МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРОВЕДЕНИЮ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОДПЯТНИКОВ
ГИДРОТУРБИННЫХ АГРЕГАТОВ (ГИДРОАГРЕГАТОВ)

    

Срок действия с 01.07.89
до 01.07.99*
_______________________
* См. ярлык "Примечания".

РАЗРАБОТАНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго"

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.Г.Платонов, А.Е.Александров

УТВЕРЖДЕНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго" 13.12.88 г.

Заместитель главного инженера Ф.Л.Коган

Настоящие Методические указания распространяются на подпятники гидроагрегатов и устанавливают основные требования к натурным испытаниям подпятников всех типов с сегментами, облицованными баббитом, и с эластичными металлопластмассовыми сегментами.

Методические указания предназначены для работников ПО "Союзтехэнерго" и могут быть использованы специалистами других организаций, занимающихся испытаниями подпятников гидроагрегатов.

С вводом в действие данных Методических указаний "Указания по проведению натурных испытаний подпятников гидроагрегатов" (М.: СПО Союзтехэнерго, 1978) отменяются.

1. ВИДЫ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПОДПЯТНИКОВ

1.1. Испытания в целях получения характеристик подпятников. Это наиболее общий вид испытаний; объем измерений и количество опытов в них обычно наибольшие. Испытания проводятся на одном из первых гидроагрегатов вводимой в строй многоагрегатной ГЭС в целях определения запаса надежности подпятников и при необходимости на последующих агрегатах учесть выявленные недостатки или особенности подпятников, а также на гидроагрегатах, имеющих опытную конструкцию подпятника.

Под характеристиками подпятника, которые необходимо определить, чтобы знать его запас надежности, понимаются следующие основные характеристики.

1.1.1. Действительная наибольшая нагрузка, действующая на подпятник во время работы гидроагрегата.

1.1.2. Значение и характер изменения нагрузки на подпятник при пуске с момента начала открытия направляющего аппарата и до достижения нормальной частоты вращения.

1.1.3. Температура сегментов подпятника при наибольшей на него нагрузке.

1.1.4. Температура масла в масляной ванне подпятника.

1.1.5. Толщина масляной пленки, разделяющей поверхности трения при наибольшей нагрузке на подпятник.

1.1.6. Характер образования масляной пленки, разделяющей поверхности трения при пуске; скорость "всплытия" диска пяты над сегментами.

1.1.7. Характер изменения толщины масляной пленки при останове; толщина пленки, разделяющей поверхности трения в течение последнего оборота перед остановом.

1.1.8. Потери на трение в подпятнике.

Знание перечисленных выше характеристик подпятника и сравнение их с расчетными и нормативными показателями позволят судить о работоспособности конструкции подпятника в целом, о запасе ее надежности.

Те из полученных при испытаниях характеристик, для которых не имеется расчетных и нормативных данных (см. пп.1.1.2, 1.1.6, 1.1.7), оцениваются на основе накопленного опыта испытаний и эксплуатации подпятников.

Основные расчетные, нормативные и основанные на опыте испытаний и эксплуатации данные, характеризующие работу подпятника, приведены в справочном приложении 1.

Кроме основных характеристик, при испытаниях определяется еще и ряд вспомогательных характеристик, таких, как величина и характер биения зеркальной поверхности диска, разброс температуры отдельных сегментов, пульсация нагрузки и другие, которые позволяют судить о состоянии подпятника, о том, как он изготовлен, смонтирован и налажен.

1.2. Испытания в целях выяснения причин ненадежной работы подпятников. Ненадежность работы подпятников проявляется в эксплуатации в виде частой повреждаемости сегментов, что вызывает необходимость введения ограничений в режим работы гидроагрегата, а также в виде отклонений его характеристик от нормативных значений (повышенная температура сегментов, большая разница температур отдельных сегментов и др.). ЭМП-сегменты работают значительно более надежно, чем баббитовые. При условии их качественного изготовления, монтажа в подпятнике и наладки повреждений подпятников с ЭМП-сегментами практически не бывает. Причинами ненадежной работы подпятников как с баббитовыми, так и с ЭМП-сегментами могут быть дефекты конструкции, изготовления, монтажа, недостатки эксплуатации, а также естественное старение.

Причинами ненадежной работы подпятников могут быть: неоптимальная установка тангенциального и радиального эксцентриситетов сегментов, неравномерное распределение нагрузки между сегментами, высокая волнистость зеркальной поверхности диска, недостаточная чистота зеркальной поверхности диска, недостаточная эффективность системы охлаждения, плохо выбранные пусковые уставки турбины (пусковое открытие направляющего аппарата и пусковой угол установки лопастей рабочего колеса), повышенная деформация сегментов и др.

Испытания в целях выяснения причин ненадежной работы подпятника проводятся, как правило, в два или более этапов. На первом этапе определяются те же характеристики подпятника, что и при испытаниях по п.1.1, и разрабатываются мероприятия по повышению надежности работы подпятника. На последующих этапах испытаний производится проверка разработанных мероприятий.

1.3. Испытания по сокращенной программе. Такие испытания проводятся в тех случаях, когда ставится конкретная задача, ограниченная определенными условиями. Например, требуется проверить величину биения зеркальной поверхности диска (с повторными измерениями после исправления, если это потребуется) или определить коэффициент трения при пусках (что характеризует состояние поверхностей трения). При таких испытаниях число измеряемых величин и режимов испытаний ограничено. В отдельных случаях даже не требуется разбирать подпятник, как, например, при определении коэффициента трения в подпятнике при пуске.

Испытания по сокращенной программе можно рассматривать как часть испытаний по п.1.1 или 1.2, методика которых и излагается в данной работе.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОДПЯТНИКОВ ПЕРЕД ИСТЫТАНИЯМИ

2.1. Перед испытаниями подпятника, проводимыми в целях получения действительных характеристик или выяснения причин ненадежной работы (см. пп.1.1 и 1.2), необходимо провести тщательный осмотр подпятника с измерениями для выяснения его состояния. При этом должны быть определены следующие показатели.

2.1.1. Состояние рабочей поверхности сегментов. Должны быть осмотрены сегменты и определено качество их рабочей поверхности. Рисунок шабровки баббитовых сегментов должен быть равномерным по всей поверхности сегментов и на каждый квадратный сантиметр поверхности должно приходиться не менее одного-двух пятен. Не должно быть натиров, вмятин и рисок. При необходимости следует провести шабровку баббитовой поверхности по диску. Профиль рабочей поверхности ЭМП-сегментов (наличие соответствующих скосов на набегающей и сбегающей сторонах сегментов), а также состояние их поверхности (наличие царапин, рисок и т.д.), должны соответствовать заводским требованиям. По состоянию мерных баз на поверхности сегментов должна быть определена степень износа рабочей поверхности ЭМП-сегментов.

Для баббитовых сегментов должна быть проведена ультразвуковая дефектоскопия в целях определения степени отслоения баббита от тела сегмента.

2.1.2. Состояние ЭМП-накладки. Расслоение бронзовой проволоки должно быть в пределах допусков завода-изготовителя. Не допускается наличие непропаянных участков между антифрикционными элементом сегмента и стальным корпусом, недопустимо отслаивание фторопласта от слоя бронзовой проволоки.

2.1.3. Плотность прилегания верхней части сегментов к их основанию и плотность прилегания сегментов к опорным тарелкам. В ненагруженном состоянии подпятника (ротор на тормозах-домкратах) зазор по контуру сегмента не должен превышать 0,03 мм. На сегментах, на которых будут производиться основные измерения при испытаниях (толщина масляной пленки, давление в ней, температурные поля), необходимо проверить плотность прилегания верхушки сегмента к основанию - по краске; должно быть обеспечено равномерное прилегание по всей поверхности. При необходимости провести шабровку сопрягаемых поверхностей до получения не менее чем одного пятна на 1 см.

2.1.4. Эксцентриситет установки сегментов. Значение радиального эксцентриситета должно соответствовать рекомендованному заводом-изготовителем с отклонениями не более ±2 мм. Оптимальное значение тангенциального эксцентриситета составляет 6-8% с отклонениями от среднего значения не более 1%.

2.1.5. Состояние зеркальной поверхности диска. Перед испытаниями должна быть осмотрена зеркальная поверхность диска и на основании осмотра должен быть составлен формуляр, в котором зафиксированы: вмятины, риски, царапины, пятна, местные выпуклости и т.д. При наличии рисок, царапин или вмятин с острыми краями необходимо зачистить их мелкими брусками или заполировать с помощью пасты ГОИ. Перед испытанием, проводимым в целях выяснения причин ненадежной работы подпятника (см. п.1.2), должен быть определен класс чистоты зеркальной поверхности диска, например, с помощью слепков. Перед испытаниями других видов это также желательно проводить.

2.1.6. Волнистость зеркальной поверхности диска. Определение волнистости (профиля) в направлении вращения производится при прокручивании ротора (на баббитовых сегментах при смазке салом, на ЭМП-сегментах при смазке турбинным маслом). Измерения производятся с помощью индикаторов или специальных датчиков.

При измерении индикаторами прокрутка производится краном с измерениями через каждую 1/16 часть оборота.

При измерениях специальными датчиками прокрутка производится водой с непрерывной записью показаний датчиков на осциллограф.

В подпятниках, оснащенных баббитовыми сегментами, волнистость не должна превышать 0,08 мм для однорядных подпятников на жесткой винтовой опоре, 0,12 мм для двухрядных подпятников и для подпятников на гидравлической опоре. В подпятниках, оснащенных ЭМП-сегментами, волнистость не должна превышать соответственно 0,15 и 0,25 мм.

2.1.7. Состояние сферических опорных болтов. Производится осмотр и проверка сферических поверхностей с помощью специального шаблона и щупа. Смятия сферических головок опорных болтов или вкладышей не должны превышать 0,05 мм. При больших значениях смятия производится замена болтов или вкладышей.

2.1.8. Состояние посадочных мест опорных тарелок. Производится осмотр поверхностей опорных тарелок в месте их сопряжения с головками опорных болтов. При наличии на них вмятин (от головок опорных болтов) глубиной более 0,25 мм следует проточить посадочные места, оставив след от вмятин диаметром не более 10 мм для сохранения наклепа. При вмятинах глубиной 0,25 мм и меньше проточку можно не производить.

2.1.9. Свобода качания сегментов вместе с опорными тарелками на головках опорных болтов. Проверяется отсутствие защемления сегментов в упорах. В случае необходимости производится подрегулировка зазоров. В двухрядных подпятниках проверяется свобода качания балансиров, отсутствие их защемления.

2.1.10. Распределение нагрузки между сегментами. Нагрузка на сегмент проверяется одним из имеющихся способов; если необходимо, следует провести подрегулировку. Нагрузки на отдельные сегменты не должны отличаться более чем на 10% для подпятников с баббитовыми сегментами и более чем на 20% для подпятников с ЭМП-сегментами. В подпятниках на гидравлической опоре распределение нагрузки между сегментами определяется по высотному положению упругих камер. Разброс высотного положения упругих камер должен быть не более 0,2 мм при баббитовых сегментах и не более 0,35 мм при ЭМП-сегментах.

2.1.11. Значение средней осадки упругих камер под массой ротора в подпятниках на гидравлической опоре. Нормально значение осадки составляет 0,3-0,5 мм. Увеличение ее до 0,9 мм и более свидетельствует об утечке масла из системы уравнивания. Контроль осадки упругих камер можно производить также по измерениям расстояния от корпуса подпятника до зеркальной поверхности диска (в четырех специально выбранных местах через 90° по окружности диска).

2.1.12. Соответствие длин плеч балансиров расчетным значениям (в двухрядных подпятниках). Отклонение от расчетного не должно превышать 5 мм.

2.1.13. Качество масла в ванне подпятника. Перед сливом масла из ванны подпятника взять пробу масла и произвести его анализ.

2.2. Последовательность операций по определению состояния подпятника может быть такой, как это приведено в п.2.1, или иной. Но исправление дефектов, если они будут обнаружены, должно производиться в определенном порядке: шабровка рабочих поверхностей баббитовых сегментов или исправление профиля поверхности трения ЭМП-сегментов выполняется после обеспечения плотного прилегания верхней части сегмента к его основанию, а регулировка нагрузки на сегменты всегда должна быть последней операцией. Результаты обследования подпятника излагаются в специальной главе отчета: "Состояние подпятника перед испытаниями" (см. разд.6).

Перед испытаниями по сокращенной программе (см. п.1.3) подробный осмотр подпятника может не проводиться. При таких испытаниях объем осмотра определяется в каждом конкретном случае особо.

Способы измерений эксцентриситета, волнистости зеркальной поверхности диска, нагрузки на сегменты (см. пп.2.1.4; 2.1.6; 2.1.10) изложены в [1-3].

3. ОБЪЕМ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ПОДПЯТНИКОВ

3.1. Наиболее распространенным типом подпятника является подпятник на жестких винтовых опорах с однорядным расположением сегментов. Все другие типы подпятников являются разновидностью этого типа. Поэтому основные рекомендации по испытаниям даются вначале для этого типа подпятника, а затем указываются особенности испытаний других типов.

В зависимости от вида испытаний различными являются объем измерений и режимы исследований.

3.2. При проведении испытаний для получения действительных характеристик подпятника должны измеряться:

нагрузка на подпятник;

толщина масляной пленки не менее чем на одном сегменте. Для сегментов, облицованных баббитом, должно быть установлено не менее 5 датчиков: три по средней линии сегмента - на набегающей кромке, в середине сегмента и на сбегающей кромке, а также по одному у наружного и внутреннего краев сбегающей кромки. Для ЭМП-сегментов устанавливаются 6 датчиков по контуру сегмента - три на набегающей и три на сбегающей кромке;

температура каждого сегмента на рабочей поверхности в горячей зоне в одной точке. Для сегментов, облицованных баббитом, возможно измерение температуры на расстоянии 2-3 мм от рабочей поверхности;

температура одного сегмента в 12-16 точках рабочей поверхности (получение температурного поля);

температура масла в различных частях масляной ванны в 6-10 точках;

биение зеркальной поверхности диска в трех-четырех точках по радиусу;

пульсация усилий на двух-трех сегментах;

частота вращения ротора гидроагрегата;

угол поворота вала (ротора) при пуске;

открытие направляющего аппарата гидротурбины и изменение углов установки лопастей рабочего колеса (для поворотно-лопастных турбин);

расход воды на охлаждение масла в ванне подпятника и температура охлаждающей воды на входе и выходе маслоохладителей.

Кроме измерения перечисленных выше параметров, при испытаниях регистрируется напор ГЭС и мощность генератора.

3.3. Одновременное измерение и осциллографирование перечисленных в п.3.2 параметров производится в различных режимах работы гидроагрегата (см. разд.4), что позволяет определить основные характеристики подпятника, сравнить их с расчетными и нормативными и определить запас надежности подпятника.

3.4. При проведении испытаний для выявления причин ненадежной работы подпятника (см. п.1.2) также производится измерение перечисленных в п.3.2 величин. Однако в этом случае может потребоваться измерение и ряда других величин: нагрузки на каждый сегмент, давления в масляной пленке одного из сегментов, крутящего момента на валу, вертикальной вибрации опорной конструкции (опоры пяты, грузонесущей крестовины), давления в системе торможения и других; причем необходимость их измерения может быть выяснена после проведения измерений основных величин в п.3.2.

3.5. При проведении испытаний по сокращенной программе (см. п.1.2) объем измерений определяется индивидуально в каждом конкретном случае. Так, например, при определении коэффициента трения в подпятнике при трогании измеряются лишь осевое гидравлическое усилие и крутящий момент на валу, а также фиксируется момент трогания гидроагрегата.

3.6. Методические указания по измерениям при испытаниях подпятников изложены в справочном приложении 2.

4. РЕЖИМЫ ИСПЫТАНИЙ ПОДПЯТНИКОВ

4.1. Испытания проводятся в различных режимах работы гидроагрегата. В подпятниках, оснащенных баббитовыми сегментами, особое внимание уделяется пускам как наиболее тяжелым режимам работы для подпятника. При испытаниях в целях получения действительных характеристик подпятников проводится серия пусков с различной продолжительностью интервалов между остановами и последующими пусками в такой последовательности:

пуск после подготовительных работ на сегментах, смазанных салом. Работа на холостом ходу не менее 15 ч. Останов;