Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Автоколебания и субгармонические вибрации. Часть 1. Причины возникновения низкочастотной вибрации

А. И. КУМЕНКО

Аннотация


Даны краткий обзор, терминология и основные понятия в области низкочастотной вибрации, обсуждаются различные причины потери устойчивости, в том числе: - аэрогидродинамическое возбуждение автоколебаний роторов от действия аэродинамических возмущающих сил в ступенях и уплотнениях турбин; - гидродинамическое возбуждение в масляной плёнке различных типов подшипников в условиях технологических отклонений, потеря устойчивости при действии сил внутреннего трения и конструкционного демпфирования. По сравнению с предыдущими работами учтены существенные, ранее упускаемые факторы, влияющие на низкочастотную вибрацию, в том числе угловые коэффициенты жёсткости и демпфирования масляной плёнки, параметры устойчивости введены как функции расхода пара. Введено понятие зона потери устойчивости в нижней части кривой всплытия при больших нагруженностях и др. Дана оценка и выполнено сопоставление наиболее важных параметров, влияющих на возникновение низкочастотной вибрации. Показаны особенности возникновения и действия аэростатических и аэродинамических сил в регулирующей ступени турбин с сопловым парораспределением. Отмечено, что аэродинамические силы, возмущающие автоколебания в регулирующей ступени, при традиционной системе парораспределения вначале растут с уменьшением расхода пара, так как мощность регулирующей ступени растёт со снижением расхода прикрытием третьего и четвертого клапанов. Затем, когда начинают закрываться первые два клапана, возмущающие силы начинают падать. А поскольку доля возмущающих сил может достигать 30 % и даже быть больше названного значения, то суммарные возмущающие силы в цилиндре высокого давления изменяются не пропорционально расходу пара. Рассмотрены некоторые другие причины возникновения низкочастотной вибрации субгармонического характера. Статья преследует три цели: 1) помочь понять, почему и как необходимо обеспечивать на стадиях проектирования и эксплуатации устойчивость роторных систем и предотвращать низкочастотную вибрацию различного вида. Показано, что для этого, прежде всего, необходимо выполнить расчёты комплексных частот и форм колебаний валопроводов, обеспечить отстройку валопровода от опасных зон и при варьировании ряда параметров определить и обеспечить запасы устойчивости по частоте вращения и по расходу рабочего тела; 2) для эффективного создания подсистемы диагностики низкочастотной вибрации необходимо разобрать детально, по частям, причины её появления и предусмотреть установку полной системы датчиков вала, которые в случае динамически жёстких опор дадут более надёжную информацию о развитии низкочастотной вибрации, чем датчики абсолютной вибрации опор. Причём здесь представлена только лишь часть технологии её контроля; 3) предложить эффективные и короткие пути устранения низкочастотной вибрации при её возникновении на конкретном турбоагрегате.

Ключевые слова


low-frequency vibration; subharmonic vibrations; hysteresis; turbine unit; oil film; bearing; ellipticity; hydrodynamic disturbing forces; structural damping; aerodynamic disturbing forces; stability limit in terms of rotation frequency; stability limit in terms of the flow rate of the working medium

Полный текст:

PDF

Литература


Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 476 с.

РТМ 108.021.05-82. Турбины паровые стационарные. Методы предотвращения низкочастотной вибрации валопроводов энергетических турбин / В. И. Олимпиев, Л. Г. Крупский, А. И. Смирный и др. - Л.: НПО ЦКТИ, 1982. - 12 с.

Рунов Б. Т. Исследование и устранение вибрации паровых турбоагрегатов. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 352 с.

Гольдин А. С. Вибрация роторных машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 344 с.

Биялт М. А., Кистойчев А. В. Анализ причин возникновения НЧВ на опорах роторных машин с гибкой муфтой: В сб. докл. "Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностики оборудования электрических станций". - М.: ВТИ, 2013. С. 127 - 134.

Миндрин В. И., Пачурин Г. В., Ребрушкин М. Н. Причины и снижение низко- и высокочастотной вибрации энергетических машин // Современные наукоёмкие технологии. 2015. № 4. С. 89 - 94.

Миндрин В. И., Пачурин Г. В., Ребрушкин М. Н. Вибрационная безопасность энергетических машин: В кн. "Актуальные вопросы технических наук: теоретический и практический аспекты". Коллективная монография. Вып. 9. Под ред. М. З. Закирова. - Уфа: Аэтерна, 2019. - 111 с.

Луполо О. А., Молчанов А. А., Куменко А. И. О низкочастотной вибрации приводных турбин ОР-12ПМ КТЗ // Энергетик. 1991. № 6. С. 24 - 26.

Ильичёв В. Ю., Ямпольский И. Д. Исследование сил и моментов в соединении резинопальцевой муфты при расцентровке осей валов / Математическое моделирование сложных технических систем: сб. статей. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. - 136 с.

Ильичев В. Ю. Насонов Д. А. Экспериментально-аналитическое исследование и коррекция статических и динамических характеристик резинопальцевых муфт // Изв. Тульского гос. ун-та. Технические науки. Вып. 3. 2011. С. 46 - 52.

Костюк А. Г., Некрасов А. Л., Куменко А. И. Анализ субгармонических колебаний систем "ротор - подшипники скольжения" // Теплоэнергетика. 1998. № 1. С. 10 - 15.

Adams M. L. Non-linear dynamics of flexible multi-bearing rotors // Journal of Sound and Vibration. 1980. Vol. 71. Is. 1. P. 129 - 144.

Bently D. E., Hatch Ch. T. Fundamentals of rotating Machinery Diagnostics. - New York: Edited by Bob Grissom, 2002. - 726 p.

Childs D. Turbomachinery Rotordynamics: Phenomena, Modeling and Analysis. - New York, Edition by Dara Childs, 1993. - 651 p.

Agnieszka (Agnes) Muszynska. Rotordynamics. - London-New York: LLC CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, 2010. - 1240 p.

Капица П. Л. Устойчивость и переход через критические числа оборотов быстро вращающихся валов при наличии трения // ЖТФ. 1939. Т. IX. Вып. 2. С. 124 - 147.

Васильев В. А., Ницкий А. Ю. Частотные характеристики и вынужденные колебания питательных насосов ПН-1500-350: В сб. докл. "Проблемы вибрации, виброналадки, вибромониторинга и диагностики оборудования электрических станций". - М.: ВТИ, 2017. С. 218 - 225.

Vasilyev V. A. Numerical and experimental study of fluid dynamic coefficients in smooth and grooved annular seals and investigation of flow induced self-excited rotor oscillations in high-capacity feed pumps / V. A. Vasilyev, A. Yu. Nitskiy, M. V. Kraposhin // Pump Users International Forum. 2012. P. 61 - 71.

Куменко А. И., Тимин А. В. Учёт влияния качества сборки на ресурс соединений роторов турбоагрегатов / Материалы V междунар. науч.-техн. семинара "Современные технологии сборки" 19 - 20 октября 2017 г. - М.: Московский политехнический университет (МАМИ). С. 200 - 206.

Куменко А. И. Влияние статических сил в парциальной ступени на устойчивость и параметры сборки цилиндров высокого давления мощной турбомашины // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2001. № 6. С. 12 - 18.

Куменко А. И. Проблемы обеспечения надёжности турбоагрегатов и пути их решения при ремонте турбоагрегатов: В сб. докл. "Ремонт и техническое обслуживания оборудования электрических станций". - М.: ВТИ. 2019. С. 251 - 256.

Куменко А. И. Низкочастотная вибрация роторов турбин, её причины, методы диагностирования и устранения. // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2006. № 4. С. 24 - 28.

Воскресенский В. А., Дьяков В. И., Зиле А. З. Расчёт и проектирование опор жидкостного трения. Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 232 с.

Куменко А. И., Кузьминых Н. Ю. Моделирование статических характеристик подшипников скольжения для крупных энергетических турбоагрегатов // Надёжность и безопасность энергетики. 2016. № 1 (32). С. 24 - 29.

Чистов А. А. Исследование аэродинамических сил, вызывающих автоколебания ротора, выработка рекомендаций по повышению виброустойчивости без снижения экономичности / Дис.. канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 1993. - 191 с.

Коновалов Р. Н. Экспериментальные исследования расходных и динамических характеристик уплотнений для ступени с полным и парциальным подводом пара / Дис.. канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 2003. - 169 с.

Костюк А. Г. Колебания паровых турбоагрегатов: В кн. Вибрации в технике. Справочник Т. 3. Под ред. Ф. М. Диментберга и К. С. Колесникова. - М.: Машиностроение, 1980. С. 300 - 322.

Буглаев В. Т. Модернизация диафрагменных уплотнений цилиндра высокого давления турбины К-500-5,9/3000 / В. Т. Буглаев, В. Т. Перевезенцев, A. Л. Карташов и др. // Энергетические машины и установки. 2009. № 1. С. 46 - 50.

Костюк А. Г. Выбор лабиринтных уплотнений в паровых турбинах // Теплоэнергетика. 2015. № 1. С. 17 - 21.

Неуймин В. М. Эффективность лабиринтных уплотнений проточных частей паровых турбин электростанций России // Библиотечка электротехника. 2021. № 3 (267). - 80 с.

Позняк Э. Л. Колебания роторов: В кн. Вибрация в технике. Справочник. Т. 3. Под ред. Ф. М. Диментберга и К. С. Колесникова. - М.: Машиностроение, 1980. С. 130 - 189.

Костюк А. Г., Булкин А. Е., Трухний А. Д. Паровые турбины и газотурбинные установки для электростанций. - М.: Издательский дом МЭИ, 2018. - 557 с.

Костюк А. Г., Шатохин В. Ф., Волоховская О. А. Особенности движения ротора с задеванием о статор // Теплоэнергетика. 2013. № 9. С. 21 - 27.

Лисянский А. С. Создание малоопорной конструкции валопроводов мощных паровых турбин / А. С. Лисянский, М. И. Шкляров, Е. М. Сухоруков и др. // Электрические станции. 2007. № 12. С. 52 - 58.




DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.62.17.004

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© 1998 — 2021 НТФ «Энергопрогресс»


Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetick@mail.ru, energetik@energy-journals.ru

 

Наши партнеры

              

Выставки: