автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Анализ электромагнитной вибрации статоров турбогенераторов, развитие и применение вибрационного метода их диагностирования на электростанциях

ё

На правах рукописи

ГРИГОРЬЕВ Анатолий Владимирович

АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВИБРАЦИИ СТАТОРОВ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ, РАЗВИТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Специальность 05.14 02— Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ииз168225

Новочеркасск 2008

003168225

Работа выполнена в ОАО "Свердловэлектроремонгг" и ГОУ ВПО "ЮжноРоссийский государственный техяичесвлй университет (Новочеркасский политехнический институт)" на кафедре "Электрические станции".

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук,

профессор БЫКАДОРОВ Владимир Фёдорович

доктор технических наук, профессор ТРОПИН Владимир Валентинович; кандидат технических наук ПОЛЯКОВ Виктор Иванович

Филиал ОАО "Инженерный центр ЕЭС" -"Фирма ОРГРЭС"

Защита состоится 23 мая 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" в 107 ауд. главного корпуса по адресу. 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования " ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)". Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан /У апреля 2008

г.

Учёный секретарь диссертационного совета

П.Г. Колпахчьян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Характерной особенностью современного состояния электроэнергетики России является то, что большая часть технологического оборудования электростанций, в том числе электрогенерирующего, выработала расчётный срок службы При этом из-за энергичного подъёма экономики во многих регионах страны или уже возник дефицит электроэнергетических мощностей, или обозначилась его близкая перспектива В таких обстоятельствах чрезвычайно актуальной становится реализация любой возможности продления ресурса тех видов действующего оборудования, которые не могут быть заменены в кратчайшие сроки. Одним из первоочерёдных видов такого оборудования на электростанциях являются турбогенераторы (ТГ).

Надёжность работы ТГ складывается из надежности его основных узлов, в числе которых статор, и надежности, обусловленной технологией эксплуатации. Основными путями обеспечения работоспособности и продления срока службы оборудования являются1 регулярный контроль технического состояния, своевременный и полноценный ремонт и соответствующая техническому состоянию эксплуатация. Ключевым компонентом названных путей обеспечения надёжности и продления срока службы является техническая диагностика оборудования.

Вопросам диагностирования генераторов на электростанциях посвятили труды многие известные учёные и специалисты ведущих отраслевых научных институтов электроэнергетики, электромашиностроения и заводов-производителей электрогенераторов для электростанций, в частности Мамико-нянц Л Г., Цвеэхов В.А., Пикульский В А, Назолин А.Л, Поляков В.И., Бураков А М., Геллер РЛ, Подольский В.В., Рябов Е.В, Шкапцов В.А., Голованов А.П, Плотников ВН., Штейншнейдер А.В., Чистиков А.А, Иогансен ВИ, Перчанок Б.Х., Руденко В И., Гаврилов Л.Г., Остерник Э С, Детинко Ф.М., Загородная Г.А., Фастовский В.М., Шубов И.Г., Башкин А.Г., Курилович Л В, Хуторецкий Г.М, Мазин Э М., Станиславский Л Л, Глидер Е.Х, Лившиц А Л, Рабинович В.М, Певная Э М, и др В электроэнергетике на отраслевом уровне выпущены циркуляры, решения и информационные письма. ЭЦ-7/75, Р № Э-1/80, Ц-01-84(э), Р № Э-4/88, Ц-04-96(э), ИП-05-98(э), посвященные использованию вибрационных методов для контроля технического состояния генераторов на электростанциях.

Одним из базовых узлов статора ТГ является его магнитопровод (сердечник) Сердечник не является самым слабым узлом статора, однако, если другие составные части статора могут быть заменены при исправном сердечнике, то утрата работоспособности сердечником означает необходимость замены всего статора. Поэтому диагностирование и поддержание технического состояния сердечника* статора - основное условие, определяющее продолжительность срока службы ТГ

Возможность иметь объективную оценку состояния сердечника статора позволяет своевременно провести эффективные ремонтные мероприятия по поддержанию его технического состояния и принять меры для стабилизации его

остаточного ресурса путём оптимизации параметров режима работы ТТ.

Наряду с используемыми методами, эффективные дополнительные возможности контроля состояния сердечника статора дают вибрационные методы.

Цель работы - обосновать возможность применения специальных методик диагностирования статоров ТГ в условиях эксплуатации на основе текущей вибрационной информации, предложить практические метода их реализации, сформулировать задачи дальнейшего совершенствования вибрационного метода диагностирования статоров ТГ.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: •Изучение, анализ и опробование вариантов и технологий получения вибрационной информации, достаточно полно отражающей состояние механической системы статора и его сердечника.

•Исследование связи параметров вибрационных сигналов с техническим состоянием сердечника статора

•Формирование представительных параметров контроля для реализации вибрационного метода диагностирования статора и его сердечника. •Формирование критериев для вибрационного метода контроля технического состояния статора

•Выявление не связанных с изменением технического состояния статора эксплуатационных факторов, влияющих на параметры вибрационных сигналов, регистрируемых на статоре Изучение характера их влияния на вибрацию. •Разработка методик, позволяющих учитывать влияние на контролируемые вибрационные параметры статора текущих эксплуатационных факторов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, математической статистики, экспериментальные исследования, теория электрических машин, теоретические и расчётные методы исследования с применением ЭВМ.

Научная новизна состоит в развитии теории и практики диагностирования статоров ТГ методом вибрационного контроля в условиях их эксплуатации Новыми научными результатами являются.

1.Выбор и обоснование в качестве контрольного параметра составляющей вибрации в полосе частот 200-1000 Гц.

2.Методика приведения параметров вибрации, снятых в условиях эксплуатации в произвольном режиме работы ТГ, к базовому номинальному режиму.

3.Новые способы контроля состояния механической системы статора, в том числе на работающем ТГ, через параметр, характеризующий поглощение энергии колебаний.

4.Специальная методика вибрационного мониторинга ТГ и оценки технического состояния статоров ТГ на основе вибрационной информации.

Практическая ценность: •определены вибрационные параметры контроля состояния механической системы статора в условиях эксплуатации,

•собрана обширная база виброизмерительной информации по статорам ТГ мощностью 60-500МВт,

•обоснована целесообразность оснащения статоров ТГ стационарными системами вибрационного мониторинга,

•сформулированы основные требования к стационарным системам контроля вибрации статора,

•даны рекомендации по размещению вибрационных датчиков на статоре, •разработаны и апробированы в производственных условиях методики приведения параметров вибрации статора в произвольных эксплуатационных режимах ТГ, к его номинальному режиму работы,

•разработанные методики применения вибрационного метода могут эффективно способствовать продлению ресурса статоров ТГ, а также решению актуальной для электроэнергетики задачи - переходу к стратегии обслуживания и ремонта оборудования по техническому состоянию.

Реализация результатов: •На базе проведённых исследований и экспериментов разработаны и используются в региональном масштабе Методические указания по вибрационному мониторингу статоров 1Г.

•На 1.01 2005г. по разработанной методике на регулярной основе проведено 1213 вибрационных обследований статоров 38-ми ТГ различных типов, мощностью от 60 до 500МВт. Результаты обследований документированы в 57 отчетах.

•За период наблюдений предсказан вероятный обрыв стяжных призм сердечника статора на одном из контролируемых ТГ.

•На одном из ТГ мощностью 300МВт выявлен дефект в системе крепления сердечника к корпусу статора.

•Статоры контролируемых ТГ ранжированы по признаку уровня и тенденции изменения контролируемых параметров.

•Разработанные методики вибрационного мониторинга включены в официальное научное издание НЦ ЭНАС "Основное оборудование в энергосистемах" в раздел, средства и методы контроля состояния турбогенераторов, вошли в учебное пособие "Эксплуатация электрооборудования электрических станций и подстанций" Чувашского государственного университета, используются в лаборатории диагностики ОАО "Свердлоюлектроремонт" при проведении учебных занятий со студентами Уральского государственного технического университета (УГТУ-УПИ) по специальности диагностика электрооборудования

Апробация работы и публикации. Результаты проведённых работ докладывались и представлялись на 19 международных, всероссийских, региональных, ведомственных научно-технических конференциях, конгрессах и семинарах по вопросам исследований, контроля и диагностики силового электрооборудования.

По теме диссертации опубликованы 29 статей, тезисы 3 докладов, получены 3 патента РФ на изобретения. В автореферате приведены 20 публикаций, отражающих основное содержание работы.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 103 наименований и шести приложений. Работа изложена на 185 страницах и содержит 61 рисунок, 17 таблиц, 11 страниц списка использованной литературы, 67 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований

В первой главе рассмотрены основные факторы, вызывающие деградацию конструкции статора в процессе эксплуатации, отдельное внимание уделено вибрации и ее разрушительному действию на сердечник статора, рассмотрены критерии и различные методы контроля технического состояния сердечника статора, указаны их недостатки; охарактеризованы конструкция статора ТГ и связь состояния механической системы статора с вибро механическими параметрами.

Во второй главе сформулированы исходные положения исследований и постановка задачи, рассмотрены теоретические соотношения электромагнитных сил в статоре ТГ. Приняты следующие исходные положения.

1 Техническое состояние сердечника статора, в основном, характеризуется уровнем удельных потерь, температурой при рабочей индукции и вибромеханическими параметрами.

2 Специфическим свойством, которое формируется в процессе изготовления и должно сохраняться весь срок службы статора, является состояние упругого сжатия сердечника.

3 Состояние упругого сжатия является основным свойством, определяющим срок службы сердечника. При частичной или полной утрате этого свойства ослабляются усилия, сжимающие листы электротехнической стали, что неизбежно ведёт к нарушению межлистовой изоляции, повышению потерь в сердечнике, возникновению локальных очагов повышенного нагрева, выкрашиванию листов сердечника и, как следствие, к механическому или тепловому повреждению изоляции электрической обмотки статора или пожару активной стали

4 Параметры упруго-напряженного состояния сердечника и изменения этого состояния имеют своё непременное отражение в вибромеханических свойствах (жёсткость, резонансные частоты, демпфирование) механической системы статора.

5 Вибрация статора - есть результат взаимодействия периодических переменных сил и конструкции статора, при этом параметры вибрации зависят от вибромеханических свойств конструкции статора в целом и его отдельных узлов, в частности.

6 Изменения вибромеханических свойств статора и его отдельных узлов имеют своё отражение в параметрах вибрации статора

7. Главным узлом, от которого зависит вибрационное состояние статора, является его сердечник

8. Решение задачи раннего обнаружения признаков деградации механической системы статора базируется на выявлении устойчивых тенденций изменения вибрационных параметров за относительно длительный период регулярных наблюдений

Теоретические рассуждения и расчётные построения осуществлены на базе работ известных учёных, отражающих зависимости радиальных и тангенциальных сил от величины тока в пазу статора электрической машины и от величины индукции в области рассматриваемого паза

В третьей главе представлены экспериментальные вибрационные исследования статоров ТГ. В ней обоснован выбор контролируемых параметров, проанализирована их связь с состоянием статора, рассмотрен ряд проблем, требующих учета при вибрационных обследованиях статоров ТГ.

Экспериментальные исследования проводились путем регулярных вибрационных обследований ТГ, действующих на электростанциях.

Для инте1ральной оценки вибрации корпуса статора ТГ выбраны два усредненных параметра

• А1 (м/с2) - среднее значение виброускорения на частоте 100Гц, усредненное для точек съема вибрационного сигнала,

• Амо (м/с2) - среднее квадратическое значение (СКЗ) виброускорения в полосе частот 200 ..1000Гц, усредненное для точек съема вибрационного сигнала

Расчет величин А1 и А2.и выполняется по формулам и 1 14 Р®

где а,1 - СКЗ виброускорения в точке номер 1 на частоте 100Гц, м/с2;

а, - СКЗ виброускорения в точке номер 1 на частоте .¡-ЮОГц, м/с2 (где принимает значения от 2 доЮ); N - число точек съема вибрационных сигналов.

Величины А] и А2.10 позволяют отслеживать изменения усредненных уровней основной частоты, ее гармоник и их соотношения.

На рисунке 1 показаны спектры вибрации, зарегистрированные на поверхности корпуса статора одного из ТГ мощностью 300МВт, когда он работал с несколькими оборванными со стороны возбудителя стяжными призмами и после того, когда были проведены восстановительные работы.

Экспериментально установлено, что усиление жесткости крепления сердечника путём приварки к его спинке стяжных призм сопровождается снижение;«: высокочастотных составляющих вибрации (параметр А2.10) на корпусе статора Факт улучшения механических характеристик дополнительно подтверждён исследованиями резонансных частот и декрементов колебаний сердечника, проведенных до и после приварки стяжных призм. Разработанные для сердечников статоров ТГ два способа контроля прессовки сердечника через резонансную частоту и декремент колебаний признаны изобретениями и запатентованы [10,

П]

" ! м Ад =2 76 м/с2 Аз.,о = 0б1 м/с2 мгамх: 3.029 Точка 1 ЩЩаШК

.ЛЕЙЛ» .ее ' ' гтЬихмсУ ™ 112 гйвв.е

1вя- _1Ш| ва' А, =177 м/с2 Амо = 0.21 м/с2 гкйивк« II МИЛАШ 1.938 Точка 1 Иг ' гбм.в

С оборванными стяжными призмами

После ремонта

Рисунок 1

Выявлены следующие проблемы, учёт которых имеет существенное значение для правильной интерпретации регистрируемых вибрационных параметров и оценки состояния контролируемых статоров ТГ:

•невозможность в условиях эксплуатации соблюсти идентичность режимов работы ТГ при проведении вибрационных обследований, и, в тоже время, зависимость вибрационных параметров от большого числа известных эксплуатационных и случайных факторов;

•несогласованность параметров вибрационных сигналов в конструктивно однородных точках корпуса статора;

•нелинейное влияние температуры сердечника на передачу вибрационных сигналов от сердечника к корпусу;

•принципиальная необходимость синхронного съёма вибрационных сигналов в контрольных точках статора;

•зависимость вибрации статора от вибрационного состояния ротора.

На рисунке 2 в виде схемы влияний и взаимодействий показаны источники и причины вибрации статора ТГ со встроенными опорными подшипниками. В схеме учтены причины, действующие при бездефектном состоянии, и причины, обусловленные некоторыми дефектами в генераторе

Четвёртая глава посвящена вопросам методического обеспечения вибрационного метода диагностирования статоров 1Г. В ней представлены- система пороговых уровней контролируемых параметров, концепция оценки вибрационного состояния статора, методика приведения контролируемых вибрационных параметров к номинальным параметрам 1Г, новый способ контроля и оценки состояния статора по параметру, отражающему поглощение энергии колебаний [14].

В качестве оценочных критериев введены следующие пороговые уровни:

• Базовый уровень (БУ).

• Предупредительный уровень (ПУ)' ПУ = БУ х 1,25.

• Критический уровень (КУ) КУ = БУ х К. где К - коэффициент уровня предельного состояния.

• Предельно допустимый уровень (ПДУ).

Исходя из того, что в условиях эксплуатации практически невозможно соблюсти идентичность режимов работы при проведении вибрационных обследований ТГ, а также из соображений технологичности и функциональности контроля, разработаны специальные методики приведения контролируемых вибрационных параметров к номинальным параметрам ТГ.

Базовая методика основана на использовании регрессионной модели зависимости вибрационных параметров от наиболее значимого функционального параметра - величины тока статора (1) и от естественно действующего фактора времени эксплуатации:

ВП^ДЬк, {раб + к212+к3 + е, (1)

где ВП - вибрационный параметр; к| - коэффициент регрессии; 1)рав - время эксплуатации с даты начала обследований; I - ток статора; е - случайная составляющая.

Представляя значение вибрационного параметра, измеренного в любой момент эксплуатации ТГ, в виде суммы его значения в номинальном режиме работы ТГ при исходном состоянии статора и составляющих, отражающих изменения вибрации, вызванные отклонением фактического режима от номинального и произошедшими временными изменениями технического состояния объекта контроля, можем написать равенство.

впараб1,11)=вп„+к1^+к2 С'-ф, (2)

где 1 - порядковый номер обследования; н - индекс, обозначающий значение параметра, соответствующее номинальному режиму.

Исходя из (2) и зная величины номинального тока статора (1я) и тока статора, при котором зарегистрирован вибрационный сигнал, приведение контролируемого ВП к режиму работы ТГ с номинальным током статора осуществляется следующим образом-

вп;(1раб1)=вп„+к, 1^,=вщ^,!,) - к2 • (I? - о,

(3)

где ВП^О.^) - приведённое к номинальному току, но ве освобождённое от влияния фактора времени (Ч^,), значение ВП.

На рисунке 3 показаны характерные зависимости вибрационных параметров от времени эксплуатации, отражающие естественную тенденцию ухудшения состояния статора (а и б - в среднем по статору, в и г - для стороны возбудителя (СтВ), дне- для стороны турбины (ОгТ)). Вибрационные параметры в данном случае приведены по формуле (3) к режиму работы ТГ с номинальным током. Вертикальными линиями на графиках показаны периоды ремонтов, которые исключены из времени эксплуатации.

в) ^ ер, м/с?

0 А^ло ер, ы/е1

С

к

лт

—_______________

&) ^ СгВ, и/е*

3 ^э,

РОД.

::эс-Чг.....

0 12 г) Ад.иСЛ.м/в1

и» • д

ксь-

3

род.

...А";;;

0 12 д) ^СвТ,!!/«3

3

род.

0 12 е) АноСгТ.^е3

ПОД.

род.

tэ, год.

Рисунок 3

и

Дополнительная методика основана на использовании полученной на примере статоров ТГ типов ТГВ - 500 и IBM - 500 расчетно-теоретической зависимости периодических с частотой перемагничивания деформаций сердечника статора от тока статора и коэффициента мощности (costp) ТГ.

Расчеты и рассуждения базированы на следующих исходных положениях: •величина радиальной вибрации сердечника статора в размерности виброперемещения - есть сумма максимальных одностороннего растяжения и одностороннего сжатия кольцевого поперечного сечения сердечника; •уровень вибрации сердечника статора пропорционален возмущающей силе; •деформирующая сердечник статора радиальная сила - есть сумма действующих встречно магнитной и электродинамической радиальных сил; радиальные магнитные силы стремятся сжать поперечное сечение сердечника, а электродинамические силы такому сжатию противодействуют; •радиальные электродинамические силы пропорциональны квадрату тока статора,

•радиальная деформирующая статор магнитная сила при неизменном напряжении на выводах статора в первом приближении не зависит от тока статора и коэффициента мощности ТГ;

•ориентировочное соотношение магнитной и электродинамической составляющих радиальных сил, действующих в пазу статора насыщенной электрической машины - два к одному (получено д.т.н. Ивановым-Смоленским А.В.);

Для расчёта деформаций сердечника статора применены известные в теории сопротивления материалов формулы расчёта деформаций кольца под действием пары сосредоточенных сил. Удлинения продольного (вдоль действующих на растяжение радиальных сил) и укорочения поперечного (перпендикулярного продольному) диаметров кольца рассчитывались соответственно по формулам:

8пр =0,149|р (4); =0,ш|р (5)

где Р - сила, растягивающая кольцо; т - средний радиус сечения кольца, Б - модуль упругости материала кольца; Jz- центральный момент инерции поперечного сечения кольца.

В результате специальных FM графических построений и 1°Т расчетов установлено, что g электродинамическая сила Fnp, действующая по про- 8 дольной оси результирующе- 7 го магнитного поля, с умень- g шением cos tp уменьшается, а сила Fnnp, действующая по 5

поперечной оси результи- 4 . . --.-*-,-.-,-,— cos <р

рующего магнитного поля, 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 увеличивается (рисунок 5) Ри ок 5

Зависимости, представленные на рисунке 5, аппроксимированы полиномами

Fnp = 4,8487(cos ф)2 - 0,0725cos ф+4,1498, (6)

Fnnp = - 4,7423(cos ф)2 - 0,04cos ф + 8,926 (7)

Исходя из (4), (5), (6) и (7), установлен характер деформаций сердечника от действия электродинамических сил при различных значениях cos ф (таблица 1).

Таблица 1

Характер деформации сердечника от действия электродинамических сил при различных значениях cos <р

0<cos <р<0,707 cos <р = 0,707 0,707<cos<p<l

(90°><j»45°) («р = 45°) (45%а0°)

.Ппр Ппр рФ

( Ф ф

Пр- продольная, Ппр- поперечная оси магнитного потока

Радиальная вибрация сердечника статора рассмотрена как суммарный результат составляющих вибрации сердечника от действия радиальных магнитных и электродинамических сил Расчётные зависимости суммарной радиальной вибрации сердечника ASi и отдельно магнитной AS„ и электродинамической ASOT составляющих от cos ф ТГ показаны на рисунке 6. Влияние тока статора на вибрацию сердечника проиллюстрировано представлением зависимостей суммарной вибрации от cos ф при номинальном токе статора ASi(I„) и токе статора, равным половине номинального значения AS2(0,5I„).

Изучением раздельного и совместного действия радиальных магнитных и электродинамических сил на сердечник статора получены следующие важные выводы:

•Характер зависимости уровня радиальной вибрации сердечника от тока статора и cos ф различен для случаев работы ТГ с cos ф в диапазонах значений от О до 0,707, от 0,707 до 1 и при значении, равном 0,707. •При работе 1Г с cos ф в диапазоне от 0,707 до 1, большему току статора соответствует меньшая вибрация. •При работе 1Г с cos ф в диапазоне от 0 до 0,707, большему току статора соответствует бблыиая вибрация •При работе ТГ с cos ф =0,707, уровень вибрации статора на частоте его пере-

магничивания становится формально независимым от тока статора. •Максимальная вибрация сердечника имеет место, когда ТГ работает с наибольшим допустимым током статора при cos ф =0 •Минимальная вибрация сердечника имеет место, когда ТГ работает с наибольшим допустимым током статора при cos ф =1.

Отн ед

Рисунок 6

Аналитически получено определяющее расчётное выражение

ASj; ОТН 2,13~ Кпрф I ОТН » (8)

которое для выбрашого соотношения (2:1) магнитной и электрической составляющих радиальных сил в номинальном режиме ТГ отражает теоретическую зависимость уровня вибрации сердечника статора от тока статора и от cos ф ТГ. Это соотношение позволяет любое текущее значение вибрации сердечника выразить в относительных единицах (ASS(mi}, если известны относительное значение тока статора (]„„,) и коэффициент мощности турбогенератора в момент регистрации уровня вибрации сердечника. Из него вытекают формульные выражения, которые позволяют осуществлять приведение экспериментально полученных значений 100 - герцовой вибрации в произвольных текущих режимах к режиму с номинальными током и cos ф В частности,

1 7

для ТГ с номинальным cos ф = 0,85 ASIa = AS^-2-— (9)

2,13 —K^I,^

1 85

для ТГ с номинальным cos ф = 0,8 ASj.H = ASmM ' —-j- (Ю)

где AS&jM - уровень вибрации, измеренный в режиме с произвольными током статора и cos ф, ASa, -уровень вибрации, приведенный к номинальным току статора и cos ф, - значение тока статора в относительных единицах, Кпрф - коэффициент влияния значения cos ф на уровень радиальной вибрации сердечника (рисунок 7).

соэ ф

Рисунок 7

Способ контроля состояния механической системы статора, основанный на использовании параметра поглощения энергии колебаний, позволяет на работающем ТГ получать информацию, характеризующую механическую систему статора в условиях комплексного действия всех эксплуатационных факторов.

Сущность способа заключается в измерении и отслеживании изменений угла отставания оси деформации сердечника статора от вектора импульса силы, вызывающей деформацию. Неизбежные потери энергии колебаний в сердечнике обуславливают отставание его радиальной деформации от сжимающего сердечник импульса силы магнитного поля. На рисунке 8 показана принципиальная схема способа. В виде кольца на рисунке показано поперечное сечение сердечника (1), пунктирной линией показана форма деформации сердечника

а - угол отставания, <! - ось обмотки возбуждения; Бе - вектор результирующего магнитного потока, к - ось деформации сжатия сердечника; и - вектор напряжения на выводах статора; Еб - вектор ЭДС в обмотке статора; Р - угол между осью полюсов ротора и осью деформации сердечника статора; в - угол между осью полюсов ротора и вектором напряжения на выводах статора; 8 - угол между векторами Е8 и и

Угол а, определяется из соотношения:

а = ¡3 - (6 - 90 - 6)

Рисунок 8

Пятая глава посвящена вопросам внедрения разработанных методов вибрационного контроля статоров "ГГ. Рассмотрены уровни вибрационного контроля статоров ТГ, определены требования к аппаратным средствам и к методическому обеспечению, сформулированы задачи совершенствования и развития системы вибрационного мониторинга сгаторов ТГ. Представлены примеры полученных результатов при практическом использовании разработанных методик реализации диагностирования статоров ТГ вибрационным методом.

В заключении обобщены результаты проведенных теоретических, экспериментальных, расчётных исследований и практического применения вибрационного мониторинга статоров ТГ.

В приложениях 1-6 представлены- расчеты соотношений и пространственных положений радиальных и тангенциальных электромаг нитных сил, действующих в ТГ, примеры приведения к номинальному режиму вибрационных параметров статоров ТГ на основе методических разработок, представленных в главе 4 диссертационной работы, обзор результатов вибрационного мониторинга статоров ТГ: акты внедрения вибрационного метода диагностирования статоров ТГ в условиях эксплуатации на электростанциях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Обоснована актуальность и целесообразность развития вибрационного метода диагностирования статоров ТГ Рассматриваемый метод дополняет существовавшие методы контроля и позволяет прямым, а не косвенным способом отслеживать изменения механической системы статора ТГ в эксплуатации. Следствием внедрения вибрационного метода является повышение надёжности работы статоров ТГ, создание объективной основы для принятия решений по продлению срока эксплуатации статора или его замене. 2 Доказана экспериментальными данными и результатами измерений возможность практической реализации вибрационного метода диагностирования статоров ТГ, показана перспективность его развития

3. Выбраны и опробованы при практических измерениях вибрационные параметры, отражающие состояние механической системы статора ТГ.

4. Разработана регрессионная модель, отражающая зависимость вибрации статора от величины тока статора и времени эксплуатации. На ее базе реализована методика приведения параметров вибрации статора, снятых в произвольном режиме работы ТГ, к режиму с номинальным током статора.

5 Исследована зависимость 100-герцовой вибрации сердечника статора двухполюсного ТГ от тока статора и cos q> и выведена формула, с помощью которой вибрация статора с частотой 100Гц, зарегистрированная в произвольном режиме работы ТГ, может бьгть приведена к режиму с номинальным током статора и заданным cos <р. 6. Разработан новый, признанный изобретением, способ контроля состояния механической системы статора, основанный на использовании параметра поглощения энергии колебаний. Способ позволяет на работающем ТГ в условиях комплексного действия всех эксплуатационных факторов получать информацию, характеризующую механическую систему статора.

7. Дана градация возможных уровней системы вибрационного мониторинга статоров в зависимости от степени оснащённости IT средствами контроля вибрации и параметров режима 8 Сформулированы задачи, решение которых позволит в дальнейшем совершенствовать вибрационный метод диагностирования статоров ТГ в условиях эксплуатации.

Разработанные новые технологии реализации вибрационного метода диагностирования статоров ТГ могут найти широкое применение на действующих электростанциях, эффективно способствовать поддержанию работоспособности и продлению срока службы ТГ, а также способствовать решению актуальной для электроэнергетики задачи - переходу к стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования по техническому состоянию.

Исследования по теме диссертационной работы были начаты в инициативном порядке в ОАО "Свердловэлектроремонт" при консул!,тационной и методической поддержке научных работников УГТУ-УПИ , продолжены и завершены на энергетическом факультете ЮРГТУ(НПИ).

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК

1. Григорьев A.B., Константинов А.Г., Осотов В Н, Кожевникова Т.Н, Петрищев JI.C., Самородов Ю.Н., Ямпольский Д.А. Совершенствование системы диагностики турбогенераторов в Свердловэнерго. - Электрические станции, 1997, №6, с 56-63.

2. Григорьев A.B., Осотов В Н, Ямпольский Д.А. О вибрационном контроле состояния статора турбогенератора. - Электрические станции, 1998, № 4, с.55-58.

3. Григорьев A.B., Осотов В Н., Семенов Д.Ю., Ямпольский Д А. Вибродиагностика статоров турбогенераторов в ОАО "Свердловэнерго". - Изв. Вузов. Электромеханика, 1998, № 2-3, с.75-78

4. Григорьев А В, Осотов В Н., Ямпольский Д.А О вибрационном контроле технического состояния статоров турбогенераторов ТГВ-300 - Электрические станции, 1998, № 8, с.27-35.

5. Григорьев A.B., Осотов В.Н, Семёнов Д.Ю., Ямпольский Д А. Пути формализации анализа механического состояния статора по вибрационным параметрам, снятым с корпуса работающего турбогенератора - Изв Вузов. Электромеханика, 1999, № 1, с 18-21

6. Семёнов Д.Ю., Григорьев A.B., Осотов В.Н, Ямпольский Д А Разработка и реализация методов вибродиагностики статоров турбогенераторов в ОАО "Свердловэнерго". - Электрические станции, 2002, № 8, с.49-53

7. Григорьев A.B., Семёнов Д.Ю., Осотов В.Н., Ямпольский Д А Исследование вибромеханических характеристик пакета электротехнической стали и возможностей их использования для контроля прессовки сердечника статора турбогенератора // Электротехника. 2003. № 8. С.36-41.

8. Григорьев A.B., Осотов В Н., Ямпольский Д А. Применение параметра поглощения энергии колебаний для контроля прессовки сердечников статоров турбогенераторов//Электротехника. 2004 №11 С.16-19

9 Григорьев А В., Осотов В.Н., Ямпольский Д.А. Контроль и оценка состояния механической системы статоров турбогенераторов вибрационными методами // Электрические станции. 2006. № 2. С 67-72.

Публикации в дру! их изданиях, патенты и авторские свидетельства

10. Пат 2113754 РФ. Способ контроля прессовки сердечника статора электрической машины / Григорьев A.B., Осотов В.Н., Ямпольский Д.А. //Открытия Изобретения. 1998. № 17.

11. Пат 2155429 РФ Способ контроля прессовки сердечника статора электрической машины / Григорьев A.B., Осотов В.Н, Ямпольский Д.А. //Открытия. Изобретения 2000. №24.

12. Григорьев А В., Осотов В Н., Семёнов Д.Ю, Ямпольский Д А Приведение вибрационных параметров статоров турбогенераторов к условиям работы турбогенераторов в номинальном режиме. - Науч издание. Кибернетика электрических систем: Материалы XXII сессии семинара "Диагностика энергооборудования", Новочеркасск, Ред. журн "Изв Вузов. Электромеханика", 2000, с.17. 13 Григорьев A3., Семёнов Д Ю, Осотов В.Н, Ямпольский ДА. Исследование зависимости вибромеханических свойств модели сердечника статора турбогенератора от давления прессовки. - Новое в российской электроэнергетике,

2002, № 11, с 25-33, http7/www.rao-ees.ru/ru/journal/

14. Пат. 2212751 РФ. Способ контроля прессовки сердечника статора синхронной электрической машины / Григорьев A.B., Осотов В.Н., Семенов Д.Ю., Ямпольский Д.А // Открытия. Изобретения. 2003 № 26.

15 A.V.Grigor"ev, D.YuSemenov, V.NOsotov and D.A Yampol'skn "Monitoring the Pressure Applied to Turbogenerator Stator Cores on the Basis of the Vibrome-chamcal Characteristics " Russian Electrical Engineering Vol. 74, № 8, pp.42-48,

2003. Allerton Press, he./ New York

16. A.V.Grigor'ev, V.N.Osotov and D A.Yampol'skn "Monitoring the Pressing of Turbogenerator Stator Cores on the Basis of Vibrational-Energy Absorption. Russian Electrical Engineering Vol. 75? № 11, pp.20-23,2004 Allerton Press, Inc./ New York

17. Григорьев A.B., Осотов B.H., Ямпольский Д А. Некоторые результаты вибрационного контроля статоров турбогенераторов. - Новое в российской электроэнергетике, 2005, № 3, с 28-34, http://www.rao-ees.ru/ru/joumal/

18 Григорьев А.В, Осотов В.Н Оценка состояния и ресурса работоспособности отдельных узлов турбогенераторов - Сб. докладов технического семинара "Совершенствование организации и повышение надежности турбогенераторов" M, ЦПТИ и ТО ОРГРЭС, 2005, С.88-95.

19. Григорьев А В. Оценка влияния электродинамических сил в двухполюсном синхронном генераторе на вибрацию сердечника статора. // Современные энергетические системы и комплексы и управление ими Материалы VII Меж-дунар науч -практ конф., г.Новочеркасск, 20 апр 2007 г.: В 2 ч. / Юж.-Рос. гос техн ун-т (НПИ) ~ Новочеркасск. ЮРГТУ, 2007 - Ч. 1. - С 45-56 20 Григорьев A.B. Методика учета влияния характера нагрузки двухполюсного турбогенератора на вибрацию сердечника статора. // Современные энергетические системы и комплексы и управление ими. Материалы УП Междунар на-

уч.-практ конф., г Новочеркасск, 20 апр. 2007 г.: В 2 ч / Юж -Рос гос. техн ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - Ч. 1 - С 56 -62

Личный вклад. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат- в [1 - 4, 6] - обобщение практических работ по вибрационному контролю статоров ТГ, формулирование выводов; в [5, 7, 8, 12,13,15 - 16] - постановка задачи, анализ и обобщение результатов, формулировние выводов, в [9, 17, 18] - обоснование актуальности и возможности эффективного использования вибрационных технологий для контроля статоров ТГ; в [10, 11, 14] - формулирование изобретательской идеи, разработка описания и формулы изобретения; во всех указанных работах соискатель так же осуществлял сбор, концентрацию, анализ и обобщение экспериментальной информации.

Григорьев Анатолий Владимирович

АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВИБРАЦИИ СТАТОРОВ

ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ, РАЗВИТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННОГО МЕТОДА ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Автореферат

Подписано в печать 1 б 04 2008 Формат 60x84'/и Бумага офсетная Ризография Уел печ л 1,0 Уч -изд. л 1,27 Тираж 100 экз Заказ 362

Типография ЮРГТУ(НПИ) 346428, г Новочеркасск, ул Просвещения, 132 Тел, факс (863-52) 5-53-03