Metoda diagnozowania uszczelnień labiryntowych w maszynach przepływowych Piotr Krzyślak Marian Winowiecki
Ponad 40% wszystkich wykrytych strat sprawności w typowej dużej 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 Przyczyny pogorszenia się sprawności ś turbin parowych Erozja i chropowatość łopatek wirnikowych i kierowniczych Przecieki w uszczelnieniach > 40% Osady Inne
Schemat rozpływu pary w korpusie WP turbiny 13K215 para świeża do przegrz. II dławnica międzykadłubowa 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 dławnica międzykadłubowa do cz. SP 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 rozkład zużycia ż labiryntów dławnicy międzykadłubowej części WP turbiny 13K215 14 12 10 8 Rozkład normalny luzów montażowych Wartość średnia - 0,8 mm Średnie odchylenie standardowe - 0,03 mm f(s) 6 4 2 Rozkład normalny luzów przedremontowych (po ok. 6 latach eksploatacji) Wartość średnia - 1,95 mm Średnie odchylenie standardowe - 0,33 mm 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 s [mm]
N uszcz [kw] Strata t mocy turbiny 13K215 przy zmianie i luzu na dławnicy międzykadłubowej WP 1000 900 800 700 ~ 450 kw 600 500 400 300 s=1mm s=1.5mm s=2mm 200 100 0 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 m 0 [kg/s]
Strata t mocy turbiny 13K215 przy zmianie i luzu na dławnicy międzykadłubowej WP N uszcz [kw] 700 600 500 400 > 400 kw 300 s=0,5mm 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 m 0 [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 CO 2 lub niewyprodukowaniem ponad 2500 MWh en. elektrycznej. Dane takie mogą posłużyć do analizy ekonomicznej celowości odkrycia maszyny (do remontu) w przypadku stwierdzenia znacznego zwiększenia się luzów ponad wartości nominalne.
Koncepcja metody diagnozowania uszczelnień labiryntowych y A Upust pary pomiędzy seg.a i B m C p1 p 0 p 2 m A m B Pierwszy segment A A Drugi segment B Wyprowadzenie ciśnienia p 1 A -A Wyprowadzenie czynnika Szczegół a a Element dławiacy WAŁ
Technika diagnozowania P diag = p 1 2 pp 0 2 gdzie: p 1-2 = p 1 p 2 = spadek ciśnienia na tylnym fragmencie uszczelnienia p 0-2 = p 0 p 2 = spadek ciśnienia na całym uszczelnieniu Max. błąd względny pomiaru ε Pdiag < 0,5% dla typowych niepewności pomiarowych przetworników różnicy ciśnień (klasa 0,25), a więcę dla parametru diagnostycznego na poziomie 25%, daje rozdzielczość metody lepszą niż 0,15% ( s. ~ 0,1 mm)
P diag Zmiana parametru P diag dla dławnicy wewnętrznej WP turbiny 200 MW przy zmianie obciążenia maszyny 27% 26% 25% 24% 23% < 0,3% niewielki wpływ m0! m0=180 m0=150 m0=120 22% 21% 20% 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 s 02 0-2 [mm]
Wyprowadzenie ciśnienia Wyprowadzenie czynnika (kryzy)
Parametr diagnostyczny w funkcji przepływu 35% P diag [%] 30% po awarii 25% 20% przed awarią ~4% Pomiar 10-10-2006 04/06-11-2006 15% 10% 5% 0% 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m 0 [t/h]
Ocena wielkości luzu w uszczelnieniu 3,0 s [mm] 2,5 Pomiar 04/06-11-2006 20 2,0 po awarii arii 10-10-2006 1,5 1,35 +/- 0.18 1,0 0,5 0,62 +/- 0.11 przed awarią 0,0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m 0 [t/h]
WNIOSKI Nie ma możliwości oceny on-line degradacji uszczelnienia (oceny luzu) dla uszczelnienia i w standardowym d wykonaniu. Straty spowodowane degradacją uszczelnień labiryntowych, zwłaszcza w uszczelnieniach posadowionych na dolocie do turbiny (dławnica międzykadłubowa, dławnica tłoka odciążającego) ż mogą sięgać ć rzędu nawet 0.5% mocy całej ł jturbiny 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. Dla aukładu uszczelnienia e z upustem istnieje prosta możliwość ość wprowadzenia a tego układu do systemu monitoringu turbiny. Implementacja układu uszczelnienia z upustem na rzeczywistym obiekcie oraz wyniki otrzymane z jednego z tych obiektów dają podstawę ę do twierdzenia, że przedstawione podstawy teoretyczne dla realizacji takiego układu zostały pomyślnie zweryfikowane.