2025-12-16
Новая зона компании Shandong Iron and Steel, 1#TRT, была введена в эксплуатацию 9 января 2022 года. С октября 2022 года начали появляться такие явления, как износ подшипников скольжения, смещение корпуса машины и внезапное увеличение вибрации вала, что привело к невозможности длительной безопасной и стабильной работы агрегата. Для решения проблем нестабильности вала и внезапного увеличения вибрации, ремонтный персонал неоднократно регулировал высоту и зазоры некоторых опорных подшипников вала, но эффект был незначительным. Вал оставался нестабильным, вибрация была высокой при прохождении критических скоростей, иногда превышая значение отключения машины; при высокой нагрузке возникала внезапная сильная вибрация, приводящая к отключению машины, а также низкочастотная вибрация подшипника №3, что серьезно препятствовало безопасной и стабильной работе агрегата. Во время капитального ремонта агрегата в 2024 году были проведены углубленные и детальные исследования аномальных проблем, выявленных в ходе ремонта, а также тщательная проверка и полная регулировка вала агрегата, что позволило устранить основные причины нестабильной работы вала агрегата. Только после этого состояние работы вала агрегата значительно улучшилось, и показатели работы агрегата достигли передового уровня в стране. На основе анализа состояния работы агрегата в последние годы, а также опыта ремонта и регулировки вала во время среднего и капитального ремонта, были проанализированы причины отказов вала турбины TR мощностью 30 МВт отечественного производства и ключевые моменты ремонта и регулировки, что может послужить ориентиром для ремонта и регулировки других аналогичных агрегатов.
1 Процесс деградации вала
1.1 8 ноября 2022 года агрегат был остановлен для ремонта из-за высокой температуры упорного подшипника. После осмотра было обнаружено, что поверхность вспомогательного упорного подшипника была нормальной, без износа, а 4 из 8 сегментов основного упорного подшипника были сильно изношены (как показано на рисунке 1).
Рисунок 1. Износ упорного подшипника
1.1.1 Процесс обработки: Замена упорных колодок, регулировка центра и повторная установка. Через 5 дней работы было обнаружено смещение расширительной подушки корпуса. 1.2 С 24 апреля по 2 мая 2023 года был проведен плановый ремонт для устранения таких аномалий, как обрыв провода датчика температуры упорного подшипника, повышение вибрации переднего подшипника турбины и смещение расширительной подушки нижнего корпуса. В ходе проверки было обнаружено высокотемпературное изменение цвета на южной стороне переднего подшипника турбины и на северной стороне заднего подшипника турбины. Четыре из восьми основных упорных колодок имели высокотемпературное изменение цвета, что соответствовало месту износа в ноябре 2022 года, но износа не произошло (как показано на рисунке 2).
Рисунок 2. Изменение цвета упорного и опорного подшипников
1.2.1 Анализ на месте показал: (1) Смещение прокладок нижнего корпуса произошло из-за того, что прокладки не были закреплены на фундаментной плите, и корпус сместился из-за теплового расширения во время работы агрегата, что привело к смещению прокладок. (2) Высокотемпературное изменение цвета подшипников скольжения и упорных подшипников произошло из-за смещения нижнего корпуса турбины. 1.2.2 Процесс обработки: (1) Начальный осевой зазор турбины составлял 0,38 мм (стандартное значение: 0,55 мм-0,65 мм). После обработки регулировочной прокладки главного упорного подшипника (уменьшение на 0,20 мм на станке) осевой зазор достиг 0,57 мм, что соответствует требованиям. (2) При проверке опорных подшипников №1-4 было обнаружено отсутствие натяга. После регулировки и измерения всех 4 групп подшипников натяг стал удовлетворительным. (3) Проблема смещения регулировочных прокладок между корпусом турбины и основанием: неравномерное расширение по обеим сторонам цилиндра турбины. Зазор регулировочных прокладок между цилиндром и основанием был повторно отрегулирован до 0,20 мм и закреплен сваркой. (4) Главный упорный подшипник почернел, наблюдались признаки подгорания. Был заменен блок главного упорного подшипника. (5) Опорный подшипник №1 изношен, был заменен блок подшипника №1. (6) Опорный подшипник №2 почернел, был отшлифован и отремонтирован подшипник №2. (7) Входные и выходные трубопроводы были отрезаны, нижний цилиндр турбины со стороны низкого давления был отрегулирован с юга на север на 1,50 мм, а сторона высокого давления турбины была отрегулирована с севера на юг на 0,60 мм. 1.2.3 Резюме: Впервые было обнаружено смещение корпуса, вызвавшее расцентровку ротора. 1.3 19-21 июня 2023 года была проведена остановка для проверки, и замененные упорные подшипники снова изменили цвет из-за высокой температуры, в том же месте, что и при предыдущем ремонте (как показано на рисунке 3). Проблема смещения корпуса по-прежнему существует.
1.4 10 февраля 2024 года значение вибрации передней оси генератора внезапно возросло до 170 мкм (при пороговом значении сигнализации 165 мкм и пороговом значении отключения 200 мкм), что потребовало аварийного отключения.
2 Анализ причин
После остановки было обнаружено, что нижняя втулка подшипника передней оси генератора отсоединилась. Повторная проверка выявила значительное отклонение от центра. Исследование зазора корпуса турбины относительно опорной плиты показало зазор 0,45 мм на прокладке цилиндра высокого давления с северной стороны и зазор 0,20 мм на прокладке с южной стороны, при этом корпус турбины не был установлен на место. После отсоединения входного и выходного трубопроводов отклонение от центра уменьшилось, хотя входной трубопровод демонстрировал выраженное смещение, когда корпус был установлен на место. Было установлено, что в входном и выходном трубопроводах имелось напряжение. Изменения в центрировании агрегата до и после отсоединения входного и выходного трубопроводов приведены в таблице 1: Таблица 1 Изменения в центрировании агрегата
Чтобы определить источник напряжения, средняя волна № 2 входного изогнутого трубопровода сбалансированного компенсатора продемонстрировала деформацию: верхняя часть расширилась, а нижняя часть сжалась. По сравнению с волной № 3, которая использовалась в качестве эталона, высота волны № 2 составила 61 мм, а высота волны № 1 — 31 мм. Весь компенсатор подвергся деформации в виде выпуклости вверх (как показано на рисунке 4), что привело к возникновению напряжения вверх внутри входного трубопровода. Под руководством технического персонала производителя три компенсирующие волны компенсатора должны быть отрегулированы для обеспечения концентрического выравнивания. Однако после регулировки центральная линия продемонстрировала общее смещение вверх.
Рисунок 4: Деформация импортного компенсатора
Снимите поперечную шпонку с турбинного агрегата, ослабьте вертикальную шпонку и поместите агрегат в свободное состояние. После регулировки центрирования поперечную шпонку нельзя установить обратно (как показано на рисунке 5). Отклонение шпоночного паза на южной стороне составляет 0,4 мм, а на северной стороне — 0,2 мм. Для повторной установки требуется обработка Z-образной шпонки. Предполагается, что во время установки корпус и опорная пластина не были удержаны в горизонтальном положении.
Рисунок 5: Смещение поперечного шпоночного паза
При осмотре было обнаружено незначительное изнашивание на южной стороне передней подшипниковой обоймы турбины и высокотемпературное обесцвечивание на северной стороне задней подшипниковой обоймы турбины; четыре упорных подшипниковых блока имели локальное высокотемпературное обесцвечивание (как показано на рисунке 6).
Рисунок 6: Изменение цвета упорных втулок и опорных втулок
Анализ причин неисправности в первую очередь включает следующие моменты:
(1) Компенсатор был спроектирован с осевой компенсационной способностью 30 мм и поперечной компенсационной способностью 15 мм, что значительно меньше фактического осевого смещения 80 мм и поперечного смещения 70 мм. Проектная компенсационная способность компенсатора входного трубопровода недостаточна и не соответствует фактическим требованиям к компенсации трубопровода. (2) После разъединения выходного трубопровода поперечное смещение в точке разрыва составляет примерно 11 мм. Во время работы агрегата осевая тяга (проектное значение 39,5 кН) действует в направлении выхода. Анализ, проведенный техническим персоналом проектного института, показывает, что текущий универсальный компенсатор TB не может полностью поглотить эту тягу в положении гребня волны. Сравнение с аналогичными агрегатами выявляет проблемы с выбором компенсатора. (3) При монтаже входного компенсатора были допущены ошибки. По сравнению с волной № 3, которая была взята за эталон, волна № 2 имела высоту 61 мм, а волна № 1 — 31 мм. Это привело к деформации в виде выпуклости вверх при общем монтаже. В результате центры трех компенсационных волн лежат на несовпадающих горизонтальных плоскостях, что вызывает вертикальное смещение в турбине. Это привело к вертикальному смещению внутри агрегата. (4) В нормальных условиях поперечные шпонки на северной и южной сторонах агрегата можно было легко удалить. Однако во время данной разборки горизонтальное смещение агрегата привело к заклиниванию шпонок, что значительно затруднило их извлечение. Их удалось удалить только с помощью специально изготовленных инструментов и приложив значительные усилия. После регулировки выравнивания агрегата были выявлены отклонения в пазах с севера и юга: нижний корпус с южной стороны имел отклонение 0,4 мм от паза фундаментной базовой пластины, а с северной стороны — 0,2 мм. Это указывает на значительное горизонтальное смещение между фундаментной базовой пластиной и нижним корпусом во время установки, что привело к горизонтальному смещению.
3 Процесс технического обслуживания
3.1 Заменить универсальный компенсатор типа TB на выходе турбины TRT (1TB3200*3-J-1000) на компенсатор с прямой трубой (1ZPB3200*10/5-J-2500), увеличив осевую компенсационную способность до 100 кН. Переделать и заменить выходной диффузор на основе чертежей, предоставленных производителем. 3.2 Заменить торцевые сильфоны, покрывающие компенсатор входа TRT, и отрегулировать центр компенсатора до горизонтального положения. Заменить опоры входных пружин, чтобы устранить факторы напряжения в пружинах, направленные вверх. 3.3 Отрегулировать зазор анкерных болтов корпуса в диапазоне (0,15–0,30 мм). Выполнена онлайн-динамическая балансировка ротора генератора с добавлением противовесов весом 245 г на вращающемся коммутаторном диске возбудителя. Во время разгона до 2100 об/мин вибрация переднего вала генератора демонстрировала скачки от 28 мкм до 50 мкм, причем диапазон скачков увеличивался с ростом скорости. При нагрузке 3000 кВтч вибрационные скачки составляли от 95 мкм до 155 мкм. Мониторинг спектра вибрации переднего подшипника генератора выявил значительное увеличение амплитуды при 20 Гц, характерное для колебаний масляной пленки. Анализ причин показал, что после повторного выбора выходного компенсатора измененные осевые силы снизили первую критическую скорость ротора с 1700 об/мин до примерно 1200 об/мин. Во время ускорения ротора внешние силы вызывают вибрацию, индуцированную вихрями, вокруг центра массы с частотой, равной половине частоты вращения. Эта вибрация остается стабильной с низкой амплитудой, что затрудняет ее обнаружение. При дальнейшем ускорении до удвоенной критической скорости первого порядка (2400 об/мин) частота колебаний резонирует с критической скоростью, вызывая нестабильность ротора и инициируя колебания масляной пленки. Затем частота колебаний остается постоянной независимо от дальнейшего увеличения скорости. Колебания масляной пленки в основном устраняются путем увеличения эксцентриситета подшипника (расстояния между центром подшипника и центром вала). Обычные методы включают: 1. Повышение температуры смазочного материала для снижения вязкости масла. 2. Уменьшение верхнего зазора подшипника для понижения положения центра вала. 3. При сферической конструкции подшипника, когда масляная пленка образуется в верхнем подшипнике, увеличение подачи масла может сместить центр вала вниз. В данном случае увеличение диаметра отверстия в диафрагме подачи масла с 8 мм до 11 мм восстановило нормальную работу при запуске.
4 Рабочий статус
После полного расширения агрегата эксплуатационный мониторинг выявил следующее: - Западный сильфон выходного компенсатора сжался на 10 мм, а центральный и северный сильфоны расширились на 5 мм. - Восточный сильфон сжался на 9 мм. - Конечный сильфон входного компенсатора расширился, а центральный и северный сильфоны сжались. - Смещение вниз входного подвесного кронштейна с пружинной опорой было незначительным. Расширение по северной и южной сторонам корпуса высокого давления было относительно равномерным и составило примерно 2,0 мм. Между южным корпусом и опорной плитой был обнаружен зазор 0,1 мм. После полного расширения мониторинг оборудования на месте показал нормальную работу как входного, так и выходного компенсаторов с равномерным расширением агрегата. Проблемы, связанные со смещением корпуса, вызванным напряжениями в трубопроводе, были решены.
Максимальная вибрация вала турбины немного уменьшилась до 15 мкм по сравнению с показателями до капитального ремонта (стандарт ниже 25 мкм). Вибрация переднего вала генератора уменьшилась с 43 мкм до 26 мкм, а вибрация заднего вала уменьшилась с 86 мкм до 51 мкм (стандарт ниже 80 мкм). После этого капитального ремонта все эксплуатационные параметры агрегата находятся в пределах стандартных диапазонов и превышают эксплуатационные уровни, зафиксированные на момент ввода в эксплуатацию.
