|

Добрый день коллеги! Предлагаю ознакомиться со статьей из которой вы узнаете, как диагностировать трещину на роторе с помощью метода спектрального анализа при свободных колебаниях ротора. Из всех дефектов трещина является наиболее опасным. Только за последние 15 лет на ряде электростанций, имели место полное или частичное разрушения валопровода. Причин образования трещин много, но главная одна — повышенные переменные напряжения в роторах в условиях концентрации напряжений.

На сегодняшний день большинство турбоагрегатов выработали свой ресурс. За годы эксплуатации элементы конструкций оборудования подвергаются разным видам износа (усталостный, абразивный, коррозионный, квитанционный), накапливается по разным причинам технологический дисбаланс и т.д. Всё, вместе взятое, увеличивает вероятность появление трещин во вращающихся деталях. Особенно это опасно, когда трещина появляется и развивается на роторах или лопатках последних ступеней (рис.1), и усугубляется это тем, что в последние годы межремонтный период эксплуатации  турбоагрегатов увеличивается.

Рис.1

Разработанная специалистами ВТУ-ЛМЗ методика по обнаружению поперечных трещин роторов паровых турбин, предполагает выявление собственных частот колебаний испытуемого ротора на основании его резонансных колебаний, полученных в результате действия на ротор импульса механической силы.

Для проведения исследований испытуемый ротор подвешивается в горизонтальном положении на тросах (на штатной траверсе, рекомендуется с динамометрическими индикаторами)  либо укладывается горизонтально на козлах (рис.2)

Рис.2 Испытуемый ротор  подвешен на траверсе

При выполнении измерений необходимо убедиться в отсутствии посторонних вибросигналов от вспомогательного и вблизи работающего оборудования. Для контроля необходимо выполнить анализ шумовых спектров от посторонних источников.

Оборудование и материалы

Для обнаружения трещины используется измерительный тракт, состоящий из датчиков вибрации (акселерометр) с высоким коэффициентом чувствительности (порядка 100 милливольт), установленных на поверхности ротора вдоль его длины и анализатор спектра вибрации (с низким шагом разрешения по частоте — около 0,1 Гц) с многоканальной приставкой. Данные замеров записываются в память анализатора, для последующего анализа на компьютере.

Рекомендуется использовать виброанализатор (рис.3) с микрофонным входом для возможности регистрации комментариев в процессе измерений.

Для создания силового возмущения в виде механического импульса, достаточного для проведения исследований, используется кувалда, не повреждающая при этом поверхность ротора.

Рис.3

Методика диагностирования трещины на роторе

1. Перед проведением измерений  свободно подвешенного ротора его торцы размечаются на 4 (например, 0°,90°,180° и 270°) или более участков (рис 4).

Рис.4

Нумерацию участков желательно привязать к номеру болтового отверстия на полумуфте.

2. Диапазон исследуемых частот, который необходимо установить на анализаторе, определяется из конкретной конструкции ротора.

3. В одном из выбранных положений ротора вдоль его продольной оси устанавливают датчики вибрации в контрольных точках и не меняют их в процессе измерения спектральных характеристик.

4. В одном из выбранных для исследований положений ротора производят механический импульсный удар специальной кувалдой в поперечном направлении в определённой для этого точке (по центру или концу вала) для получения резонансного вибросигнала — отклика при совпадении гармоник импульса силы с собственными частотами колебаний ротора.

Полученные вибросигналы одновременно от разных датчиков, расположенных на измерительной поверхности                       ротора по продольной оси в соответствии с рис.5, регистрировались виброанализатором для последующего                             спектрального анализа с целью выявления признаков наличия трещин.

Рис.5

5.  При выполнении импульсного удара следует запомнить величину размаха кувалды и принять его постоянным для           других положений ротора.

6.  Для других положений ротора последовательно  выполняются п. 3 — 5, при этом датчики вибрации всегда                  находятся в одном  из выбранных сечениях ротора, которое всегда располагают в одном фиксированном положении, например, в вертикальном положении.

7.   Диагностическим признаком наличия поперечной трещины на наружной поверхности ротора является значительное понижение вибрационного сигнала на одной (или нескольких) из собственных частот колебаний и раздвоение пика амплитуды колебаний на две близко расположенные — слева и справа от неё.  Раздвоение пика происходит в связи с анизотропией ротора.

Анализ производят путем сравнения измеренного спектра, с аналогичным спектром, полученным при измерении ротора без трещин (эти характеристики обычно измеряют перед монтажом турбины и заносятся в как паспортные данные после изготовления).

При положении трещины внизу, когда жесткость наименьшая, частота собственных колебаний снижается. При этом наблюдается один мощный отклик по амплитуде (рис. сверху). При расположении трещины вверху мы видим также один мощный отклик по амплитуде (рис. снизу), однако частота СК при закрытой трещине выше 146 Гц, но ниже, чем при положении трещины сбоку (149 Гц). Во всех промежуточных положениях спектры раздваиваются и даже расстраиваются, в зависимости от уровня отклика ротора в двух перпендикулярных положениях. В целом мы видим четкое чередование интенсивности откликов при последовательном привороте ротора. Главным диагностическим признаком  является расщепление собственной частоты ротора при привороте его относительно оси. Можно ожидать, что при чувствительности датчиков прибора и высокой его разрешающей спектральной способности (около 0,1 Гц), вполне можно рассчитывать на определение трещины при ее докритическом размере, когда она занимает 5-8 % по сечению. В принципе возможно и снижение этой величины до 3-4%.

8. При необходимости производится оконтуривание дефекта.

9. Определяются координаты дефекта по длине и сечению ротора.

Выводы

1. По снижению частоты собственных колебаний регистрируется кольцевая трещина.  Для проведения таких проверок требуются незначительные затраты и штатные переносные приборы с высокой разрешающей способностью.

2.  Спектр частот свободных колебаний ротора возбуждаемых ударом, как при подвесе его на траверсе, так и на козлах зависит от углового положения трещины в роторе. Кроме того, происходит расщепление спектра в связи с анизотропией жесткости ротора.

3.  Спектральный метод вибродиагностики позволяет обнаруживать трещину по изменению амплитудно-частотных характеристик свободных колебаний ротора.

4.  Изменения в амплитудах на диагностических частотах зависит от углового положения трещины исследованного ротора, и отчетливо наблюдаются только при узкополосном анализе.

5. Значения частот зависят от положения трещины и от ее величины. Наименьшая собственная частота для соответствующей формы колебаний получается при положении трещины внизу (при раскрытии трещины).

6. Чувствительность прибора порядка 0,2 — 0,3 Гц позволяет зафиксировать раздвоение амплитудного пика на спектрах. Учитывая, что при 40 процентной трещине мы имеем снижение частоты примерно на 9 Гц (или 6% от базовой частоты), ожидается, что расщепление собственной частоты можно заметить и при 4-5 % (до критической) трещины, которая другими «дешевыми» способами практически не определяется.

7. Для диагностики трещины при вращении вала (во время эксплуатации турбоагрегата) необходимы системные наблюдения. И если отделить снижение критических частот из-за расцентровок и других дефектов от снижения из-за разрыва болтов или появления трещины, то можно таким образом регистрировать появление трещины и во вращении. Кроме того, при вращении есть еще целый ряд диагностических признаков ее появления.

Расскажи друзьям: