Динамическая балансировка ротора ОК ТВД ГТН – 16

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технология производства, монтажа и ремонта энергоустановок»

Динамическая балансировка ротора ОК ТВД ГТН - 16

Брянск 2019



Аннотация

В курсовой работе рассмотрена последовательность динамической балансировки ротора осевого компрессора газоперекачивающего агрегата ГТН - 16.



Введение

Газоперекачивающие агрегаты (ГПА) в составе газотурбинной установки ГТН-16 и центробежного нагнетателя предназначены для транспортирования природного газа по магистральным газопроводам.Газоперекачивающие агрегаты мощностью 16 МВтустанавливаются на компрессорных станциях современных газопроводов диаметром до 1420 мм.Газотурбинная установка типа ГТН-16 выполнена по простому открытому циклу, с однокаскадным осевым компрессором и свободной силовой турбиной низкого давления (ТНД).

Технические характеристики ГТН-16:

- номинальная полезная мощность 16000 кВт;

- максимальная полезная мощность 19200 кВт;

- коэффициент полезного действия на муфте силовой турбины 29 %;

- расход воздуха через компрессор 89,0 кг/с;

- степень повышения давления в цикле 11,5;

- температура газа перед турбиной 900 °С;

- частота вращения ротора газогенератора 6900 об/мин.;

- частота вращения силовой турбины 6500 об/мин.

балансировка ротор осевой компрессор



1. Общие указания

В соответствии с требованиями системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и строительных норм, и правил (СНиП) до начала работ должны быть выполнены необходимые мероприятия по созданию условий безопасного и безвредного производства работ.

- к наладке, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту допускается персонал, имеющий соответствующую квалификацию и прошедший обучение работе на станке;необходимо иметь документальное подтверждение квалификации персонала;

- владелец или его уполномоченный представитель несет ответственность за обучение неопытного персонала;

- персонал, допущенный к работе на станке, а также к работам по наладке, эксплуатации и ремонту станка, обязан получить инструктаж по технике безопасности в соответствии с заводскими инструкциями;

- обучающийся персонал должен работать на станке только под наблюдением опытного лица, уполномоченного на проведение обучения;

- к обслуживанию электрооборудования станка может быть допущен специалист не ниже III группы всоответствии с правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок - ПТБЭ;

- работы должны выполняться в соответствии с требованиями действующих руководящих материалов по монтажу тепломеханического оборудования тепловых электростанций;

- разборка и сборка узлов турбины производится соответствующим нормальным и специальным инструментом (перечень запасных частей и инструментов, поставляемых комплектно с турбиной, входит в состав эксплуатационных документов турбины).



2. Основные понятия

Главным источником вибрации агрегатов является неуравновешенность. Неуравновешенность -- это состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Мерой неуравновешенности считают дисбаланс D роторов, который всегда имеет место из-за того, что ось вращения и ось инерции, проходящая через центр масс, не совпадают.Неуравновешенность ротора возрастает пропорционально квадрату его угловой скорости.

Динамическая неуравновешенность - это неуравновешенность, при которой ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (см. рис. 1).

Рис. 1. Динамическая неуравновешенность ротора

Несбалансированный ротор вызывает дополнительные динамические нагрузки на подшипниковые узлы, что приводит их ускоренному износу и уменьшению срока службы. Балансировка позволяет уменьшить вибрацию и дополнительные нагрузки, что увеличивает срок службы машины.

Динамическая балансировка - это такая балансировка, при которой определяются и уменьшаются дисбалансы ротора, характеризующие его динамическую неуравновешенность.

Произведение неуравновешенной массы m на её эксцентриситет е называют дисбалансом. Дисбаланс - величина векторная.

Чаще используется термин "значение дисбаланса", которое равно произведению неуравновешенной массы на модуль её эксцентриситета.

Дисбалансы роторов в процессе эксплуатации могут быть вызваны износом рабочих частей, изменением посадки дисков, ослаблением крепления элементов, входящих в состав роторов, деформацией и другими факторами, приводящими к смещению масс относительно оси вращения. Значение дисбаланса обычно указывается в г·мм, г·см; 1 г·см = 10 г·мм. Иногда для задания допуска используют отношение значения дисбаланса к массе ротора, называемое удельным дисбалансом. Удельный дисбаланс соответствует эксцентриситету центра массы ротора

е_ст = D/m. (1)

3. Выбор допуска и точности балансировки

Из практики известно, что виброскорость является наиболее объективным критерием для оценки вибрации. Исходя из этого, чаще всего оценка и нормирование вибрационного состояния производится по виброскорости. Поэтому допуск на балансировку принято устанавливать таким образом, чтобы в рабочем диапазоне оборотов иметь приемлемую виброскорость. Исходя из этих условий допустимый дисбаланс должен изменяться обратно пропорционально частоте вращения ротора. То есть чем выше рабочая частота вращения, тем меньше должен быть допустимый дисбаланс. Следовательно, должна обеспечиваться следующая зависимость

е_ст·w = const,



где е_ст - удельный дисбаланс,

w - угловая частота.

При этом предполагается, что ротор и опоры жёсткие. Величину е_ст·w приняли определяющей при классификации точности балансировки. Классы точности балансировки жёстких роторов установлены ГОСТом 22061-76 в соответствии с международным стандартом ИСО 1949. Согласно этой классификации каждый класс характеризуется постоянной величиной е_ст·w. Каждый последующий класс отличается от предыдущего в 2,5 раза. ГОСТ 22061-76 устанавливает 13 классов точности: с нулевого по двенадцатый для различных групп жёстких роторов. Роторы газоперекачивающих агрегатов относятся к 3-ему классу точности. Значения допустимых дисбалансов рассчитываются и задаются разработчиком машин согласно ГОСТ 22061-76.

4. Конструкция балансируемого ротора

Ротор осевого компрессора ТВД (сборный, комбинированный) включает в себя 15 ступеней, концевую часть, приставные диски новых ступеней (см. рис. 2, поз. 3) и ротор компрессора ГТ-750-6 (см. рис. 3).

Рис. 2. Газотурбинная установка ГТН - 16:

1 - рама маслобак; 2 - пусковой турбодетандер; 3 - комбинированный ротор компрессора; 4 - поворотные направляющие лопатки компрессора; 5 - рычаг привода к поворотным направляющим лопаткам; 6 - противопомпажный клапан; 7 - кольцевая камера сгорания; 8 - подвод охлаждающего воздуха к корпусу среднего подшипника; 9 - ротор компрессора; 10 - турбина низкого давления; 11 - выхлопной патрубок с отводом газов

Рис. 3. Ротор барабанного типа компрессора ГТ-750-6:

1 - колесомасляного насоса; 2 - шестернявалоповоротного устройства;

3 - отверстие для установки магнита тахогенератора; 4 - диск реле осевого сдвига; 5 - упорный диск; 6, 12 - гребешки маслозащитных уплотнений;

7 - пробка; 10, 15 - усики лабиринтовых уплотнений; 8 - рабочая лопатка;

9 - барабан; 11 - (центробежное колесо) крылатка; 14 - место крепления диска ТВД; 13 - диск ТВД с рабочими лопатками

5. Устройство балансировочного станка ВМ 8000

Станок относится к разряду машин для динамической балансировки, то есть технических устройств, позволяющих определить систему грузов для назначенных заранее плоскостей коррекции контролируемого ротора, которые позволят устранить неравномерность распределения масс в роторе относительно его оси. Класс точности уравновешивания на станке соответствует классу точности В согласно ГОСТ 20076-2007. При хранении станка на складе условия хранения должны соответствовать категории “4” по ГОСТ 15150-69 при температуре воздуха от - 50 °С до + 50 °С.

Балансировочный станок ВМ 8000 (см. прил. 1) состоит из:

- основания (поз. 1), которое является базовым узлом станка и представляет собой жесткую и прочную сварную конструкцию длиной 3000 мм;

- регулируемых по высоте опор (поз. 2), которые крепятся на нижней плоскости основания и с помощью которых основание при установке на пол может быть выставлено в горизонтальной плоскости;

- двух пар направляющих (поз. 3), которые смонтированы на верхней плоскости основания;

- зубчатых реек (поз. 4);

- направляющей (поз. 5), по которой перемещается каретка ременного привода с электродвигателем (поз. 22);

- стоек левой (поз. 6) и правой (поз. 7), которые предназначены для восприятия силы тяжести и периодических колебаний ротора, вызванных его остаточной неуравновешенностью. Стойки могут перемещаться по направляющим вдоль основания по всей его длине, чтобы обеспечить требуемое положение ротора относительно привода. Перемещение стойки вдоль зубчатой рейки основания осуществляется с помощью стандартногоключа трещетки с реверсом, вставляемого в головку (поз. 8) с четырехгранным отверстием, имеющуюся на основании стойки и соединенной осью с зубчатым колесом, находящимся внутри корпуса стойки.Для фиксации в выбранном положении стойка снабжена двумя прижимами (поз. 9) с шарнирной рукояткой, расположенными с передней и задней сторон стойки. Каждая стойка состоит из корпуса (поз. 10), на котором базируется подвижная часть в виде подвески маятникового типа (поз. 11). Подвеску стопорит ручка управления (поз. 12), которая выведена на переднюю плоскость корпуса;

- вертушки (поз. 13), которая осуществляет качание роликов вокруг вертикальной оси,

- качалки (поз. 14), установленной в вертушке на шарнирах (поз. 15), которая осуществляет качание вокруг горизонтальной оси;

- сменных опорных роликов (поз. 16);

- центрального винта (поз. 17) с трапецеидальной резьбой, который необходим для поддержания оси ротора в горизонтальном положении;

- дополнительных опор (поз. 18), которые необходимы для предохранения центрального винта от больших изгибающих моментов, возникающих в процессе балансировки изделий с массой, приближающейся к максимально допустимой;

- клеммных зажимов, причем зажим (поз. 19) для начальной штанги осевого упора находится на задней плоскости опорной стойки;

- упорных роликов (поз. 20), которые находятся на конечных штангах (поз. 21) в оптимальных местах торцевых поверхностей ротора;

- приводного шкива (поз. 23);

- хобота (поз. 24) с направляющими шкивами;

- приводного ремня (поз. 25);

- рукоятки (поз. 27), необходимой для ослабления ремня;

- направляющих шкивов (поз. 28);

- маховика (поз. 29);

- колесиков (поз. 30), с помощью которых узел ременного привода перемещается вручную вдоль основания станка;

- храповой рукоятки (поз. 31) подъемного механизма, который входит в состав укладчика (укладчик предназначен для обеспечения плавной установки балансируемого изделия большой массы на роликовый блок. Плавность установки требуется для исключения возможных ударных нагрузок на подшипники опорных узлов, которые могут возникнуть из-за износа грузоподъемного оборудования, неквалифицированных действий персонала и т. п.)

- опорного элемента (поз. 32), выполненного в виде V-образной призмы;

- промежуточных вставок (поз. 33);

- прижимов (поз. 34);

- виброизмерительного прибора «САПФИР-2», который включает в себя блок отображения информации, сенсорный монитор которого (поз. 40) находится снаружи в верхней части электрошкафа (поз. 35), блок измерения «Лазурит 1», находящийся внутри шкафа и USB-порт (поз. 39);

- фотоотметчика (поз. 41), фиксирующего момент начала и окончания цикла измерения амплитуды вибрации за один оборот ротора.

В верхней части электрошкафа располагаются кнопки:

- включение станка (поз. 36);

- аварийное отключение станка (поз. 37);

- сброс защиты (поз. 38) (кнопка «сброс защиты» предназначена для снятия защиты преобразователя электропривода станка в случаях срабатывания защиты от перегрузки).

6. Подготовка станка ВМ 8000 к процессу балансировки

Подготовка станка ВМ 8000 к процессу балансировки производится в следующей последовательности.

1. Убедитесь, что вся консервирующая смазка удалена, а все основные подвижные части, такие как опорные поверхности роликов, направляющие основания и т.п. смазаны тонким слоем смазки марки «солидол синтетический» по ГОСТ 4366-76.

2. Освободите фиксаторы стоек левой (поз. 6) и правой (поз. 7). Убедитесь, что стойки и укладчики свободно перемещаются вдоль всей длины направляющих. Закрепите стойки. Убедитесь в надежной фиксации стоек.

3. Освободите фиксаторы маятниковых подвесок (поз. 11) стоек и убедитесь, что подвески имеют возможность свободно совершать возвратно-поступательное движение без рывков и заеданий, мягко останавливаясь в одном и том же нижнем положении.

4. Освободите фиксаторы узла ременного привода. Убедитесь, что узел привода может легко перемещаться влево и вправо. Затяните зажим. Убедитесь, что хобот с направляющими шкивами плавно перемещается поперек направляющих с помощью механического привода и может быть надежно зафиксирован в любом положении фиксатором.

5. Убедитесь, что ротор электродвигателя и направляющие шкивы вращаются свободно.

6. Включите электропитание станка, нажав на кнопку «включение станка» (поз. 36). Проверьте работу кнопок управления, их лампочки должны светиться при нажатии кнопок.

7. Проверьте работоспособность виброизмерительного прибора «САПФИР-2».

8. Запустите привод вращения при снятом приводном ремне. Проверьте вращение электродвигателя (поз.22) на холостом ходу, плавность набора требуемых оборотов.

7. Подготовка ротора к процессу балансировки

Подготовка ротора к процессу балансировки состоит из следующих операций.

1. Внимательно осмотрите ротор ОКТВДГТН-16 и убедитесь в отсутствии на нем незакрепленных деталей, масла или конденсата внутри ротора. Следует проверить состояние шеек ротора. При балансировке деталей с наивысшей достижимой точностью станка, т.е. до минимального удельного остаточного дисбаланса, равного 0,1 мкм, следует учесть, что должны выдерживаться следующие условия по отклонениям и формам шеек ротора(ГОСТ 24463-83). Отклонения от округлости (овальность, огранка) не должны превышать 0,02 мм, отклонения профиля (бочкообразность, цилиндричность и конусность) не должны превышать 0,02 мм, шероховатость поверхности шеек должна быть не более Ra = 0,8 мкм, а чистота поверхности должна быть не ниже 10-го класса.

2. Выберите места установки пробных и постоянных балансировочных грузов. Желательно, чтобы они совпадали. Это позволит избежать погрешности при пересчете и переносе грузов после балансировки. Заранее заготовить эти грузы. Пробные грузы могут быть из свинца или меди, пластилина, а постоянные - из стали по образцу грузов заводского исполнения или по заводским чертежам.

3. Выберите на роторе поверхность, на которую вы планируете накинуть приводной ремень, это может любая гладкая сплошная или прерывистая цилиндрическая поверхность, находящаяся как между, так и за пределами опорных стоек.

4. Закрепите в пазу ротора с помощью клейкой ленты - скотча компенсирующие вставки для заполнения шпоночных пазов, по массе составляющие половину массы шпонки.

5. Выберите две любые противоположные наружные торцевые поверхности для контакта с осевыми упорами, эти поверхности должны быть механически обработанными, непрерывными, без забоин, с наименьшим торцевым биением (торцевое биение - суммарное отклонение торцевой поверхности тела вращения от плоскости, перпендикулярной базовой оси вращения) и доступными для установки упоров.

6. Выберите поверхность для установки контрастной метки для лазерного фотоотметчика КР-020Л.

7. Установите приборКР-020Л таким образом, чтобыон оказался в одной плоскости с осью ротора, и луч лазера был направлен на выбранную поверхность с меткой (см. рис. 5).

8. Проследите, чтобы расстояние между кромкой фотоотметчика и поверхностью ротора было примерно 50-280 мм, а луч лазера не был перпендикулярен к плоскости, проходящей через точку касания его поверхности ротора, а имел отклонение примерно в 10-45є.

Рис. 5. Установка фотоотметчика

8. Установка ротора на балансировочный станок ВМ 8000

Установка ротора на балансировочный станок ВМ 8000 производится в следующей последовательности.

1. Застропите ротор и переместите его к станку, расположив его таким образом, чтобы опорные шейки находились над опорными роликами.

2. Выставьте укладчики по высоте таким образом, чтобы расстояние между призмами опорных элементов и опорными поверхностями роликов было не менее 30…50 мм.

3. Опускайте ротор на призмы опорных элементов укладчиков. Когда это позволит высота, на которой окажется ротор, накиньте на его конец ремень. Накидывание ремня можно выполнить также после укладки ротора на призмы. При опускании ротор не должен касаться неподвижных частей станка. После укладки ротора на укладчики, расстропите его.

4. Расфиксируйте маятниковые подвески опор и попеременно опускайте укладчики до тех пор, пока опорные шейки ротора не лягут на ролики, после чего опустите опорные элементы на 15 или более миллиметров.

5. Зафиксируйте маятниковые подвески опор.

6. Выставьте осевые упоры (осевые упоры предназначаются для ограничения перемещения ротора в продольном направлении) и уприте один из роликов в выбранную торцевую поверхность, при этом противоположный ролик должен отстоять от своей торцевой поверхности на 0,5-1,0 мм с тем, чтобы обеспечить свободное вращение ротора.

7. Плотно затяните фиксаторы клеммных зажимов штанг осевого упора.

8. Проверьте, как вращается ротор от руки, при этом понаблюдайте за его поведением. Сперва последовательно поворачивайте ротор на небольшой угол и отпускайте его, чтобы проверить наличие начального статического дисбаланса, затем повращайте ротор без остановок. Самопроизвольное вращательное движение ротора свидетельствует о наличии значительного статического дисбаланса, который может в дальнейшем негативно повлиять на процесс динамической балансировки. В этом случае следует провести предварительную статическую балансировку, опытным путем подобрав массу и место установки груза, при котором ротор не будет совершать самопроизвольного вращения. Вращение ротора должно быть свободным. Не допускается задевания вращающимися поверхностями ротора каких-либо частей станка.



9. Пробный запуск балансировочного станка с установленным на нем ротором

Пробный запуск балансировочного станка с установленным на нем ротором производится следующим образом.

1. Перед тем как приступить к пуску станка с установленным ротором, нанесите на поверхности опорных роликов небольшое количество индустриального масла типа И-30А (ГОСТ 20799-88)или другой аналогичной смазкии проверьте, что при вращении ротора от руки все элементы приводов свободно вращаются.

2. Запустите ротор во вращение со скоростью 40-50 об./мин., расфиксируйте маятниковые подвески и понаблюдайте за поведением ротора.

3. В случае отсутствия каких-либо настораживающих явлений плавно увеличьте скорость вращения до величины технологической скорости балансировки и прокрутите ротор в течение нескольких минут, наблюдая за его поведением.

4. Остановите ротор, пронаблюдайте за процессом его выбега, при этом допускается незначительное проскальзывание приводного ремня.

5. В случае успешного выполнения всех операций, описанных выше, ваш станок готов к определению удельной остаточной неуравновешенности уложенного ротора.

10. Балансировка ротора

Перед началом балансировки необходимо ввести данные балансируемого ротора:

1) число плоскостей коррекции 2;

2) масса ротора 5900 кг;

3) скорость вращения 300 мин.^-1;

4) допуск на уравновешивание (г·мм на 1 кг массы ротора):

плоскость 1 - 0,75;

плоскость 2 - 0,75;

5) радиус плоскостей (мм):

плоскость 1 - 255;

плоскость 2 - 240.

Расположение плоскостей коррекции показано на рис. 6.

Рис. 6. Расположение плоскостей коррекции балансируемого ротора

Процесс балансировки ротора происходит следующим образом.

1. Выполнить первый (нулевой) пуск для определения значений вибраций опор станка.

2. Установить симметричную систему пробных грузов (2 груза, равных по величине, массой не менее 30 грамм) в плоскостях 2В (ступень "В" ОК) и 7 (за вертикальным фланцем) под углом, предлагаемым решающим устройством станка. Для расчета в решающее устройство станка ввести значение груза, равное одному из установленных грузов, и угол его установки.

3. Выполнить второй пуск.

4. Удалить установленную ранее систему грузов.

5. Установить систему кососимметричных грузов в плоскостях 2 (ступень "Б" ОК) и 5 (перед ТВД) под следующими углами: в плоскости 5 под углом, который предлагается решающим устройством станка, а в плоскости 2 - под углом, повернутым на 180° по отношению к грузу в плоскости 5. По величине грузы должны быть одинаковыми (массой не менее 30 грамм). Для расчета принять величину одного из грузов и угол установки груза в плоскости 5.

6. Выполнить третий пуск.

7. После проведения пробных пусков решающее устройство станка для устранения дисбаланса предлагает установить систему грузов. В плоскости 2В и 7 установить грузы, равные по величине первому из предлагаемых станком, под соответствующим углом. В плоскости 2 и 5 установить грузы, равные по величине второму из предлагаемых грузов решающим устройством станка. В плоскости 5 угол груза соответствует расчетному углу, а в плоскости 2 груз установить под углом 180° к расчетному (к грузу, установленному в плоскости 5).

8. Процесс балансировки считать законченным после вывода на экран сообщения «Ротор в допуске».



Заключение

В курсовой работе отображен пошаговый процесс динамической балансировки ротора ОК ТВД ГТН-16. Балансировка ротора производится для уменьшения вибрации машины и её стабильной работы.



Список использованных источников

1. ГОСТ 19534 - 74. Балансировка вращающихся тел. Термины.

2. ГОСТ 22061 - 76 Система классов точности балансировки и методические указания.

3. Руководящие указания по балансировке роторов ГТУ на балансировочном станке и в собственных подшипниках. "Оргэнергогаз" М., 1974 г.

4. Вибрации в технике. Т.6. Защита от вибрации и ударов. Под ред. чл.-кор. АН СССР К.В. Фролова. М. "Машиностроение", 1981 г.

5. Сидоренко М.К. Виброметрия газотурбинных двигателей.

М.. "Машиностроение". 1973 г.

6. Ковалёв В.К. Тепловая деформация крупногабаритных роторов и её влияние на дисбаланс. Научно-технический сборник №1.1999 г. Серия: Диагностика оборудования и трубопроводов. М. Газовая промышленность.

7. Современные методы и средства балансировки машин и приборов. Под общей редакцией В. А. Щепетильникова. М. "Машиностроение". 1985 г.



Приложение

Устройство балансировочного станка ВМ 8000

Размещено на Allbest.ru

...