Общие вопросы анализа состояния редукторов.

 Работу любой зубчатой пары в редукторе или мультипликаторе сопровождает целый ряд характерных вибраций, вызываемых трением и ударами при обкатывании зуба одной шестерни зубом другой шестерни.

Анализ этих вибраций позволяет в работающем оборудовании достаточно успешно диагностировать целый ряд различных дефектов зубозацепления.

Общие сведения

В процессе устранения повышенных вибраций электрических машин необходимо оценивать вибрационное состояние машины, устанавливать причины повышенных вибраций, а также производить балансировку роторов. Для успешного проведения этих работ применяется специальная виброизмерительная аппаратура, которая должна обеспечивать необходимую точность и оперативность измерений физических величин, характеризующих механическую вибрацию, т. е. вибропараметров.

 На подшипниках электропривода крупного сетевого насоса наблюдалась повышенная НЧВ двух частот: половины оборотной и одной трети оборотной. Вибрация оборотной частоты была в норме. Балансировка ротора электродвигателя на станке эффекта не дала. Ясно было, что НЧВ вызвана большой нелинейностью опорной системы, которая вызвана какими-то неочевидными и не обнаруженными ее дефектами. По моей рекомендации была вырублена и вновь перезалита фундаментная плита под электродвигателем. После этого НЧВ не наблюдалась.

Этот эпизод иллюстрирует, что субгармонические вибрации, хотя и возбуждаются дисбалансом, однако в качестве основной причины имеют дефекты опорной системы, которые определяют ее повышенную нелинейность.

А.С.Гольдин
 

 Все вышесказанное может создать у читателя ошибочное мнение, что НЧВ с половинной частотой вызывается неустойчивостью на масляном клине и что при хорошей расточке и правильной центровке она возникнуть не может.

Не говоря уже о возбуждении вибрации силами парового потока в турбинах, при которых частота НЧВ нередко равна половинной, вибрация с половинной оборотной частотой возбуждается и на электрических машинах вне связи с состоянием расточки подшипников и расцентровкой.

Рассматриваемый случай произошел на питательном электронасосе (ПЭН) энергоблока мощностью 200 МВт.

После очередной балансировки ротора электродвигателя на месте оборотная вибрация была снижена путем установки кососимметричных грузов со 100 до 20 мкм (средние значения максимальных двойных амплитуд на двух подшипниках). После этой балансировки на подшипниках насоса возникла интенсивная НЧВ с половинной оборотной частотой (около 25 Гц). Это обстоятельство привело к ограничению мощности энергоблока, поскольку резервный ПЭН обеспечивал лишь половину нагрузки.

 Низкочастотная вибрация (НЧВ) турбоагрегатов редко наблюдается на подшипниках генераторов, чаще она локализуется на подшипниках турбин. Это может озадачить специалистов по вибрационной наладке и воспрепятствовать успешному устранению низкочастотной вибрации на подшипниках генераторов, хотя причина вибрации во всех случаях оказывалась достаточно банальной: несовершенство либо деградация расточки вкладышей подшипников. Частота вибрации в этих случаях обычно ниже половины оборотной и равна (близка) первой критической частоте ротора генератора. Рассмотрим некоторые эпизоды, связанные с НЧВ на подшипниках генераторов.

На подшипниках турбогенератора 800 МВт при одном из пусков возникла интенсивная НЧВ с частотой около 14 Гц, что соответствовало первой критической частоте ротора. При повышении температуры масла на входе в подшипники с 40 до 50°С вибрация исчезла. Для устранения вибрации по моему предложению и по согласованию с заводом боковые зазоры во вкладышах подшипников генератора увеличены в 1,5 раза, что позволило избавиться от этой НЧВ. После этого случая на других однотипных генераторах аналогичным образом была изменена расточка вкладышей.

 Наиболее распространена низкочастотная вибрация с половинной оборотной частотой, ниже речь идет о турбоагрегатах с номинальной частотой вращения 50 Гц, и частота этой вибрации составляет 25 Гц. Чаще всего она связана с нарушениями формы расточки вкладышей подшипников скольжения.

Среди многих случаев два заслуживают нашего внимания.

На переднем подшипнике турбины мощностью 300 МВт при первом же нагружении после монтажа обнаружилась интенсивная низкочастотная вибрация с частотой 25 Гц. Было очень трудно предположить, что за короткое время пусконаладочных работ расточка подшипника могла заметно деградировать. Расточка была проверена, при этом оказалось, что в нижней половине вкладыша износ с соответствующим нарушением формы расточки составил 0,1 мм. Такой износ обычно появляется в течение многих лет эксплуатации. Быстрому износу способствовала недостаточно чистая поверхность шейки, грязное масло, а также длительная работа на валоповоротном устройстве (ВПУ) в процессе наладки после монтажа. После восстановления расточки НЧВ не наблюдалась.

 На переднем подшипнике турбины мощностью 25 МВт была обнаружена вибрация по частоте близкая к 25 Гц с размахом до 30 мкм. Уровень вибрации менялся достаточно регулярно с циклом 8-10 мин от близких к нулю значений до максимума. Все эксперименты, связанные с типовыми исследованиями низкочастотной вибрации, были выполнены: изменение паровой нагрузки, температуры масла, открытия клапанов на упомянутую вибрацию влияния не оказывали.

Нужно было придумать причину, которая на вибрацию влияла бы именно так, как это описано выше, иначе любые дальнейшие эксперименты были бессмысленны.

Что-либо подобное из своей практики, из литературы либо из рассказов опытных коллег я вспомнить не мог. Состояние безысходности и напряжение сознания были осязаемыми, в голове крутились самые замысловатые гипотезы. Правильное решение возникло внезапно: рядом с турбиной должны работать два механизма с асинхронными двигателями одного типа и синхронной частотой вращения 25 Гц. Я даже не знал в ту минуту, есть ли такие механизмы, но понял, что должны быть.

На ряде турбин мощностью 300 МВт при умеренной оборотной вибрации на переднем подшипнике (в пределах 20-25 мкм) возникала высокочастотная (ВЧ) вибрация со сложным спектром во всем доступном для измерения диапазоне частот, включающем гармоники с частотами, кратными оборотной. ВЧ вибрация изменялась во времени: в основном росла, в некоторых случаях после роста наблюдался ее спад. Примерный вид временного тренда вибрации подшипника в поперечном направлении после ремонта представлен на рисунке. 

Случаи повышения вибрации вследствие отрыва корпуса подшипника от плиты я наблюдал неоднократно. Я не сомневаюсь, что с этим неизбежно сталкивался всякий, имеющий некоторый опыт в наладке турбин. Однако эпизод, о котором пойдет речь, во многих отношениях поучителен.

На турбине мощностью 800 МВт на одном из подшипников, который располагался в корпусе одного из выхлопов цилиндра низкого давления (ЦНД), при нагружении сильно возросла вертикальная вибрация оборотной частоты: по размаху виброперемещения с 20 до 60 мкм.

Прежде всего была снята контурная характеристика по поперечному сечению турбины в районе подшипника, при этом был обнаружен явный отрыв цилиндра от фундаментной плиты: относительные колебания составляли примерно 60 мкм. Как выяснилось, это произошло вследствие потери продольной устойчивости нижней части конструкции цилиндра из-за чрезмерных осевых усилий трения, возникающих при тепловых расширениях.
 

 Схема установки цилиндра и конструкция его крепления к плите показана на рисунке.