Metoda diagnozowania uszczelnień labiryntowych w maszynach
Transkrypt
Metoda diagnozowania uszczelnień labiryntowych w maszynach
Metoda diagnozowania uszczelnień labiryntowych w maszynach przepływowych Piotr Krzyślak Marian Winowiecki P Przyczyny pogorszenia i się i sprawności ś i turbin parowych Erozja i chropowatość łopatek wirnikowych i kierowniczych Przecieki w uszczelnieniach > 40% Osady Inne „Ponad Ponad 40% wszystkich wykrytych strat sprawności w typowej dużej turbinie parowej to efekt utraty kontroli nad wielkością luzów nominalnych”. P. Schofield, “Steam Turbine Sustained Efficiency” Schemat rozpływu pary w korpusie WP turbiny 13K215 para świeża dławnica międzykadłubowa do przegrz. II WP do XW3 Dane dławnicy międzykadłubowej przód: - średnica uszczelnienia Du = 475 mm - luz nominalny segmentu s = 0.65 mm - ilość ząbków z = 80 (10 pierścieni po 8 ząbków) Schemat rozpływu pary w korpusie WP turbiny 13UP55 para świeża do cz cz. SP dławnica międzykadłubowa WP do XW2 do XW1 Dane dławnicy międzykadłubowej WP: - średnica uszczelnienia Du = 355 mm - luz nominalny segmentu s = 0.55 mm - ilość ząbków z = 112 (14 pierścieni po 8 ząbków) Przykładowy P kł d rozkład kł d zużycia ż i labiryntów l bi tó dławnicy międzykadłubowej części WP turbiny 13K215 14 12 10 Rozkład normalny luzów montażowych Wartość średnia - 0,8 mm Średnie odchylenie standardowe - 0,03 mm f(s) 8 6 Rozkład normalny luzów przedremontowych ( ok. (po k 6 llatach t h eksploatacji) k l t ji) Wartość średnia - 1,95 mm Średnie odchylenie standardowe - 0,33 mm 4 2 0 0 0,5 1 1,5 s [mm] 2 2,5 3 Strata St t mocy tturbiny bi 13K215 przy zmianie i i luzu na dławnicy międzykadłubowej WP ∆N uszcz [kW] 1000 900 800 700 ~ 450 kW 600 500 s=1mm 400 s=1.5mm s=2mm 300 200 100 0 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 m 0 [kg/s] Strata St t mocy tturbiny bi 13K215 przy zmianie i i luzu na dławnicy międzykadłubowej WP ∆N uszcz [kW] 700 600 500 > 400 kW 400 s=0,5mm 300 s=1.0mm s=1,5mm 200 100 0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 m0 [kg/s] Dla turbiny 13UP55 strata ok. 400 kW przez ok. 6500h rocznie skutkuje: • koniecznością spalenia rocznie dodatkowo ok. 1500 t węgla • dodatkową emisją rocznie ok. 3000 t CO2 lub • niewyprodukowaniem yp p ponad 2500 MWh en. elektrycznej y j. Dane takie mogą posłużyć do analizy ekonomicznej celowości odkrycia maszyny (do remontu) w przypadku stwierdzenia znacznego zwiększenia się luzów ponad wartości nominalne. Koncepcja p j metody y diagnozowania g uszczelnień labiryntowych y y Upust pary pomiędzy seg.A i B A p0 mC p1 mA p2 mB Pierwszy segment A Drugi segment B A Wyprowadzenie ciśnienia p1 A -A Wyprowadzenie czynnika Szczegół a a WAŁ Element dławiacy Technika diagnozowania Pdiag = ∆p1−2 ∆p 0−2 gdzie: ∆p1-2 = p1 – p2 = spadek ciśnienia na tylnym fragmencie uszczelnienia ∆p0-2 = p0 – p2 = spadek ciśnienia na całym uszczelnieniu Max. błąd względny pomiaru εPdiag < 0,5% dla typowych niepewności pomiarowych p y przetworników różnicyy ciśnień ((klasa 0,25), p , ), a więc ę dla parametru diagnostycznego na poziomie 25%, daje rozdzielczość metody lepszą niż 0,15% (∆s. ~ 0,1 mm) Pdiag Zmiana p parametru Pdiag dla dławnicy y wewnętrznej WP turbiny 200 MW przy zmianie obciążenia maszyny 27% 26% 25% < 0,3% , % 24% m0=180 m0=150 m0=120 niewielki wpływ m0! 23% 22% 21% 20% 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 s0-2 0 2 [mm] Wyprowadzenie ciśnienia Wyprowadzenie czynnika (kryzy) Parametr diagnostyczny w funkcji przepływu P diag [%] 35% po awarii ii 30% 25% ~4% przed awarią 20% Pomiar 10-10-2006 04/06-11-2006 15% 10% 5% 0% 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m0 [t/h] Ocena wielkości luzu w uszczelnieniu 3,0 s [mm] [ ] 2,5 Pomiar 20 2,0 04/06-11-2006 10 10 2006 10-10-2006 po awarii a arii 1,5 1,35 +/- 0.18 1,0 0,62 +/- 0.11 0,5 przed awarią 0,0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m0 [t/h] WNIOSKI • Nie ma możliwości oceny on-line degradacji uszczelnienia (oceny luzu) dla uszczelnienia l i i w standardowym t d d wykonaniu. k i • Straty spowodowane degradacją uszczelnień labiryntowych, zwłaszcza w uszczelnieniach posadowionych na dolocie do turbiny (dławnica międzykadłubowa, dł dławnica i tłtłoka k odciążającego) d i ż j ) mogą sięgać i ć rzędu d nawett 0.5% 0 5% mocy całej ł j tturbiny bi • Możliwa jest diagnoza uszczelnienia labiryntowego on-line w nowym wykonaniu w przypadku wyprowadzenia czynnika z wnętrza uszczelnienia. • Możliwa jest optymalizacja układu diagnozowania dla założonego poziomu dokładności aparatury pomiarowej oraz/lub przyjętego dopuszczalnego poziomu strat. au układu adu us uszczelnienia c e e a z upus upustem e istnieje s eje p prosta os a możliwość o ość wprowadzenia p o ad e a tego ego • Dla układu do systemu monitoringu turbiny. • Implementacja układu uszczelnienia z upustem na rzeczywistym obiekcie oraz wyniki y z jednego j g z tych y obiektów dają ją podstawę p ę do twierdzenia,, że przedstawione p otrzymane podstawy teoretyczne dla realizacji takiego układu zostały pomyślnie zweryfikowane.