрегатах, диагностическим параметром для большинства опасных дефектов, является оборотная составляющая вибрации. В данной работе мы рассмотрим влияние биений ротора на частоте 2-й гармоники оборотной частоты вращения в электрической машине как результат появления электромагнитных и механических вибраций на примере питательного насоса ПЭН-11.

Стационарная (неизменная во времени и независимая от режима) вибрация возникает после ремонта, монтажа, иногда после очередного останова агрегата. Повышение вибрации нередко наблюдается при пуске из монтажа головного образца агрегата вследствие временного несовершенства конструкции и технологии [3-7].

Вибрационное обследование питательного насоса ПЭН-11 СП «ТЭЦ-3» ОАО «ТГК-11» и анализ вибросигналов проводили с помощью стандартных средств машинного анализатора Machinery Health Analyzer CSI-2130. Вибросигналы снимались на заранее оборудованных точках контроля.

В насосный агрегат входят высоконапорный питательный электронасос ПЭ-500-180-3 - цент-

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЪ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I wmv.endi.ru

№ 4(52) 2013, июль-август

робежный горизонтальный одиннадцатиступенча-тый с односторонним расположением рабочих колёс, двухкорпусного исполнения, с внутренним корпусом секционного типа; промвал; электродвигатель 2АЗМ-4000/6000, обратный клапан с одним быстродействующим вентилем линии рециркуляции и дросселирующим устройством, масляное хозяйство, автоматика, защита, КИП.

Результаты испытаний

Максимальные уровни вибрации как в виброускорении, так и в виброскорости, и в виброперемещении проявляются на подшипнике № 1 (задний подшипник электродвигателя). В виброускорении повышенному уровню СКЗ способствует наводка вибрации от маслонасоса. С незначительными амплитудами передаются и лопастные вибрации от питательного насоса через промвставку, что говорит о том, что центровка агрегата не может быть безукоризненной.

Уровень дисбаланса ротора электродвигателя достаточно высок. Так в горизонтальном направлении заднего подшипника электродвигателя из 7,62 мм/с СКЗ виброскорости амплитуда спектра вибрации на оборотной частоте вращения, характеризующая величину дисбаланса, составляет 5,43 мм/с, что является очень значительной величиной. Но ещё более значима природа этого дисбаланса. Как видно из сигнатуры, спектр 2-й гармоники оборотной частоты вращения складывается из спектров двух частот - спектра собственно 2-й гармоники частоты вращения, характеризующего в большинстве случаев расцентровку с амплитудой 4,41 мм/с, и спектра вибрации на удвоенной частоте сети (100 Гц) с амплитудой 0,61 мм/с, характеризующего проблему электромагнитного происхождения (рис. 1).

существуют вокруг изначального дефекта - биений ротора на частоте 2-й гармоники оборотной частоты вращения (рис. 2).

Налицо динамический эксцентриситет ротора электродвигателя. Но проявляется он максимально только со стороны заднего подшипника электродвигателя. Можно с уверенностью утверждать, что часть вала, которая расположена со стороны заднего подшипника, имеет прогиб. Из-за этого прогиба проявляется значительный дисбаланс ротора, а изменяющиеся воздушные зазоры способствуют усилению дисбаланса в точке минимального воздушного зазора. Траектория движения шейки вала, близкая к овалу, подтверждает наличие дисбаланса (рис. 3).

Есть предположение, что один из стержней ротора имеет повреждение в месте сварки или трещину со стороны заднего подшипника электродвигателя, из-за чего происходит локальный нагрев и, как следствие, прогиб вала.

24-ПЭН-11

26 -М1Н Эл-дв Полевая горизонтальная

97.0

98.0

И

Анализ Спектр 25-июн-12 09:31:41

СКЗ=4.60 НАГР. = 100.0 О/М=2985. (49.75 Гц) Предел предост.

99.0 100.0 Частота в Гц

101.0

102.0

Част: 99.66 Порд: 2.003 Спек.: 4.415

Рис. 2. Амплитудный спектр виброскорости Уе, мм/с. Подшипник № 1 (задний двигатель) в горизонтальном направлении. 2-я гармоника оборотной частоты вращения 99,66 Гц. Удвоенная частота сети 100 Гц

24-ПЭН-

-М1Н Эл-дв Полевая горизонтальная

12

10

8

6

4

2

0 30

Анализ Спектр 25-июн-12 09:31:41

СКЗ=7.62 НАГР. = 100.0 О/М=2985.

60

90 120 Частота в Гц

150

180

Част: 100.03 Порд: 2.011 Спек.: .673

26

24-ПЭН-11 -М1Х М1У

Вывод орбиты: 25-июн-12 10:28:20

П-ПХ=25.53 П-ПУ=60.17 НАГР.=100.0 О/М=2985.

Рис. 1. Амплитудный спектр виброскорости Уе, мм/с.

Подшипник № 1 (задний двигатель) в горизонтальном направлении.

Оборотная частота вращения 49,83 Гц и её гармоники 99,66 Гц (2-я), 149,46 Гц (3-я). Удвоенная частота сети 100 Гц

На первый взгляд, существует три отдельных проблемы: дисбаланс, биения на 2-й гармонике оборотной частоты вращения и электромагнитная проблема, связанная с неравномерными воздушными зазорами. Но все они тесно взаимосвязаны, а точнее, и дисбаланс, и электромагнитная проблема

-10 0 10 М1Х в мкм

Рис. 3. Траектория движения шейки вала в подшипнике № 1

Анализ сигнатуры и СКЗ виброскорости (Vе, мм/с) и двойной размах виброперемещения (2А, мкм) показывают, что эта проблема минимизирована на переднем подшипнике электродвигателя (подшипник № 2), поскольку прогиб имеет нецентральное расположение (рис. 4, 5).

На насосе главной проблемой являются лопастные вибрации лопаток рабочих колёс и лопаток

3

2

14

№ 4 (52) 2013, июль-август

redaktor@endf.ru

2.5 2.0 1.5

1.0 0.5

26 -М2Н Эл-дв Рабочая горизонтальная

20

40

60 80 Частота в Гц

100

"Анализ

Спектр

-25-июн-12

09:42:17

СКЗ=2.46 НАГР. = 100.0 О/М=2985.

120 140

Част:100.05 Порд: 2.011 Спек.: .508

1.6 1.2

0.8

0.4

24-ПЭН-11

26 -М2Н Эл-дв Полевая горизонтальна^

97.0

98.0

99.0 ' 100.0 Частота в Гц

101.0

Анализ Спектр 25-июн-12 09:42:17

СКЗ=1.35 НАГР. = 100.0 О/М=2985. (49.75 Гц) Предел предост.

Част: 99.69 102.0 Порд:2.004 Спек.: .998

Рис. 4. Амплитудный спектр виброскорости Уе, мм/с. Подшипник № 2 (передний двигатель) в горизонтальном

направлении. Оборотная частота вращения 49,83 Гц и её гармоники 99,67 Гц (2-я). Удвоенная частота сети 100 Гц

Рис. 5. Амплитудный спектр виброскорости Уе, мм/с. Подшипник № 2 (передний двигатель) в горизонтальном направлении. 2-я гармоника оборотной частоы вращения 99,66 Гц. Удвоенная частота сети 100 Гц

0

0

направляющих аппаратов, что не считается в данном случае неисправностью. Причиной этого является чисто технологическая проблема: недогружение на 200 м3 и избыточное давление на напоре в 25 кг/см2 приводят к проявлению лопастных вибраций.

Выводы

Причиной повышенной вибрации на задней подшипниковой опоре электродвигателя является прогиб участка вала со стороны заднего подшипника электродвигателя. Следствием этого прогиба является дисбаланс ротора электродвигателя (в большей степени со стороны заднего подшипника электродвигателя), усиленный магнитным полем в точке минимального воздушного зазора. Возможно повреждение стержня ротора или сварки со сторо-

ны заднего подшипника, способствующее локальному нагреву и, как следствие, прогибу вала.

Хотя вибрационное состояние питательного насоса ПЭН-11 соответствует оценке «допустимо», во время проведения капитального ремонта необходимо выполнить дефектацию ротора электродвигателя на предмет биений и прогиба (проиндицировать на призмах). До разборки следует выполнить замеры воздушных зазоров со стороны заднего подшипника электродвигателя. По результатам выполнения предыдущих пунктов возможно принятие решения о необходимости балансировки ротора электродвигателя на балансировочном станке и выполнение визуального осмотра ротора на предмет обнаружения повреждения сварки или трещины на стержне сердечника ротора электродвигателя.

Литература

1. Nathan Weller. Огибающая: высокая чувствительность к дефектам и их раннее обнаружение // Компрессорная техника и пневматика. - 2012. - № 7. - С. 7-13.

2. Николаев М. Ю., Березовский В. С., Никитин Е. В. Методы использования вибродиагностических исследований в эксплуатации ТЭС / Научная дискуссия: инновации в современном мире: Материалы VIII международной заочной научно-практической конференции. Ч. I. - М.: Международный центр науки и образования, 2013. - С. 43-48.

3. Гольдин А. С. Вибрация роторных машин. - М.: Машиностроение, 1999. - 344 с.

4. ГОСТ Р 53565-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Вибрация центробежных насосных и компрессорных агрегатов. - М.: Стандартинформ, 2010. - 5 с.

5. МУ 34-70-008-82 (СО 34.41.708). Методические указания по испытанию питательных электронасосов и турбонасосов.

6. РД 34.45-51.300-97. Объём и нормы испытаний электрооборудования.

7. Браташ О. В., Калинов О. П. Анализ методов вибродиагностики асинхронных двигателей. - Кременчуг: КДПУ, 2006.

Metrological control and vibration diagnostics of power energy equipment for thermal power stations

М. Yu. Nikolaev,

OmSTU, PhD

ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru

№ 4(52) 2013, июль-август

E. V. Nikolaeva,

OmSTU, PhD

V. S. Berezovsky,

Power Engineering Institute of OmSTU, student & V. Nikitin,

Power Engineering Institute of OmSTU, student

In the paper we are doing our research based on methods of vibration diagnostic of the thermal power stations equipment. Using the feed water pump we are doing our research based on the second harmonic frequency of the rotor beat reversed rotation frequency as a result of the electromagnetic and mechanical vibrations emergence.

Keywords: vibration diagnostics, vibration, power equipment.

№ 4 (52) 2013, mm-anya

redaktor@endf.ru