Прогнозирование технического состояния паровых турбин для повышения эффективности ремонтной деятельности

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………………… 4
1 Обзор работ по теме исследования…………………………………………………………………………………….. 10
2 Неисправности элементов турбоустановки и их классификация …………………………………………. 20
2.1 Классификация нарушений в работе паротурбинного оборудования электростанций …….20
2.2 Анализ распределения отказов турбин ………………………………………………………………………….28
2.3 Показатели продолжительности образования дефектов …………………………………………………31
2.4 Выводы ………………………………………………………………………………………………………………………..39
3 Ремонтная документация, как источник сведений о дефектах оборудования ………………………. 41
3.1 Методика сбора и анализа информации по эксплуатации и ремонтам …………………………….41
3.2 Классификация узлов и деталей паровой турбины …………………………………………………………45
3.3 Информационная модель индивидуального срока службы паровой турбины по
материалам ремонтной истории ………………………………………………………………………………………….54
3.4 Ресурсные характеристики работы турбин …………………………………………………………………….59
3.5 Методика определения показателей производственных циклов турбины ……………………….67
3.6 Выводы ………………………………………………………………………………………………………………………..74
4 Методика расчета остаточного ресурса паровой турбины по материалам ремонтной истории 77
4.1 Алгоритм расчета процесса образования дефектов в подшипниках турбоагрегата на
основе измерения вибраций ……………………………………………………………………………………………….77
4.2 Оценка ресурса турбины по наработке ………………………………………………………………………….79
4.3 Расчёт характеристик дефектообразования подшипников ……………………………………………..86
4.4 Оценка взаимосвязи ресурса подшипников и количества пусков турбины ……………………..93
4.5 Обобщённые показатели вибрации подшипников для совокупности обследованных
турбоагрегатов …………………………………………………………………………………………………………………..99
4.6 Оценка взаимосвязи показателей наработки и пусков ………………………………………………….104
4.7 Оценка остаточного ресурса подшипников по удельным приростам виброскорости …….106
4.8 Методика расчёта остаточного ресурса подшипникового аппарата турбоустановки по
удельным приростам вибрации …………………………………………………………………………………………107
4.9 Порядок расчета остаточного ресурса паровой турбины ………………………………………………110
4.10 Проверка адекватности алгоритма……………………………………………………………………………..111
4.11 Остаточный ресурс паровых турбин с учетом нескольких показателей ………………………118
4.12 Выводы …………………………………………………………………………………………………………………….123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………. 124
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ……………………………………………………………………………………………………… 126
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………………………………………. 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Дефекты агрегатов, узлов, деталей турбоагрегатов …………………………………. 145
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Свидетельства о государственной регистрации ………………………………………. 150
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Документы, подтверждающие использование результатов НИР ……………. 152
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Определение индивидуального ресурса на примере турбины Т-175/210-130
………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 154
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Справка об использовании результатов НИР в учебном процессе ………….. 189

1. В результате проведенных работ создан массив данных,
классифицированы и проанализированы сведения, содержащиеся в ремонтных
материалах, об образовании дефектов в элементах, узлах и деталей паровых
турбин. В результате чего показано, что по материалам ремонтной документации
паровых турбин возможно вычисление характеристик образования дефектов и
прогнозирование остаточного ресурса.
2. Применение разработанной методики сбора информации по эксплуатации
и ремонтам позволило создать информационную модель индивидуального срока
службы для 52 турбин, установленных на 7 ТЭЦ и ГРЭС Сибири и Дальнего
Востока. С помощью информационной модели эффективно определяются
ресурсные характеристики работы турбоагрегата, в том числе: рекомендуемый
межремонтный период, средняя наработка на ремонт, фактическое число пусков,
продолжительность производственного цикла, характеристики виброскорости и
т.д.
3. Разработан алгоритм расчета характеристик процесса образования
дефектов в узлах турбины в виде базы хранения, обработки и анализа данных о
произведённых ремонтных работах паровой турбины, что позволяет провести
содержательное описание процесса образования дефектов по обследованным
турбинам. На основе созданного алгоритма расчета разработан программный
продукт для сбора, хранения и обработки и анализа данных о пусках и наработке
турбоустановки, обеспечивающий получение оперативных данных о ресурсных
характеристиках. Получено свидетельство о государственной регистрации
программного продукта (Приложение 2). Получен акт об использовании
результатов (Приложение 3).
4. Впервые по материалам ремонтной документации паровых турбин,
работающих длительный период времени, проведена классификация ремонтных
узлов и блоков паровой турбины, для выбора наиболее представительных
элементов. Разработана методика определения показателей производственных
циклов турбины, которая показала, что использование этих данных для
определения индивидуального срока службы обеспечивает проведение расчетов
показателей надёжности эксплуатируемых турбин и прогнозирование остаточного
ресурса. Соответственно результаты расчета можно использовать в качестве
прогнозирования времени работы турбины.
5. Разработана методика расчета остаточного ресурса паровой турбины с
использованием данных, сведения о которых сосредоточены в ремонтной
документации: результатов измерения вибраций, наработки, пусков и вероятности
безотказной работы. На основе данных ремонтной документации спрогнозирован
остаточный ресурс исследуемых паровых турбин. Из результатов, приведенных в
таблице 4.17 видно, что 28% исследуемых паровых турбин работает с
превышением индивидуального ресурса.
6. Результаты научно-исследовательской работы используются на
энергетических предприятиях (Приложение 3).
7. Результаты исследований индивидуального ресурса паровой турбины на
основе ремонтной документации используются в учебном процессе Томского
политехнического университета для магистрантов по направлению 13.04.01
«Теплоэнергетика и теплотехника» профиль «Технология производства
электрической и тепловой энергии» (Приложение 5).
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Аварийный режим – рабочее состояние объекта, в котором он находится в
результате отказа его элементов от момента возникновения отказа до его
локализации.
Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной
наработки отказ не возникнет.
Вероятный назначенный ресурс – наибольшая продолжительность
безаварийного пробега, вероятность которой оказывается не ниже заранее
заданного уровня.
Время восстановления – период от момента снижения уровня
работоспособности до момента восстановления требуемого уровня
работоспособности или относительного уровня функционирования.
Вибрация – колебание твёрдых тел.
Виброперемещение – это растояние между крайними точками перемещения
элемента вращающегося оборудования вдоль оси измерения.
Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки
оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения.
Виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей
вибрацию.
Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установленным
требованиям, или несоответствие значения любого параметра или характеристики
состояния изделия установленным требованиям.
Индивидуальный ресурс – назначенный ресурс конкретного объекта,
определённый с учётом фактических свойств металла, геометрических размеров и
условий его эксплуатации каждой отдельной установки.
Капитальный ремонт – ремонт, выполняемый для восстановления исправности
и полного или близкого к полному восстановлению ресурса с заменой или
восстановлением любых его частей, включая базовые.
Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется
работоспособным в произвольный момент времени, когда потребуется его
применение по назначению.
Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме
при определенных условиях функционирования.
Назначенный ресурс – суммарная наработка, при достижении которой
эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его состояния.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта.
Наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к
математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Неработоспособное состояние (неработоспособность) – состояние объекта, при
котором он не способен выполнять все заданные функции.
Нерабочее состояние – состояние объекта, при котором он не выполняет все
заданные функции.
Нормальный режим – рабочее состояние объекта, при котором обеспечиваются
значения заданных параметров режима работы и резервирования в установленных
пределах.
Остаточный ресурс – суммарная наработка объекта от момента контроля
технического состояния до перехода объекта в предельное состояние.
Показатель надежности – количественная характеристика одного или
нескольких свойств, составляющих надежность объекта.
Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая
эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения
требований безопасности, или неустранимого снижения уровня
работоспособности, или недопустимого снижения эффективности эксплуатации.
Производственный цикл – называют календарную продолжительность
эксплуатационного периода, от момента пуска паровой турбины в работу и после
окончания предыдущего капитального ремонта до момента окончания
последующего планового капитального ремонта.
Рабочее состояние – состояние объекта, при котором он выполняет все или часть
заданных функций в полном или частичном объеме.
Резервное состояние – рабочее состояние объекта, при котором он осуществляет
резервирование других объектов.
Ремонт – комплекс операций по восстановлению исправности или
работоспособности изделия и восстановлению ресурса изделий или их составных
частей.
Ремонтные документы – текстовые и графические рабочие конструкторские
документы, которые в отдельности или в совокупности дают возможность
обеспечить подготовку ремонтного производства, произвести ремонт изделия и
его контроль после ремонта. Ремонтные документы разрабатывают на изделия,
для которых предусматривается с помощью ремонта технически возможное и
экономически целесообразное восстановление параметров и характеристик,
изменяющихся при эксплуатации и определяющих возможность использования
изделия по прямому назначению.
Ремонтный цикл – наименьшие повторяющиеся интервалы времени или
наработки, в течение которых выполняется в определенной последовательности в
соответствии с требованиями нормативно-технической документации все
установленные виды ремонта.
Ресурс – наработка от начала эксплуатации объекта или ее возобновление после
предупредительного ремонта до наступления предельного состояния объекта.
Средний ресурс – математическое ожидание ресурса.
Средний срок службы – математическое ожидание срока службы.
Средняя наработка на отказ – математическое ожидание наработки объекта до
первого отказа.
Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее
начала или ее возобновления после предупредительного ремонта до наступления
предельного состояния объекта [126].