Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів
Розглянуто розроблені розрахунково-експериментальні методи та засоби діагностування вібраційного стану, термоміцності, тріщиностійкості та ресурсу відповідальних вузлів енергетичних агрегатів. Наведено приклади використання створених сучасних автоматизованих стаціонарних систем та мобільних засоб...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вісник НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73433 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів / М.Г. Шульженко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 12. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859482647267377152 |
|---|---|
| author | Шульженко, М.Г. |
| author_facet | Шульженко, М.Г. |
| citation_txt | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів / М.Г. Шульженко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 12. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Розглянуто розроблені розрахунково-експериментальні методи та засоби
діагностування вібраційного стану, термоміцності, тріщиностійкості та
ресурсу відповідальних вузлів енергетичних агрегатів. Наведено приклади
використання створених сучасних автоматизованих стаціонарних систем та мобільних засобів вібродіагностики, оцінювання пошкодженості і ресурсу найбільш напружених елементів і вузлів турбомашин та енергетичного обладнання для підвищення надійності і безпечності їх роботи.
Описаны разработанные расчетно-экспериментальные методы и средства диагностирования вибрационного состояния, термопрочности, трещиностойкости и ресурса ответственных узлов энергетических агрегатов. Приводятся примеры использования созданных современных автоматизированных стационарных систем и мобильных
средств вибродиагностики, оценки повреждаемости и ресурса наиболее напряженных элементов и узлов турбомашин и энергетического оборудования для повышения надежности и безопасности их работы.
Experimental-calculated methods and tools for vibration diagnostics, thermostability, fracture toughness and resource of
important components of power units are described. Usage examples of modern automatic stationary and portable
systems for vibrodiagnostics, determination of material damage and resource of the most intense elements and components
of turbine and power equipment for reliability and safety of operation are shown.
|
| first_indexed | 2025-11-24T15:12:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12 39
ШУЛЬЖЕНКО
Микола Григорович —
доктор технічних наук,
професор, завідувач відділу
вібраційних та термоміцнісних
досліджень Інституту проблем
машинобудування
ім. А.М. Підгорного НАН України
ДІАГНОСТУВАННЯ
ВІБРАЦІЙНОГО СТАНУ,
ТЕРМОМІЦНОСТІ ТА РЕСУРСУ
ЕНЕРГЕТИЧНИХ АГРЕГАТІВ
Розглянуто розроблені розрахунково-експериментальні методи та засоби
діагностування вібраційного стану, термоміцності, тріщиностійкості та
ресурсу відповідальних вузлів енергетичних агрегатів. Наведено приклади
використання створених сучасних автоматизованих стаціонарних сис-
тем та мобільних засобів вібродіагностики, оцінювання пошкодженості і
ресурсу найбільш напружених елементів і вузлів турбомашин та енерге-
тичного обладнання для підвищення надійності і безпечності їх роботи.
Ключові слова: вібрації, міцність, ресурс, енергетичні агрегати.
На сьогодні в Україні понад 70 % турбоагрегатів електростан-
цій уже виробили свій ресурс, причому не лише парковий, а
й продовжений. Подальша їх експлуатація пов’язана з дедалі
зростаючим ризиком аварій, тому питання про можливість
продовження терміну роботи працюючих турбоагрегатів набу-
ває все більшої актуальності [1].
Безпечність експлуатації агрегатів оцінюється насамперед за
їхнім вібраційним станом, тому в Інституті проблем машино-
будування ім. А.М. Підгорного (ІПМаш) НАН України розро-
блено методи, засоби та відповідне математичне забезпечення
розрахунків, контролю, моніторингу і діагностування віброста-
ну турбоагрегатів у різних варіантах їх застосування. У період
з 1994 по 2004 р. створено стаціонарні автоматизовані системи
діагностики, які впроваджено на 5 турбоагрегатах (К-220-130
Луганської ТЕС, Т-250/300-240 Київської ТЕЦ-5, двох агрега-
тах К-300-240 Запорізької ТЕС та Т-250/300-240 Харківської
ТЕЦ-5). Ці системи забезпечують виявлення несправностей
агрегата, що спричинюють зміну вібрації і можуть досягти не-
безпечного рівня. У 2006—2010 рр. проведено модернізацію
апаратних і програмних засобів систем діагностики турбоагре-
гатів Київської ТЕЦ-5 і Запорізької ТЕС.
Новітні інформаційні технології і засоби автоматизовано-
го аналізу та діагностування вібраційного і тепломеханічного
СТАТТІ СТАТТІ
ТА ОГЛЯДИТА ОГЛЯДИ
УДК 621.165:539.4
40 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12
СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ
стану потужних турбоагрегатів створено на
основі фундаментальних наукових досягнень
у цій галузі [2], і за своїми функціональними
можливостями і технічними характеристика-
ми вони відповідають усім вимогам керівних
документів з експлуатації електростанцій і
мереж, що діють в Україні. У пристроях ви-
мірювання і аналізу вібрації роторів, опор
підшипників, частоти обертання, крутильних
деформацій, осьових зміщень роторів та ін-
ших механічних величин використовуються
вихорострумові датчики, розроблені в ІПМаш
НАН України. Вихідний сигнал з датчиків без
проміжних пристроїв передається по одній
екранованій лінії на відстань до 1000 м. Датчи-
ки стійкі до впливу експлуатаційних факторів,
їх надійність підтверджена багаторічним вико-
ристанням на різних електростанціях, а пріо-
ритетність захищена відповідними патентами.
Пристрої мають однотипове схемотехнічне
рішення функціональних перетворювачів, яке
повністю відповідає умовам серійного вироб-
ництва.
Автоматизовані системи діагностування ві-
бростану турбоагрегатів включають (рис. 1):
• підсистеми моніторингу вібрації роторів
валопроводу, опор підшипників та інших те-
пломеханічних величин;
• засоби прийому, цифрової обробки, аналі-
зу, візуалізації та архівації даних;
• математичне та програмно-методичне за-
безпечення автоматизованого функціонуван-
ня системи.
Зазначені системи забезпечують:
• одночасне визначення параметрів вібрації
в контрольованих точках, період опитування —
80 мкс;
• безперервний, паралельний збір і реєстра-
цію параметрів вібрації роторів, опор та осно-
вних технологічних параметрів енергоблока;
• аналіз відповідності вібрації роторів і опор
чинним нормам;
• запобігання розвитку нештатних ситуа-
цій;
• спектральний, гармонічний, кореляцій-
ний, статистичний аналізи віброхарактерис-
тик;
• формування трендів контрольованих ве-
личин, траєкторій руху вала і опор та їх амп лі-
тудно-фазочастотних характеристик;
Рис. 1. Схема автоматизованої системи діагностування вібраційного стану турбоагрегата та оцінки пошкодженос-
ті і ресурсу роторів
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12 41
СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ
• експертну оцінку розвитку небезпечних
дефектів.
Контроль і діагностування вібраційного
стану турбоагрегата здійснюються на різних
режимах його роботи: валоповорот, пуск, ви-
біг, холостий хід, навантаження, робота під
навантаженням. У разі підвищення вібрації
агрегата виконується імовірнісна оцінка роз-
витку дефектів за характерними віброознака-
ми їх наявності: тріщини в роторі; порушення
з’єднання роторів і розцентрування опор; дис-
баланси обертових елементів валопроводу;
прогини ротора; порушення стійкості руху
роторів у підшипниках ковзання та зачіпання
ротора за статор [3].
Оснащення турбоагрегатів великої потуж-
ності розробленими в ІПМаш НАН України
автоматизованими системами дозволяє на всіх
режимах експлуатації, в тому числі й при швид-
ких пусках, попередити розвиток позаштатних
ситуацій, підвищити безпеку експлуатації тур-
боагрегатів, зберегти їхні техніко-економічні
показники та уповільнити спрацювання ре-
сурсу. Так, запобігання розвитку лише однієї
аварійної ситуації повністю окупає витрати на
оснащення агрегата цими системами.
Крім стаціонарних автоматизованих систем
діагностики розроблено мобільний багато-
функціональний вимірювально-діагностичний
комплекс неруйнівного контролю, експрес-
діагностики і оцінки технічного стану енерге-
тичних і транспортних систем [3]. Комплекс
має 32 канали і забезпечує паралельне ви-
значення параметрів вібрації і обладнання та
обертових частин роторів у доступних місцях з
використанням акселерометрів, проксиметрів
та інших датчиків (рис. 2).
Функціональні модулі забезпечують:
• реєстрацію, візуалізацію і первинну об-
робку інформації (нормалізацію, фільтрацію
та обчислення основних показників сигналу);
• автоматизований контроль технічного
стану обладнання, що відповідає чинним нор-
мативним документам;
• визначення спектральних характеристик
і трендів вібропараметрів, а також оцінку на-
явності дисбалансу роторів (розрахунку сис-
теми вантажів за відомими значеннями дина-
мічних коефіцієнтів впливу в одній або двох
площинах).
Основні складові стаціонарних систем та
мобільного комплексу використано на Три-
пільській, Зміївській, Запорізькій, Курахів-
ській, Луганській ТЕС, Кременчуцькій, Біло-
церківській, Харківській і Київській ТЕЦ для
визначення причин підвищеної вібрації турбо-
агрегатів і допоміжного енергетичного облад-
нання та розроблення рекомендацій щодо її
зниження.
На основі багаторічного досвіду розрахун-
кового діагностування та оцінювання ресурсу
елементів енергомашин в ІПМаш НАН Укра-
їни на замовлення Міненерговугілля Укра-
їни вперше розроблено нормативний доку-
мент «Визначення розрахункового ресурсу та
оцінка живучості роторів і корпусних деталей
турбін. Методичні вказівки», який набув чин-
ності 5 жовтня 2011 р. [4]. У ньому використа-
но класичні положення з малоциклової втоми
й повзучості і запропоновано нові методики,
критерії, нормативну базу та рекомендації,
які становлять основу розрахункової оцінки
індивідуального ресурсу та живучості висо-
котемпературних роторів і корпусних деталей
парових турбін із застосуванням сучасних на-
укових досягнень [5]. Використання цього
Рис. 2. Основні складові мобільної системи вібродіаг-
ностики машин
42 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12
СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ
документа на практиці дозволяє приймати
обґрунтовані рішення щодо технічного стану
і термінів надійної та безпечної експлуатації
парових турбін.
Розрахункову оцінку ресурсу високотемпе-
ратурних роторів було здійснено для турбо-
агрегатів К-300-240 Запорізької та Зміївської
ТЕС і Т-250/300-240 Харківської та Київської
ТЕЦ-5. У процесі прийняття рішення щодо
продовження ресурсу конкретної турбіни роз-
рахункову оцінку доповнюють результатами
контролю металу, який можуть здійснити Фі зи-
ко-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН
України, Інститут проблем міцності ім. Г.С. Пи-
саренка НАН України та Інститут електрозва-
рювання ім. Є.О. Патона НАН України.
Згідно з положеннями нормативного доку-
мента, вперше в Україні розроблено автомати-
зовану систему діагностування термонапру-
женого стану та оцінки спрацювання ресурсу
(лічильник ресурсу) для високотемператур-
них роторів турбоагрегатів на прикладі рото-
ра циліндра високого тиску парової турбіни
Т-250/300-240. Система пройшла дослідну
експлуатацію в умовах електростанції на тур-
боагрегаті Т-250/300-240 Харківської ТЕЦ-5
[6]. Її можливості розширено для автоматизо-
ваної оцінки ресурсу ротора циліндра серед-
нього тиску турбіни.
Лічильник оцінює спрацювання ресурсу ро-
торів за фактичними режимами роботи агрега-
та, які визначаються за параметрами АСУ ТП
енергоблока. За визначеними характеристика-
ми пари і теплообміну в ступенях і ущільнен-
нях ротора турбіни системою розв’язуються
нестаціонарні задачі теплопровідності й тер-
мопружності, а потім визначається пошкодже-
ність матеріалу від малоциклової втоми і по-
взучості за час роботи турбоагрегата.
За допомогою лічильника ресурсу можна
визначити щадні маневрені режими експлуа-
тації агрегата за накопиченням пошкодженості
в небезпечних зонах ротора та спрацюванням
його ресурсу.
Розроблену методологію автоматизовано-
го діагностування термонапруженого стану
та оцінки спрацювання ресурсу можна поши-
рити на ротори інших турбін з урахуванням
їх конструктивних особливостей та умов екс-
плуатації. Впровадження таких лічильників
ресурсу не потребує додаткового обладнання
крім комп’ютера з можливістю підключення
до локально-обчислювальної мережі АСУ ТП
(рис. 3).
Створено також методики розрахункової
оцінки вібраційного і термонапруженого ста-
ну, малоциклової втоми, повзучості та тріщи-
ностійкості елементів і конструкцій енерге-
тичних машин на основі використання екс-
периментальних даних про тепломеханічні
властивості матеріалів [5, 7]. Використання
сучасних тривимірних моделей з урахуван-
ням найбільш впливових експлуатаційних
факторів дало змогу отримати низку нових
наукових і практичних результатів з вібро- та
термоміцності і надійності роботи відпові-
дальних вузлів енергомашин [5, 8, 9]. Ці ре-
зультати було впроваджено на ВАТ «Турбо-
атом», і їх використовують під час проекту-
вання та модернізації основних вузлів паро-
вих і гідравлічних турбін: робочих коліс,
лопаткового апарата, роторів, корпусів, звар-
них діафрагм, регулювальних клапанів тощо.
Зазначені розробки застосовують при проек-
туванні та експертизі позаштатних ситуацій, а
також при дослідженні вібраційних характе-
Рис. 3. Візуалізація результатів діагностування термо-
напруження ротора
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12 43
СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ
ристик робочих коліс турбін низки вітчизня-
них та закордонних ГЕС.
Ці методи використано при визначенні ре-
сурсу барабанів котлів Зміївської, Старобешів-
ської ТЕС і Харківської ТЕЦ-5 та для оцінки
можливих причин їх руйнування; для аналізу
міцності валопроводів турбогенераторів у разі
можливих нештатних режимів експлуатації;
при визначенні тріщиностійкості зварних ро-
торів турбіни К-1000-60/1500, що експлуату-
ються на АЕС України. Отримані результати
було впроваджено також на Харківському за-
воді «Електроважмаш», КБ «Південне», КБ
«Хартрон-Аркос», Держкоматомі України та
інших підприємствах.
Апаратні засоби контролю механічних ве-
личин і діагностики вібраційного стану облад-
нання та методики розрахунково-екс пе ри мен-
тальної оцінки його пошкодженості й ресурсу
можуть використовуватися як автономні вимі-
рювальні засоби, а також у складі діагностич-
них і дослідницьких комплексів.
Запропоновані засоби діагностики можуть
бути адаптовані до потреб замовника.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Мацевитый Ю.М., Шульженко Н.Г., Голощапов В.Н. и др. Повышение энергоэффективности работы турбоуста-
новок ТЭС и ТЭЦ путем модернизации, реконструкции и усовершенствования режимов их эксплуатации. —
К.: Наук. думка, 2008. — 366 с.
2. Шульженко Н.Г., Гонтаровский П.П., Зайцев Б.Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энерге-
тических агрегатов. — Харьков: ХНАДУ, 2011. — 444 с.
3. Шульженко Н.Г., Ефремов Ю.Г., Цыбулько В.И., Депарма А.В. Вибродиагностирование роторных агрегатов ав-
томатизированными стационарными и мобильными системами // Вібрації в техніці та технологіях. — 2014. —
№ 3. — С. 101—110.
4. Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін: СОУ-Н МЕВ
40.1-21677681-52:2011. — К.: ОЕП ГРІФРЕ; М-во енергетики та вугільної пром-ті України, 2011. — 42 с. —
(Нормативний документ Міненерговугілля України. Методичні вказівки).
5. Шульженко Н.Г., Гонтаровский П.П., Зайцев Б.Ф. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энер-
гоагрегатов (модели, методы, результаты исследований). — Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing
GmbH & Co. KG, 2011. — 370 с.
6. Шульженко М.Г., Гонтаровський П.П., Матюхін Ю.І. та ін. Розробка системи діагностики термонапружено-
го стану та лічильника ресурсу роторів турбін (проект 2.10) // Цільова комплексна програма НАН України
«Проб леми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин»: зб. наук. статей / Ін-т електрозва-
рювання ім. Є.О. Патона НАН України. — К., 2012. — С. 92—96.
7. Шульженко М., Матюхін Ю., Гонтаровський П., Гармаш Н. Розрахункова оцінка накопичення розсіяних пошко-
джень та розвитку тріщин в елементах машин при їх повзучості та малоцикловій втомі // Механіка руйнування
матеріалів і міцність конструкцій: зб. праць V міжнар. конф. — Львів: Фізико-механічний ін-т ім. Г.В. Карпенка
НАН України, 2014. — С. 49—54.
8. Шульженко Н.Г., Асаенок А.В., Зайцев Б.Ф. и др. Анализ ползучести сварной диафрагмы паровой турбины //
Проблемы прочности. — 2012. — № 4. — С. 99—111.
9. Шульженко Н.Г., Гонтаровский П.П., Протасова Т.В. Влияние окружной неравномерности механических
свойств материала на деформирование роторов энергетических агрегатов // Проблемы прочности. — 2014. —
№ 4. — С. 50—61.
Стаття надійшла 19.11.2014.
44 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 12
СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ
Н.Г. Шульженко
Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ул. Пожарского, 2/10, Харьков, 61046, Украина
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ,
ТЕРМОПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ
Описаны разработанные расчетно-экспериментальные методы и средства диагностирования вибрационного со-
стояния, термопрочности, трещиностойкости и ресурса ответственных узлов энергетических агрегатов. Приво-
дятся примеры использования созданных современных автоматизированных стационарных систем и мобильных
средств вибродиагностики, оценки повреждаемости и ресурса наиболее напряженных элементов и узлов турбо-
машин и энергетического оборудования для повышения надежности и безопасности их работы.
Ключевые слова: вибрации, прочность, ресурс, энергетические агрегаты.
N.G. Shulzhenko
Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of National Academy of Sciences of Ukraine
2/10 Pozharsky St., Kharkiv, 61046, Ukraine
DIAGNOSTICS OF VIBRATION, THERMOSTABILITY,
AND RESOURCE OF POWER UNITS
Experimental-calculated methods and tools for vibration diagnostics, thermostability, fracture toughness and resource of
important components of power units are described. Usage examples of modern automatic stationary and portable
systems for vibrodiagnostics, determination of material damage and resource of the most intense elements and components
of turbine and power equipment for reliability and safety of operation are shown.
Keywords: vibrations, strength, resource, power units.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73433 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T15:12:59Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шульженко, М.Г. 2015-01-09T20:26:31Z 2015-01-09T20:26:31Z 2014 Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів / М.Г. Шульженко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 12. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73433 621.165:539.4 Розглянуто розроблені розрахунково-експериментальні методи та засоби діагностування вібраційного стану, термоміцності, тріщиностійкості та ресурсу відповідальних вузлів енергетичних агрегатів. Наведено приклади використання створених сучасних автоматизованих стаціонарних систем та мобільних засобів вібродіагностики, оцінювання пошкодженості і ресурсу найбільш напружених елементів і вузлів турбомашин та енергетичного обладнання для підвищення надійності і безпечності їх роботи. Описаны разработанные расчетно-экспериментальные методы и средства диагностирования вибрационного состояния, термопрочности, трещиностойкости и ресурса ответственных узлов энергетических агрегатов. Приводятся примеры использования созданных современных автоматизированных стационарных систем и мобильных средств вибродиагностики, оценки повреждаемости и ресурса наиболее напряженных элементов и узлов турбомашин и энергетического оборудования для повышения надежности и безопасности их работы. Experimental-calculated methods and tools for vibration diagnostics, thermostability, fracture toughness and resource of important components of power units are described. Usage examples of modern automatic stationary and portable systems for vibrodiagnostics, determination of material damage and resource of the most intense elements and components of turbine and power equipment for reliability and safety of operation are shown. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Статті та огляди Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів Диагностирование вибрационного состояния, термопрочности и ресурса энергетических агрегатов Diagnostics of vibration, thermostability,тand resource of power units Article published earlier |
| spellingShingle | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів Шульженко, М.Г. Статті та огляди |
| title | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| title_alt | Диагностирование вибрационного состояния, термопрочности и ресурса энергетических агрегатов Diagnostics of vibration, thermostability,тand resource of power units |
| title_full | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| title_fullStr | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| title_full_unstemmed | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| title_short | Діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| title_sort | діагностування вібраційного стану, термоміцності та ресурсу енергетичних агрегатів |
| topic | Статті та огляди |
| topic_facet | Статті та огляди |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73433 |
| work_keys_str_mv | AT šulʹženkomg díagnostuvannâvíbracíinogostanutermomícnostítaresursuenergetičnihagregatív AT šulʹženkomg diagnostirovanievibracionnogosostoâniâtermopročnostiiresursaénergetičeskihagregatov AT šulʹženkomg diagnosticsofvibrationthermostabilitytandresourceofpowerunits |