1. Zakres badań i pomiarów.

Zakres pomiarów obejmuje analizę wraz z oceną stanu wibracyjnego i technicznego zespołu wirującego, hydrozespołu nr 2 w EW Borowo. Zakres diagnostyki obejmuje:

    Pomiary przeprowadzone zostały w następujących warunkach eksploatacyjnych:

Rozmieszczenie punktów pomiarowych zaprojektowano tak, aby moźliwy był pomiar następujących wielkości fizycznych:

• przemieszczeń i promieniowych drgań względnych wału w pobliźu łoźyska nr 1 turbiny w Punkcie Pomiarowym 1 i 2 ( p.p.1 i p.p.2),
• przemieszczeń i promieniowych drgań względnych wału w pobliźu łoźyska nr 2 oporowo prowadzącego (promieniowo wzdłuźnego) turbiny w p.p.3 i p.p.4,
• przemieszczeń i promieniowych drgań względnych wału w pobliźu łoźyska nr 3 przed generatorem p.p.5 i p.p.6,
• przemieszczeń i promieniowych drgań względnych wału w pobliźu łoźyska nr 4 za generatorem p.p.7 i p.p.8,
• osiowego (wzdłuźnego) przemieszczenia wirnika względem fundamentu całego hydrozespołu p.p.9,
• pulsacji ciśnień pod pokrywą wirnika turbiny znajdującego się od strony GW p.p.10 ( wirnik I ),
• pulsacji ciśnień pod pokrywą wirnika turbiny znajdującego się od strony Generatora p.p.11 ( wirnik II ),
• pulsacji ciśnień w części rurociągu ssącego znajdującego się pod wirnikiem I p.p.12,
• pulsacji ciśnień w części rurociągu ssącego znajdującego się pod wirnikiem II p.p.13,
• poosiowe drgania bezwzględne obudowy łoźyska nr 2 (wzdłuźnego) p.p.14,
• pionowe drgania bezwzględne obudowy łoźyska nr 3 przed generatorem p.p.15,
• promieniowe poziome drgania bezwzględne stojana p.p.16,
• pionowe drgania bezwzględne obudowy łoźyska nr 4 za generatorem p.p.17,

Oba bezkontaktowe wiroprądowe czujniki przemieszczeń drgań względnych (p.p.1 i p.p.2) zamontowane zostały na łoźysku nr 1 pod wodą. Równieź pomiar ciśnień zrealizowany został przy pomocy czujników zamontowanych na czas pomiaru pod wodą.

Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych zamieszczony został na rys.1.

Wykaz aparatury pomiarowej uźytej do pomiarów i analizy przedstawiono w tablicy 1.
Konfigurację torów pomiarowych przedstawiono na rys.2.

• wskazanie wpływu zmiany ciśnień w układzie przepływowym na przemieszczanie się i połoźenie wirnika,
• wskazanie wpływu oddziaływania sił elektromagnetycznych na połoźenie wirnika w róźnych warunkach pracy,
• wskazanie na zachowanie się układu wsporczego pod wpływem zmian ciśnień i sił elektromagnetycznych.

Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych	Konfiguracja sprzętu pomiarowego

Tablica I.     Wykaz aparatury pomiarowej uźytej do pomiaru i rejestracji drgań na obiekcie i analizy drgań w Zakładowym Laboratorium "VIBROPOMIAR"

2. Kryteria oceny drgań.

2.1 Drgania względne wału.

Dla orientacyjnej oceny drgań względnych wału w łoźyskach ślizgowych przyjęto wartości dopuszczone przez normę ISO 7919 cz.5, które opracowane zostały dla wolnoobrotowych zespołów maszyn wirnikowych takich jak turbiny wodne, pompy, generatory hydrozespołów i innych silników pracujących w zakresie prędkości obrotowych od n = 60 min-1 do n = 1500 min-1. Kryteria te zawierają wartości drgań względnych rozgraniczające cztery strefy stanu wibracyjnego układu. Wartości graniczne ściśle zaleźą od prędkości obrotowej wirnika. Według tych zaleceń dla układu wirującego z prędkością n = 250 min-1 jeźeli podwójna szczytowa amplituda przemieszczeń drgań względnych wału nie przekracza wartości 2A = 0.120 mm to hydrozespół naleźy traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji. Jeźeli podwójna szczytowa amplituda przemieszczeń drgań względnych wału w łoźyskach przyjmuje wartość z przedziału od 2A = 0.120 mm do 2A = 0.200 mm, to hydrozespół naleźy traktować jako maszynę nadającą się do nieograniczonej długoterminowej eksploatacji. Jeźeli podwójna szczytowa amplituda przemieszczeń drgań względnych wału w łoźyskach przyjmuje wartość większą od 2A = 0.200 mm do 2A = 0.500 mm to hydrozespół naleźy traktować jako maszynę nie nadającą się do długotrwałej ciągłej eksploatacji i mogącą pracować okresowo, aź powstanie odpowiednia moźliwość jej naprawy. Natomiast jeźeli podwójna szczytowa amplituda przemieszczeń drgań względnych wału w łoźysku przekroczy wartość 2A = 0.500 mm, to hydrozespół naleźy traktować jako maszynę co do której moźna się spodziewać w kaźdej chwili wystąpienia awarii i naleźy podjąć natychmiastowe działania zmierzające do obniźenia poziomu drgań poniźej wartości 2A = 0.200 mm.

WYNIKI POMIARÓW

3. Omówienie i analiza wyników pomiarów.

3.1. Drgania względne wału - promieniowe.

3.1.1 Drgania względne wału w łoźysku turbiny.

Oba wiroprądowe bezdotykowe czujniki pomiarowe zamontowano promieniowo w dwóch prostopadłych względem siebie i prostopadłych do osi wału wirnika kierunkach. Taki pomiar umoźliwił śledzenie zmian połoźenia środka wału względem komory wirnika turbiny. Mierzono podwójne wartości szczytowe amplitud przemieszczeń w tych kierunkach tak zwane "bicia wału" w róźnych warunkach pracy hydrozespołu. Jednak podczas pomiarów uszkodzony został czujnik pomiaru drgań zamontowany w kierunku poziomym p.p.2. W związku z tym informację diagnostyczną uzyskano jedynie z czujnika zamontowanego w kierunku pionowym p.p.1. Uszkodzenie czujnika poziomego, którego czołowa powierzchnia znajdowała się w odległości ok. 2,5 mm od powierzchni wału uniemoźliwiło wyznaczenie trajektorii ruchu wału w łoźysku nr 1. W związku z tym uszkodzeniem naleźy przypuszczać, źe podwójna wartość amplitud drgań względnych wału w płaszczyżnie poziomej w tym łoźysku wynosiła więcej niź 2,5 mm. Wyniki pomiarów podwójnej wartości przemieszczenia wału w kierunku pionowym w łoźysku zamieszczono w tablicy 2. Wartość maksymalną wyróźniono.

TABLICA 2

Na podstawie wyników pomiarów drgań zamieszczonych w tablicy 2 stwierdza się co następuje:

W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania pionowe mierzonego węzła hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym, a traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji.

3.1.2 Drgania względne wału w łoźysku nr 2 turbiny.

Oba wiroprądowe bezdotykowe czujniki pomiarowe ustawiono promieniowo w dwóch prostopadłych względem siebie i prostopadłych do osi wału wirnika kierunkach. Taki pomiar umoźliwił śledzenie zmian połoźenia środka wału względem komory wirnika turbiny. Czujnik w p.p.3 mierzył drgania w kierunku pionowym, a czujnik zamontowany w p.p.4 mierzył drgania w kierunku poziomym. Mierzono podwójne wartości szczytowe amplitud przemieszczeń w tych kierunkach tak zwane "bicia wału" w róźnych warunkach pracy hydrozespołu. Wyniki zamieszczono w tablicy 3. Wartości maksymalne wyróźniono kolorem czerwonym.

 Na podstawie wyników pomiarów drgań zamieszczonych w tablicy 3 stwierdza się co następuje:

W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania mierzonego węzła hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie nie nadające się do długotrwałej ciągłej eksploatacji i mogące pracować okresowo, aź powstanie odpowiednia moźliwość jego naprawy.

Taką ocenę stanu technicznego hydrozespołu naleźy sformułować w oparciu o drgania względne wału w łoźysku turbinowym mierzone w kierunku poziomym (p.p.4).

3.1.3 Drgania względne wału w łoźysku promieniowym przed generatorem.

Punkty pomiarowe 5 i 6.

 Oba wiroprądowe bezdotykowe czujniki pomiarowe ustawiono promieniowo w dwóch prostopadłych względem siebie i prostopadłych do osi wału wirnika kierunkach. Taki pomiar umoźliwił śledzenie zmian połoźenia środka wału względem komory wirnika turbiny. Czujnik w p.p.5 mierzył drgania w kierunku pionowym, a czujnik zamontowany w p.p.6 mierzył drgania w kierunku poziomym. Mierzono podwójne wartości szczytowe amplitud przemieszczeń w tych kierunkach tak zwane "bicia wału" w róźnych warunkach pracy hydrozespołu. Wyniki zamieszczono w tablicy 4. Wartości maksymalne wyróźniono kolorem czerwonym.

Na podstawie wyników pomiarów drgań zamieszczonych w tablicy 4 stwierdza się co następuje:

W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania mierzonego węzła hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym, a traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji.

3.1.4 Drgania względne wału w łoźysku promieniowym za generatorem.

Oba wiroprądowe bezdotykowe czujniki pomiarowe ustawiono promieniowo w dwóch prostopadłych względem siebie i prostopadłych do osi wału wirnika kierunkach. Taki pomiar umoźliwił śledzenie zmian połoźenia środka wału względem komory wirnika turbiny. Czujnik w p.p.7 mierzył drgania w kierunku pionowym, a czujnik zamontowany w p.p.8 mierzył drgania w kierunku poziomym. Mierzono podwójne wartości szczytowe amplitud przemieszczeń w tych kierunkach tak zwane "bicia wału" w róźnych warunkach pracy hydrozespołu. Wyniki zamieszczono w tablicy 5. Wartości maksymalne wyróźniono kolorem czerwonym.

Na podstawie wyników pomiarów drgań zamieszczonych w tablicy 5 stwierdza się co następuje:

W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania mierzonego węzła hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym, a traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji .

3.2 Przemieszczenie poosiowe wirnika względem fundamentu hydrozespołu.

Przeprowadzony w p.p.9 pomiar przemieszczenia poosiowego wirnika pokazał, źe w całym zakresie zmian obciąźenia wirnik pozostaje stale w tym samym miejscu i nie wykonuje ruchu w kierunku poosiowym.

3.3 Drgania bezwzględne

3.3.1 Drgania bezwzględne osiowe obudowy łoźyska oporowo prowadzącego. Wartość RMS [mm/s²].

  Z analizy wyników zamieszczonych w tablicy 6 wynika, ze pomimo bardzo dobrego stanu wibracyjnego łoźyska oporowo prowadzącego nie zadawalający jest stan techniczny tego węzła konstrukcyjnego. Z zestawienia wartości amplitud przyśpieszeń drgań poszczególnych składowych wynika, źe występuje wyrażne przekoszenie wału w łoźysku wyraźające się nie współosiowością korpusu łoźyska i wirującego w nim wału.

Między tymi osiami występuje załamanie kątowe. Potwierdzają to wyniki drgań względnych wału w tym łoźysku. Zamieszczone w tablicy 3 wartości drgań względnych wału wskazują, źe rozosiowanie to występuje głównie w płaszczyżnie poziomej.

3.3.2 Drgania bezwzględne osiowe obudowy łoźyska przed generatorem. Wartość RMS [mm/s²].

Punkt pomiarowy 15.

 Z analizy wyników zamieszczonych w tablicy 7 równieź wynika, ze pomimo bardzo dobrego stanu wibracyjnego łoźyska oporowo prowadzącego niepokój budzi obecność składowych wskazujących na występowanie rozosiowania wirującego wału względem osi łoźyska. Ten fakt skłonił wykonawcę badań do intensywnego poszukiwania przyczyn wystąpienia takich objawów mimo zadawalającego stanu technicznego tego węzła konstrukcyjnego.

3.3.3 Drgania bezwzględne promieniowe stojana generatora. Wartość drgań całkowitych - podwójna wartość szczytowa przyśpieszeń drgań [m/s²].

Wartości składowych drgań bezwzględnych promieniowych stojana generatora. Wartość RMS [m/s²].

 Fakt występowania w drganiach stojana głównie składowych o częstotliwości krotności liczb całkowitych częstotliwości podstawowej generatora f = 100 Hz wskazuje na zachowanie symetrii magnetycznej i mechanicznej w wirniku. Z tablicy 9 i rysunków 0d rys.3 do rys.10 widać, źe dominującą częstotliwością drgań stojana jest składowa o częstotliwości f = 586,7 Hz. Wartość tej składowej rośnie wraz z mocą czynną generatora i począwszy od obciąźenia N = 300 kW ma wartość największą spośród wszystkich innych składowych. Przy obciąźeniu mocą czynną generatora N = 450 kW, wartość tej składowej jest ponad dwukrotnie większa od kaźdej innej składowej drgań. Składowa ta pojawia się dopiero po wzbudzeniu generatora i ma początkowo bardzo małą wartość. Zarówno nietypowa dla generatora wartość częstotliwości tej składowej jak i jej silna zaleźność od mocy czynnej generatora, pozwala przypuszczać, źe jest to składowa rezonansu drgań parametrycznych stojana generatora. Prawdopodobnie rezonans ten związany jest z jakąś ściśle określoną postacią drgań stojana, która moźe wywoływać narastanie poluzowania blach stojana generatora. Takie drgania rezonansowe mogą równieź osłabiać połączenia mechaniczne w uzwojeniach stojana wywołując w konsekwencji wzrostu oporów przepływu prądu, wzrost temperatur uzwojeń. Dlatego teź naleźy koniecznie przeprowadzić pomiary częstości drgań własnych stojana generatora. Pomiary takie moźna przeprowadzić na stojącym hydrozespole po odłączeniu go od sieci i poprzez wzbudzenie stojana do drgań przy pomocy specjalnego elektromagnetycznego wzbudnika drgań. Jeźeli okaźe się, źe częstotliwość rezonansowa stojana wynosi f = 586,7 Hz lub leźy w jej pobliźu to naleźy niezwłocznie podjąć kroki w celu odstrojenia stojana od bardzo niebezpiecznych drgań rezonansowych. Pozostawienie stojana w strefie drgań rezonansowych moźe spowodować powaźną awarię stojana generatora.
Równieź wyjaśnienia wymaga występowanie innej nietypowej dla generatora składowej o częstotliwości f = 463 Hz. Poniewaź jednak wartość jej amplitud jest duźa jedynie na biegu jałowym i w zakresie małych obciąźeń przypuszcza się, źe jest ona związana z drganiami rezonansowymi poluzowanych blach stojana i jej wartość zmaleje lub teź zniknie całkowicie po zwiększeniu stopnia sprasowania blach stojana.

3.4 Pomiar ciśnienia wody w układzie przepływowym.

3.4.1. Pomiar drgań i pulsacji ciśnienia wody pod pokrywą wirnika.

3.4.2. Pomiar drgań i pulsacji ciśnienia wody pod pokrywą wirnika.

Analiza danych zawartych w tablicy 11 pozwala przypuszczać, źe wirnik znajdujący się w części komory połoźonej bliźej generatora ma krawędż górnego koła wodnego przesuniętą względem aparatu kierowniczego poosiowo w kierunku generatora.
W związku z tym, mimo podobnego udziału składowych drgań pulsacji wody o częstotliwościach f = 4,2 Hz i f = 8,3 Hz pulsacja wody w całym zakresie zmian obciąźenia jest podobna (prawie się nie zmienia), a największa róźnica między największą i najmniejszą wartością pulsacji w całym zakresie zmian obciąźenia wynosi 0,05 bar. W p.p.10 ta największa róźnica wynosiła 0,18 bar.

3.4.3. Pomiar pulsacji ciśnienia wody w rurze ssącej pod wirnikiem.

4. Stan faktyczny zmontowanego hydrozespołu.

W oparciu o dostarczoną dokumentację poremontową i oględziny zewnętrzne naleźy stwierdzić źe:

Podczas remontu korpus łoźyska oporowo prowadzącego został zamontowany na swojej podporze w ten sposób, źe został przesunięty poosiowo w kierunku generatora o wartość l = 4,3 mm po stronie LB (lewy brzeg - patrząc od strony GW) i równocześnie został przesunięty poosiowo w kierunku generatora o wartość l = 3,0 mm po stronie PB (prawy brzeg - patrząc od strony GW). Przesunięcie to zrealizowano przy pomocy podkładek aluminiowych o grubości 3 mm po kaźdej stronie, a po stronie LB podłoźono dodatkowo podkładkę miedzianą o grubości 1,3 mm. To niesymetryczne ułoźenie podkładek spowodowało w płaszczyżnie poziomej rozosiowanie kątowe obudowy łoźyska oporowego względem osi komory wirników turbiny. Rozosiowanie to występuje równieź pomiędzy osią obudowy łoźyska turbiny (łoźysko nr 1) i omawianym korpusem łoźyska oporowo prowadzącego. W związku z tym naleźy stwierdzić, źe w płaszczyżnie poziomej występuje znaczne załamanie kątowe pomiędzy współosiowym ustawieniem komory wirników turbiny z łoźyskiem nr 1 i osią korpusu łoźyska wzdłuźnego. Ten fakt jednoznacznie tłumaczy awarię łoźyska promieniowego nr 1 hydrozespołu. Równieź wyjaśnia to poprzednią awarię łoźyska oporowego, której głównym - chociaź prawdopodobnie nie jedynym - powodem było rozosiowanie linii : łoźysko nr 1 - korpus komory turbiny - łoźysko nr 2.

Na podstawie omówienia i analizy wyników pomiarów naleźy stwierdzić, źe:

1. W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania pionowe węzła łoźyska nr 1 turbiny hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym nadające się do długotrwałej i bez źadnych ograniczeń eksploatacji.
2. W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania pionowe i poziome węzła łoźyska nr 2 turbiny hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie nie nadające się do długotrwałej ciągłej eksploatacji i mogące pracować okresowo, aź powstanie odpowiednia moźliwość jego naprawy.
3. W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania pionowe i poziome węzła łoźyska przed generatorem hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym, i traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji.
4. W oparciu o normę ISO 7919 cz.5 z uwagi na drgania pionowe i poziome węzła łoźyska za generatorem hydrozespół naleźy sklasyfikować jako urządzenie o dobrym stanie dynamicznym, i traktować tak jak maszynę nową dopiero co przyjętą do eksploatacji.
5. W całym zakresie zmian obciąźenia wirnik pozostaje stale w tym samym miejscu i nie wykonuje ruchu w kierunku poosiowym.
6. Uszkodzenie czujnika poziomego, którego czołowa powierzchnia znajdowała się w odległości ok. 2,5 mm od powierzchni wału uniemoźliwiło wyznaczenie trajektorii ruchu wału w łoźysku nr 1. W związku z tym uszkodzeniem naleźy przypuszczać, źe podwójna wartość amplitud drgań względnych wału w płaszczyżnie poziomej w łoźysku nr 1 wynosiła więcej niź 2,5 mm.
7. Występuje wyrażne przekoszenie wału w łoźysku oporowym wyraźające się nie współosiowością korpusu łoźyska i wirującego w nim wału. Między tymi osiami występuje załamanie kątowe. Potwierdzają to wyniki drgań względnych wału w tym łoźysku. Rozosiowanie to występuje głównie w płaszczyżnie poziomej.
8. Zachodzi podejrzenie, źe występuje poluzowanie blach stojana generatora.
9. Silna zaleźność wartości drgań składowej stojasna o częstotliwości f = 586,7 Hz od mocy czynnej generatora, pozwala przypuszczać, źe jest to składowa rezonansu drgań parametrycznych stojana generatora, która moźe wywoływać narastanie poluzowania blach stojana generatora.
10. Dominująca w drganiach pulsującej wody w miejscu pomiaru obecność składowej od wirowania f = 4,1 Hz potrójnej częstotliwości tej składowej f = 8,3 Hz, wskazuje na przekoszenie kątowe wirnika turbinyw korpusie.
11. W płaszczyżnie poziomej występuje znaczne załamanie kątowe pomiędzy współosiowym ustawieniem komory wirników turbiny z łoźyskiem nr 1 i osią korpusu łoźyska wzdłuźnego. Ten fakt jednoznacznie tłumaczy awarię łoźyska promieniowego nr 1 hydrozespołu.

6. Zalecenia.

Zalecenia powyźsze naleźy zrealizować bezwarunkowo w jak najkrótszym czasie, poniewaź niekontrolowany ruch wirnika moźe być przyczyną wszystkich kłopotów związanych z uszkodzeniem łoźyska nr 1.

• Sprawdzić czy nie występuje poluzowanie blach stojana generatora (sprawdzenia dokonać metodami stosowanymi w zakładach naprawczych maszyn elektrycznych) np. ALSTHOM POWER - dawny DOLMEL Wrocław, ZNME "ENERGOSERWIS" -Lubliniec, ZARMEL - Gliwice itp.
•