автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Разработка и исследование системы вибрационной диагностики паровых турбин на основе экспертных систем вероятностного типа

•ъ

о^4

На правах рукописи

4 / /> •

мурманский Борис Ефимович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ- СИСТЕМН ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ПАРОВНХ ТУРБИН НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНЫХ ■ СИСТЕМ ВЕРОЯТНОСТНОГО ТИПА

Специальность 05.04.12 - Турбоиаиинн и комбинированные

турбоустановки

■ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание цченой степени кандидата технических надк

Екатеринбург - 1996

Рабога выполнена на кафедре паровых и газовых турбин 9раль ского государственного технического университета и в fiO "Свердлов энерго".

Научный руководитель - доктор технических наук. профессор Ü.M.Бродов.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент О.Нрьев.

Официальнне оппонента: доктор технических наук, профессор

А.Г. Еейнккан: кандидат технических наук Б.Б. Ермолаев.

Ведущая организация - АО "Турбоиоторннй,завод"

Зажита состоится ".28" июня .1996г. 'в 12 часов на заседании диссертационного совета К 063,"И.16 Нральского государственного технического университета, по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Софьи Ковалевской, 5, аудитория Т -2(0.

С диссертацией кожно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "¿Й" *аа 199бг.

Ученый секретарь • .

диссертационного совета / кандидат технических наук,' доцен

Плотников П.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Йктцальность проблемы. Происходящие в- последние годы в народном хозяйстве России структурные изненения. разрыв связей меаду странами СНГ. спад производства и другие негативные процесса затрудняат выполнение ранее намеченных планов создания и ввода в эксплуатации нового энергетического оборудования. Очевидно. . что в близайиие годы энерго- и теплоснабзеше России будут осуяествляться в основном за счет суцествушщего оборудования ТЭС. В этих условиях повышение на-деяности физически изноаенного и отработавшего на ряде электростанций нормативный срок оборудования путем внедрения и совершенствования ранее разработанных систем технической диагностики является ваз-ной народнохозяйственной проблемой.

3 первоочередных задачах технической диагностики для паротурбинных установок, сформулированных в ряде работ ведущих специалистов по виброяиагностике паровых турбин (Костик А.Г., Трухний Я.Д., Лей-зерович О.. Олимпиев В.П., Ковалев И.А.. Зиле А.З., 9рьев Е.Б. и др.). показано, что вибрационное состояние турбоагрегата является одним из основных факторов, . определяющих надеяность его работы. Б связи с этим виброконтроль и вибродиагностика турбоагрегатов являются одними из основных задач технической диагностики.

Известно, что появление и развитие многих дефектов вызывает, как правило, изменение вибрационного состояния. Поэтому постоянный аониторинг вибросостояния турбины повывает качество эксплуатации оборудования, его надеаность, экономичность и маневренность, позволяет снизить стоимость эксплуатации. Эта достигается предупредительным обслувиванием оборудования при обнаругении повреадений в начальной стадии их развития, сокращением числа и длительности вынуяденяых простоев и увеличением межремонтного периода эксплуатации, более обоснованный планированием содераания и сроков ремонтно-восстанови-тельных к реконструктивных работ.

■ Таким образок, исследования по разработке методик вибродиагностики и внедрение разработанных сисгем в практику работы ТЗС, результаты которых рассмотрены в диссертационной работе, являатся актуальной задачей для энергетики России.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИОНР департамента Уралзнерго и корпорации "Единый электроэнергетический комплекс" РАО ЕЭС России.

Цель работы - разработка современной и перспективной системы

3

вибрационной диагностики (СВД) паровых турбин (ПТ), позволявшей оценивать целесообразность (допустимость) дальнейшей эксплуатации турбоагрегатов (Tfi) с учетом прогнозирования их технического состояния.

■Научная новизна. 1. На основе статистической обработки данных, собранных по 75 турбоустановкан моцностьв до 500 МВт. и обобщена данных других авторов сторнирован список дефектов, приводящих к изменения вибросостояния ТА. Проведено обобщение признаков, используе-мнх для диагностики дефектов вибросостояния ТА.

2. Выполнено обоснование и разработана методика вибродиагностики FIT с использованием экспертной системы ОС) вероятностного типа, построенной на основе теоремы Байеса. Впервые проведен анализ влияния количества признаков, используемых ЗС для диагностики дефекта, на его вероятность, в частности, для задач вибродиагностики.

3. Впервые разработана и реализована методика отобрааения информации в СВД и вибромониторинга ПТ. основанная на иерархической системе ззаииосвязаннах слайдов.

4. Проведено обобщение периодичности сбора информации и списке параметров, необходимых для диагностики дефектов вибросостояниа. т различных региыах работы ТА.

5. Обоснована методика создания и совершенствования СВД ТА, основанной на штатной схеме КйПиА.

6. На основе анализа информации, накопленной з базе данных (БД: СВД, уточнены признаки ряда дефектов.

Основнае научные выводы по работе проверены и подтверадены ре-зулыатани промышленных испытаний, а такге длительным опытом эксплуатации СВД на 10 турбинах модностью 50-500 МВт,

Практическая ценность работа. .1. Разработана методика и под-тверадена возможность создания СВД ТА, основанных на штатной схем« КИПий. .

2. Разработаны системы контроля и диагностики вибросостоянм для турбин К-500-240-2 ХТЗ. Т-250/300-240 АО ТИЗ. К-200-130 АО ЛНЗ, Т-50-130 АО ТИЗ, ПТ-135/160-130/15 АО ТМЗ.

3.'Накоплены БД параметров, .-характеризующих вибросостояние 1С ТА в течение трех - пяти лет. Проведен анализ накопленной информации и показана возмоаность использования этой информации для достоверно0 диагностики дефектов, продления мевремоктного периода и оценки качества ремонта ПТ.

4. На основе анализа результатов работы СВД показано, что данные по вибрации вала обладавт больаей информативностью по сравненин

4

с данныки по вибрации опор. Остановлены причини некачественной работы приборов, изнеряввдх вибрации опор: разработаны мероприятия для их устранения.

5. Разработана методика диагностики лопаточного аппарата tüfi) ПТ с использованием метода нескольких периферийных датчиков.

6. Разработаны алгоритик автоматизированного анализа информации, накапливаемой в БД. для диагностирования турбины с использованием ЭС.

7. Разработана методика создания и заполнения структурированной базы знаний (БЗ) ЗС вероятностного типа, позволяющая выявлять конкретный дефект из группа дефектов, имевсих больное количество общих признаков.

8. Уточнена причины возникновения низкочастотной вибрации (НЧВ) Тй К-500-240-2 ХТЗ на Рефтинской ГРЭС и разработаны мероприятия по их устранениз.

Практическая ценность работы определяется такне теа. что результаты выполненных исследований использовались а течение длительного периода времени (по мере завервения отдельных этапов исследований) и продолнаит использоваться в практике эксплуатации Тй.

Достоверность и обоснованность полученных резчльтатов обеспечена: применением современных методов ревения задач; обоснованным обобщением недекннх экспериментальных и теоретических данных: использование!! современных нетодов исследований: научным и практическим опытом, накопленным при создании СВД. Работоспособность СВД, разработанных на основе пологеяий. сформулированных в настояией работе. и достоверность результатов работы этих систем подтверждены длительной опытно-промьюенной эксплуатацией.

Реализация результатов работы. Результаты исследований и разработок, проведенных в диссертации, внедрены и использувтся в системах диагностики 10 Тй на ряде электростанций: двух Тй К-500-240-2 ХТЗ на Рефтинской ГРЗС, трех Tfl Т-250/300-240 й,0 ТНЗ на BsHOft ТЗЦ Ленэнер-го, трех Тй К-200-130 ЙО ЛЙЗ на Белоярской АЗС, ТА Т-50-130 АО ТЙЗ и Тй ПТ-135/160-130/15 АО ТНЗ на ТЗЦ-14 Пермьэнерго.

- Апробация работы. Оснойные результата работа докладывались и обсувдались на: Республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение технологии комбинированного производства тепловой и электрической энергии и использование газотурбинных установок" (Ззбекистан, Таикент 1990г.); йеадународной научно-технической конференции "Созериенствование энергетических и транспортных турбоуста-

5

новок методами математического моделирования, вычислительного и физического экспериментов" (Украина, Змиев, 1994 г.); первой научно-технической конференции Регионального Уральского отделения Академии инженерных наук РФ "Наука и инженерное творчество XXI веку". (Екатеринбург, 1995); научно-практической конференции "Совершенствование тепломеханического оборудования ГЭС. внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта" (Екатеринбург. 1535): заседаниях кафедры паровых и газовых турбин УГТУ-НПИ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована 6 печатных работ.

Личный вклад автора определяется: участием в постановке задач и программы исследований: участием в формировании концепции и основных положений, заложенных в СБД: выполнение*! анализа показателей надежности оборудования: обобщением причин, приводяпкх к изменения вибросостояния, и их признаков: разработкой методики отображения информации в СВД и методики автоматизации работы ЗС: анализов результатов работы СБД 10 ТА-и обобщением опыта их эксплуатации.

Явтор заеишвет результаты теоретических и экспериментальных исследований дефектов, приводящих к изменения вибросостояния,- и их диагностических признаков. Кетодикд создания СВД на основе ВС вероятностного типа. Сбобцены данные по работе СВД, полученные на оснозе опыта их (систем) длительной эксплуатации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 214 наименований, приложения. Общий объеа диссертации 234 страницы, в той числе 51 рисунок. 15 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРНйНИЕ-РйБОТй

Во введении обоснована.актуальность теин диссертации, определены направление и цель -исследований, дана обцая характеристика к 'структура работа.

В первой главе представлен обзор опубликованных работ, посвященных проблемам диагностики вибрационного состояния ПТ. Проанализированы основные дефекта, пряводяцие к изменения вибросостояния тур-бомашин. Приведены.признаки этих дефектов по данным различных авторов; эти данные плохо согласувтся невду собой. Показано,, что для создания 53 СВД необходимо провести обобщение возиокно больвего количества прямых и косвенных признаков дефектов, так как дефекты,

- ■'■ ' б

приводящие к изменении вибросостояния Тй. имапт неоднозначность проявления. •

Дан анализ преимуществ и недостатков централизованной и распределенной структур построения СВД; показаны особенности применения этих структур для конкретных задач. Проанализированы подходы разных авторов к проблеме сбора и отображения-информации.. Показано, что основные отличия в методике сбора информации связаны с периодичностью сбора и объемом собираемой информации; при этом данные разных авторов отличаются как качественно, так и количественно. На основе анализа задач, стоящих перед СВД, и особенностей сбора к обработки вибрационных сигналов заработаны требования к электронно-вычислительной технике, используемой для СВД, Показано, что информация, отображаемая в СВД, долзна отбираться по принципу необходимости и достаточности в текущем реаиае работы и быть удобна скомпонована. Из проведенного анализа видно, что вопросы специфики отобрааения информации, собираемой и накапливаемой в СВД, исследованы недостаточно.

Проанализированы методики, -используемые для диагностики вибросостояния; сделан вывод о необходимости использования в СВД комплекса методик. Выполнен анализ использования ЭС для вибродиагностики; показано, что ЗС, построенные на теории Байеса, имеит ряд преимуществ, которые делают их наиболее соответствупщими задачам вибродиагностики. Однако уровень разработки этих систем не позволяет использовать их в исходном виде для создания СВД. Практически отсутс-твунт работы по вероятностной оценке взаимосвязи дефектов и диагностических признаков. Отсутствует данная по количеству признаков, обеспечивающих достоверность диагностики дефекта при использовании ЭС зероятностного типа. Отсутствуит данные по методике автоматизации работы ЗС в СВД. Недостаточно данных об информативности и достоверности результатов измерений вибраций по валу и ко опорам турбины для использования в СВД,

Во второй главе представлен анализ показателей надегности работы- 76 турбоустановок на основе отчетной документации за пятилетний период и данных, полученных от 16-экспертов на 11 электростанциях методом экспертных оценок. Показано, что до 302 отказов турбин вызвано их неудовлетворительным вибрационным состоянием.

На основании выполненного анализа причин отказов ПТЧ а такне обобщения опубликованных данных других авторов сформирован список наиболее характерных причин, вызывающих изменения вибросостояния ТА.

Разработаны и обоснованы принципиальные положения построена СВД ТА: .

- СВД долана являться эксплуатационной компьютерной системой

- для решения задачи диагностирования ПТ целесообразно использовать экспертную систему вероятностного типа:

- СВД долнна использовать комплекс вибрационных и реяимных параметров, получаемых в основном от штатных средств контроля турбоагрегата; периодичность и объем контролируемой информации зависит о1 реяима работы оборудования;

- осуществление Функций загитн Тй нв долгно входить в задач!

свд:

- СВД долана адаптироваться к кандому типу турбина и конкретны: условиян эксплуатации.

При разработке методики сбора информации обоснован и состазле: список параметров, которые необходимо контролировать в СВД. Сред] режимов работа Тй с точки зрения сбора информации выделены пять основных: резня валоповорота. режим набора оборотов,, переходный реким стационарный реаим, реаим выбега. Для каздого из этих ревимов установлена свои периодичности сбора информации и объемы собираемой ин формации. Для сбора информации реализована централизованная структура система сбора, при которой сигналы от датчиков вибрации вводятс; через специально разработанное устройство сбора данных ЯСД-240/16. < информация о рееимных параметрах монет вводиться через УСД—240/iJ или из системы АСУ (рис.1>.

Разработана методика отобрааения информации, построенная по иерархическому принципу: каадый_слайд является детализацией предыду чего. Использование системы интегральных окон, в которых выводите: информация о соответствии уставке двух и более параметров, позволяв всем слайдам быть взаимосвязанными мевду собой. Информация, выводи маз на кавдом слайде, компонуется по принципу необходимости и достаточности информации для анализа вибросостояния ТА и причин его изме нения. Такое построение позволяет быстро обнаружить узел, которш вызывает изменение вибрации турбины.

Для СВД Тй обосновано применение ЗС. построенных на байесовско! логике. Проведена разработка задач по созданию специализированной 31 вероятностного типа, основанной на теореме Байеса.-для вибродиагностики ПТ. При разработке были учтены основные полоаения ЗС, предло-яенной К.Нейлором. Разработала методика заполнения БЗ такой ЗС. Раз работана методика определения априорной вероятности дефекта и ис-

8

Рис. 1. Принципиальная схема сбора информации в системе вибродиагностики с использованием ЙСУ

7

2 3 4!

Рис. 2. Зависимость апостериорной вероятности Р(Й:Е) от априорной вероятности гипотезы и количества признаков п:

1' - РСН)=0.005

2 - РСН)=0.05

3 - РШ= 0.1

I г 5 < 5 » 7 I »

Рис. 3. Зависимость апостериорной вероятности Р(Н:Е) от коэффициента К=Р*/Р" и количества признаков п:

1 - К=0.3 2 - К=1.0

3 - К=2.0 4 - К=3.0

5 - К=4.0 6 - К=5.0

? ' К=6.0 8 - К=7.0

пользуемых характеристик диагностических признаков (вероятностей Р* и Р~). В рамках настоящей работы предловена формула для вычисления Р":

PS--

ÎPîe - PJPj . . (1)

/2

где JEPiPi - для всех дефектов, иневщих данный признак;

"PlPj - для данного дефекта;

Pj - априорная вероятность данного дефекта. Предложена методика аналитического определения P(H:R). PC H :R 3 определяется при отрицательном ответе от -п до 0 по формуле

PiH:R)= Р(Н:не£) + (Р(Н) - Р(Н:неЕ))*R/n . (2) а при пологительиом ответе от 0 до по формуле

PtH:R)= Р(Ю + (Р(Н:Е) - PCH))*R/n .• (3)

В работе ' сформирован и представлен обобщенный список возможных дефектов, приводящих к изменении вибросостояния Тй. На основе анализа литературы и других источников проведено обобщение признаков, характерных для каждого дефекта. В таблицу сведены признаки для 1? наиболее часто встречавдихся из этих дефектов.

Определена величина максимально достижимого значения вероятности Р(Е:Н) кагдого дефекта,внесенного в 53, которая соответствует случав, когда кагдий признак, относящийся к'данному дефекту, под-твергдает его наличие. В данной работе предломена формула-

<» t

которая позволяет значительно- ускорить проведение вычисления Р(Н:всеЕ), Расчеты, проведенные для определения Р(Н;всеЕ), показали, что величина максимально достиеимой вероятности для всех дефектов равна 1. Это говорит о достаточной полноте сформированного списка признаков. Одновременно с этим расчеты показали, что для многих дефектов вероятность Р(Н: £•)—1 была достигнута при использовании только части признаков, относящихся к соответствующему дефекту..

Выполнено исследование по определений минимального количества

независимых признаков, необходимых для получечия Р(Н:Е)-1. Показано.

что кроме количества признаков на величину Р(Н:Е) влияют априорная

вероятность дефекта Р, а такве Рги Р". Введено обозначение К= Р*/Р',

тогда "" <: -' ' pu Г [

НП ■ (5)

На рис. 2. 3 представлены результаты многовариантного расчета, перекрываацие всш область значений априорной вероятности дефектов и коэффициентов значимости прнзнакоз К, входящих в обобщенную таблицу.

Разработана и обоснована структуризация БЗ. что позволяет значительно сократить время выявления дефекта и повысить достоверность результатов диагностики. Все дефекты в' БЗ подразделяются по следующим категориям:

- группы дефектов с большим количеством обяих признаков:

- группы дефектов, объединенные по причинам возникновения:

- группы дефектов, объединенные резинами работы Тй. на которнх они проявляются.

Для каздой группы создана специальные 53. Сумма априорных вероятностей дефектов, входящих в одну группу (специальную 53), равна 1. Блок-схема работы такой многоступенчатой системы представлена на рис. 4.

Третья глава посвящена' анализу результатов работы отдельных элементов и СВД в целой в условиях эксплуатации. Описаны СВД. созданные на основе принципиальных полоаений, разработанных в диссертации, и в настоящее время находящиеся в. эксплуатации на ряде турбоагрегатов: двух ТА К-500-240-2 . ХТЗ на Рефтинской ГРЭС, трех Тй Т-250/300-240 АО ТНЗ на Изной ТЭЦ Ленэнерго. трех ТА К-200-130 ЙО ЛЙЗ на Белоярской АЭС, ТА Т-50-130 йй ТНЗ и ТА ПТ-135/160-{30/15 ДО ТЙЗ на ТЗЦ-14 Пермьзнерго.

Приведена методика оценки погрешности измерений СВД и тарировки виброизмерительных каналов в условиях эксплуатации. Представлены* результаты испытаний на ТА К-5О0-24О-2 Рефтинской ГРЗС, проведенных с целью оценки погрешности работы системы. Показано, что погреиность обработки информации программным обеспечением СВД практически не влияет на полнуп приведеннуи логрезность всей системы. .

Представлены результаты сравнительного анализа информации, полученной СВД в течение длительного времени на'ряде Тй при измерениях вибрации по опорам и валу. Показано, что измерения вибрации по валу обладают большей стабильностью результатов, чем измерения по опорам ПТ. Установлено, что причиной неудовлетворительной работы пьезоэлектрических преобразователей,, используемых при измерении вибрации, по опорам, являются звуковые колебания, возникавшие и распространяш-щиеся в металле корпусов ПТ, В процессе исследований подтзерядено. что установка под датчиком прокладок из пористых материалов (асбест, пенополиуретан, пенопласт) не приводит к изменении точности измере-

п-сверкй списки

ДЕСОШг

ИМ РРЬЛЬ'ЛУИР* СЕАНСЕ ДИАГНОСТИКИ

проверка иморийцИн'

с проее^еичи реиоитй и устрйиен-

ках ШЕКтах

р«сств«шт мчюиМ

«ь е с&скЕ I

Ы2ЙЧ» ЗвШЧЕйаа

.Рис. 4.Блок-схема работы экспертной системы ■-' вибродиагностики.

Рис. 5. Фрагмент отображения системы диагностики. Изменение вибрации подшипника N8 в вертикальном направлении при дефекте "обрив апильки вкладыша подшипника";

! - эффективная виброскорость;

2 - внороскорость составляющей;

3 - виброскорость' 2ы составлявшей;

4 - виброскорость 1/2и составлякшей

Рис; 61 ФрагМеНт отображения систеаы диагностики. ЙзйёНенйе вйбрйции пойййпника N3 прй ¡дёфеШ "неравнойерность вх-лаадёнИя ротора генёратора";

} - ЭффёйтйзИ'Я вйбросКорость вибрации в йврШальНой напрвлении; 2 - йффйкШнйа ййбробйбрость виб-ра№й в йопёрбчййй Напрвлении

ний и в ю ае время устраняет указанный дефект. Приведены данные об эффективности указанных мероприятий на основе опыта эксплуатации.

На основе анализа информации, накопленной в течение длительной эксплуатации в БД СВД десяти Тй, подтверждено наличие зависимости параметров вибрации любого ТА от ряда ревимных параметров. Выделен и обоснован ряд параметров, оказывавших наиболее существенное влияние на вибросостояние ТА.

Приведены результаты анализа накопленной в БД информации, выполненного с цельи выявления и уточнения ряда диагностических признаков. Установлено, что в период эксплуатации СВД на контролируемых Тй возникли и развивались ряд дефектов. Информация, накопленная в БД СВД, позволила проанализировать процесс развития этих дефектов, уточнить их диагностические признаки и выяснить причины их возникновения. На основе анализа накопленных системами диагностики баз данных наряду с известными дефектами выявлены дефекты, не входяпие ранее в базу знаний ЗС.

На рис.5 в качестве примера приведено изменение вибрационного состояния подшпника N8 Тй К-500-240-2 при скачкообразном изменении весткости подшипника в ' вертикальном направлении, произошедпем вследствии разрушения ипильки вкладыаа подиипника. По накопленной в БД информации это проявилось следдиции образом: произоаел скачок вибрации по подвипникам и по валу, в вертикальном и в поперечном направлениях по' оборотной 1и составляздей. при этом оборотная составлявшая з начальный конент снизилась, а затем возрастала (после стабилизации процесса уровень вибрации стал на 1км/с выве первоначального): фаза колебаний не изменилась; скачок вибрации сопрововдался всплеском НЧВ с частотой 1/2 и.

На рис. 6 в качестве примера приведено изменение вибрации подиипника Н9 Тй К-500-240-2 при неравномерном охлавдении ротора генератора. Возникновение дефекта сопрозоядалось ростом вибрации по опорам и по валу в течение 40 часов с момента пуска на холостом ходу к при наборе нагрузки. Затем произошел резкий рост уровня вибрации в течение трех часов при стационарном ре5ике работы Тй. Изменение уровня вибрации сопровогдалось возрастанием в -основном уровня обороткой 1и составлявшей и пропорциональным возрастанием составлявшей с частотой 2и (рис.7): изменением фазы вибрации; в спектре вибрации проявились такзе высокочастотные составлявшие, 3», 4», 5«, б», 7н. Снятие гидравлической характеристики обкотки ротора и опрессовка водораспределителя выявили протечки менду сливной и напорной камерами

13

Рис. 7. Фрагмент отображения системы диагностики.. Изменение составляющих вибрации подиипника К 9 при дефекте-"неравномерность охлаадения ротора генератора":

1 — 1 и составлявшая;

2 - 2и составлявшая;

3 - Зи составляющая

ря

'* ' «Цгосаа Се ~4~30х5Т\

■\ • !

ИМ 4 ......-......■■

за г

о 0 : 8 . "

¿г. и. ¡гуЬ в-'э<3-2<\ кми |?Ч. Ю.-!"^ ' в ЭР'З«?

Олрцм«*м по пирднгра« *»*¥1«го омлогачяога дшн пездего с явчаде »кспдагвц*»

ЕЮ

¿лрсяеден»« В оОвдогмо* еабдацм 1-го вонялимпа м »1»и реияс

впрсде'***« й обооикой 1 вибрвии« 1-го пояаипимчя ( ил амлвгичнс» ;енх |

Рис. 8. Фрагмент отобрааения системы диагностики. Вибрационное состояние турбоагрегата К-200-130 ст. Н 6 БАЗС при изменении электрической мощности . ,

[ ьр-ч»«ц|7г|

* МСОШнув скита

Рис,9. Пример алгоритма отработки признака при автоматическом ревиме работы экспертной системы

водораспределителя из-за износа перегородки ленду камерами. Наличие этого дефекта привело к снииенип давления охландающего конденсата на входе в обмотки ротора и нарувенил расчетного рекима охлавдения, ■что, по-видимому, явилось причиной теплового небаланса ротора генератора и изменения его вибрационного состояния.

Представлены результаты анализа информации, накопленной в БД СВД при попадании масла в осевой какал ротора высокого давления турбины Т-250/300-240. Зхудвение вибрационного состояния ТА проявлялось следующим образом: при пуске из холодного состояния (блок работает на скользящих параметрах), при нагрунении ТЙ и достияении температуры острого пара порядка 520°С происходило резкое возрастание вибрации опор цилиндра высокого давления и вибрации вала в соответствующих сечениях. Одновременно с этим происходил прогиб ротора высокого давления (величина прогиба зависела от времени простоя агрегата перед пуском). Вибрационное состояние ТА в период пуска при медленной прогреве ПТ практически не ухудвалось. Основной составлявшей в спектре вибрации являлась оборотная составляющая, что подтвердило отсутствие задеваний в проточной части. Дефект аогно сформулировать гак: в период пуска ТА из холодного состояния при прогреве ротора до определенных температур возникает тепловой прогиб ротора высокого давления, величина которого зависит от темпа прогрева.

Представлен анализ информации, полученной на резинах пуска и останова, для выявления дефектов Еибросостояния Тй.

Показана зозноеность прогнозирования сроков проведения и сценки качества ремонтов оборудования на основче анализа информации, накоп- • ленкой в СВД.

3 качестве примера представлен анализ состояния ТА К-200-130 ЙО ЛМЗ. ст N4, Белоярской АЭС на основе информации, накопленной в-СВД за $993-1994 годы." Анализ показал стабильность вибрационного состояния ТА в течение анализируемого периода и Отсутствие дефектов, приводящих к . изменение вибросостояния'Тй. Результаты проведенного анализа позволили сделать вывод о возконности продления меарвмонтно-го периода Тй и переносе сроков планового ремонта Тй с точки зрения его вибросостояния. Анализ состояния ТА в дальнейвем подтвердил правильность сделанных выводов,

Показано, что анализ информации в БД позволяет произвести сравнение вибросостояния оборудования до и после ремонта, оценить общий уровень вибрации на различных реаимах работы ТА, проанализировать зависимость параметров вибрации ПТ от различных рехишшх параметров.

, 15

Эта информация использовалась. в СВД для оценки качества ремонтных работ, подтверадения устранения дефектов, имеввихся до ремонта, выявления наличия дефектов, привнесенных во время ремонта. Показано, что результат работы СД позволяет значительно сократить, а в некоторых случаях полностью исключить проведение виброобследования ТА во время приемосдаточных испытаний при ремонте оборудования.

На рис.8 в качестве примера показано вибрационное состояние ТА К-200-130 ЛИЗ, ст.N6. энергоблока БН-600 Белоярской АЗС при на-гругении ТА во время пуска после капитального ремонта. Анализ информации о вибросостоянии турбины при переходных реаимах, накопленной в СБД, показал высокое качество проведенного ремонта с точки зрения вибросостояния и отсутствие дефектов, которые могли бы возникнуть в процессе ремонта (некачественная стыковка роторов, центровка подоип-ников, остаточный дисбаланс и др.).

Б работе представлены результаты исследования причин возникновения НЧВ Тй К-500-240-2 Рефтинской.ГРЭС. Необходимо отметить, что, несмотря на конструктивные мероприятия по предотвращению НЧВ, выполненные ранее на згих Тй (сегментные подвипники. модернизация уплотнений). на ряде рекимов возникали НЧВ с высоким уровнем. Это значительно ограничивало маневренность ТА. По результатам исследований и расчетов, проведенных совместно с кафедрой паровых и газовых турбин МЭИ*, били сделаны следующие выводы: 1. Турбоагрегаты К-500-240-2 Рефтинсной ГРЗС имеют.недостаточные запасы устойчивости к НЧВ,

2. Основными причинами НЧВ в части высокого давления являются неконсервативнь-е циркуляционные аэродинамические склы и значительная разгрузка подшмина N2 в результате тепловой деформации фундамента турбины и поворота ригеля.

3. При сдцествдвчей.центровке Тй, не обеспечивавшей необходимая нагрузку на подшипник N2, на прогретом фундаменте при определенной мощности происходит срыв в НЧВ, который прекращается с появлением дополнительного подгру1звщего усилий; Увеличение нагрузки на подяип-кик N2 свыве номинальной и соответЫвуяицая разгрузка -подаипника КЗ практически не отраааются на запасе устойчивости ротора среднего давления.

По результатам исследований были разработаны и внедрены мероприятия по .изменено центровки Тй, обеспечивающей перегрузку подаип-ника Н2 и недогрузку подшипника N3 при холодном фундаменте и посте-

* лроф. д.т.я, Костик й.Г., доц. к.т.н. Куменко Й.И.

' •• .16 " " '

пенное перераспределение нагрузки меяду подиипникаии по «ере прогрева фундамента турбины. Анализ информации, накопленной в СВД, позволил сделать следующие выводы:

- проведенные мероприятия повысили запас устойчивости ТА к НЧВ и практически полностьв исключили случаи срывов в НЧВ:

- при пуске ТА из холодного состояния и в отдельных случаях при переходных рехимах с изменение»,нагрузки заметны следы НЧВ на подшипниках 1-3;

- с течением времени следы НЧВ возникают на отдельных режимах работа ТА, что связано, по-видимому, с изменением зазоров в подзил-никах.

Результаты работы СВД позволяют определить начало процесса возникновения НЧВ и устранить причины его вызываящие.

В четвертой главе проведено обобщение опыта эксплуатации СВД. работающих в течение 3-5 лет на 10 турбоагрегатах различной мощности. Показаны выявленные достоинства и недостатки этих систем. Показано наличие недостатков одноуровневых систем с централизованной структурой для реаения задачи диагностики нескольких ТА одновременно. На основе анализа накопленных БД сделан вывод, что их объем мо-зет быть значительно уменьвен за счет изменения структуры БД. Накопление информации только об измениввихся параметрах, а не периодический сбор всех параметров, как в существушщей СВД, позволит значительно уменьяить объем накапливаемой БД. Это потребует использовать дополнительные алгоритма, при обработке информации и. следовательно, потребует дополнительных ресурсов компьютера. Подтверждена возмоз-ность использования для СВД разработанной методики ЗС вероятностного типа. Показана целесообразность построения ЭС, работавшей в двух резинах: диалоговый регим и осуществление автоматической диагностики в декурном ревиме.

На основе опыта эксплуатации СВД. работаваей на ТА Белоярской АЭС, сделан вывод о возможности создания и использования специальных алгоритмов обработки и накопления информации в зтой системе.

На основе анализа БД. накопленной СВД на Рефтинской ГРЗС. показана возможность обработки информации о полозении яейки вала во вкладызе Подпипника для диагностики устойчивости ротора и возможное- • ти возникновения НЧВ..

Обоснована необходимость применения распределенной системы сбора информации. Показаны преимущества, получаемые при использовании распределенной системы, в том числе повышение качества получаемой

I?

информации, сокращение продолаительности обработки информации, обеспечение территориальной .независимости диагностируемых агрегатов .

Представлены результаты анализа данных о повреядениях ЛЯ теплофикационных ПТ. Сформулирован список наиболее часто встречаемых по-врейдений и выделены наиболее повревдаемые ступени турбин, типа Т-250/300-240 и ПТ-135/165-130/150 ЙО ТНЗ.

Предложена методика определения вибрационного состояния ЛЯ, основанная на измерении вынузденных колебаний лопаток методом нескольких периферийных бесконтактных датчиков. Проведенные исследования показали, что для получения более точных и достоверных результатов целесообразно устанавливать 3 датчика по окруаности колеса. ъ основу методики диагностирования Лй залоаены измерения следующих параметров: радиальные зазоры| ааг кекду лопатками, угол разворота лопаток, распределение напряжений по окружности колеса. Сформулированы диагностические признаки, используемые для диагностики дефектов Лй по предлоаенной кетодике. . •

Обоснована и разработана методика автоматизации работы ЗС диагностики. Анализ всех признаков, воведиих в БЗЭС, показал, что с точки зрения алгоритма обработки информации моано выделить несколько типов признаков: изменение параметра во времени; скорость изменения параметра во времени; соотноаение параметров; наличие или отсутствие параметра; зависимость параметра от параметра; изменение параметра при наличии условия;''сравнение параметров при аналогичных регимах. На рис.9 в качестве примера представлен алгоритм для обработки признака "изменение вибрации во времени". Предлагается для сокрацения времени, необходимого для диагностики состояния, производить перио-дическуш обработку информации, хранящейся в БД системы контроля, и расчет текущих вероятностей всех дефектов. Учитывая темп развития дефектов вибросостояния ТА, достаточно, чтобы диагностика состояния проводилась один раз в сутки. Результаты емесуточной обработки информации по каядому признаку заносятся в специально создаваемый "файл ответов". На основе обработки "файла" ответов" производится расчет вероятности кагдого дефекта. Суточные значения вероятностей сохраняются в "файле вероятностей" дефектов.

Показано, что наличие "файла ответов" и "файла вероятностей" позволяет ЗС в дальнейаем не только быстро провести диагностику объекта, но и объяснить ход своих рассу«дений, так как мо!но легко определить, когда начались изменения признаков, характерных для данного дефекта. Преимущества такого подхода заключаются в следувщем: об-

18

работка "файла ответов" производится по простым алгоритмам и не требует больного времени; при дальнейшем накоплении обработанной информации в "файле ответов" диагноз всегда будет присутствовать, коует только измениться его вероятность (увеличиться или уменьиитьсз). что позволит проследить процесс развития дефекта; возмохно выявление ситуации, когда на вибрососгояние влияет несколько дефектов одновременно.

Предлозена методика оперативной диагностики вийросостояния ТР.. в основу которой заложена алгоритмы для выявления конкретных дефектов. Согласно предложенной методике оперативная диагностика погоаз-деляется на две составлявших:

- "диагностика исходного состояния" - диагностирование дефектов монгааа и ремонта ТА, объективная оценка качества монтажа и ремонта, выработка рекомендаций по устранения дефектов;

- "эксплуатационная диагностика" - диагностирование дефектов, возникавших и развивающихся в процессе эксплуатации, оценка степени опасности развития дефекта, прогнозирование темпов развития дефектов, выработка рекомендаций по мероприятиям и срокам их выполнения, позволяемых устранить дефекты или уменьшить опасность их развития.

Эксплуатационная диагностика основывается на двух основных принципах:

1. Анализ изменений вибросостояния в процессе эксплуатации на короткой отрезке зренени и сравнение параметров текущей вибрации с предаествупяими значениями. При наличии изменений вибросостояния с изменением реаимнкх параметров производится сравнение отклонений с установленными (нормально допустимыми) средними .отклонениями в данных точках. В случае, если произопедсие изменения превышают установленные или уровень вибрация изменяется без изменения рееимных параметров, производится подробный анализ вибросостояния и диагностируются возйокные дефекты,- Результаты этого диагностирования представляют собой оперативную эксплуатационную диагностику.

2. Анализ вибрационных характеристик, полученных в процессе длительной эксплуатации, при пусках и остановах, до'и после технического обслуаивания и текущих ремонтов и диагностирование соответствующих дефектов, прогнозирование развития выявленных дефектов ТА. Этот этап диагностирования представляет собой пост-оперативнуз зке-плуатационнув диагностику.

На основе анализа делавтеа выводи о характере дефектов и их причинах. Диагностика моает быть выполнена как с использованием вероятностной ЗС, так и при использовании других методов.

19

ОСНОВКНЕ внводв

1. На основании проведенного анализа показателей надежности ?6 Тй мощностью до 500 МВт показано, что до 30% общего числа отказов ТВ е условиях эксплуатации вызваны неудовлетворительным вибросостояниеы турбин.

2. Обоснован и сформирован список параметров, характеризуащих вибросостояние и регим работы Тй, которые необходимо контролировать СВД в условиях эксплуатации: для кавдого режима установлены необходимые для диагностирования периодичность и объем собираемой информации .

3. На основе обобщения результатов исследований, с учетом данных других авторов, сформулирована таблица основных диагностических признаков дефектов, приводящих к изменении вибросостояния ПТ. Проанализировано влияние количества признаков дефекта, используемых ЗС для его выявления, на достоверность диагностирования.

4. Разработаны принципиальные положения построения СВД Тй:

- методика сбора информации;

- методика мониторинга вибросостояния Тй; обоснована целесообразность иерархической системы взаимосвязанных слайдов для отобразе-кия информации;

- кетодике диагностирования с использованием ЗС вероятностного типа, основанной на теореме Байеса, вклвчая разработку и обоснование структурной схемы к методики заполнения БЗ,

5. Результат!.' ра5спг СВД позволили установить, что измерения вибрации по валу ПТ обладают большей стабильностью к информативностью результатов измерений по операм ПТ. Показано, что причиной неудовлетворительной работы пьезоэлектрических преобразователей, используемых при измерении вибрации ло опорам, являвтея з&уковые колебания, возникающие к распространявшиеся в металле корпусов ПТ.

6. На основе исследования работы СВД на 10 Тй мощностью от 50 до 500 ИВт различных турбинных 'заводов уточнены диагностические признаки ряда дефектов:

- возникновение НЧВ:

- разрушение впильки вкладыва лодвипника:

- неравномерность охлавдения ротора генератора;

. - попадание масла в осевой канал ротора.

Показано, что наличие СВД позволило впервые проанализировать процесса возникновения к развития ряда дефектов в ПТ, приводяких к изменению ее виброссстояния. :

' 20

7. СВД, созданные на основе принципиальных полояений. разработанных в настоящей работе, позволили оценивать качество ремонтов ПТ и на основе анализа вибросостояния Тй за длительный- период времени прогнозировать сроки проведения очередных ремонтов.

8. Обобщен опыт длительной эксплуатации СВД. работающих на 10 ТЯ; подтверздена правильность основных полояений, залоаенных при разработке систем, а такяе их высокая надеяность.

9. Обоснована и разработана концепция дальнейиего развития СВД, в частности:

- необходимость применения распределенной системы сбора информации:

- необходимость вклачения з СД подсистемы диагностики Лй; сфор-мулироеаны диагностические признаки дефектов ЛЯ:

- разделение диагностики на оперативную диагностику и диагностику исходного послеремонтного состояния Тй: предлоаена методика оперативной диагностики вибросостояния Тй:

- предложена методика автоматизации на основе создания типовых алгоритмов анализа информации; показано, что для создания автоматического резима работы ЭС необходимо введение в ее структуру новых структурных едениц: "Файла ответов" и "файла вероятностей дефектов".

. Основные выводы по роботе подтверядены результатами промышленных испытаний, а такае длительным опытом эксплуатации систем вибрационной диагностики на турбинах моцностьа 50-500 МВт.

Основные результаты диссертационной работы отраяены в еледавних публикациях:

!. Мурманский Б.Е,,. Урьез Е.В. Методика отображения информации, э системах вибрационного мониторинга //Тезисы докладов Меадународной науч.-техн. конф. "Совериенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического экспериментов". Харьков, I394. Ч.З.

• 2. Урьев Е.В..- Мурманский Б.Е. Диагностика состояния лопаточного аппарата паровых турбин //Тезисы докладов йендународной научно-технической конференции "Совершенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического экспериментов" Харьков, 1994, Ч.З.

3. Система зибродиагностики турбоагрегатов К—200-130 энергоблока 5Н-600 /Урьев Е.В.. Мурманский 5.Е., Нураков В.Б., Колядин В.П. // Контроль и диагностика процессов и оборудования энергоблоков с

2!

быстрыми натриевыми реакторами: Сб. научн. тр. Екатеринбург: 9р0 PÖH, 1994.

4. Урьев Е.В., Мурманский Б.Е. Разработка базы знаний экспертной системы вибродиагностики турбоагрегатов //Труды первой научно-технической конференции Регионального Уральского отделения йкаде-нии инаенерных наук РФ "Наука и инаенерное творчество XXI веку". Екатеринбург. 1995

5. Надежность работы турбоустановок ТЭС fiö "Свердловзнерго" /Мурманский Б.Е., Мительман U.M., Бухман Т.Д.. Зайцев В.А., Грин-Фельд Р.Н., Бродов S.S. //Труды первой научно-технической конференции Регионального Уральского отделения Академии инвенерных наук РФ "Наука и инаенерное творчество XXI веку". Екатеринбург. 1995

6. Урьев Е.В., Мурманский Б.Е.. Бродов И.М. Концепция системы .вибрационной диагностики паровой турбины //Теплоэнергетика. 1995. N4

Подписано в печать 15.05.96 Формат 60x84 1/16

Бумага"типографская Плоская печать Нсл.п.л. 1.39

9ч.-изд.л. 1,22 Тирав 100 Заказ 227' Бесплатно

Редакционно-издательский отдел 9ГТН 620002. Екатеринбург, Мира, 19 Ротапринт 9ГТ9. 620002, Екатеринбург, Иира, 19