Способ балансировки ротора газоперекачивающего агрегата
METHOD OF BALANCING THE ROTOR OF A GAS PUMPING UNIT

Изобретение относится к эксплуатации энергетического оборудования и может быть использовано при ремонте и виброналадке газоперекачивающих агрегатов.
Для надежной, безаварийной работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА) необходимо минимизировать уровень вибрации. Одной из причин повышенной вибрации является дисбаланс роторов.
Балансировка представляет собой процесс проверки и, при необходимости, корректировки распределения масс ротора с целью добиться того, чтобы остаточный дисбаланс ротора, а также создаваемая им вибрация не выходили за установленные пределы. Многие роторы перед установкой на собственные опоры уравновешивают на специальном балансировочном оборудовании (низкочастотном балансировочном станке либо разгонно-балансировочном стенде). Нередко после балансировки ротора на станке агрегат имеет повышенный уровень вибрации при работе и не может быть принят в эксплуатацию из ремонта, требуется проведение повторной балансировки. Неудовлетворительные результаты балансировки могут быть связаны с неудачно выбранной тактикой балансировки, отличием условий балансировки от фактических условий работы ротора (различная жесткость опор, различные температурные режимы, отсутствие газодинамических нагрузок на ротор при балансировке на разгонно-балансировочном стенде).
Решением проблемы повышенной вибрации может быть балансировка ротора в собственных опорах на месте эксплуатации. Преимуществом балансировки на месте является то, что ротор уравновешивают в рабочих условиях.
Известен способ балансировки ротора в собственных опорах на месте эксплуатации (Балансировка деталей и узлов - Левит М.Е., Рыженков В.М. М.: Машиностроение, 1986, с. 238, п. 9.5 «Технологический процесс высокочастотной балансировки ротора турбоагрегата на месте установки»), согласно которому производят демонтаж торцевых крышек агрегата для обеспечения доступа к ротору и устанавливают оптический фазоотметчик (стробоскоп), измеряют амплитуды и фазы вибрации. По значениям амплитуды и фазы вибрации находят начальное значение и угловое положение вектора дисбаланса в плоскости коррекции, рассчитывают массу и угол установки балансировочного груза.
Однако конструкции ГПА, эксплуатируемые на магистральных газопроводах, не позволяют производить запуск с демонтированными элементами, а без демонтирования доступ к ротору для измерения фазы отсутствует. Установка оптического фазоотметчика внутри корпуса ГПА для обеспечения доступа к ротору не представляется возможной, так как доступные зоны установки оптического фазоотметчика находятся либо в зоне повышенных температур (что недопустимо для него), либо в зоне масляного тумана, где фазоотметчик окажется неработоспособным. А без измерения фазы вибрации невозможно выполнить балансировку ротора, выявить резонансы ГПА, ослабления жесткости ротора и т.д.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является измерение фаз и амплитуд вибраций ротора при работе ГПА в диапазоне рабочих режимов без демонтажа корпусных элементов и конструктивных изменений ГПА и проведение балансировки ротора в собственных опорах на месте эксплуатации.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности балансировки ротора, снижении трудоемкости за счет исключения повторных разборочно-сборочных работ.
Указанный результат достигается тем, что в способе балансировки ротора газоперекачивающего агрегата, включающем измерение амплитуды и фазы вибрации, расчет массы и угла установки корректирующих грузов, согласно изобретению измерение фазы вибрации осуществляют в рабочем режиме вихретоковым или электромагнитным фазоотметчиком, который устанавливают в корпусе входного патрубка агрегата таким образом, чтобы через рабочую зону фазоотметчика проходила метка, выполненная в виде паза на фланце ротора.
Способ осуществляют следующим образом (на примере ротора ОК-ТВД ГТН-16).
Для проведения балансировки необходимо измерить амплитуду и фазу вибрации оборотной составляющей ротора, определить частотную составляющую в спектре вибрации вызванную дисбалансом ротора. Для этого используют виброанализатор с функцией синхронной регистрации амплитуды и фазы вибрации. С помощью кронштейна в корпусе входного патрубка агрегата устанавливают вихретоковый или электромагнитный фазоотметчик, которые хорошо работают в среде масляного тумана. При вращении ротора в зоне чувствительности фазоотметчика возникают вихревые токи, интенсивность которых меняется при прохождении его мимо метки, выполненной в виде паза размером 12×6×3 мм на фланце ротора. Изменение интенсивности вихревых токов вызывает изменение активного и индуктивного сопротивления катушки фазоотметчика, которые преобразуются в электрический сигнал, пропорциональный частоте вращения ротора.
Для проведения балансировки необходимо 3 пуска ГПА, на каждом из них производят синхронное измерение амплитуды и фазы вибрации:
«0» пуск - определение фактической вибрации ГПА. Производят синхронное измерение амплитуды и фазы вибрации ГПА в исходном состоянии в рабочем режиме. Датчики вибрации устанавливают в вертикальном и горизонтальном направлении на передней и средней опорах ГПА.
После выполнения «0» пуска производят установку пробного груза в плоскости коррекции. В качестве плоскостей коррекции выбирают штатные балансировочные плоскости: диск осевого компрессора и 2-я ступень турбины высокого давления (ТВД). Предпочтительно, массу пробного груза выбирают 80-120 гр. Установка пробного груза приводит к изменению амплитуды и фазы вибрации ГПА.
«1» пуск - пробный, определяют изменения амплитуды и фазы вибрации ГПА после установки пробного груза.
По результатам пробного пуска, с учетом изменения амплитуды и фазы вибрации, рассчитывают массу корректирующего груза. Расчет системы корректирующих грузов проводят с использованием коэффициентов влияния пробных грузов в заданных плоскостях коррекции, определенных методом наименьших квадратов с минимизацией динамических усилий на опорах или геометрическим методом. Производят установку корректирующего груза в расчетные места.
«2» пуск - проверочный, определяют фактическую вибрацию ГПА. Производят запуск ГПА, определяют фактические амплитуды и фазы вибрации ГПА, принимают решение о возможности принятия ГПА в промышленную эксплуатацию.
При этом необходимо учитывать, что корректирующие грузы, установленные в результате балансировки в диапазоне рабочих частот вращения, могут привести при запуске ГПА к некоторому дисбалансу и, соответственно, повышенной вибрации на низких частотах. Поэтому измерение вибрации производят после прогрева ГПА на стационарном режиме работы, для обеспечения сопоставимости результатов измерений режим работы при «0», «1» и «2» пусках должен быть идентичен.
Для балансировки гибкого ротора, как правило, требуется n+1 плоскостей коррекции, где n-количество форм колебания гибкого ротора. Ротор ГТН-16 работает между 2-й и 3-й критиками и имеет 8 плоскостей коррекции, однако, опыт эксплуатации, ремонта и балансировки показывает, что наибольшие прогибы ротора возникают в плоскостях фланцевого соединения ТВД и дисков компрессора, следовательно, выбранные плоскости коррекции достаточно эффективны для проведения балансировки. Другим важным доводом в пользу выбора данных плоскостей является возможность быстрого доступа, для чего необходимо демонтировать обойму поворотного направляющего аппарата (ПНА), крышку среднего подшипника, верхнюю половину промпатрубка. Объем разборочно-сборочных работ при этом минимален.
Вариант осуществления изобретения
При проведении ремонтных работ на роторе ОК-ТВД произведена заменена рабочих лопаток ТВД, частичная замена, наплавка и проточка рабочих лопаток осевого компрессора, шлифовка опорных шеек вала и НЧ-балансировка на станке ВМ-8000. После ремонта проведен пуск ГПА. В ходе приемосдаточных испытаний зафиксирован повышенный уровень вибрации - 14,1 мм/с по опорно-упорному подшипнику. Проводилась одноплоскостная балансировка с использованием корректирующей плоскости одного из дисков ротора ОК-ТВД. В ходе пробного пуска установлена пробная масса 100 г на угол 244°. По результатам расчета корректирующего груза определен корректирующий груз массой 140 г на угол 105°. После установки корректирующего груза уровень вибрации снизился до 7,5 мм/с, что является допустимым значением согласно нормам завода-изготовителя.