Výzkum a vývoj metod a algoritmů pro detekci a lokalizaci rubbingu na parních turbínách

Ing. Jan JAKL

Doctoral thesis

Research and developement of methods and algorithms for detection and localization of rub in steam turbines

Abstract:

V současné době je zejména z bezpečnostních a ekonomických důvodů kladen neustále větší důraz na spolehlivý provoz parních turbín. Některé kroky výrobců parních turbín, kteří se snaží z důvodů větší konkurenceschopnosti mimo jiné zvyšovat účinnost turbín, zvyšují riziko poruchy parní turbíny a to vede k vyšším požadavkům na monitorování stavu stroje. Jedním z příkladů je snižování ucpávkových vůlí, čímž se zvyšuje riziko vzniku potencionálního kontaktu rotorové a statorové části stroje, neboli rubbingu. Tento jev je velmi nebezpečný pro chod stroje a je vhodné jej včasně detekovat, neboť tím může dojít ke snížení značných ekonomických ztrát. Cílem předkládané disertační práce je návrh metod pro detekci a lokalizaci rubbingu na parních turbínách, které by pomohly zlepšit stávající stav této problematiky. Tyto metody operují nad signály z čidel, kterými jsou parní turbíny standardně osazovány, tj. z čidel relativních rotorových a absolutní statorových vibrací. To umožňuje aplikovat tyto metody bez nutné instalace aditivních čidel jak u stávajících tak u nových strojů. Experimentálním měřením na rotorovém standu RK4 a také analýzou provozních měření z TG 80 MW byly potvrzeny subharmonické složky amplitudových spekter signálů relativních rotorových vibrací, jako indikátory částečného rubbingu. Detekce těchto subharmonických složek je založena na navržené metodě kumulace úplného spektra, kdy dochází ke sdružení informace o subharmonických složkách v širokém frekvenčním pásmu. Dále je navržen způsob filtrace spektrální obálky a nesynchronních složek spektra založený na liftraci úplného spektra. Za účelem automatické detekce vzniku částečného rubbingu jsou dále definovány tzv. charakteristické veličiny. V předkládané práci je dále popsána navržená metoda lokalizace rubbingu založená na časo-frekvenčním zpracování signálů absolutních statorových vibrací pomocí aproximace spojité Gaborovy transformace. Pro určení místa kontaktu je následně použita lineární lokalizace. Vhodnost navržené metody byla potvrzena při odstávce TG 220 MW.

Abstract:

Currently, particularly for safety and economic reasons, more emphasis is continually placed on the reliable operation of steam turbines. One example is the reduction of sealing clearances which increases the risk of potential contact (rub) of the rotor and stator of the machine. This is very dangerous for the machine operation and it is suitable for early detection of this failure, because this may results in reduction of considerable economic losses. The aim of the dissertation thesis is development of method for detection and localization of rub, which would help to improve the current state of this issue. These methods are based on processing of signals from sensors, which are standardly installed on steam turbines, ie. sensors of rotor relative and stator absolute vibrations. This allows application of these methods in diagnostics of existing and new machines without installation of additive sensors. Experimental measurements on the rotor stand RK4 and analysis of operational measurements of TG 80 MW have confirmed that subharmonic component of amplitude spectra of relative rotor vibration are indicators of partial rubbing. Detection of these subharmonic components is based on the proposed method of full spectrum cumulation, where the information about subharmonic components is associated from wide frequency band. Furthermore, a method of filtering of spectral envelope and nonsynchronous frequency components based on liftering of full spectrum is proposed. For the purpose of automatic detection of a partial rub, characteristic values are also defined. The developed method for rub localization based on time-frequency analysis of stator absolute vibrations using approximation of continuous Gabor transform is further described in submitted thesis. For determination of contact place, the linear localization is used. The suitability of proposed method was confirmed during overhaul of TG 220 MW.

Keywords

kontakt mezi rotorem a statorem, vibrace, detekce, lokalizace, časo-frekvenční zpracování signálů, kepstrum, Gaborova transformace, charakteristická hodnota

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 11. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

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