Способ восстановления работоспособности гидротурбины после длительного периода её эксплуатации
METHOD OF RECOVERY OF HYDRAULIC TURBINE SERVICEABILITY AFTER A LONG PERIOD OF ITS OPERATION

Настоящее изобретение относится к области строительно-монтажных работ в гидроэнергетике, в частности способу восстановления рабочих параметров (установочных и геометрических) гидроагрегата, и может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах на гидроэлектростанциях (ГЭС), при выполнении работ по реконструкции гидроагрегата, а также при замене гидротурбинной установки.
Из существующего уровня техники известен способ ремонта гидроагрегата (см. Я.Ф. Фитерман, Монтаж и ремонт гидротурбин, 2-ое издание, Госэнергоиздат, М.-Л., 1961 г, с. 474-479, В.А. Кожемякин, А.Н. Рымарь «Гидрогенераторы: Повреждения и ремонт», М.: Энергоатомиздат, 1983 г., Глебов И.А., Домбровский В.В., Дукштау А.А. и др. «Гидрогенераторы» Л.: Энергоиздат, 1982 г., М.В. Малышев. «Турбины Каштана главных генерирующих агрегатов государственной Нижне-Свирской гидроэлектрической станции» Л.: 1939 г., Л.Г. Мамиконянц, Ю.М. Элькинд, Ю.В. Петров и др. «Обнаружение дефектов гидрогенераторов» М.: Энергоатомиздат 1985 г.), включающий осмотр состояния гидроагрегата, демонтаж (разборка) гидроагрегата, центровка гидроагрегата и замена старых узлов и деталей на новые или проведение реконструкции этих узлов и деталей. Недостатком данного технического решения является то, что данный 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.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известный способ восстановления работоспособности гидроагрегата (Патент на изобретение RU 2275525, опубликовано: 27.04.2006 Бюл. №12). Согласно 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. Недостатком данного технического решения является то, что данный способ ремонта трудоемкий и менее точный по отношению к заявляемому способу.
Согласно приведенным аналогам процесс ремонта весьма продолжительный, срок службы гидроагрегата и его эксплуатационная надежность после проведенных работ не высокая и, как следствие, происходят повторные простои при выводе гидроагрегата в ремонт.
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.
Данная задача решается за счет того, что заявленный способ восстановления работоспособности гидротурбины заключается в контролировании зазоров, определении величины отклонения вала, контролировании положения корпуса рабочего колеса, проведении мероприятия по переустановке статора генератора, установке верхнего и нижнего колец направляющего аппарата, производства сборки направляющего аппарата и всего гидроагрегата при этом контролируют такие зазоры, как зазор по окружности между лопастями рабочего колеса и камерой рабочего колеса, как зазор между активным железом сердечника статора и полюсами ротора главного генератора, как зазор между облицовкой вала и сегментами верхнего и нижнего направляющего подшипников, контролируют такие отклонения, как отклонение от горизонтальной плоскости нижнего кольца направляющего аппарата и верхнего кольца направляющего аппарата; как величину отклонения вала гидроагрегата от его вертикального положения и величину излома валовой линии во фланцевых соединениях; также контролируют положение корпуса рабочего колеса по верхнему фланцу и определяют степень уклона от горизонтальной плоскости; проводят центровку вращающихся частей гидроагрегата в плане и по высоте относительно неподвижных частей; при этом перецентровка статора главного генератора в плане и по высоте производится путем совмещения магнитной оси статора с магнитной осью ротора; также проводят снятие узлов и деталей, фиксируя в плане и по высоте положение каждой детали; на верхний фланец статора устанавливают технологический мост, при этом положение новой оси гидроагрегата фиксируют и закрепляют по двум базовым деталям, а именно камере рабочего колеса и активному железу сердечника статора генератора; с учетом новой оси гидроагрегата проверяют положение деталей направляющего аппарата верхнего и нижнего колец, снимают кольца, лопатки для проведения ремонтно-восстановительных работ; при этом нижнее кольцо направляющего аппарата устанавливают горизонтально и концентрично относительно новой оси гидроагрегата, и по нижнему кольцу направляющего аппарата производят установку верхнего кольца в плане и по высоте.
Кроме того, перед установкой нижнего кольца направляющего аппарата относительно новой оси агрегата проводят замену камеры рабочего колеса с учетом новой оси гидроагрегата.
Технический результат заключается в сокращении сроков проведения ремонтно-восстановительных работ и модернизации, а также, как следствие, в продлении срока службы гидроагрегата после восстановительных работ и в улучшении эксплуатационных характеристик гидроагрегата в целом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - разрез гидроагрегата, установленного на постоянные фундаменты;
на фиг. 2 - прицентровка статора гидрогенератора;
на фиг. 3 - кратер гидроагрегата после снятия основных узлов (деталей);
на фиг. 4 - разрез гидроагрегата после восстановления его работоспособности и улучшения вибрационного состояния;
где на чертежах обозначено:
1 - рабочее колесо гидротурбинной установки;
2 - вал гидротурбинной установки;
3 - вал гидрогенератора;
4 - фланцевое соединение валов гидроагрегата;
5 - ротор гидрогенератора;
6 - диск подпятника гидрогенератора;
7 - навешенные на обод полюса;
7.1 - магнитная ось ротора;
8 - статор турбины;
9 - камера рабочего колеса;
10 - опорное кольцо;
11 - нижнее кольцо направляющего аппарата;
12 - верхнее кольцо направляющего аппарата;
13 - верхний опорный фланец статора турбины;
14 - крышка турбины;
15 - подпятник гидрогенератора;
16 - нижний направляющий подшипник трения-скольжения;
17 - верхний направляющий подшипник трения-скольжения;
18 - статор гидрогенератора;
18.1 - магнитную ось статора генератора;
19 - фундаментные части;
20 - верхняя крестовина гидрогенератора;
21 - раскрепляющие домкраты;
22 - технологический мост;
23 - струна;
24 - масло;
25 - перекрытие ремонтное под рабочим колесом.
Размеры А и Б являются базовыми, образующими ось, размеры С и Д являются контролируемыми размерами. С и Д это размеры нижнего кольца направляющего аппарата и верхнего кольца направляющего аппарата, по которым контролируется точность их установки относительно оси агрегата.
К проведению необходимых замеров относятся:
m - Замер воздушного зазора между лопастями рабочего колеса и камерой рабочего колеса;
b - Замер высотного положения и горизонтальности фланца корпуса рабочего колеса. Данный замер является контролируемой величиной для исключения касания вращающихся частей (рабочее колесо) о неподвижные (крышка турбины) части;
v - Замер высотного положения и горизонтальной плоскости опорного фланца статора турбины. Данный замер выполняется для контроля за установкой нижнего кольца направляющего аппарата;
z - Замер воздушного зазора между нижним направляющим подшипником трения-скольжения и валом гидротурбины;
k - Замер высотного положения и горизонтальной плоскости верхнего кольца направляющего аппарата и статора гидротурбинной установки;
а - Замер воздушного зазора между полюсами ротора и активным железом сердечника статора;
x - Замер воздушного зазора между верхним направляющим подшипником трения-скольжения и валом гидроагрегата;
p - Замер высотного положения магнитной оси статора (18.1) относительно магнитной оси ротора (7.1);
- Замер высотного положения и горизонтальной плоскости фундаментов статора генератора. Выполняется для контроля за точностью и правильностью установки статора генератора. При крайней необходимости положение статора можно поменять, изменив положение фундаментных плит которые имеют возможность регулировки парными клиньями.
Гидроагрегат, установленный на гидроэлектростанции, состоит из гидрогенератора и гидротурбинной установки, которые включают подвижные (вращающиеся) и неподвижные части.
К подвижным частям гидроагрегата относятся:
- рабочее колесо гидротурбинной установки (1);
- вал гидротурбинной установки (2);
- вал гидрогенератора соединение фланцевым соединением с валом гидротурбинной установки или втулкой ротора (3);
- фланцевое соединение валов гидроагрегата (4);
- ротор гидрогенератора (5) с навешенными на обод полюсами (7) и магнитной осью (7.1);
- диск подпятника гидрогенератора (6).
К неподвижным частям гидроагрегата относятся:
- статор турбины (8), на котором располагается весь конструктивный блок рабочих механизмов гидротурбинной установки;
- камера рабочего колеса (9), входит в состав закладных частей гидротурбинной установки;
- опорное кольцо (10), нижнее кольцо направляющего аппарата (11), верхнее кольцо направляющего аппарата (12), верхний опорный фланец статора турбины (13);
- крышка турбины (14) в сборе с обтекателем;
- подпятник гидрогенератора (15) установленный с опорой на крышку турбины;
- нижний направляющий подшипник трения-скольжения (16), верхний направляющий подшипник трения-скольжения (17);
- статор гидрогенератора (18) установленный на фундаментные части (19) статор имеет магнитную ось (18.1), которая совмещается с магнитной осью подвижного ротора (7.1);
- верхняя крестовина гидрогенератора (20) с раскрепляющими домкратами (21), которая устанавливается на верхний фланец корпуса статора гидрогенератора.
Полюса 7 состоят из сердечника, обмотки и изоляции между ними, и необходимы для создания магнитного поля.
Статор турбины 8 это элемент гидроагрегата, который воспринимает на себя и передает фундаменту нагрузку от веса агрегата и потока воды.
Опорное кольцо 10 является одним из элементов закладных частей турбины.
К фундаментным частям 19 можно отнести следующие части: опора статора, опора нижней крестовины, опора тормозов-домкратов, цилиндр (стакан) в верхней его части есть закладные плиты для распорных (раскрепляющих) домкратов верхней крестовины.
Раскрепляющие домкраты 21 это винтовые домкраты, с помощью которых раскрепляют верхнюю крестовину в цилиндре (стакане) от смешения в горизонтальной плоскости.
В течение длительного периода эксплуатации гидроагрегата установленного в здании гидроэлектростанции, происходят разрушения изменение положения его подвижных и неподвижных частей, как в плане, так и по высоте, температурных характеристик, торможения, наборе, и сбросе промышленной нагрузки, при проведении высоковольтных испытаний, инертных и натурных испытаний, переменных режимов выдачи мощности.
Спектр вышеперечисленных изменений схематически показан на фиг. 1, где
угол α - угол отклонения оси гидроагрегата от вертикального положения;
угол β - отклонение горизонтальной плоскости фланца корпуса рабочего колеса (1);
угол γ - отклонение горизонтальной плоскости нижнего кольца направляющего аппарата (11) гидротурбинной установки;
угол γ' - отклонение от горизонтальной плоскости верхнего кольца направляющего аппарата (12) гидротурбинной установки.
На фиг. 2 схематично представлена прицентровка статора гидрогенератора (18). Вал гидротурбины (2) установлен вертикально. Новая ось гидроагрегата зафиксирована по воздушному зазору z в нижнем направляющем подшипнике трения-скольжения (16), то есть рабочее колесо выставлено по зазору относительно камеры рабочего колеса и зафиксировано в нижнем направляющем подшипнике от смещения. Ротор гидрогенератора (5) с валом гидрогенератора (3) установлен вертикально и новая ось гидроагрегата зафиксирована по воздушному зазору x в верхнем направляющем подшипнике трения-скольжения (17). Зафиксировано высотное положение и горизонтальность фланца корпуса рабочего колеса (b). Зафиксировано высотное отклонение по высотной отметке и горизонтальности по нижнему кольцу направляющего аппарата и верхнему кольцу направляющего аппарата. Статор гидрогенератора (18) прицентрован к ротору гидрогенератора (5), в плане и по высоте по зазору а и магнитной оси (18.1; 7.1). Новое положение статора гидрогенератора и положение верхней крестовины (20) на фиг. 2 показан пунктирной линией. На фиг. 2 a=a1, m=m1, угол α=0.
На фиг. 3 схематично представлен кратер гидроагрегата после снятия основных узлов (деталей). На верхний фланец статора гидрогенератора установлен технологический (центрирующий) мост (22), от которого опущена струна (23) до ремонтного перекрытия под рабочим колесом. Струна опускается в емкость с маслом (24), которое применяется для уменьшения колебания струны. Струна опускается для создания реальной оси агрегата, относительно которой можно производить замеры, а именно радиусы С и Д. Базовой поверхностью является камера рабочего колеса или статор гидрогенератора (18). После его прицентровки к оси камеры рабочего колеса замеряется положение нижнего кольца направляющего аппарата (11) и верхнего кольца направляющего аппарата (12) относительно оси гидроагрегата (струны).
На фиг. 4 схематично представлен разрез по гидроагрегату после восстановления его работоспособности и улучшения вибрационного состояния.
Способ реализовывается следующим образом.
'
1. Контролируют зазоры по окружности между лопастями рабочего колеса (1) и камерой рабочего колеса (9) (m, m1), зазоры между активным железом сердечника статора и полюсами ротора главного генератора (5) (a, a1), зазоры между облицовкой вала и сегментами верхнего и нижнего направляющего подшипников (z, x), отклонение от горизонтальной плоскости нижнего кольца направляющего аппарата (НКНА) (11) и верхнего кольца направляющего аппарата (ВКНА) (12) (углы γ, γ).
Измерения проводят с помощью измерителя, например, щупа.
По проведенным замерам проводят вычисления положения вращающихся частей агрегата относительно стационарных для последующей корректировки.
2. Определяют величину отклонения вала гидроагрегата от его вертикального положения (угол а) и величину излома валовой линии во фланцевых соединениях.
3. Контролируют положение корпуса рабочего колеса по верхнему фланцу (13) (угол β) и определяют степень искажения (уклона) от горизонтальной плоскости.
Измерения проводят с помощью щупов, а также иной оснастки с индикаторами часового типа.
4. На основании полученных результатов проводят центровку вращающихся частей гидроагрегата в плане и по высоте относительно неподвижных частей, для этих целей выполняют следующие мероприятия:
- рабочее колесо (1) устанавливают с концентричным воздушным зазором между камерой рабочего колеса (9) и лопастями рабочего колеса (m);
- вал турбины (2) вместе с ротором (5) главного генератора устанавливают вертикально и контролируют зазоры в направляющих подшипниках (верхнем и нижнем) (16 и 17) (x, z), а также уклон и величину излома валовой линии (угол α). Ротор (5) и рабочее колесо (1) фиксируют с помощью клиньев, винтовых домкратов и системы торможения от смещения и нарушения концентричности по воздушным зазорам (а,  m);
5. При помощи грузоподъемных механизмов и технологической оснастки проводят мероприятия по перецентровке статора главного генератора в плане и по высоте, совмещая магнитную ось статора (18.1) с магнитной осью ротора (7.1) (замер p), до получения равных, концентричных зазоров между полюсами ротора и активным железом сердечника статора, фиксируют новое положение вертикальной оси гидроагрегата.
6. Проводят снятие узлов/деталей, фиксируя в плане и по высоте положение каждой детали.
Снятие узлов/деталей проводят для: маслоприемника с опорой маслоприемника, верхней крестовины, вала надставки, ротора главного генератора, подпятника (15) с опорой подпятника, перекрытия камеры холодного воздуха, вала турбины, крышки турбины с регулирующим кольцо, обтекателем крышки турбины (при наличии), рабочего колеса гидроагрегата, фиксируя в плане и по высоте положение каждой детали.
7. На верхний фланец статора устанавливают технологический мост (22), фиксируют и закрепляют положение новой оси гидроагрегата по двум базовым деталям (камере рабочего колеса и активному железу сердечника статора генератора).
8. С учетом новой оси гидроагрегата проверяют положение деталей направляющего аппарата верхнего и нижнего колец (11 и 12), снимают кольца, лопатки для проведения ремонтно-восстановительных работ.
9. Проводят замену камеры рабочего колеса (9) (при необходимости) с учетом новой оси гидроагрегата.
10. Устанавливают нижнее кольцо направляющего аппарата (11) горизонтально и концентрично относительно новой оси гидроагрегата, по нижнему кольцу направляющего аппарата (11) производят установку верхнего кольца (12) в плане и по высоте.
При этом верхнее кольцо направляющего аппарата центруют горизонтально и концентрично по отверстиям подшипников трения-скольжения лопаток направляющего аппарата с последующей выверкой колец, при этом конструкция колец предусматривает их корректировку в горизонтальной плоскости в процессе установки.
11. Проводят сборку направляющего аппарата и всего гидроагрегата в кратере с учетом новой оси гидроагрегата.
Данный способ позволяет в 2-2,5 раза сократить время проведения ремонтно-восстановительных работ, модернизации, реконструкции оборудования установленного на ГЭС по сравнению с традиционной технологией, когда установочные размеры и положение деталей предварительно (до проведения работ по снятию с постоянных фундаментов оборудования) не проводилось.
Данный способ позволяет в 1,5-2 раза продлить срок службы гидроагрегата после проведения работ по модернизации и реконструкции, а также данный способ позволяет улучшить вибрационные и эксплуатационные характеристики гидроагрегата особенно после длительного периода эксплуатации, сократив время простоя гидроагрегата и существенно повысив степень его эксплуатационной надежности в послеремонтный период, увеличив его до 7 лет.