способ диагностики состояния посадочного натяга бандажных колец на бочку ротора электрической машины

Формула изобретения

1. Способ диагностики состояния натяга бандажных колец на бочку ротора электрической машины, содержащей бочку ротора с концевой и торцевой частями, обмотку и упорное кольцо, включающий оценку изменения натяга в месте посадки бандажного кольца или его недостаточность путем сравнительного измерения линейных размеров в бандажном узле до пуска электрической машины в эксплуатацию, в процессе эксплуатации и в последующий плановый останов, отличающийся тем, что изменение натяга или его недостаточность производят по величине изменения эксцентриситета положения бандажного кольца в поперечном сечении его сопряжения с упорным кольцом путем сравнительных измерений разности радиальных зазоров между внутренней расточкой упорного кольца (или наружной цилиндрической поверхностью бандажного кольца) и наружной цилиндрической поверхностью концевой части бочки ротора, а ослабление посадочного натяга находят по изменению эксцентриситета , определяемого из выражения:

= _кон- _нач-( ¹_кон- ¹¹_кон)/2-( ¹_нач- ¹¹_нач)/2,

где _кон и _нач - эксцентриситеты, измеренные соответственно в период планового останова турбогенератора (индекс "кон"), по сравнению с раннее выполненными замерами (индекс "нач"), мм;

¹ и ¹¹ - соответственно среднее значение величин зазоров между внутренней расточкой упорного кольца (или наружной цилиндрической поверхностью бандажного кольца) и валом ротора, замеренных в диаметрально противоположных местах при повороте вала ротора на 180°.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он предваряется, сопровождается и завершается вибрационной диагностикой по показателям, характеризующим ослабление посадочного натяга бандажного кольца на бочку ротора, включающим:

- рост вектора вибросмещения вала ротора (опорных подшипников) на первой критической скорости вращения - при появлении эксцентриситета на одном из бандажных узлов либо одинаково ориентированных эксцентриситетов на обоих бандажных узлах;

- рост либо значительное векторное изменение кососимметричного вибросмещения вала ротора (опорных подшипников) турбогенератора, вращающегося с номинальной скоростью без возбуждения - при появлении эксцентриситетов бандажных узлов относительно продольной оси вала ротора с ориентацией эксцентриситетов каждого из них в направлении, близком к диаметрально противоположному.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии электромашиностроения, в частности к контролю величин натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например, турбогенераторов.

Известен способ измерения натягов в бандажном узле [1], при котором требуется полная разборка бандажного узла, измерение диаметров сопрягаемых деталей и сравнение полученных результатов с заводскими размерами. Способ, весьма трудоемкий, и не всегда осуществим по условиям эксплуатации турбогенератора и экономическим возможностям.

Наиболее близким аналогом - прототипом изобретения является патент [2], выполнение работ по которому обеспечивает возможность диагностики состояния посадочных натягов в бандажном узле ротора электрической машины без его разборки. Способ диагностики состояния посадочных натягов включает оценку изменения натягов в местах посадки бандажного кольца на бочку ротора и на центрирующее кольцо, а изменение натягов определяется путем сравнительных измерений диаметра бандажного кольца в месте его посадки до пуска турбогенератора в эксплуатацию и после его останова.

Однако указанный способ диагностики не способен уловить ослабление посадочного натяга в процессе эксплуатации электрической машины, например, в анормальных режимах ее работы, если этот натяг восстанавливается после останова. Кроме того, указанным способом невозможно оценить достаточность нормативной, например, установленного заводом-изготовителем величины посадочного натяга бандажного кольца на бочку ротора.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение является диагностика состояния посадочного натяга в бандажном узле без его разборки, включая фиксацию недопустимого изменения посадочного натяга бандажного кольца в процессе эксплуатации электрической машины, а также недостаточную его величину, что особенно важно для бандажных узлов консольного исполнения (фиг.1).

На фиг.1 и 2 изображена конструкция бандажного узла такого исполнения с бандажным кольцом (1), посаженным горячей посадкой консольно на торцовую часть (2) бочки ротора (3). Общеизвестно, что наиболее нагруженным в механическом отношении узлом турбогенератора является бандажный узел, удерживающий лобовые части обмотки (4), закрепленные на вращающейся бочке ротора в радиальном направлении от действия центробежных сил за счет бандажного кольца и в осевом направлении от действия сил, возникающих в результате теплового расширения обмотке ротора, с помощью упорного кольца (5).

Сопряжение деталей бандажного узла осуществляется горячей посадкой с натягом, величина которого определяется механическим расчетом. Применение горячей посадки обусловлено необходимостью плотного соединения деталей бандажного узла, прежде всего, на рабочей частоте вращения.

Нарушение плотности соединения деталей бандажного узла при вращении ротора может привести к повреждению мест соединения в узле, а также к смещению обмоток и, как следствие к ухудшению вибрационного состояния машины.

Последнее наиболее существенно для бандажных узлов консольного исполнения, когда тыльная часть бандажного кольца (6) жестко не центрируется (центрирующим кольцом) относительно концевой части (7) бочки ротора.

В консольной конструкции бандажного узла горячая посадка носика бандажного кольца предназначена для закрепления бандажного кольца в радиальном и осевом направлении, которое может быть успешно реализовано только при жесткой посадке бандажного кольца на торцевую часть бочки ротора с гарантированным натягом, не позволяющим превратить эту посадку в скользящую при любом, в том числе и анормальном режиме работы турбогенератора.

Для каждого ротора при определенном состоянии уравновешенности бандажного узла существует скорость вращения, при которой посадочный натяг ослабляется на столько, что бандаж находится в состоянии неустойчивого равновесия. При дальнейшем увеличении оборотов величина перекашиваемого момента превысит стабилизирующий момент от действия посадочного натяга и бандаж начнет перекашиваться относительно начального соосного положения.

Наступившее новое устойчивое положение бандажа, обеспечиваемое равенством перекашивающих бандаж и удерживающих его моментов и сопровождающееся изменением уровня вибрации подшипников, может быть нарушено или повышением скорости вращения ротора или уменьшением обжимающего усилия, развиваемого носиком бандажа вследствие изменения температурного режима бандажного узла. В конечном итоге бандаж оказывается зафиксированным в перекошенном состоянии и сохраняет это положение при остановке машины и при последующих пусках. Этот процесс наиболее часто происходит при ослаблении посадки бандажного кольца на бочку ротора в результате износа или остаточной деформации сопрягаемых посадочных поверхностей или недостаточности первоначально натяга. Именно этот проявляющийся дефект посадки бандажного кольца консольного исполнения на бочку ротора можно обнаружить путем сравнительных измерений эксцентриситета бандажного кольца в начальный период эксплуатации электрической машины и при последующих плановых остановах.

Предлагаемый способ диагностики состояния посадочного натяга бандажных колец на бочку ротора без разборки бандажного узла реализуется путем сравнительных измерений линейных размеров в бандажном узле до пуска электрической машины в эксплуатацию, в процессе эксплуатации и в последующий плановый останов с определением изменения эксцентриситета положения бандажного кольца в поперечном сечении его сопряжения с упорным кольцом путем сравнительных измерений разности радиальных зазоров между внутренней расточкой упорного кольца (или наружной цилиндрической поверхностью бандажного кольца) и наружной цилиндрической поверхностью концевой части бочки ротора, а ослабление посадочного натяга находят по изменению эксцентриситета , определяемого из выражения:.

где _кон и _нач - эксцентриситеты, измеренные соответственно в период планового останова турбогенератора (индекс "кон"), по сравнению с раннее выполненными замерами (индекс "нач"), мм;

¹ и ¹¹ - соответственно среднее значение величин зазоров между внутренней расточкой упорного кольца (наружной цилиндрической поверхностью бандажного кольца) и валом ротора, замеренных в диаметрально противоположных местах при повороте вала ротора на 180 градусов.

Предлагаемый способ диагностики состояния посадочного натяга бандажного кольца на бочку ротора может быть предварен, сопровождаться и завершаться вибрационной диагностикой колебания вала ротора (опорных подшипников) по показателям, характеризующим состояние посадки.

Значительные неуравновешенные силы, связанные с появлением эксцентриситета бандажного узла относительно продольной оси вала ротора даже при временном ослаблении посадочного натяга, чаще всего проявляются при наибольшей нагрузке турбогенератора, либо в анормальном режиме его работы, но зафиксировать этот всплеск вибросмещения вала ротора (опорных подшипников) и идентифицировать его, как показатель проявившегося дефекта бандажных узлов затруднительно. Это связано с многочисленными проявлениями нестабильности вибрационного состояния ротора под воздействием изменяющихся условий его охлаждения, нагрева, витковых замыканий, а также загрязнения проходных сечений системы охлаждения обмотки.

С наибольшей степенью вероятности идентификацию и диагностирование появившегося эксцентриситета бандажного узла можно провести по сравнительному анализу векторов вибросмещения вала ротора (опорных подшипников) в процессе запуска турбогенератора и его хотя бы кратковременной устойчивой работы при номинальной скорости вращения без возбуждения ротора, чтобы исключить какое-либо влияние тепловой, электромагнитной неуравновешенности и др. причин.

Так, если в результате ослабления посадочного натяга с момента пуска до последующего останова турбогенератора появился заметный эксцентриситет только на одном бандажном кольце относительно продольной оси вала ротора или одинаково ориентированный на бандажных кольцах с обеих сторон ротора, следует ожидать резкого роста вектора вибросмещения вала (опорных подшипников) на первой критической скорости вращения ротора. Этот вектор вибросмещения многократно увеличится в случае, когда по условиям прочности мест установки балансировочных грузов на упорном кольце или вентиляторе регламентируется и практикуется перенос балансировочных грузов, уравновешивающих небаланс, на срединную массивную часть бочки ротора.

Если же в результате ослабления посадочного натяга бандажных колец на бочку ротора в процессе эксплуатации турбогенератора произойдет изменение их эксцентриситета относительно продольной оси вала ротора, с ориентацией смещения каждого из бандажных узлов в направлении, близком к диаметрально противоположному, то следует ожидать при номинальной скорости вращения ротора без возбуждения возрастания кососимметричного вектора смещения вала (опорных подшипников).

С учетом этого использование предлагаемого способа измерения эксцентриситета бандажных узлов диагностике посадочных натягов бандажного кольца на бочку ротора рекомендуется координировать результаты диагностики с приведенными выше показателями изменения векторов вибросмещения вала ротора (опорных подшипников), а при проведении работ по уравновешиванию роторов установку уравновешивающих грузов производить только после устранения эксцентриситета бандажного кольца, возникшего в результате ослабления посадочного натяга.

Совмещать указанные работы достаточно удобно, так как установка пробных грузов при балансировке вала ротора турбогенератора в собственных подшипниках и диагностические измерения по предлагаемому способу оценки изменения посадочных натягов или их недостаточности проводятся практически в одной зоне вблизи упорного кольца бандажного узла.

Источники информации

1. Справочнике по ремонту турбогенераторов./Под ред. П.И.Устинова/М.: Энергия. 1978, с.258.

2. Аврух В.Ю. и Ростик Г.В. Патент на изобретение России №2145144 "Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины (варианты)" 09.02.1999.