Исследование влияния теплового состояния фундамента и опор на вибрацию ГТУ типа ГТ-100-3

Вибрационное состояние турбоагрегата является одним из важных его эксплуатационных показателей. Поэтому, при первых пусках газотурбинного агрегата типа ГТ-100-3 ЛМЗ на
1 Сидоренко М. К. Виброметрия газотурбинных двигателей. М., «Машиностроение», 1973. 224 с.
стенде ТЭЦ-17 в Ленинграде, на Краснодарской ТЭЦ и ТЭЦ Инота (ВНР) обеспечению его допустимого вибрационного состояния было уделено первостепенное внимание. При первых наладочных пусках ГТУ на перечисленных выше электростанциях наблюдался повышенный уровень вибраций их опор, превышающий на некоторых режимах 100 мкм. На отдельных пусках агрегатов из горячего состояния уровень вибрации оказывался настолько высоким, что пуски приходилось прекращать. На Краснодарской ТЭЦ и ТЭЦ Инота пока ГТУ работала на нагрузках, равных 0,7—0,9 от номинальной, ее вибрационное состояние оставалось удовлетворительным; вибрация отдельных опор не превышала 60—80 мкм. Однако через 30—60 мин после выхода ГТУ на нагрузку 0,95—1,0 от номинальной уровень вибрации почти всех подшипников достигал величины 100— 200 мкм, и агрегат приходилось останавливать.
Исходя из предположения о возможном влиянии теплового состояния фундаментных опор на вибрацию агрегата, была намечена программа исследований, осуществление которой проводилось на Краснодарской ТЭЦ и ТЭЦ Инота.
В первую очередь были проведены измерения вертикальных перемещений фундаментных колонн, а также лап цилиндров и подшипников гидростатическим уровнем на различных этапах пуска и работы агрегата; всего было выполнено около 200 измерений. Замеры проводились отдельно по правой и по левой сторонам агрегата относительно холодных лап компрессора высокого давления (КВД); всего за один этап измерялось положение 20 опор. Точность замера абсолютной величины перемещений составляла ± 0,05 мм.
Картина изменения положения отдельных опор агрегата на различных режимах относительно положения, которое они занимали перед пуском (по вертикали), а также температура верхних частей стоек под лапы цилиндров и фундамента в районе стоек показаны на рисунке. На рисунке (а) приведены данные измерений, выполненные в период пуска агрегата 3 марта 1974 г., при первом выходе ГТ-100-3 (станционный № 1) на нагрузку 102 мВт (кривая 4)у и 17 марта 1974 г.— при длительной (в течение 21 ч) работе агрегата под нагрузкой 80—90 мВт (кривая 3).
Из графиков на рисунке (а) видно, что через 1 ч работы агрегата на нагрузке 102 мВт лапы цилиндра камер сгорания низкого давления (КСНД) оказались выше лап цилиндра турбины высокого давления (ТВД) приблизительно на 1,8 мм. Вследствие этого задняя часть ротора высокого давления (РВД) поднялась наверх относительно обоймы диафрагм КВД, и радиальные заборы сверху по последним ступеням КВД соответственно уменьшились до нуля; в результате появились радиальные задевания торцов рабочих лопаток компрессора о верхнюю половину обоймы Диафрагм, что, в свою очередь, привело к возникновению повышенных вибраций от 100 до 180 мкм как блока внутренних подшипников, так и всех остальных вкладышей подшипников агрегата, Через 12 ч после остановки агрегата было замечено, что 4ЯПы цилиндра КСНД оторвались от своих опор на величину до 0,9 Мм, что можно объяснить большой разностью в перемещениях лап ТВД, ТНД и выхлопной части ТНД, продолжавшей увеличиваться даже при остывании агрегата При очередной ревизии агрегата в июне—июле 1974 г. были обнаружены значительные радиальные задевания рабочих лопаток с 10-й по 13-ю ступень ротора КВД о верхнюю половину обоймы диафрагм КВД Через 21 ч работы агрегата на нагрузке 80—90 мВт задний подшипник ротора ТНД поднялся выше переднего подшипника ротора компрессора низкого давления (КНД) приблизительно на 0,8 мм Поскольку ротор КНД связан жесткой муфтой с ротором ТНД, то масса обоих роторов передавалась на задний подшипник ротора ТНД что, в свою очередь, привело к всплытию передней шейки ротора КНД и задеванию ее о верхнюю половину вкладыша, к расцентровке по полумуфтам, достигавшей по окружности величины 1,6 мм, и к значительному увеличению уровня вибрации обоих вкладышей до 80—120 мкм.
В целях выяснения причины вышеописанной расдентровки ГТУ на следующих пусках агрегата была замерена переносным термощупом температура стоек, на которые опираются лапы цилиндров, и температура бетона фундамента в районе стоек, а также в районе выхлопного патрубка ТНД Эти замеры показали, что температура стоек под лапами цилиндров повысилась до 100—140° С, температура бетона в районе стоек — до 70° С,
а в районе выхлопной части ТНД — до 80° С. Таким образом, различная величина прогрева стоек и фундамента послужила вероятной причиной расцентровки опор агрегата и как следствие повышенной вибрации всех подшипников.
Для того чтобы обеспечить надежную эксплуатацию газотурбинных агрегатов ГТ-100-3, установленных на ТЭЦ Инота, были предложены и осуществлены следующие мероприятия:
— выполнено охлаждение водой верхних частей стоек под лапами цилиндров ТВД, ТНД и КНД,
— установлен водяной экран между выхлопным патрубком ТНД и фундаментом.
Реализация указанных мероприятий в два-три раза уменьшала абсолютные величины вертикальных перемещений опор агрегата и соответственно разность перемещений их между собой [см рисунок (б)], что, в свою очередь, обеспечило надежную работу обоих газотурбинных агрегатов ГТ-100-3 на ТЭЦ Инота на любых нагрузках, при работе по пиковому и базовому графикам, при пусках как из холодного, так и из горячего состояний. Вибрация подшипников в настоящее время не превышает 25— 40 мкм.
Из рассмотренного материала можно сделать следующие выводы.
1 Повышенный уровень вибрации опор ГТ-100-3 ЛМЗ был вызван неодинаковой степенью прогрева стоек под лапами цилиндров и отдельных частей фундамента агрегата.
2.            На газотурбинных агрегатах, у которых цилиндры имеют высокую температуру (выше 250° С), опоры под лапами необходимо выполнять охлаждаемыми; а в тех местах, где горячие участки цилиндров проходят близко от фундамента, необходимо или увеличить зазор между изоляцией цилиндра и фундаментом (порядка 200 мм) с обеспечением продувки его воздухом, или устанавливать в этот зазор водяной экран.