Способ гашения колебаний ротора паровой турбины

 

Использование: теплоэнергетика для гашения низкочастотных колебаний ротора паровой турбины. Сущность изобретения; измеряют направление и величину смещения оси ротора относительно оси корпуса турбины. Выдел я ют амплитуду низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора. Сравнивают значение этой амплитуды с допустимым значением и по результату сравнения воздействуют на органы парораспределения , изменяя асимметрично радиальному смещению расход пара через турбину. 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 01 0 21/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876225/06 (22) 22.10,90 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Харьковский филиал Центрального конструкторского бюро "Союзэнергоремонта" (72) Л. Д. Метелев, В, И. Цыбулько, M. Ф.

Квашин, В. К, Боярчук и А. И, Коробов (56) Рекомендации по устранению низкочастотной вибрации в энергетических турбинах. ЦНИИ ПК Котлотурбинный Институт им. И, И. Ползунова. П., 1976, с. 9 — 13 п.п.

3,1 — 3.4.

Заявка Японии ¹ 60 — 69215, кл. F 01 0

17/24, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1553736, кл. F 01 D 17/24, 1987.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для гашения самовозбуждающихся низкочастотных колебаний ротора, возникающих при наборе мощности и на максимальной нагрузке, Известен способ гашения колебаний ротора паровой турбины, позволяющий гасить самовозбуждающиеся низкочастотные колебания ротора паровой турбины путем уменьшения парового (газодинамического) возбуждения в приточной части высокого давления за счет изменений конструкций уплотнений проточной части ступени турбины, направленных на разуплотнение, как за счет увеличения радиальных и уменьшения осевых зазоров бандажных v- лотнений, так и за счет применения специальных (раэуплотненных} бандажных уплотнений, снижающих величину так называемых венцовых и, Я2 1776820 А1 (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ PQTOPA ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ (57) Использование: теплоэнергетика для гашения низкочастотных колебаний ротора паровой турбины, Сущность изобретения; измеряют направление и величину смещения оси ротора относительно оси корпуса турбины. Выделяют амплитуду низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора. Сравнивают значение этой амплитуды с допустимым значением и по результату сравнения воздействуют на органы парораспределения, изменяя асимметрично радиальному смещению расход пара через турбину. 2 ил. бандажных сил парового (газодинамического) возбуждения ротора, Основным недостатком этого способа гашения колебаний ротора является то, что проведение мероприятий (конструктивных изменений), направленных на повышение виброустойчивости турбины, связано с существенными технологическими трудностями его осуществления для каждого конкретного турбоагрегата в различных режимах его нагружения и, кроме того, его применение в большинстве случаев неизбежно ведет к снижению экономических показателей на всех режимах нагружения турбины из-за увеличения утечки пара через зазоры уплотнений ротора и каналы протечки, минуя лопаточный канал, и особенно, когда мощность агрегата приближается к номинальной при максимальной нагрузке.

1776820 на заданном уровне, соответствующем режиму работы турбины. Для этого измеряют дав- 5

Известен способ гашения колебаний ротора паровой турбины. в котором одновременно с поддержанием за органами па- 25

45

Известен способ гашения колебаний ротора паровой турбины путем поддержания на ее входе давления пара (или его расхода) ление пара на входе турбины, сравнивают его с заданным уровнем в том же сечении и компенсируют измерение давления пара изменением его расхода, изменяя положение регулирующего клапана, Недостатком этого способа является низкая эффективность гашения колебаний ротора, так как измеряют колебания давления пара на входе турбины, обуславливающие одну иэ составляющих колебаний ротора. которая и гасится. При этом составляющие колебания ротора, вызванные другими причинами, в том числе и самовозбуждающиеся в результате действия неуравновешенных газодинамических сил в проточной части низкочастотные колебания, не гасятся. рораспределения давления (расхода пара) на заданном уровне, соответствующем режиму работы турбины, производят иэмерение колебаний ротора, по результатам которого путем воздействия на органы парораспределения турбины изменяют давление пара на лопатки, синхронно вращению ротора и асимметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора.

Недостатком этого способа является низкая эффективность гашения самовоэбуждающихся низкочастотных колебаний паровой турбины, так как они не синхронны с частотой вращения ротора, а проявляются с частотой, равной первой собственной частоте колебаний ротора (первой критической частоте вращения ротора), что не повышает виброустойчивость турбоагрегата в процессе нагружения его.

Цель изобретения — повышение надежности путем повышения виброустойчивости ротора. Это способствует более эффективному использованию турбоагрегатов на повышенной мощности, а также снижение интенсивности разбивания уплотнений, в результате сохраняется мощность, т. е. повышается экономичность турбоагрегата.

Поставленная цель достигается тем, что в способе гашения колебаний ротора паровой турбины, включающем их измерение и воздействие на органы парораспределения турбины, дополнительно измеряют направление и величину смещения оси ротора относительно оси корпуса турбины, из измеренных колебаний выделяют амплиту10

55 ду низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора, сравнивают значения этой амплитуды с допустимым значением и на органы парораспределения воздействуют по результатам этого сравнения путем изменения асимметрично радиальному смещению расхода пара через турбину до достижения равенства измеренного значения амплитуды низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора допустимой.

Действительно низкочастотные колебания (вибрации) ротора энергетических турбоагрегатов, так называемые паровые колебания, возникают при наборе мощности (увеличении расхода пара) иэ-за действия неуравновешенных газодинамических сил в проточной части, обусловленных эксцентричным положением оси ротора (смещением ротора относительно центрального положения) по отношению к оси корпуса турбины приводит к неравномерности зазора по окружности. Вследствие этого аэродинамические усилия, действующие на лопатки, также становятся неравномерными, а равноДействующая всех этих усилий на лопатках образует поперечную силу, направленную перпендикулярно к направлению смещения ротора. Точки приложения этих возбуждающих поперечных неуравновешенных газодинамических усилий распределены вдоль по ротору в зависимости от его смещения от центрального положения в корпусе турбины.

Поэтому для гашения колебаний ротора паровой турбины необходимо дополнительно измерить направление и величину смещения оси ротора относительно оси корпуса турбины, а из измеренных колебаний выделить амплитуду низкочастотной спектральной составляющей колебаний, сравнить ее значение с допустимым значением и по результатам этого сравнения изменить асимметрично измеренному радиальному смещению ротора расход пара через турбину до достижения равенства измеренного значения амплитуды низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора с допустимым значением ее. В результате чего восстанавливается потерянная виброустойчивость ротора, т. е. повышается виброустойчивость турбины к самовозбуждающимся колебаниям (к автоколебаниям и тем самым достигается поставленная цель— повышение надежности).

На фиг, 1 представлена схема варианта устройства, реализующего способ гашения колебаний ротора паровой турбины; на фиг, 2 — схема варианта парораспределительных

1776820

30 где Ясм

55 органов турбины для создания асимметрии расхода пара.

Устройство, реализующее способ гашения колебаний ротора паровой турбины, содержащее ротор 1, корпус 2 турбины, измерительные преобразователи 3 и 4 перемыкающий ротора, размещенные вблизи ротора 1 и подключенные через фильтры 5 и 6 и умножители 7 и 8 соответственно на входы сумматора 9. Вторые входы умножителей 7 и 8 подключены к выходам двухфазного опорного генератора 9 гармонических сигналов (sin вЛ и cos вос) фиксированной частоты во, Выход сумматора 10 подключен к первому входу измерителя 11 направления смешения ротора 1, второй его вход подключен к одному из выходов опорного генератора 9. Кроме этого, выход сумматора

10 подключен к измерителю 12 величины смещения ротора 1. Эта часть устройства позволяет определить величину и направление смещения оси ротора 1 относительно оси корпуса 2 проточной части ступени турбины, Для выделения из виброперемещений ротора амплитуды низкочастотной спектральной составляющей измерительные преобразователи 3 и 4 перемещений ротора 1 дополнительно через настраиваемые фильтры 13 и 14, например. фильтры

Фурье в виде перемножителей с перестраиваемым по частоте генератором и фазовой автоподстройкой частоты (на чертеже не показаны), и квадраторы 15 и 16 подключены на соответствующие входы сумматора 17, выход которого через устройство 18 извлечения корня и пиковый вольтметр 19 подключен к регистратору 20 с сигнализатором превышения амплитуды низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора допустимого значения.

Пар для привода ротора 1 во вращение подводится (см. фиг. 2) через клапаны 21, 22, 23 и 24 регулирования расхода пара ступени турбины к сопловым камерам 25, 26,27 и 28.

Способ гашения колебаний реализует.ся при помощи этого устройства следующим образом.

Ротор 1 за счет подвода пара к сопловым камерам 25, 26, 27 и 28 с заданным расходом пара при помощи клапанов регулирования 21, 22, 23 и 24, управляемые исполнительными устройствами (на фиг. 2 не показаны), приводится во вращение с частотой в. Радиальные перемещение ротора 1 относительно корпуса 2 преобразуются измерительными преобразователями 3 и 4 в электрические сигналы в виде:

Sx(t) = S "см + S >>sin Q t + . Я) sin с;

Sy(t)= S"с,м + S нчсоз Q t +, Sf cos o)) t, где S"ñì, S cì — составляющая смещения ротора по координатам Х и Y (no координатам установки преобразователей 4 и 3), пропорциональные Лдх и Аду соответственно;

S"H÷, S ч — амплитуда низкочастотных колебаний ротора по вертикали и горизонтали соответственно;

Q (в — частота спектральной составляющей низкочастотных колебаний ротора (собственных колебаний);

S"isin щ, S icos colt - J-ые спектральные составляющие колебаний ротора, в том числе и оборотная составляющая с частотой

CO.

После фильтрации этих сигналов фильтрами 5 и 6 получим сигналы 5 см и $",, которые пропорциональные смещению ротора 1 относительно корпуса 2 соответственно по вертикали на Аду и по горизонтали на Лдх. Эти сигналы путем умножения их в умножителях 7 и 8 соответственно на единичные гармоничные сигналы cos мыс и sin и с опорного генератора 9 преобразуются в гармонические сигналы S"cìñîç в,с, Sc sin вьс и подаются на входы сумматора 10, В результате суммирования на выходе сумматора 10 получим сигнал S(t) в аиде:

S(t) = S<>sin((t + p).

p = arctg —, Rм

Ям в котором амплитуда S<> пропорциональная величине смещения Лд= ОкОр ротора 1 и которая измерителем 12 амплитуды отображается в единицах длины. а фаза р этого сигнала соответствует направлению смещения ротора 1 в корпусе 2, Для ее определения этот сигнал поступает и на измеритель 11 фазы, на второй вход которого в качестве опорного, поступает гармонический сигнал sin wt с генератора опорного 9.

На табло измерителя 11 индицируется угол р в градусах.

Таким образом, мы на табло измерителя

12 амплитуды получаем величину смещения ротора 1 в единицах длины, например, в микронах, а на табло измерителя 11 фазы получаем направление смещения ротора 1 в корпусе 2 в градусах. . Кроме того, из сигналов измерительных преобразователей 3 и 4, после фильтрации их фильтрами 13 и 14 соответственно выделяются сигналы S"н,соз Qt u S +/sin Qt, по которым путем возведения их в квадрат каадраторами 15 и 16, суммирования в сум1776820

55 маторе 17, извлечения квадратного карня устройством 18 и подачи на пиковый вольтметр 19 получаем сигнал, пропорциональный амплитуде низкочастотной составляющей колебаний ротора 1. Этот сигнал, пронормированный в единицы длины, регистрируется регистратором 20 и в случае превышения допустимого значения выдается сигнал об этом сигнализацией. Нарушение виброустойчивости ротора 1 может происходить при нагружении турбины, разгруженйи турбины до заданной мощности, а также и при ее работе на повышенной мощности.

При нарушении виброустайчивости ротора 1, т. е., когда значение амплитуды низкочастотной спектральной составляющей превысит допустимое, необходимо путем воздействия на клапаны 21, 22, 23 и 24, которыми регулируют расход пара соответственно через сапловые камеры 25, 26, 27 и

28, изменить расход пара асимметрично радиальному смещению ротора 1 относительна корпуса 2, которое соответствует измеренному смещению ротора 1 на S«в направлении р и отображается измерителем 11 амплитуды и измерителем 12 фазы.

В рассматриваемом примере реализации способа гашения колебаний ротора паровой турбины при ее работе при заданной мощйости необходимо, сохраняя заданную мощность турбины, увеличить расход пара через сопловые камеры 25 и 28, размещенные на корпусе 2 по А с В са стороны увеличения зазора (в направлении rp+

1 180 ), и уменьшать расход пара через сопловые камеры 26 и 27, расположенные па А d

8 со стороны уменьшения зазора (в направлении ф), до достижения амплитуды низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора допустимой и отключения сигнализации.

Для сохранения виброустойчивости ротора 1 паровой турбины при ее нагружении до заданной мощности, пользуясь показателями измерителей 11 и 12, т. е. результатами измерения колебаний и смещения ротора 1 в корпусе 2, в рассматриваемом примере реализации необходимо, контролируя значение амплитуды низкочастотной спект. ральной составляющей, поочередно увеличивать расход пара в начале через сопловые камеры 25 и 26, которые расположены на палуокружностимА с В, со стороны увеличения зазора, а затем через сопловые камеры 26 и 27, расположенные с противоположной стороны, до набора требуемой мощности, каждый раз не допуская превышения значения амплитуды низкочастотной спектральной составляющей допустимого l5

45 значения, контролируя амплитуду па показаниям регистратора 20 и сигнализации.

При снижении мощности (разгружении турбины), пользуясь результатами измерения смещения ротора и контролируя амплитуду низкочастотной составляющей, необХодимо поочередно уменьшить расход пара, в нашем случае, в начале через сопловые камеры 26 и 27, которые расположены со стороны уменьшения зазора, а затем через сопловые камеры 25 и 28, расположенные са стороны увеличения зазора. Во всех этих случаях изменение расхода пара достигается соответствующим воздействием на регулирующие клапаны 21, 22, 23 и 24, Другой вариант реализации повышения вибраустойчивости ротора к паровому возбуждению колебаний, т. е. реализован способ гашения колебаний и другим устройством, в котором по результатам измерения смещения ротора и контроля амплитуды низкочастотной спектральной составляющей асимметрия давления (расхода) пара создается асимметрично радиальному смещению ротора не путем воздействия на клапаны 21, 22, 23 и 24, а изменением расхода парэ через перепускные каналы мимо гребней уплотнений ротора 1 (на чертеже не показано). При этом через каналы перепуска, которые расположены по палуокружнасти в направлении смещения ротора 1 (со стороны уменьшения радиального эазарэ) расход пара увеличивают, а через каналы перепуска со стороны увеличения радиального зазора — уменьшают да тех пар, пока амплитуда низкочастотной спектральной составляющей не снизится да допустимой величины, Для этого каналы перепуска пара, расположенные, например, равномерно по окружности, дополняются устройствами регулирования перепуска пара (на чертеже не показано).

Данный способ гашения колебаний позволяет повысить виброустойчивость ротора, чта способствует повышению надежности, долговечности, сохранению располагаемой мощности с одновременным повышением эффективности использования турбоустановки и уменьшению вредного влияния вибрации на обслуживающий персонал.

Формула изобретения

Способ гашения колебаний ротора паровой турбины, включающий их измерение и воздействие на органы парораспределения турбины, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью повышения надежности путем повышения виброустойчивасти ротора, дополнительно измеряют направление и величину смещения оси ротора относительна аси корпуса турбины, иэ измеренных ка1776820

Составитель Л.Метелев

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор Т.Иванова

Заказ 4107 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лебаний выделяют амплитуду низкочастотной спектральной составляющей колебаний ротора, сравнивают значение этой амплитуды с допустимым значением и на органы парораспределения воздействуют по результатам этого сравнения путем изменения асимметрично радиальному смещению расхода парэ через турбину до достижения равенства измеренного значения амплитуды низкочастотной спектральной составля5 ющей колебаний ротора допустимой.