Приборы для контроля макронеровностей рабочей поверхности дисков подпятников и уклона вала гидроагрегатов ГЭС

В статье приводятся сведения о приборах для измерений профиля зеркального диска подпятника и уклона вала гидроагрегатов. Разработки Института физики Земли РАН прошли многолетние испытания на Загорской гидроаккумулирующей электростанции во время проведения плановых ремонтов и технических осмотров роторов гидроагрегатов. В настоящей статье приводятся краткие сведения о приборах и примеры результатов их применения.

Кл. сл. : гидроэлектростанция, гидроагрегат, уклон вала, диск, профиль поверхности

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В процессе эксплуатации и при проведении ремонтных работ агрегатов гидроэлектростанций возникает необходимость определения с высокой точностью пространственного положения вала гидроагрегата и оценки состояния зеркальной поверхности диска подпятника (рис. 1).

Рис. 1. Гидроагрегат зонтичного типа

В результате измерения радиального и продольного (вдоль окружности) рельефов зеркального диска во время текущих ремонтов возможно выявить степень износа и шероховатость поверхности опорного диска гидроагрегатов зонтичного типа. Определение пространственного положения вала гидроагрегата позволяет оценить величину и направление наклона вала, сделать выводы о динамике их изменения. Указанные обследования гидроагрегатов позволяют своевременно принять решение о проведении необходимых ремонтных и регулировочных работ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Хронология работы

В течение 2007–2011 гг. были завершены методические и опытно-конструкторские разработки высокоточных приборов для контроля и выставки с требуемой нормативными документами точностью ответственных геометрических параметров узлов гидроагрегатов — вала и зеркального диска подпятника [1, 2]. Результаты этих работ докладывались на конференциях РусГидро [3].

В течение 2005–2015 гг. на Загорской ГАЭС велась опытная эксплуатация нескольких вариантов приборов. Измерения проводились как на собранных агрегатах во время текущих ремонтов, так и во время капитальных и расширенных ремонтов с разборкой агрегата. Ежегодные измерения геометрических параметров гидроагрегатов позволяют отследить динамику их изменения и своевременно принять решение о необходимости регулировки.

Основные технические характеристики комплекса

Входящая в состав комплекса аппаратура позволяет измерять следующие параметры:

• •    уклоны вала с точностью 1" (0.005 мм/м) в диапазоне ± 3º дуги — датчик уклона УД с магнитным прижимом к поверхности вала;

• •    макронеровности зеркального диска подпятника (волнистость и радиальная выработка диска) в потолочном и напольном режимах с точностью 1 мкм в диапазоне ± 3 мм — профилемер ПФМ;

• •    шероховатости зеркальных поверхностей дисков подпятников гидроагрегатов — для проверки был выбран промышленный датчик ДШМА-50 (изготовитель СКБ "Микроавтоматика", г. Пенза); диапазон измерений:

по параметру Ra                 0.04–12.5 мкм по параметру Rz                  0.16–50 мкм

После доработки (оснащения датчика ДШМА-50 магнитным прижимом, чтобы создать стабиль-

Рис. 2. Измерение волнистости диска подпятника на Загорской ГАЭС

Рис. 3. Сравнение волнистости зеркальной поверхности диска подпятника А2 после затяжки прижимных болтов с усилием 100 Н·м (1), 150 Н·м (2) и с максимальным усилием (3).

По вертикальной оси — микроны, по горизонтальной — развертка диска по окружности в градусах дуги ное, рекомендуемое изготовителем прижимное усилие на чувствительный элемент датчика) стало возможно проводить измерения на плоскостях, имеющих любой наклон к горизонту.

Процесс измерения параметров гидроагрегата каждым датчиком, включая экспресс-обработку на компьютере, занимает не более 2–3 ч при участии двух сотрудников. Получаемая информация оперативно передается техническим службам гидроэлектростанции.

Практические результаты

На рис. 2 показан профилемер ПФМ, подготовленный для измерения волнистости и радиальной выработки зеркальной поверхности диска подпятника гидроагрегата во время расширенного ремонта. Результаты измерений волнистости представляются в виде развертки по окружности диска, как показано на рис. 3. На этой диаграмме показана волнистость диска при различных усилиях затяжки регулировочных болтов на монтаже агрегата: при затяжке 100 Н·м — 49.34 мкм, при затяжке 150 Н·м — 84.24 мкм и при максимальной затяжке — 55.14 мкм.

Минимальный размах волны — при рекомендуемой изготовителем гидроагрегата затяжке регулировочных болтов с усилием 100 Н·м.

Анализ конусности в радиальном направлении показал, что с увеличением усилия затяжки болтов конусность уменьшается. При затяжке с усилием 100 Н·м конусность составила 216" (1.048 мм/м), 150 Н·м — 173" (0.835 мм/м), при максимальной затяжке — 169" (0.821 мм/м). Усиление затяжки болтов приводит к "распрямлению" конуса.

Измерения уклона вала гидроагрегата можно проводить во время любого его останова на непродолжительное время, порядка 1–2 ч, причем как при распущенных турбинном и генераторном подшипниках, так и в маяках. Как показал опыт работ, значения уклонов валов для разных условий могут отличаться не более чем на величину 0.1 мм/м. Результаты измерений уклонов валов гидроагрегатов обычно представляются в виде векторных диаграмм, показывающих амплитуду и азимут наклона оси вала (рис. 4).

Рис. 4. Представление результата измерения уклона вала гидроагрегата: уклон вала агрегата А5 по данным измерений 11.02.2015.

Уклон вала — 0.485 мм/м, направление уклона — 27º от НБ к ЛБ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы к настоящему времени:

• -    предложен комплект отечественной аппаратуры, обеспечивающий требуемую точность измерений и в тоже время компактный, легкий и удобный в эксплуатации;

• -    разработан комплекс программных средств, позволяющий оперативно обрабатывать собранную информацию и отображать в виде наглядных диаграмм результаты измерений;

• -    изготовлена автоматизированная система регистрации информации, поступающей с датчиков;

• -    изготовлены рабочие чертежи приборов с помощью программы "Компас v. 13" для передачи в мелкосерийное производство.

Последняя версия профилемера ПФМ-У не требует для проведения измерений установки гидроагрегата на тормоза и выемки опорных сегментов, что позволяет измерять геометрические характеристики зеркального диска подпятника и в нагруженном состоянии, а также существенно сократить время измерения и трудоемкость подготовки рабочего пространства для проведения измерений на зеркальном диске. Усовершенствованный вариант измерителя уклонов УД снабжен са-моцентрирующимся магнитным прижимом к валу, что автоматически обеспечивает надежный контакт трех опорных ножек прибора с поверхностью вала. Обе приборные разработки запатентованы.

ИФЗ РАН подготовил сотрудников ООО "Петрол спринг" (соавтор разработок и изготовитель приборов) для проведения вышеуказанных работ на объектах гидроэнергетики и оказывает им содействие в выполнении работ.