Мониторинг осевого сдвига роторов турбокомпрессоров

Illustration

Введение.

Система отслеживания осевого сдвига – одна из главных в общем комплексе мер по защите роторных машин (турбокомпрессоров). Другие нарушения в работе машин также могут приводить к катастрофическим последствиям, но ухудшение работы или дефект упорного подшипника может произойти при очень слабых признаках опасности и за очень быстрый период, что приводит к полному разрушению машины. Поэтому, прежде всего, нужны технические приемы для измерения осевого сдвига. При этом необходимо избегать ошибок при установке соответствующих систем защиты.

В этой статье рассматриваются важнейшие моменты при установке следующих систем:

- концепция "холодных" и "горячих" зон всплывания;

- соотношение между линейным диапазоном датчика системы и диапазоном потенциального изменения осевого сдвига ротора;

- соотношение между показаниями монитора и позиции ротора (упорным диском);

— приводится руководство по настройке пороговых уровней.

Illustration
Illustration

Зона всплывания – нормальное допустимое движение упорного диска в зазоре упорного подшипника. "Холодная" зона всплывания (Рис.1) измеряется, когда машина неподвижна и имеет температуру окружающей среды. Однако эта зона будет увеличиваться, когда машина полностью нагружается на рабочих скоростях. Смена происходит вследствие большей рабочей нагрузки на упорный подшипник.

Другие факторы, способствующие – термонагрев, отсутствие достаточной жесткости узла упорного подшипника, неравномерность толщины колодок упорного подшипника и отжим масляной пленки (выдел. – перевод.).

Таким образом, для машины при полной нагрузке существует горячая зона всплывания, которая обычно более холодной на существенную величину. Пример на рис.1 показывает машину с холодной зоной около 16 милс (0.4 мм) с зазором по датчику от 48 до 58 милс, который соответствует выходному напряжению проксиметра -8.4 и -11.6В соответственно. Горячая зона равна 24 милс (0.6мм) с зазором от 38 до 62 милс (-7.6 и -12.4В). Это увеличение на 50% не является чем-то необычным.

Очень часто неопытные пользователи системы мониторизации осевого сдвига не принимают во внимание отличие зон холодного и горячего всплытия. Они будут устанавливать пороговый уровень, соответствующий моменту касания упорного диска к подшипнику, основываясь на измерениях холодной зоны машины, когда она находилась в статическом положении. Если расплывающаяся зона, точка такого порогового уровня представляет позицию упорного диска, находящегося в пределах зазора подшипника, а не касания вкладки. Таким образом изменение позиции вала вызывает некорректный сигнал в системе мониторинга.

Существует два способа, чтобы избежать ошибочной тревоги. Во-первых, выяснить разницу между холодной и горячей зонами всплытия и настроить правильно пороговый уровень. Во-вторых, настроить сигнал порогового уровня так, чтобы он представлял износ баббита от 5 до 10 миллис (125-250 мкм). Затем установить блокировочный уровень, соответствующий 250×500 мкм сверх порогового уровня.

Ошибочные износы порогового уровня могут встретиться даже после допуска на горячую зону всплывания. Это возможно, если:

1) пороговый уровень сконфигурирован слишком близко от поверхности подшипника;

2) припуск на горячую зону недостаточный;

3) небольшая погрешность содержится в устанавливаемом датчике.

В конце концов, мониторинг реального осевого сдвига не обязательно убережет подшипник от износа, но убережет машину от серьезного осевого затирки и потенциального разрушения.

Фактически, некоторый износ упорного подшипника даже желателен с точки зрения мониторинга. Если монитор отображает пороговый уровень положения осевого сдвига, а при разборе повреждения подшипника не обнаружится, то операторы и руководство могут потерять доверие к таким системам. Большинство машин оборудованы упорными подшипниками, которые могут выдерживать некоторую потерю баббита до наступления опасного осевого касания ротора. Поэтому уместно разрешить потерю некоторого слоя баббита до выработки сигнала порогового уровня.
В целях определения соотношения холодной и горячей зоны всплывания необходима консультация с производителями машины. Их информация может быть сравнима с рабочими опытами для повышения качества работы.

Взаимосвязь между диапазоном датчика и диапазоном разбега ротора.

Необходимый диапазон измерений осевого сдвига для любой машины должен перекрывать максимально допустимое изменение сдвига ротора в обоих направлениях в упорном подшипнике. Диапазон сдвига ротора должен включать не только зазоры в упорном подшипнике (холодные и горячие зоны всплывания), но так же допускаемый износ баббитового слоя на обеих сторонах подшипника (рабочие и не рабочие колодки).

Машина (рис.1) имеет зазор в упорном подшипнике (горячая зона) 24 мили (0.6мм). Дополнительно 17 милс (0.4мм) – допустимый износ подшипника на каждой стороне отодвигает точку блокировочного значения. Таким образом, диапазон расположения ротора (общее допустимое смещение ротора) равен 58 милс (1.4мм). Рисунок также отображает линейный диапазон работы датчика, который больше диапазона допустимого осевого сдвига ротора. Такое размещение акцентов рекомендуется для всех систем мониторизации. То есть, чем больше диапазон корректной работы датчика превышает осевой сдвиг ротора, тем корректнее можно настроить систему.

Если линейный диапазон датчика немного больше осевого разбега ротора, то установка датчика для выверки правильного зазора затруднительна, если вообще невозможна.

К примеру, если линейный диапазон работы датчика 60 милли (1.5мм), то необходимо терпение, чтобы установить центр диапазона работы датчика в центр осевого разбега ротора (холодная зона). В данном примере датчик нужно настроить как можно ближе к 58 милс (1.4мм) или -11.8В, чтобы упорный диск прилегал к рабочей стороне упорного подшипника.

Если бы диапазон был равен 80 мили (2мм), то исходный зазор 58 мили не был бы так критичен. С упорным диском, примыкающим к рабочей стороне, зазор датчика можно было бы установить между 48 и 68 милс (1.2 и 1.7 мм). Система будет работать корректно в любом случае.

Далее рассматриваются технические приемы, необходимые для эффективной работы системы мониторизации, включая как установку датчика (правильную настройку зазора) и калибровку монитора. Приведены примеры двух общих случаев метода настройки: ноль отсчета в центре зоны всплыва и ноль на рабочей стороне подшипника. Предоставляются рекомендации по установке пороговых уровней с целью обеспечения защиты машины.

На рис.1 была представлена ​​ситуация, когда рассматривался линейный диапазон датчика 80 милс (2мм), от минимальной дистанции 10 милс (0.25мм) до максимального зазора 90 милс (2.25мм). Соответственно, минимальный вольтаж диапазона равен -2В, а максимальный -18В. Таким образом центр диапазона – дистанция в 50 миллис (1.25 мм), а вольтаж –10В.

В идеале центр линейного диапазона датчика должен соответствовать центру зоны всплывания ротора (или горячей или холодной-центр у них общий). Однако трудно установить и удерживать ротор в центре зоны. Более легким способом считается размещение ротора (упорного диска) на одной из сторон упорного подшипника, а затем установка датчика на дистанцию ​​требуемого зазора/вольтажа.

Примечание: Расположение ротора, прилегающего к поверхности вкладышей (как ближе к ним), необходимо проводить с тем же усилием, что и при рабочих нагрузках. Для этого можно использовать гидротолкатель.

Используя пример на рис.1: при ширине холодной зоны всплывания в 16 милс (0.4мм) упорный диск будет от центра на расстоянии 8 милс (0.2мм) при приближении к одной из сторон подшипника. Это соответствует изменению 1.6В. Таким образом, при касании упорного диска рабочей стороны подшипника, корректная дистанция зазора должна быть 58 милс (1.45мм) с соответствующим вольтажом -11.6В.

Осевой сдвиг ротора в интерпретации измерительного устройства.

После правильной зависимости между зазором датчика и положением упорного диска в подшипнике остается рассмотреть измерительное устройство. В контрольной комнате оператор не видит положения ротора в подшипнике и не зазор датчика, выраженный в вольтах. Средством связи измерительной системы с оператором является показание счетчика монитора. Поэтому необходимо правильно установить связь между вольтажным зазором датчика (положением упорного диска) и показаниями измерительного устройства.

Большинство выпускаемых мониторов осевого сдвига показывают осевой сдвиг вала (перемещения) при условии нормальной работы монитора. То же самое касается и мониторов фирмы Бентли Невада. Однако с нашими мониторами оператор может активировать переключатель на лицевой панели для просмотра показаний вольтажного зазора.

Правильная установка системы монитора не может избежать одного важного этапа: калибровки. Правильная калибровка гарантирует, что изменение вольтажного зазора и соответствующее показание осевого сдвига являются настоящим изменением осевого перемещения ротора.
  Произведите калибровку осевого датчика перед установкой его на машину. Используя точный шпиндельный микрометр (с объектом из того же материала, что и вал), калибровка датчика гарантирует, что изменение выходного вольтажа точно отражает известное изменение вала. чувствительность равна 200 мВ/милс (8В на 1мм), хотя некоторые системы используют 100 мВ/милс (4В/мм).

Калибруйте монитор перед установкой датчика, используя настоящий датчик, установленный на машине. Если датчик уже установлен, используйте аналогичный образец ( того же типа, диаметра и длины подключаемого кабеля)

Illustration

Рис.2 Ноль отсчета соответствует расположению упорного диска в центре зоны всплывающего.
Существует два обычных технических приёма, используемых для настройки монитора осевого сдвига по началу отсчета. Оба метода верны.

Метод1: Ноль отсчета равен центру зоны всплыва. При этом монитор настраивается таким образом, что "0" на мониторе соответствует расположению упорного диска в центре подшипника (рис.2).

При этом, потому что роторы редко работают в центре зазора упорного подшипника, показания счетчика (при работе машины в нормальных рабочих условиях) не будут равны нулю. Обычно показания будут отличными от нуля (чаще сдвиг при этом будет в направлении рабочих колодок), что соответствует середине горячей зоны всплывания.

Используя этот метод для примера, типичное показание будет равно 12 мили (0.3мм) в положительном направлении на счетчике (или поменьше в зависимости от качества масляной пленки между упорным подшипником и колодками). Показания в 12 милях относятся к вольтажу зазора –12.4В. Показание в 12 милс (0.3мм) в нерабочем направлении должно представлять движение упорного диска на нерабочие колодки (и вольтаж датчика –8.6В).

Преимущество этого метода заключается в логической связи между диапазоном линейным датчика и диапазоном счетчика. Этот метод упрощает работу с монитором, т.К. все они используют одно и то же предположение (начало отсчета в центре зоны всплывания). Недостаток этого метода заключается в наличии разных горячих зон всплывания у разных машин, поэтому показания счетчиков мониторов будут отличаться. Это немного усложняет контроль оператора за агрегатами.

Метод2: Начало отсчета совпадает с рабочей стороной зоны всплывания.

Illustration

Рис.3 Ноль отсчета соответствует расположению упорного диска на рабочей стороне подшипника
Цель второго метода – преодолеть недостатки предыдущего. При этом главная цель этого метода состоит в приведении показаний всех счетчиков осевого сдвига всех машин к одной и той же величине, нулю или близкой ему. Этот способ упрощает работу оператора; внимание привлекает показание только сильно отличающееся от нуля. Однако, недостаток данного метода-усложнения при настройке измерительного инструмента, при этом мониторы осевого сдвига каждой машины настраиваются по-разному.

Процедура состоит в установлении размера горячей зоны всплытия и настройке счетчика таким образом, чтобы его нулевые показания совпадали с примыканием упорного диска к рабочей стороне подшипника (желательно найти это расположение для горячей зоны всплывания) (см. рис.3). Проблемой этой процедуры являются трудности в имитации условий для горячей зоны всплывания на неработающей (охлажденной) машине. Поэтому счетчик должен быть отстроен на вспомогательное значение, которое может быть зимовано на выключенной машине.

Снова используя предыдущий пример, видим, что если горячая зона всплывания равна 24 милс (0.6мм), а холодная 16 милс (0.4мм), это дает разницу между ними 8 милс или по 4 на каждую сторону зазора подшипника. Таким образом, на стоящей машине и при прикосновении упорного диска рабочих вкладышей (холодная зона) установите показание счетчика на 4 милс (0.1мм) в нерабочую сторону. Это соответствует показаниям вольтажа –11.6В.

Когда машина достигает рабочего состояния (с упорным диском у рабочей стороны подшипника-горячей зоны всплывания) показания счетчика будут равны нулю или -12.4В зазору датчика. Заметим, что счетчик будет показывать точно "0" только если точно известна разница между горячей и холодной зонами всплытия. В противном случае будут появляться отличия.

Как видно оба метода отличаются друг от друга только в показаниях счетчика при нормальных рабочих условиях. Для нормальных условий первый способ приводит к показаниям счетчика, отличным от нуля, тогда как по второму показанию стремятся к нулю. Необходимо отметить схожесть двух методов. Используя тот или иной метод, соотношение между осевым смещением и линейным диапазоном датчика остается прежним. В обоих случаях датчик отстраивается так, что центр линейного диапазона совпадает с зазорным центром подшипника.

И последнее предупреждение: если установлена ​​жесткая взаимосвязь между осевым перемещением, зазором датчика и показанием счетчика, не изменяйте эти соотношения, особенно после запуска машины. К примеру, предположим, что метод 2 использовался для установления показания счетчика в нуль для нормальных рабочих условий машины. Так же допустим, что после запуска показание не совпадает точно с 0, т.к. Размер горячей зоны был определен с небольшой погрешностью. В данном случае не производите перенастройку счетчика и датчика для юстирования датчика. Если перенастройка счетчика после запуска, все начальные коэффициенты связи будут потеряны.

Набор данных для вспомогательных величин поможет в будущем, особенно при сбоях в работе системы мониторинга. Например, если показания счетчика меняются все время и нет уверенности в подлинных показаниях, то необходима его проверка. С начальным набором не поврежденных данных любое показание счетчика можно непосредственно перевести в вольтаж зазора датчика, а затем в осевой сдвиг ротора. Если счетчик и зазор перестраивались после пуска, то нет уверенности в точности показаний счетчика и точном расположении ротора.

Настройка пороговых уровней монитора.

При настройке пороговых уровней следует осознать, что при достижении этого параметра не обязательно нужно сохранять упорный подшипник от повреждения. Главная цель – предотвращение серьезного осевого затира и разрушение машины. В результате некоторый износ упорного подшипника допустим при рабочих условиях. Упорные подшипники обычно имеют достаточный слой баббита, что позволяет поддерживать работоспособность до наступления осевого затирки ротора. Таким образом, целесообразно допускать частичное истирание баббита при пороговом уровне сигнализации.

Осознав наши рассуждения и приняв концепцию перехода холодной зоны всплывания в горячую, можно непосредственно переходить к цели нашей задачи – настройке пороговых уровней. Для большинства систем мониторизации существует 4 настройки предупреждения: первый и второй уровень тревоги в каждом направлении движения ротора (в активную и неактивную). . Настройте второй уровень тревоги (Danger), так чтобы даже большая часть баббита стиралась, но не допускала прикосновения ротора к статорной части.

Для показанного ранее примера порог можно настроить после потери 6 миллс (0.15мм) баббита. 10 милс (0.25мм). уровни -15.6 и -4.4В.

Расчет правильного зазора проксиметров.

Всегда следует убедиться, что зазор в проксиметре был выставлен так, что он попадает в центр линейного диапазона системы преобразователя. да и радиальной вибрации.

Центр линейного диапазона легко обнаружить, изучая кривую характеристики датчика. Она может быть исполнена с использованием микрометра шпиндельного типа ТК3-2 фирмы Бентли Невада. При осевом смещении неправильная выставка зазора снижает линейный диапазон системы преобразователя (рис.4).

Illustration

Предположим, что датчик был оттарирован от -2.0В. Этот вольтаж достаточно, чтобы монитор регистрировал состояние преобразователя как "ОК" и измерял какую-либо вибрацию. Уровень сигнала вибрации 1 мили от пика к пику, представляющий 2В р/с (пик-пик) выглядит как “NOT OK”. Это состояние не позволяет активироваться сигнала тревоги, таким образом при данной настройке зазора ОК не обеспечит надлежащей защиты машины.

Помимо этого, при работе необходимо обращать внимание на степень чистоты осевого датчика, этот показатель может влиять на достоверность сигнала, приходящего на проксиметр и монитор.

Защита паровой турбины от поломок с помощью упорных подшипников.

Упорные подшипники отделяют вращающиеся детали паровой турбины от статорной части (Рис.5).

Схемы монтажа датчиков контроля осевого сдвига.
Их прикосновение очень дорого обходится — от 500 тыс. долларов и больше в зависимости от размера турбины. 80% этой суммы составят потери продукции. Лучшая защита – приборная система, которая предназначена для определения осевого сдвига с двумя токовыми ревыми датчиками, смонтированными во входной по пару секции турбины. Обычно датчики монтируются со стороны торца вала и упорного диска. Эти два датчика, калиброванные по вольтажу зазора, отражают дистанцию ​​от торца датчика до конца вала. Торец вала в зависимости от того, куда тот двигается, может удаляться от датчика до 300 мм и менее.

Упорные подшипники выходят из строя быстро (менее 30 сек.), поскольку опорная гидродинамическая масляная пленка теряет свою способность удерживать осевые нагрузки. Данные осевые перегрузки достигают 30 кг/см2 на баббитовую заливку. Температура металла в зоне погрузки около 75% центральной площади вкладышей достигает 125-140°С.

Комментарий к статье "Мониторинг осевого сдвига".

Эта статья во многом стала откровением для нас, сотрудников диагностики динамического оборудования, использующих методы вибродиагностики. Она открыла глаза на многие проблемы, с которыми приходится сталкиваться в процессе работы. Считаю, что она может стать настольной инструкцией для работников, производящих настройки систем мониторизации осевого сдвига. Особенно если используются комплектующие фирмы Bently Nevada.

Используя вибродиагностическое оборудование как инструмент оценки состояния роторных машин, трудно подтвердить или опровергнуть правильность показаний счетчика осевого перемещения ротора. Надо либо отказаться от этой затеи и довериться системе контроля, либо идти по более глубокому изучению вопросов технологии и конструктивных особенностей обследуемой машины. Именно изменения (нарушения) установившихся технологических процессов и конструктивные дефекты проточной части и ротора могут привести к "неожиданному" изменению осевого смещения ротора компрессора или турбины. При этом предполагается, что работники КИП, настроившие систему, выполнили правильно свои обязанности.

У нас за годы работы центра технической диагностики на основе более 15-летнего опыта сложился приближенный алгоритм решения этого вопроса. Данный опыт интересен тем, что чаще всего у нас используется схема с одним датчиком контроля осевого сдвига, тем более не самого высокого качества изготовления.

В первую очередь хочу отметить, что данный алгоритм относится к уже работающему (апробированному), прошедшему стадии отладки и экспериментам оборудования.

Для нового или экспериментального оборудования необходимо привлечение сил научно-технических лабораторий, специализирующихся на этих проблемах.

Какой список мер приходится выполнить вибродиагностику перед вынесением вердикта по проблеме осевого сдвига?

1. Выяснить показания счетчика осевого перемещения.
 Чаще используется описанный в статье первый метод настройки системы отсчета осевого сдвига. При этом движение ротора в положительную зону означает перемещение его на рабочие колодки упорного подшипника и соответственно в сторону всаса на компрессоре или выхлопа на турбине (чаще всего используется данная схема). Это движение естественно для правильно работающей и центробежной связки машин. Если же в отрицательную сторону, то сразу возникает подозрение:

- изменилась центровка машин, что могло быть связано с изменением температур на всасывании компрессоров. В единичных случаях при использовании торца полумуфты в качестве упорного гребня для датчика, это говорит о нарушении работы муфтового узла (биение, неплотная посадка на валу);

- изменился расход по всасу на предаварийной машине, что способствовало ухудшению работы думисного (уравновешивающего) устройства;

— если изменение сдвига происходит быстро из положительной зоны в отрицательную и обратно, это однозначно говорит о некорректной работе осевого осеннего сдвига. Его приходится деблокировать на свой страх и риск для продолжения выполнения производственной программы. Хотя нужно рассматривать возможность остановки машины и замены датчика.
2. Проверить изменение зазорного вольтажа.
Если показания вольтажа на счетчике (мониторы фирмы Bently Nevada) изменились в соответствии с графиком настройки адекватно перемещению в мм, то это одна (но не главная) причина требовать немедленной остановки машины при превышении блокировочных показаний осевого сдвига. Хотя в нашей практике случались истории с окислом. загрязнением контактов на проксиметре, частичным повреждением кабеля, производящего сигналы с датчика. После устранения этих причин показания приходили к норме.

Если же показания зазора равны -24В или 0, то это однозначно говорит об обрыве кабеля или повреждении датчика (пробы).
3. Снять вибрационные характеристики по месту и от монитора (если разрешает прибор) для их сравнения.
Если под рукой есть компьютер с трендами вибрации, снятыми ранее в штатных точках, то необходимо провести их сравнение, выявить изменения. При этом при возникновении в спектрах вибрации на интересующей машине признаков затиров или проблем с маслом смазки необходимо делать соответствующие выводы.
4. Проверить по записям системы управления технологическим действием машины наличие конфигурации главных технологических характеристик.
т.к. технологический процесс, который обеспечивает обследуемая машина, проходит при жестко заданных диапазонах смены парметров, то отклонение одного из них может повлиять на стабильную работу машины.

4.1. Прежде всего необходимо проверить изменение температуры смазки на обследуемом упорном подшипнике. Хотя очень часто термопара устанавливается на сливе из опорной и упорной части подшипника и изменение параметра очень трудно отследить. При малейших признаках повышения температуры необходимо говорить о возможном повреждении баббита упорных колодок.

4.2. Проверить температуру и расход пара на входе и выходе для турбины. Очень часто засол лопаток турбины приводит к снижению ее производительности, а тем самым увеличению температуры, расходу на входе. Как следствие – для турбины это чревато повышением осевого сдвига в сторону выхлопа.

4.3. Проверить изменение расхода и температуры на всасывании компрессора с соседними корпусами. Изменение этих параметров влияет на центрирование и работу думисного устройства. А это, в свою очередь, приводит к изменению осевого сдвига.
5. Проверить и потребовать от технологического персонала провести анализ состояния масла на содержание агрессивных для датчика газов (аммиака), влаги.
 Очень часто в нашей практике повышенное содержание аммиака и влаги в маслобаке приводило к нарушению работы датчиков относительной вибрации и осевого сдвига. При этом визуально повышенное влагосодержание мы оценивали наличие конденсата на внутренней поверхности стекла фонарей на сливах масла из подшипников. Факт "замачивания" масла можно часто проверить достаточно примитивным способом, понюхав масло на дренаже из маслобака или маслонасоса. При этом работоспособность датчика восстанавливалась при повышении температуры масла и усилении отдувания аммиака с помощью азота из маслобака, регенерации масла.

На основании результатов проведенных обследований можно с достаточной степенью достоверности говорить об истинности осевого сдвига ротора. За мою 6-летнюю практику метод не давал сбоев, связанных с повреждением ротора предаварийной машины. Хотя были редкие случаи остановки машин с превышением всех "умных" уровней осевого сдвига, а при разборке целыми упорными подшипниками. Но это скорее претензия к кипам, выставляемым зазорами без учета горячей зоны всплытия колодок упорного подшипника, толщины баббита на колодках, биение ярого диска, при использовании метода измерения осевого разбега ротора с помощью лома и цифрового индикатора.

Меню:

Время работы:

Контакты:

Адрес:

Улица Генерала Гроховского, дом 1, офис 48, Варшава, Польша.

Номера телефонов:

+38 066 1555747+48 660 871645

Created by: smelov

Privacy Policy

Cookie Policy

Disclaimer

Меню:

Время работы:

Контакты:

Адрес:

Улица Генерала Гроховского, дом 1, офис 48, Варшава, Польша.

Номера телефонов:

+38 066 1555747+48 660 871645