Trends and correlation analysis in diagnosing turbine rotor bow

• Autorzy: Gałka T.

Warianty tytułu

PL

Analiza trendów i korelacji w diagnozowaniu wygięcia wirnika turbiny

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Permanent rotor bow in a steam turbine is a serious failure which usually demands a time-consuming and costly repair. Its vibration-related symptoms are not specific and qualitative diagnosis typically has to employ results obtained during transients. In a 230 MW power steam turbine, gradual dynamic behavior deterioration was observed, immediately after commissioning. Increase of the fundamental component of rear intermediate-pressure turbine bearing vertical vibration was detected, with the time constant of the order of months. Permanent rotor bow, exceeding 200 μm, turned out to be the cause. Rotor repair resulted in a dramatic improvement of dynamic behavior, which, however, soon began to deteriorate again. Vibration spectra had been detected in the off-line mode since commissioning, which allowed to determine vibration time histories. Vibration trends analysis does not provide sufficient information to determine root cause, but allows for eliminating a number of possible malfunctions that give similar symptoms. In particular, the possibility of a sudden random-type damage due to human error is eliminated, which in fact is the most common cause of a permanent bow. Analysis of vibration amplitude correlation between vertical and axial directions reveals very strong correlation between fundamental components in the turbine under consideration, as well in the other one, in which similar failure has been observed. Third unit of the same type, apart from qualitatively different vibration trends, is characterized by correlation factors lower by a few times. This particular case is indicative of the importance of evolutionary symptoms (vibration amplitude time dependence and increase rate, as well as correlation factors) in qualitative diagnosis. Such symptoms can be very useful in distinguishing between possible failures which result in similar changes of machine vibration behavior.

PL

Trwałe wygięcie wirnika turbozespołu jest poważnym uszkodzeniem, wymagającym na ogół długotrwałej i kosztownej naprawy. Jego symptomy drganiowe są niejednoznaczne i diagnozowanie jakościowe przeważnie musi uwzględniać wyniki pomiarów w stanach nieustalonych. W turbozespole energetycznym 230 MW stwierdzono stopniowe pogarszanie sie stanu dynamicznego bezpośrednio po oddaniu do eksploatacji. Obserwowano wzrost składowej 44 T. Gałka podstawowej drgań pionowych tylnego łożyska części średnioprężnej, ze stałą czasową rzędu miesięcy. Przyczyna okazało sie trwałe wygięcie wirnika, przekraczające 200 μm. Naprawa wirnika przyniosła zasadnicza poprawę stanu dynamicznego, choć po niej zaczął on ponownie sie pogarszać. Przez cały okres eksploatacji były wykonywane okresowe rejestracje widm drgań, dzięki czemu możliwe było określenie trendów drgań. Analiza trendów nie daje podstawy do jednoznacznego zidentyfikowania niesprawności, pozwala jednak na wyeliminowanie wielu uszkodzeń, dających zbliżone objawy. W szczególności wykluczyła ona nagłe uszkodzenie awaryjne, spowodowane błędem obsługi, które jest najczęstszą przyczyna trwałego wygięcia wirnika. Analiza korelacji amplitud drgań w kierunkach pionowym i osiowym wykazuje bardzo wysokie współczynniki korelacji liniowej miedzy składowymi podstawowymi dla omawianego turbozespołu oraz drugiego, tego samego typu, w którym wystąpiło podobne uszkodzenie. Trzeci turbozespół tego samego typu charakteryzuje się, oprócz jakościowo innych trendów drgań, kilkakrotnie słabsza korelacja. Opisany przypadek wskazuje na duża przydatność symptomów typu ewolucyjnego (kształt zależności amplitudy drgań od czasu i szybkość jej wzrostu oraz współczynnik korelacji) w diagnozowaniu jakościowym. Symptomy takie mogą być bardzo użyteczne w przypadku konieczności rozróżnienia miedzy możliwymi niesprawnościami, którym odpowiadają podobne zmiany charakterystyk drganiowych maszyny.

Słowa kluczowe

EN

turbine rotor; steam turbine; fault diagnostic; vibrodiagnostics

PL

wirnik turbiny; turbozespół; diagnostyka uszkodzeń; wibrodiagnostyka

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 4, z. 3, cz.1
• Strony: 43--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Gałka T.

• Institute of Power Engineering ul. Augustówka 5, 02-981 Warszawa,

Bibliografia

• 1. Bently D.E., Hatch C.T.: Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics. Bently Pressurized Bearing Press, Minden, USA, 2002.
• 2. Cempel C.: Vibroacoustic Condition Monitoring. Ellis Horwood, Chichester, UK, 1991.
• 3. Morel J.: Vibrations des machines et diagnostic de leur état mécanique. Eyrolles, Paris, 1992.
• 4. Lapini G.L., Zippo M., Bachschmid N., Collina A., Vallini A.: Experimental tests and model based calculations for the diagnosis of a crack in a 320 MW generator. Proceeding of the CISM Symposium Diagnostics of Rotating Machines in Power Plants, Springer, Wien-New York, 1994.
• 5. Rao J.S., Sharma M.: Dynamic analysis of bowed rotors. Proceedings of VETOMAC-1 Conference, Bangalore, India, 2000.
• 6. Cempel C.: Multidimensional condition monitoring of mechanical systems in operation. Mechanical Systems and Signal Processing, vol.17, No.6, 2003, pp. 1291-1303.
• 7. Orłowski Z.: Diagnostics in the Life of Steam Turbines. WNT, Warszawa (in Polish), 2001.
• 8. Gałka T.: Representation of machine technical condition in evolutionary diagnostic symptoms. Eksploatacja i Niezawodność, Nr 1(37), 2008, pp. 23-29.
• 9. Gałka T.: Statistical vibration-based symptoms in rotating machinery diagnostics. Diagnostyka, Nr 2(46), 2008, str. 25-32.
• 10. Gałka T: Problem of accuracy in rotating machines vibration trends analysis. Proceedings of the XXXIIIth Symposium ‘Diagnostyka Maszyn’, Węgierska Górka (CD-ROM edition) (in Polish), 2006.
• 11. Gałka T.: Ponikiewski T.: Assessment of vibration-based statistical symptoms suitability in turbine fluid-flow system condition diagnosis. Report of the Institute of Power Engineering (unpublished) (in Polish) ,2007.
• 12. Gałka T.: Correlation-based symptoms in rotating machines diagnostics. Proceedings of the 21st International Congress COMADEM 2008, Praha, pp.213-226.
• 13. Papoulis, A.: Probability, Random Variables and Stochastic Processes. McGraw-Hill, New York, 1964.