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.