energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2017-10-2-126-134energsecurity-371Research ArticleИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫENGINEERING, RESEARCH AND CALCULATIONSО КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЯХ ВАЛОПРОВОДОВ МОЩНЫХ ПАРОТУРБИННЫХ АГРЕГАТОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИON TORSIONAL OSCILLATIONS OF SHAFT TRAINS OF POWERFUL STEAM TURBINE UNITS UNDER OPERATING CONDITIONSУрьевЕ. В.Ur’evE. V.

ул. Радищева, д. 6а, пом. 3, 620014, г. Екатеринбург

str, 6a, of. 3, 620014, Ekaterinburg

evuriev@gmail.comЖуковС. В.ZhukovS. V.

просп. Ленина, 38, 620219, Екатеринбург

Lenina Ave, 38, 620219, Ekaterinburg

КистойчевА. В.KistoychevA. V.

ул. Мира, д. 19, 620002, г. Екатеринбург

B. N. Yeltsin Mira str., 19, 620002, Ekaterinburg

БиялтМ. А.BiyaltM. A.

ул. Радищева, д. 6а, пом. 3, 620014, г. Екатеринбург

Radishcheva str, 6a, of. 3, 620014, Ekaterinburg

БочкаревЕ. В.BochkarevE. V.

ул. Мира, д. 19, 620002, г. Екатеринбург

Radishcheva str, 6a, of. 3, 620014, Ekaterinburg

КшесинскийД. С.KshesinskyD. S.

ул. Фронтовых Бригад, д. 18, 620017, Екатеринбург

Frontovih brigad str., 18, 620017, Ekaterinburg

ООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»Россия«SPE «Ural Vibration Lab» LLC RadishchevaRussian FederationПАО «Т Плюс»Россия2 PJSC «T Plus»Russian FederationФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»РоссияUral Federal University named after the First President of RussiaRussian FederationООО «НПП «Уральская лаборатория вибрации»Россия«SPE «Ural Vibration Lab» LLCRussian FederationФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»Россия«SPE «Ural Vibration Lab» LLCRussian FederationАО «Уральский турбинный завод»РоссияJSC «Ural Turbine Works»Russian Federation201710072017102126134Copyright © Урьев Е.В., Жуков С.В., Кистойчев А.В., Биялт М.А., Бочкарев Е.В., Кшесинский Д.С., 20172017Урьев Е.В., Жуков С.В., Кистойчев А.В., Биялт М.А., Бочкарев Е.В., Кшесинский Д.С.Ur’ev E.V., Zhukov S.V., Kistoychev A.V., Biyalt M.A., Bochkarev E.V., Kshesinsky D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/371

Рассматривается проблема массовой повреждаемости роторов низкого давления теплофикационных турбин типа Т-175 и ПТ-135. Сопоставляются гипотезы трещинообразования в низкотемпературных роторах паровых турбин под воздействием изгибных и крутильных колебаний. На основании проведенного анализа различных факторов, в т. ч. конструктивного и эксплуатационного характера, показано, что имеется целый ряд предпосылок, которые делают вторую из рассмотренных гипотез несколько более предпочтительной. Однако оценить воздействия крутильных колебаний можно только на основе результатов экспериментальных исследований динамических напряжений в роторах на реальных турбоагрегатах в условиях эксплуатации. Это потребовало разработать и создать систему многоканального контроля и мониторинга крутильных колебаний валопровода турбоагрегатов, опытно-промышленный вариант которой был реализован на турбоагрегате Т-175/210- 130. На основании проведенных расчетных исследований и анализа причин возникновения как собственных, так и вынужденных крутильных колебаний валопровода были сформулированы требования, которые должны предъявляться к регистрации параметров крутильных колебаний и, что особенно важно, к алгоритмам и программным средствам обработки данных и представлению результатов. Показано, что в большинстве опубликованных исследований приводятся только собственные крутильные колебания валопроводов. Проанализированы типичные ошибки и показано, что вынужденные колебания, которые кратны частоте вращения при используемых алгоритмах обработки данных не могли быть получены, а сделанные на основе таких исследований выводы неправомерны. Кроме того, в большинстве случаев применение исходных данных без необходимой предварительной корректировки до использования их в преобразовании Фурье могут привести к существенному искажению результатов анализа. Предложенные методы измерения, подготовки и обработки данных позволили осуществлять регистрацию как собственных, так и вынужденных крутильных колебаний валопровода. Приводятся результаты исследований, которые показали, что в валопроводе реализуются преимущественно вынужденные крутильные колебания, кратные частоте вращения. Сформулированы дальнейшие пути совершенствования созданной системы.

 

The problem of massive damageability of low pressure rotors of cogeneration turbines of types T-175 and PT-135 is considered. The hypotheses of crack formation in low-temperature rotors of steam turbines under the action of bending and torsional oscillations are compared. Based on the analysis of a variety of factors, including those of structural and operational nature, it is shown that there are a number of prerequisites that make the second of the hypotheses considered somewhat more preferable. However, the eff ects of torsional oscillations can only be estimated on the basis of the results of experimental studies of dynamic stresses in rotors on real turbine generating units under operating conditions. This required the development and creation of a multichannel control and monitoring system for torsional oscillations of the shaft train of turbine units, its pilot-industrial version implemented on the T-175/210-130 turbine generator unit. Based on the calculations performed out and the analysis of the causes of both the intrinsic and forced torsional oscillations of the shaft train, the requirements were formulated that must be imposed to recording the parameters of torsional oscillations and, what is especially important, for algorithms and software for processing data and presenting the results. It is shown that in most of the published studies only intrinsic torsional oscillations of the shaft trains are given. Typical mistakes are analyzed, and it is shown that the forced oscillations which are multiples of the rotation frequency could not be obtained with the data processing algorithms used, and that conclusions based on such studies are untenable. Moreover, in most cases, using source data not subjected to necessary pre-adjustment prior to using the same in the Fourier transform may cause signifi cant distortion of the analysis results. The methods of measurement, preparation and processing of data suggested in the paper enable to record both intrinsic and forced torsional oscillations of shaft train. The results of studies are presented that have shown that forced torsional oscillations multiple to rotation speed are mostly implemented in the shaft train. Further ways of improving the created system are provided.

 

турбинытрещинообразование в низкотемпературных роторахкрутильные колебания валопроводасобственные и вынужденные колебаниясистема мониторинга крутильных колебанийturbinescracking in low-temperature rotorstorsional oscillations of shaft trainintrinsic and forced oscillationstorsional oscillation monitoring systemReferencesУрьев Е. В. Точка зрения на проблему повреждения роторов низкого давления теплофикационных турбин / Е. В. Урьев // Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностирования оборудования электрических станций: Сб. докл. – М.: ОАО «ВТИ», 2005. С. 8–10.Ur’ev E. V. The point of view on the problem of damage to lowpressure rotors of thermal turbines / E. V. Ur’ev // Problems of vibration, vibration adjustment, vibration monitoring and diagnosing equipment of power plants – Moscow: JSC "VTI", 2005. Pp. 8–10.Кистойчев А. В. Диагностика некольцевых трещин в роторах / А. В. Кистойчев, Е. В. Урьев // Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностирования оборудования электрических станций: Сб. докл. – М.: ОАО «ВТИ». 2007. С. 101–107.Kistoychev A. V. Diagnostic of Transversal Non-Circular Cracks in Turbomachine Rotors / A. V. Kistoychev, E. V. Ur’ev // Problems of vibration, vibration adjustment, vibration monitoring and diagnosing equipment of power plants – Moscow: JSC "VTI". 2007. Pp. 101–107.Кистойчев А. В. О проблеме трещинообразования в низкотемпературных роторах теплофикационных турбин / А. В. Кистойчев, Е. В. Урьев, Т. А. Недошивина // Электрические станции. 2009. №9. С. 38–40.Kistoychev A. V. The problem of cracking in low-temperature rotors of heating turbines / A. V. Kistoychev, E. V. Ur’ev, T. A. Nedoshivina // Electric Stations. 2009. №9. Pp. 38–40.Жученко Л. А. Проблемы повреждаемости низкотемпературных роторов теплофикационных паровых турбин / Л. А. Жученко, В. В. Ермолаев, А. И. Шкляр, Л. А. Винокурова, М. В. Великович, Г. Д. Ба- ринберг, Ю. А. Сахнин // Электрические станции, 2006, №10. С. 36–41.Zhuchenko L. A. Damage problems of low-temperature rotors of heating steam turbines / L. A. Zhuchenko, V. V. Ermolaev, A. I. Shklyar, L. A. Vinokurova, M. V. Velikovich, G. D. Barinberg , Yu. A. Sakhnin // Electric Stations, 2006, №10. Pp. 36–41.Балансировка роторов турбоагрегатов на разгонно- балансировочном стенде / Е. В. Урьев, А. В. Урьев, М. И. Львов, В. И. Власов // Энергомашиностроение. 1976. №4. С.24–26.Balancing of turbine rotors in a high-speed balancing facility / Е. V. Uryev, A. V. Uryev, M. I. Lvov, V. I. Vlasov // Energomachineering. 1976. №4. Pp. 24–26.Урьев Е. В., Шапошников К. В. Балансировка роторов с развитыми консолями на разгонно-балансировочных стендах (РБС) // Тяжелое машиностроение, 2011, №6, С.14–21.Ur’ev E. V., Shaposhnikov K. V. Balancing of cantilever rotors in a high-speed balancing facility // Heavy mechanical engineering, 2011, №6, Pp.14-21.Швацкий А. В., Деминов А. М., Урьев Е. В. // Особенности балансировки роторов с воздушным охлаждением в разгонно- балансировочных стендах (РБС). Тяжелое машиностроение. 2012, №11–12. С. 45–48.Shvatsky A. V., Deminov A. M., Uryev E. V. // Features of balancing of air cooling rotors in a high-speed balancing facility. Heavy engineering. 2012, No. 11–12. Pp. 45–48.Костюк А. Г. Паровые и газовые турбины для электростанций / А. Г. Костюк, В. В. Фролов, А. Е. Булкин, А. Д. Трухний. М.: Издательский дом МЭИ, 2008.Kostyuk A. G. Steam and gas turbines for power plants / A. G. Kostyuk, V. V. Frolov, A. E. Bulkin, A. D. Trukhny. M.: Publishing house of MEI, 2008.РД 34.30.507-92. Методические указания по предотвращению коррозионных повреждений дисков и лопаточного аппарата паровых турбин в зоне фазового перехода. Корпорация РОСЭНЕРГО. Управление научно-технического развития.RD 34.30.507-92. Methodical instructions for the prevention of discs and blades corrosion damage of steam turbines in the phase transition zone. ROSENERGO. Management of scientifi c and technical development.Загретдинов И. Ш. Разрушение турбоагрегата 300 МВт Каширской ГРЭС: причины, последствия и выводы / И. Ш. Загретдинов, А. Г. Костюк, А. Д. Трухний, П. Р. Должанский // Теплоэнергетика, 2004, №5, с. 5–15.Zagretdinov I. Sh. Destruction of 300 MW turbine unit of Kashirskaya GRES: causes, consequences and conclusions / I. Sh. Zagretdinov, A. G. Kostyuk, A. D. Trukhniy, P. P. Dolzhansky // Heat power engineering, 2004, Nr. 5, Pp. 5–15.РТМ 108.021.13-83. Расчет валопровода турбоагрегата на внезапное короткое замыкание. НПО ЦКТИ. 1984.RTM 108.021.13-83. Calculation of a turbine shaft at the moment of short circuit. NPO CKTI. 1984.ISO/FDIS 22266-1: 2009 (Е). Mechanical vibration — Torsional vibration of rotating machinery — Part 1: Land-based steam and gas turbine generator sets in excess of 50 MW.ISO / FDIS 22266-1: 2009 (E). Mechanical vibration – Torsional vibration of rotating machinery – Part 1: Land-based steam and gas turbine generator sets in excess of 50 MW.Биргер И. А. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. М.: Машиностроение, 1979 г.Birger I. A. Strength calculation of machine parts. Directory. / I. A. Birger, B. F. Shorr, G. B. Iosilevich. M.: Mechanical Engineering, 1979.Киселёв М. И. Регистрация параметров крутильных колебаний валопровода турбогенератора / М. И. Киселёв, Н. В. Новик, В. И. Пронякин // Измерительная техника. – 2000. – №12. С. 34–36.Kiselev M. I. Torsional vibrations parameters registration of turbogenerator shaft / M. I. Kiselev, N. V. Novik, V. I. Pronyakin // Measuring technique. –2000. –12. Pp. 34–36.Заблоцкий И. Е., Коростелов Ю. А., Шипов Р. А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. – М.: Машинострое- ние. 1977. – 160 с.Zablotsky I. Ye., Korostelov Yu. A., Shipov R. A. Non-contact measurements of turbomachine blades vibrations. – M .: Mechanical Engineering. 1977. – P. 160.Боришанский К. Н. Метод контроля вибрационного состояния турбоагрегата в условиях эксплуатации // Тяжелое машиностроение, 2015, №11–12, С. 4–9.Borishansky K. N. Monitoring method of turbine vibrational state under operating conditions. Heavy Engineering, 2015, No. 11– 12, Pp. 4–9.Актуальность и проблемы реализации мониторинга крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов на электростанциях / Биялт М. А., Черненок П. Е., Бочкарев Е. В., Кистойчев А. В., Урьев Е. В. // Электрические станции, 2013, №8, С. 50–57.Actuality and problems of shaft torsional vibrations monitoring of turbine units at power plants / Bialt M. A., Chernenok P. E., Bochkarev E. V., Kistoychev A.V., Ur’ev E. V. // Electrical stations, 2013, №8, Pp. 50–57.Brian R. Resor, Charles L. Groover, Martin W. Trethewey. The Pennsylvania State University. Natural frequency identifi cation in torsional vibration with high level order content. Conference & Exposition on Structural Dynamics, IMAC-XXII 2004.Brian R. Resor, Charles L. Groover, Martin W. Trethewey. The Pennsylvania State University. Natural frequency identifi cation in torsional vibration with high level order content. Conference & Exposition on Structural Dynamics, IMAC-XXII 2004.Назолин А. Л. Обнаружение дефектов машин и механизмов циклического действия по временным и виброакустическим параметрам. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2013.Nazolin A. L. Defects detection in machines and mechanisms of cyclic action based on temporal and vibro-acoustic parameters. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. Moscow 2013.Исследование крутильных колебаний валопровода турбоа- грегата Т-175/210-130 на Омской ТЭЦ-5 / Зиле А. З., Тарадай Д. В., Томашевский Ю. А., Шуранова Ю. А., Киприянов В. Н. // Труды VIII Международной научно-технической конференции «Проблемы вибрации, вибромониторинга и диагностики оборудования электрических станций». ВТИ, 2015, С. 34–38.Shaft torsional vibrations investigation of the turbine unit T-175 / 210–130 at Omsk TPP-5 / Zile A. Z., Taradai D. V., Tomashevsky Yu. A., Shuranova Yu. A., Kipriyanov V. N. // The VIII International Scientifi c and Technical Conference «Problems of vibration, vibration adjustment, vibration monitoring and diagnosing equipment of power plants». VTI, 2015, Pp. 34–38.Разработка принципов реализации стационарного мониторинга крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов / Бочкарев Е. В., Кшесинский Д. С., Плотникова А. А., Деминов А. М., Кистойчев А. В., Биялт М. А., Урьев Е. В. // Тяжелое машиностроение, 2015, №11–12, С. 35–39.Principles development for the implementation of torsional vibrations stationary monitoring of turbo-units shafts / Bochkarev E. V., Kshesinsky D. S., Plotnikova A. A., Deminov A. M., Kistoychev A. V., Bialt M. A., Ur’ev E. V. // Heavy engineering, 2015, No. 11–12, Pp. 35–39.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.