Metodika kalibrace v úloze bezkontaktního monitorování oběžných lopatek parních turbín

Ing. Zdeněk KUBÍN

Doctoral thesis

Calibration methodology of non-contact monitoring of steam turbine rotating blades

Abstract:

Disertační práce se zabývá problematikou měření oběžných lopatek parních turbín pomocí metody zvané Blade Tip-Timing. Tento typ měření se stále víc dostává do popředí, protože trh s výrobou elektřiny se mění, vlivem používaní obnovitelných zdrojů. V dnešní době musí parní turbíny plnit požadavky na vysokou účinnost a spolehlivost, stejně jako zvýšení počtu startů, nebo provozování v širokém provozním rozsahu, které zahrnují provoz v nízkých zatíženích, kde lopatky parních turbín kmitají a to je z pohledu jejich životnosti nežádoucí. Nejčastěji se používá metodika Blade Tip-Timing, která nabízí řešení, jak lopatky dlouhodobě sledovat a turbíny bezpečně provozovat. Výrobci parních turbín se snaží vyhovět požadavkům trhu a vyvíjejí nové typy lopatek, které svojí konstrukcí lépe snáší nepříznivé provozní stavy. Tyto nové typy lopatek jsou většinou vybaveny zámkem na špičce lopatky takzvanou bandáží, která značně komplikuje měření metodikou Blade Tip-Timing. Proto se tato práce věnuje kalibraci Blade Tip-Timingu pro bandážované lopatky. Součástí kalibrace celého řetězce byly kalibrace snímačů (eddy-current i optických), numerické výpočty magnetického pole kolem snímačů i numerické výpočty rozložení mechanického napětí v listu lopatky. Tlumení lopatkových materiálů stejně jako vývoj buzení rotujících lopatek byl, nedílnou součástí celého procesu končícího identifikací kmitání lopatek v parní turbíně. Během kalibrace celého měřícího řetězce Blade Tip-Timingu, se ukázalo jako stěžejní, kalibrovat polohu čidla vůči bandáži. Jak bude dále ukázáno, tato poloha zásadně ovlivňuje přepočet měřené výchylky na napětí v listu a tedy celkovou přesnost měření. Bude ukázáno, že špatná volba polohy snímače může vést k naprostému selhání měření celého měření. Na konci této práce bude uvedeno měření na dvou reálných turbínách. Bude ukázáno využití kalibrace Blade Tip-Timingu a dalších podpůrných měření k identifikaci flutteru na turbíně 1000 MW a optimalizaci procesu najíždění elektrárny 135 MW z pohledu vibrací lopatek.

Abstract:

Blade Tip-Timing measurement becomes more and more valuable because power generation market is changing to the peak-load market. Today steam turbines have to full-fill high efficiency and reliability demand as well as increasing of number of cycles or operating in wide operational range, which includes windage or low load operation. The higher level of blade vibration is more common for windage and other non-nominal regimes. Blade Tip-Timing measurement offers solution for long term monitoring and safety operation. The new last stage steam turbine blades have been developed with state of the art design features. The last stage moving blades are designed with integral shroud which complicate the Blade Tip-Timing measurement. Unfortunately, the measurement of shrouded blades is much more complicated and the sensor to blade calibration has to be performed. The Blade Tip-Timing measurement and sensor calibration is described in the thesis. The detection of shroud edges and its angle seems to be important in terms of calibration between tip deflections to high air foil stress identification. The real results from 1000 MW steam turbine operation and the operational process optimization of 135 MW in wide operational range will be presented.

Keywords

Blade Tip-Timing, měření vibrací, kmitání oběžných lopatek, aliasing efekt, parní turbína

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 8. 2018

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Cybernetics