Ц.8.I Измерение нагрузки, действующей на подпятник

Ц.8 Проведение измерений при испытаниях подпятников

Нагрузка, действующая на подпятник, складывается из двух составляющих: массы ротора гидроагрегата (постоянная составляю­щая) и гидравлического осевого усилия (переменная составляющая).

Ц.8.1.1 Масса ротора гидроагрегата складывается из масс: ротора ге­нератора, вала генератора, рабочего колеса турбины, вала турби­ны и других вращающихся частей агрегата. Она может быть вычисле­на по заводским данным, приведенным на чертежах, или определена путем измерений. Измерения производятся при регулировке нагруз­ки на сегменты подпятника одним из известных способов. Перед регулировкой производится калибровка опорных тарелок подпятника на прессе, т.е. определяется зависимость деформации опорных та­релок от нагрузки на них.

Калибровка на прессе должна проводиться в условиях, полностью имитирующих условия работы опорных тарелок в подпятнике. Должны быть: опорный вкладыш с диаметром сферической головки, равным ди­аметру сферической головки опорного болта или вкладыша в подпят­нике, реальный сегмент и плита, имеющая толщину такую же, как диск подпятника. В случае невыполнения этих условий зависимость деформации опорной тарелки от приложенного к ней усилия будет не­одинаковой на прессе и в подпятнике, и определение массы ротора гидроагрегата окажется невозможным (в этих условиях возможно лишь проведение регулировки нагрузки на сегменты без определения абсо­лютной нагрузки).

При опускании ротора гидроагрегата с тормозов на сегменты подпятника определяется нагрузка на каждый сегмент. Сумма нагру­зок на все сегменты дает массу вращающихся частей агрегата, т.е. массу ротора агрегата.

При многократных подъемах и опусканиях ротора гидроагрега­та на тормозах-домкратах и различных высотных положениях регули­ровочных болтов суммарное значение нагрузки на сегменты, т.е. масса ротора, обычно колеблется в пределах 4-8$ среднего значе­ния, что и определяет точность данного способа.

При таком способе определения значение массы ротора может получиться несколько ниже действительного значения из-за накло­на вала и трения в направляющих подшипниках. Кроме того, следует учитывать взвешивающее действие воды на рабочее колесо (Архиме­дову силу), если камера рабочего колеса заполнена водой.

Если масса ротора гидроагрегата определяется при заполненной водой камере рабочего колеса, то это значение массы ротора и бе­рется при вычислении полной нагрузки на подпятник. Если масса ро­тора агрегата определяется при осушенной камере рабочего колеса, то при определении полной нагрузки на подпятник следует умень­шить ее на значение Архимедовой силы (массы воды в объеме рабоче­го колеса). Для крупных поворотно-лопастных турбин, взвешивающая сила достигает 3-4$ массы ротора агрегата.

Массу вращающихся частей агрегата можно также определить измерением с помощью образцового манометра стабильного давления в тормозной системе генератора при взвешенном на тормозах рото­ре. Зная значение этого давления и общую площадь поршней тормоз­ных цилиндров, легко подсчитать массу вращающихся частей агрега­та.

При определении массы ротора вышеописанным способом нужно следить за наличием на роторе всех деталей и если какие-либо из них отсутствуют, учитывать их массу.

Ц.8.1.2 Гидравлическое осевое усилие, действующее на рабочее коле­со турбины, может быть измерено различными способами.

По растяжению вала гидроагрегата. При этом способе на вал турбины или генератора ниже подпятника наклеиваются тензометры и собираются в измерительную схему. Снятие показаний с вращающихся частей осуществляется с помощью токосъема, установленного в наиболее удобном месте вала турбины или генератора.

На рис.1 показана схема измерения осевого усилия с регистра­цией показаний на осциллографе без промежуточного усиления сиг­нала. На вал наклеиваются четыре тензометра - два вдоль образую­щей вала (рабочие), два поперек (компенсационные) и собираются в мостовую схему. Чтобы исключить влияние напряжения от изгиба вала, два тензометра - один рабочий и один компенсационный (R₁ и К₁) наклеиваются на одну сторону вала, а два других (R₂ и К₂) на противоположную сторону. Если требуется усиление сигнала, можно использовать усилитель постоянного тока. Если испытания прово­дятся на генераторе подвесного типа и тензометры наклеены на вал генератора между подпятником и ротором, возможна прямая тариров­ка схемы по усилению, создаваемому массой ротора генератора.

Опустив ротор гидроагрегата с тормозов-домкратов, отмечают от­клонение луча на ленте осциллографа; отклонение луча соответст­вует массе той части ротора гидроагрегата, которая находится ни­же места наклейки тензометров.

Если испытания проводятся на генераторе зонтичного типа или если нет возможности наклеить тензометры между ротором генерато­ра и подпятником на подвесном генераторе, то нельзя провести пря­мую калибровку массой ротора генератора.

В этом случае осевое усилие определяется следующим образом.

Около токосъема помещается эталонная балка равного сопро­тивления, на которую наклеены тензометры из той же партии, что наклеены на вал. Тензометры собраны в схему так же, как на валу. Балка подключается к измерительному каналу, на котором регистри­руется осевое усилие (на это время тензометры, наклеенные на вал, отключаются). На балке создается прогиб, соответствующий опреде­ленному значению напряжения σ, и регистрируется отклонение лу­ча на ленте (или экране) осциллографа. Затем создается разбаланс в схеме путем включения в одно из плеч измерительного моста ка­либровочного сопротивления (кгс/см²). Определяется, какому зна­чению напряжения (кгс/см²) соответствует калибровочный импульс на ленте осциллографа.

В процессе испытаний по этому калибровочному импульсу опре­деляется масштаб записи (кгс/см²). Переход от значения напряже­ния растяжения вала к осевому усилию (тс), растягивающему вал, производится по формуле

Где σ - напряжение растяжения вала, полученное с осцил­лограммы, кгс/см²;

D_H и D_в - наружный и внутренний диаметры вала в месте на­клейки тензометров, см.

По деформации опорных тарелок подпятника. При этом способе на все опорные тарелки или часть их наклеиваются тензометры, со­бирается измерительная схема и производится калибровка опорных тарелок на прессе. Можно калибровать опорные тарелки массой ротора гидроагрегата. В этом случае отклонение показаний по каждой опорной тарелке при опускании ротора с тормозов на подпятник соответствует массе ротора гидроагрегата.

В зависимости от схемы измерений на опорную тарелку наклеивают 2 или 4 тензометра. Тензометры наклеивают вблизи центра опорной тарелки.Компенсационные тензометры наклеивают на нижнюю сторону специальной компенсационной пластины, закрепленной на тарелке одним концом.

Расположение тензометров на опорной тарелке показано на рис.2.

Измерение осевого гидравлического усиления при испытаниях подпятника этим способом проще, чем по растяжению вала, так как не требуется токосъемного устройства, лучше условия для наклей­ки и сушки тензометров и т.д. Чувствительность также выше, так как напряжения в опорной тарелке в 3-4 раза больше, чем нормаль­ные напряжения от растяжения вала. Однако измерение осевого гид­равлического усилия по деформации опорных тарелок имеет существен­ный недостаток: при вращении ротора гидроагрегата в опорных та­релках возникает пульсация напряжений, вызванная биением зеркаль­ной поверхности диска подпятника. Форма пульсации напряжения, за­писанная на ленте осциллографа, точно соответствует форме биения зеркальной поверхности диска (за один оборот ротора). Поэтому воз­никает дополнительная погрешность при определении осевого усилия, так как трудно получить нуль усилия перед пуском: если перед пус­ком над сегментом, по опорной тарелке которого измеряется осевое гидравлическое усилие, находится выступ зеркальной поверхности диска, то полученное после пуска значение осевого гидравлическо­го усилия будет занижено, если над этим сегментом находится впа­дина, то значение осевого гидравлического усилия будет завышено. Отклонение может достигать 8-10% значения осевого гидравлическо­го усилия.

Поэтому при измерении осевого гидравлического усилия по де­формации опорных тарелок желательно производить осциллографирование одновременно по трем-четырем опорным тарелкам, расположен­ным на равных расстояниях одна от другой, и брать среднее значе­ние полученного осевого гидравлического усилия.

По прогибу грузонесущей крестовины. Измерение осевого гид­равлического усилия возможно по прогибу крестовины, на которой расположен подпятник. Датчик прогиба должен закрепляться на крон­штейне, установленном на фундаменте здания ГЭС, и упираться в крестовину как можно ближе к ее центру. Место на крестовине, в которое упирается головка датчика, должно быть зачищено, не долж­но иметь заусенцев и рисок. На генераторе подвесного типа датчик можно закрепить на грузе, подвешенном на крюке мостового крана, и упереть в крестовину.

Калибровка прогиба крестовины по усилию производится массой ротора гидроагрегата: ротор опускается с тормозов-домкратов на подпятник и регистрируется прогиб крестовины. Считая зависимость прогиба крестовины от приложенного усилия прямолинейной, в даль­нейших Опытах вычисляется усилие от реакции воды по измеренному прогибу. Значение прогиба крестовины от массы ротора и реакции, воды у крупных генераторов достигает 4-5 мм. На такие перемеще­ния должны быть рассчитаны применяемые датчики. Основное неудоб­ство рассмотренного способа измерения заключаются в трудности за­крепления датчиков неподвижно относительно крестовины.

По деформации грузонесущей крестовины. Осевое гидравлическое усилие можно измерить по деформации крестовины, на которой разме­щен подпятник. Для этого на одну из лап крестовины в продольном направлении наклеиваются тензометры сопротивления (рабочие). На компенсационной пластине, закрепленной на крестовине одним концом, наклеиваются компенсационные тензометры. Собирается измеритель­ная схема - мостовая или полумостовая. Калибровка производится массой ротора гидроагрегата.

По деформации опоры пяты. В гидроагрегатах с подпятниками зонтичного типа при опирании на крышку турбины через промежуточ­ный опорный конус возможно определение осевого гидравлического усилия по деформации этого конуса (опоры пяты). На поверхности опорного конуса наклеиваются тензометры: рабочие - вдоль образую­щей конуса и компенсационные - на специальной компенсационной пластине, крепящейся одним концом к опорному конусу. Собирается схема. Калибровка по усилию производится массой ротора агрегата, аналогично тому, как это делается в вышеописанных случаях.

Не следует определять гидравлическое осевое усилие по вер­тикальному перемещению опоры пяты, вызванному прогибом крышки гидротурбины, так как прогиб крышки турбины зависит не только от осевого усилия, передаваемого на нее от подпятника через опо­ру пяты, но также и от давления (разрежения) в потоке под крыш­кой турбины.

Дата добавления: 2017-01-14