О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1
Saved in:
| Published in: | Гідроенергетика України |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38754 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 / Ю.В. Савченко // Гідроенергетика України. — 2010. — № 4. — С. 20-24. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860107222035464192 |
|---|---|
| author | Савченко, Ю.В. |
| author_facet | Савченко, Ю.В. |
| citation_txt | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 / Ю.В. Савченко // Гідроенергетика України. — 2010. — № 4. — С. 20-24. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Гідроенергетика України |
| first_indexed | 2025-12-07T17:32:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
Н А У К А — Н А У К О В О 3 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 4/2010, ISSN 1812�92772020
НН
а Днепровской ГЭС#1
эксплуатируются де#
вять гидроагрегатов:
три — установленной мощнос#
тью 65 МВт (Г1—Г3) и шесть — 72 МВт (Г4—Г9).
Компоновка гидроагрегатов — вертикальные,
подвесного типа, трехвальные, с радиально — осе#
выми турбинами.
Гидроагрегаты Г1—Г3 с гидротурбинами F#193
Newport News и генераторами АТ#1 General
Electric (США) были введены в эксплуатацию в
1947 г., Г4—Г9 с гидротурбинами РО#123 Ленин#
градского металлического завода и генераторами
СВ 1160/180#72 Ленинградского ПО "Электроси#
ла" введены в эксплуатацию в 1948 — 1950 г.г.
В ходе послевоенного восстановления Дне#
проГЭС гидроагрегаты Г1—Г3 монтировались
первыми и изначально имели подпятники диско#
вого типа с неподвижным диском на пружинном
основании. Опыт последующей эксплуатации по#
казал их крайнюю ненадежность (за период 1947
—1954 гг. зафиксировано неоднократное разру#
шение баббитового слоя дисков, требовавшее
длительного восстановительного ремонта).
На гидроагрегатах Г4—Г9 были применены
подпятники на жестком опирании с десятью сег#
ментами, имевшими баббитовую поверхность
трения, разработанные ПО "Электросила". В кон#
струкции таких подпятнитиков (Рис. 1) вес вра#
щающихся частей гидроагрегата и гидравличес#
кие усилия турбины передаются на фундамент ге#
нератора через разрезную кольцевую шпонку,
расположенную в канавке вала ротора, цельную
втулку подпятника, посаженную с определенным
натягом на вал, зеркальный диск, сегменты и уп#
ругие опоры, установленные на сферическх по#
верхностях болтов. В 1954—1955 гг. такие подпят#
ники были установлены и на Г1—Г3, что сущест#
венно увеличило эксплуатационную надежность
гидроагрегатов.
С учетом прогрессивных тенденций в разра#
ботке гидроэнергетического оборудования, имею#
щихся в СССР в начале 1980#х годов, на подпятни#
ках гидроагрегатов ДнепроГЭС#1 сегменты, имев#
шие баббитовую поверхность трения, были заме#
нены сегментами с металлофторопластовым по#
крытием, что значительно повысило эксплуатаци#
онные качества и надежность гидроагрегатов.
В мае 1983 г. на гидроагрегате № 7 (эксплуа#
тируется с 1949 г.) персоналом ДГЭС была выяв#
лена трещина вала ротора с раскрытием по пери#
метру на 130° в сечении шпоночной канавки
втулки подпятника. Отломок вала впоследствии
был закреплен с помощью высокопрочных бол#
тов; отремонтированный гидроагрегат в таком ви#
де эксплуатируется в настоящее время [2]. Анало#
гичный дефект проявился в 1990#х годах и на ги#
дроагрегате Усть#Каменогорской ГЭС, имеющем
сходные конструкцию и ресурс.
Продолжением энергетической политики
СССР начала 90#х годов явилась реализация
предложений НПО "ЦКТИ" по увеличению мощ#
ности гидроагрегатов ДнепроГЭС#1 путем под#
резки сбегающих кромок лопастей рабочих колес
гидротурбин, при этом максимальная мощность
гидроагрегатов Г4, Г8, Г9 увеличивалась с 72 до
80 МВт. Работы по форсировке гидротурбин про#
водились в условиях ГЭС, без последующей ба#
лансировки рабочих колес.
О ПОДПЯТНИКАХ ГИДРОАГРЕГАТОВ
ДНЕПРОВСКОЙ ГЭС�1
САВЧЕНКО Ю.В., инженер, нач. ПТО, Днепровская ГЭС,
Рис. 1. Втулка подпятника конструкции ПО "Электросила",
1 — вал ротора, 2 — втулка, 3 — диск,
4 — кольцевая шпонка, 5 — шпонка
Гідроенергетика України, 4/2010, ISSN 1812�9277 2121
Н А У К А — Н А У К О В О 3 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Приведенные выше факторы были учтены
при подготовке первого этапа реконструкции
ДнепроГЭС#1 (1997 — 2001 гг.), в объем которой
входили замена гидротурбин и реконструкция ге#
нераторов Г4—Г9. Реконструкция генераторов
включала в себя переизолировку полюсов ротора,
замену системы возбуждения, защит, агрегатного
контроля, замену сегментов подшипников и при#
менение подпятника новой конструкции.
Исходя из требований Днепровской ГЭС,
специалистами ГП "Электротяжмаш" была разра#
ботана оригинальная конструкция подпятника
(Рис. 2), в которой фиксация втулки производи#
лась не разрезной кольцевой шпонкой в верхней
канавке вала (предполагалось, что величина оста#
точных напряжений в этом месте за период экс#
плуатации превысила допустимые пределы), а с
помощью конструктивного элемента самой втул#
ки — бурта, сопрягаемого с нижней канавкой вала
ротора, используемой только при монтажных ра#
ботах и не подвергавшейся эксплуатационным
нагрузкам. При этом втулка подпятника выпол#
нена разъемной в вертикальной плоскости.
Данное техническое решение теоретически
позволяло продлить ресурс вала ротора, но в ходе
последующей эксплуатации таких подпятников
возник ряд проблем, без решения которых в бли#
жайшей перспективе возрастала вероятность се#
рьезных отказов в работе реконструированных
гидроагрегатов ДнепроГЭС#1.
Впервые подпятник новой конструкции был
применен на гидроагрегате № 5 ДнепроГЭС#1,
введенном в эксплуатацию после реконструкции
в июле 1998 г.
Через 18 месяцев работы, в феврале 2000 г.
было выявлено разрушение восьми из десяти уп#
ругих опор подпятника (усталостные трещины),
опоры были заменены. При этом, в ходе ремонта
были обнаружены следы электроконтактной кор#
розии в местах посадки втулки на вал, свидетель#
ствующие о неплотной фиксации втулки, и вы#
сказано предположение, что вероятной причиной
усталостного разрушения опор является увели#
ченное осевое биение зеркальной поверхности
диска вследствие деформации втулки под нагруз#
кой. Следует отметить, что части корпуса разъем#
ной втулки подпятника Г#5 стягивались между
собой с помощью тангенциальных шпилек, уста#
навливаемых в отверстия корпуса со значитель#
ным зазором, такая конструкция не могла обес#
печить необходимую жесткость фиксации втулки
на валу ротора и допускала взаимное перемеще#
ние частей корпуса втулки.
Впоследствии, для гидроагрегатов Г4—Г9
конструкция разъемной втулки подпятника была
доработана — сборка частей корпуса втулки про#
изводится с применением призонных шпилек, за#
тягиваемых в определенной последовательности,
что в значительной степени увеличивает надеж#
ность посадки втулки на вал.
В июле 2001 г. было выявлено усталостное
разрушение всех десяти опор подпятника Г#5.
Анализ профиля поверхности втулки, сопрягае#
мой с диском, проведенный с помощью индикато#
ра часового типа, показал наличие волнообраз#
ных макронеровностей с амплитудой до 0,29 мм,
ориентированных вдоль плоскости разъема втул#
ки. Для компенсации искажения поверхности
диска в стеклотекстолитовой прокладке между
диском и втулкой по рекомендации [1, с. 170]
вдоль плоскости разъема была выполнена впади#
на, позволившая уменьшить "волну" зеркала до
приемлемых 0,1 мм.
В июне 2006 г. при плановом капитальном ре#
монте гидроагрегата № 5 было выявлено разру#
шение двух опорных тарелок подпятника, разру#
шение стеклотекстолитовой прокладки диска, по#
следующие замеры показали недопустимую вели#
чину макронеровностей поверхностей диска и
втулки, ослабление посадки втулки на вал. По
совместному решению ОАО "Укргидроэнерго" и
Рис. 2. Втулка подпятника конструкции ГП "Электротяжмаш",
1 — вал ротора, 2 — половины втулка, 3 — диск,
4 — стяжные шпильки, 5 — шпонка
Н А У К А — Н А У К О В О 3 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 4/2010, ISSN 1812�92772222
ГП "Электротяжмаш" диск и втулка были под#
вергнуты восстановлению в заводских условиях,
причем, втулка для обеспечения надежной посад#
ки на вал и увеличения жесткости доработана пу#
тем наплавки и расточки посадочных поясков, а
соединение частей корпуса выполнено на призон#
ных шпильках. Для компенсации деформации
диска вследствие неравномерной жесткости втул#
ки между диском и втулкой по рекомендации [1,
с. 169 — 170] проложена прокладка из калибро#
ванного электрокартона с зазором вдоль разъема
втулки. В результате проведенных мероприятий
до настоящего времени гидроагрегат № 5 работа#
ет с приемлемыми показателями биения диска
подпятника и вибрации опорных частей.
Следует отметить, что во всех случаях разру#
шение упругих опор подпятника Г#5 не сопровож#
далось каким — либо существенным изменением
вибрационного состояния гидроагрегата.
С момента проявления нарушений в работе
подпятника Г#5 предпринимались шаги для выяв#
ления и устранения их причин.
Так, в 2001 г., после замены упругих опор, си#
лами ООО "Элта#Инжиниринг" было проведено
исследование работы подпятника гидроагрегата
№ 5, при этом напряженное состояние упругих
опор оценивалось тензометрическим методом в
различных режимах работы гидроагрегата. По ре#
зультатам исследования было установлено нали#
чие четырех максимумов механических напряже#
ний в опорах подпятника за один оборот ротора,
причем, наибольшую амплитуду напряжений
имела четвертая гармоника оборотной частоты, а
пульсирующая составляющая нагрузки на опоры
составляла порядка 6,5…8% полной нагрузки.
В марте 2006 г. персоналом ДГЭС при учас#
тии автора статьи была произведена запись бие#
ния поверхности трения диска подпятника с по#
следующим разложением на гармонические со#
ставляющие по методу Фурье, обработкой и ана#
лизом результатов. Запись производилась с помо#
щью стационарной системы вибромониторинга
Bently Nevada.
Исследования проводились при двух нагру#
зочных режимах гидроагрегата — генераторном с
Р=53 МВт (Рис. 3) и режиме синхронного ком#
пенсатора с рабочим колесом гидротурбины, ос#
вобожденным от воды (Рис. 4).
В результате обработки полученных данных
путем вычитания из суммарной функции биения
диска первой гармоники (биения от неперпенди#
кулярности диска) удалось выделить "чистую"
профилограмму поверхности трения диска под#
пятника и сопоставить профили диска в различ#
ных режимах (Рис. 5).
Рис. 3. Биение диска подпятника Г55 при нагрузке Р=53 МВт
Рис. 4. Биение диска подпятника Г55 в режиме СК
Рис. 5. Биение диска подпятника Г55 (чистый профиль)
в различных режимах
Рис. 6. Гармонические составляющие биения диска подпятника Г55
Гідроенергетика України, 4/2010, ISSN 1812�9277 2323
Н А У К А — Н А У К О В О 3 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Анализ профиля диска для различных нагру#
зочных режимов показывает его незначительное
изменение по амплитуде и фазе колебаний, что
позволяет сделать вывод о минимальном влия#
нии упругой деформации системы "втулка — диск
— опоры" под действием реакции воды в гидро#
турбине на характер искажения профиля диска.
Анализ амплитудных и фазовых характерис#
тик гармонических составляющих "чистого" про#
филя поверхности диска подпятника показывает,
что наибольшую двойную амплитуду имеют вто#
рая и четвертая гармоники оборотной частоты ги#
дроагрегата (Рис. 6), сдвиг фазы второй гармони#
ческой составляющей относительно точки начала
отсчета составляет около 45°, что соответствует
расположению плоскости разъема втулки, а раз#
ность фаз в 30° между нисходящими ветвями вто#
рой и четвертой гармоник показывает, что по#
верхность диска имеет сложную пространствен#
ную форму, конфигурация которой определен#
ным образом связана с неравномерной жесткос#
тью втулки по горизонтальным осям.
Полученные данные вполне корреспондиру#
ются с результатами исследования ООО "Элта#
Инжиниринг" в части спектрального состава воз#
мущающих воздействий на опоры подпятника.
По нашему мнению, одной из причин форми#
рования такого профиля поверхности трения
диска могла быть пластическая деформация дис#
ка при первоначальном нагружении подпятника
после его замены вследствие неравномерной же#
сткости втулки.
Причиной деформации опорной поверхности
втулки может также служить нарушение кругло#
сти посадочного отверстия втулки вследствие не#
полного смыкания частей корпуса при затяжке
крепежных шпилек.
Вопросы влияния неровности зеркальной по#
верхности диска подпятника на надежность и
долговечность работы подпятника подробно рас#
смотрены в работе [1, С. 146 — 174]. Помимо со#
здания пульсирующих нагрузок на сегменты и
опоры подпятника при работе гидроагрегата, при#
водящих к преждевременному износу поверхнос#
тей трения сегментов и накоплению усталостных
напряжений в упругих опорах, наличие макроне#
ровностей поверхности трения диска существен#
но ухудшает качество распределения нагрузки на
опоры [1, С. 212 — 218]. Ввиду значимости дан#
ной проблемы параметры неровности зеркальной
поверхности диска жестко регламентируются в
нормативных документах: в соответствии с дейст#
вующими на Украине РД 34.31.501#88 [3] и в Рос#
сийской Федерации — РД 34.31.501#97 макроне#
ровность зеркальной поверхности диска в на#
правлении вращения, вызванная совместным
влиянием профиля поверхности и неперпендику#
лярности диска для подпятников с ЭМП#сегмен#
тами не должна превышать 0,12 мм.
В настоящее время специалистами ОАО
"Укргидроэнерго" обсуждаются возможные на#
правления реконструкции гидроагрегатов Г1—Г3
с целью продления их ресурса и увеличения но#
минальной мощности с 65 МВт до 72 МВт. Ввиду
длительного срока службы — более шестидесяти
лет — эти гидроагрегаты эксплуатируются в ща#
дящем режиме.
В объем реконструкции гидроагрегата пред#
полагается включить:
# замену гидротурбины (прорабатывался
вариант использования гидротурбины типа
РО#45#В#545, аналогичной установленным на
Г4—Г9);
# замену обмотки статора генератора (как вари#
ант — замена статора с применением неразъемной
конструкции сердечника и волновой обмотки);
# реконструкцию полюсов ротора с восстанов#
лением демпферной обмотки;
# реконструкцию механической части генера#
тора, в частности, замену подшипников и систе#
мы торможения.
В этой связи особенно актуальным является
вопрос реконструкции узлов подпятников Г1—Г3.
Срок эксплуатации подпятников этих гидро#
агрегатов превышает 55 лет, при этом, конструк#
ция оголовка вала ротора General Electric (Рис. 7)
отличается от вала ПО "Электросила" большей
толщиной стенки вала и, следовательно, меньши#
ми эксплуатационными напряжениями.
В результате проведения реконструкции ре#
сурс Г1—Г3 может быть продлен на 20…30 лет,
мощность увеличена до 72 МВт и эти гидроагре#
гаты могут быть активно использованы в системе
АРЧМ. Следствием этого будет значительное
увеличение динамических нагрузок на вал рото#
Рис. 7. Сравнение конструкции вала ротора ПО "Электросила"
и General Electric
Н А У К А — Н А У К О В О 3 Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 4/2010, ISSN 1812�92772424
ра, что повлечет за собой накопление остаточных
напряжений в материале вала и увеличит вероят#
ность его разрушения.
При этом видится несколько возможных под#
ходов к решению проблемы подпятников Г1—Г3:
1. Радикальный — полная замена ротора и
подпятника генератора с сохранением конструк#
ции подпятника, аналогичной существующей.
2. Минимальный — используются существу#
ющие подпятники с заменой опорных тарелок и
сегментов (применяется двухслойная конструк#
ция сегментов), при необходимости, заменяется
диск подпятника.
3. Оптимальный — после обследования со#
храняется существующий вал ротора, в подпят#
нике применяется втулка новой конструкции
(Рис. 8) с замыканием на монтажную канавку ва#
ла, конструкция опорных частей подпятника ана#
логична примененной на Г4—Г9.
Особенностью рассматриваемого возможно#
го варианта конструкции втулки подпятника яв#
ляется применение неразъемной литой втулки 6,
посаженной с натягом на вал ротора 1, и разъем#
ной малой втулки 2, посадка которой обеспечива#
ется за счет стягивания половин втулки шпилька#
ми, причем, бурт малой втулки входит в монтаж#
ную канавку вала ротора и воспринимает верти#
кальную нагрузку на подпятник.
Такая конструкция за счет повышенной жес#
кости неразъемной втулки существенно умень#
шает вероятность деформации диска подпятника
и, в то же время, обеспечивает нагружение вала
через ранее не использовавшуюся монтажную ка#
навку. В этом случае реализуются преимущества
и конструкции подпятника ПО "Электросила", и
ГП "Электротяжмаш".
Очевидно, что рассматриваемые варианты
подходов к замене подпятников при реконструк#
ции Г1—Г3 требуют детальной технико# экономи#
ческой проработки.
Выводы
1. Опыт эксплуатации различных конструк#
ций подпятников гидрогенераторов Днепров#
ской ГЭС позволяет выработать оптимальный
подход к выбору конструкции подпятника при
последующей модернизации генератора.
2. Превышение величины макронеровности
опорных поверхностей втулки и диска подпятни#
ка по сравнению с нормативными значениями по#
мимо возникновения пульсирующих нагрузок на
сегменты и опоры, вызывающих преждевремен#
ные усталостные разрушения деталей, приводит
к снижению точности распределения нагрузки на
опоры подпятника.
3. Подпятники с традиционной конструкцией
неразъемной втулки имеют более высокие пока#
затели надежности и долговечности.
4. При реконструкции гидрогенераторов АТ#1
General Electric ДнепроГЭС#1 существует не#
сколько вариантов решения проблемы замены
подпятников.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров А.Е. Подпятники гидроагрегатов.—М.:
Энергия, 1975. — 289 с.
2. Попов А.И., Вайн В.А. О влиянии плотности посадки
опорной втулки подпятника подвесного агрегата на его рабо#
тоспособность//Гидротехническое строительство. — 1990 —
№ 6. — С. 31—33.
3. Методические указания по эксплуатации подпятни#
ков вертикальных гидротурбинных агрегатов (гидроагрега#
тов) РД 34.31.501#88. М. : — Союзтехэнерго, 1989. — 24 с.
© Савченко Ю.В., 2010
�
Рис. 8. Возможный вариант конструкции втулки подпятника
ДнепроГЭС51 : 1 — вал ротора, 2 — половины втулка, 3 — диск,
4 — стяжные шпильки, 5 — шпонка, 6 — большая втулка
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-38754 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1812-9277 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:32:20Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Савченко, Ю.В. 2012-11-21T16:35:05Z 2012-11-21T16:35:05Z 2010 О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 / Ю.В. Савченко // Гідроенергетика України. — 2010. — № 4. — С. 20-24. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1812-9277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38754 ru Інститут електродинаміки НАН України Гідроенергетика України Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 Article published earlier |
| spellingShingle | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 Савченко, Ю.В. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| title | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 |
| title_full | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 |
| title_fullStr | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 |
| title_full_unstemmed | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 |
| title_short | О подпятниках гидроагрегатов Днепровской ГЭС-1 |
| title_sort | о подпятниках гидроагрегатов днепровской гэс-1 |
| topic | Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| topic_facet | Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38754 |
| work_keys_str_mv | AT savčenkoûv opodpâtnikahgidroagregatovdneprovskoigés1 |