8,5 MW-Generatorstrang, stabil oder instabil?
Dr.-Ing. Johann Lenz
Tel. +49 5971 9710.47
Bei der Inbetriebnahme eines Generatorstranges in Österreich wurden im Teillastbereich stark erhöhte Wellenschwingungen festgestellt, so dass die Abnahme vom Betreiber verweigert wurde. Da die Ursache für die Schwingungserhöhung unbekannt war, wurde KCE mit einer umfassenden messtechnischen Untersuchung beauftragt. Ausgehend von der Dampfturbine (Nennleistung: 8,5 MW) mit einem Hochdruck- und Niederdruckteil sowie einer festen Betriebsdrehzahl von 12.065 1/min wurde das Drehmoment über ein einstufiges Getriebe mit Ritzel- und Radwelle auf die langsamlaufende Generatorwelle mit 1.500 1/min übertragen. Im Teillastbereich (0,3 MW - 2 MW) wurden am Getriebe erhöhte Lagerbockschwingungen in Höhe von veff. = 5,2 mm/s sowie erhöhte Wellenschwingungen an der Ritzelwelle in Höhe von Smax = 95 µm festgestellt. Die erhöhten Schwingungen traten in erster Linie als subsynchrone Einzelfrequenzen von ca. 60 Hz auf. Zur weiteren Analyse der erhöhten Ritzelwellenschwingung wurden die Orbitdarstellungen des schnellaufenden Wellenstranges für unterschiedliche Lasten verglichen.
Es zeigten sich an dem Ritzelwellenlager im Teillastbereich bei 2 MW stark erhöhte Amplituden. Die Laufrichtung, mit der die Orbits durchlaufen werden, war gleichlaufend, d. h. mit der Wellendrehrichtung. Die dominierende Schwingungsfrequenz lag bei ca. 1/3 der Drehfrequenz.
Der Wirkungsmechanismus dieser erhöhten subsynchronen Wellenschwingung beruht auf dem Auftreten einer Instabilität in Verbindung mit der Biegeeigenfrequenz des schnellaufenden Stranges (Turbinenwelle). Die Ergebnisse der Untersuchung deuteten auf eine Gleitlagerinstabilität (oil-whip), obwohl die festgestellte subsynchrone Schwingungsfrequenz im untypischen Bereich zwischen dem 0,28- und 0,31-fachen der Drehfrequenz auftrat. Da insbesondere die eingesetzten Gleitlager der Ritzelwelle hinsichtlich des Lagerspiels und der Umfangsgeschwindigkeit im Grenzbereich der Ritzelwelle gefahren wurden, wurde von KCE als Maßnahme eine Modifizierung des Ritzelwellengleitlagersystems empfohlen. Dazu wurde das radiale Lagerspiel der Ritzelwelle durch Aufspritzen reduziert. Nach dieser Realisierung waren keinerlei Instabilitäten der schnellaufenden Welle mehr festzustellen. Im zuvor bemängelten Lastbereich traten nunmehr lediglich radiale Ritzelwellenschwingungen von maximal 14 µm p-p auf (vorher 95 µm p-p), so dass die Anlage dem Betreiber auch hinsichtlich des Schwingungsverhaltens im „grünen Bereich“ übergeben werden konnte.
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Dr.-Ing. Johann Lenz
Tel. +49 5971 9710.47
Bei der Inbetriebnahme eines Generatorstranges in Österreich wurden im Teillastbereich stark erhöhte Wellenschwingungen festgestellt, so dass die Abnahme vom Betreiber verweigert wurde. Da die Ursache für die Schwingungserhöhung unbekannt war, wurde KCE mit einer umfassenden messtechnischen Untersuchung beauftragt. Ausgehend von der Dampfturbine (Nennleistung: 8,5 MW) mit einem Hochdruck- und Niederdruckteil sowie einer festen Betriebsdrehzahl von 12.065 1/min wurde das Drehmoment über ein einstufiges Getriebe mit Ritzel- und Radwelle auf die langsamlaufende Generatorwelle mit 1.500 1/min übertragen. Im Teillastbereich (0,3 MW - 2 MW) wurden am Getriebe erhöhte Lagerbockschwingungen in Höhe von veff. = 5,2 mm/s sowie erhöhte Wellenschwingungen an der Ritzelwelle in Höhe von Smax = 95 µm festgestellt. Die erhöhten Schwingungen traten in erster Linie als subsynchrone Einzelfrequenzen von ca. 60 Hz auf. Zur weiteren Analyse der erhöhten Ritzelwellenschwingung wurden die Orbitdarstellungen des schnellaufenden Wellenstranges für unterschiedliche Lasten verglichen.
Es zeigten sich an dem Ritzelwellenlager im Teillastbereich bei 2 MW stark erhöhte Amplituden. Die Laufrichtung, mit der die Orbits durchlaufen werden, war gleichlaufend, d. h. mit der Wellendrehrichtung. Die dominierende Schwingungsfrequenz lag bei ca. 1/3 der Drehfrequenz.
Der Wirkungsmechanismus dieser erhöhten subsynchronen Wellenschwingung beruht auf dem Auftreten einer Instabilität in Verbindung mit der Biegeeigenfrequenz des schnellaufenden Stranges (Turbinenwelle). Die Ergebnisse der Untersuchung deuteten auf eine Gleitlagerinstabilität (oil-whip), obwohl die festgestellte subsynchrone Schwingungsfrequenz im untypischen Bereich zwischen dem 0,28- und 0,31-fachen der Drehfrequenz auftrat. Da insbesondere die eingesetzten Gleitlager der Ritzelwelle hinsichtlich des Lagerspiels und der Umfangsgeschwindigkeit im Grenzbereich der Ritzelwelle gefahren wurden, wurde von KCE als Maßnahme eine Modifizierung des Ritzelwellengleitlagersystems empfohlen. Dazu wurde das radiale Lagerspiel der Ritzelwelle durch Aufspritzen reduziert. Nach dieser Realisierung waren keinerlei Instabilitäten der schnellaufenden Welle mehr festzustellen. Im zuvor bemängelten Lastbereich traten nunmehr lediglich radiale Ritzelwellenschwingungen von maximal 14 µm p-p auf (vorher 95 µm p-p), so dass die Anlage dem Betreiber auch hinsichtlich des Schwingungsverhaltens im „grünen Bereich“ übergeben werden konnte.
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Bild 1: Orbitdarstellung der Wellenschwingungen der Turbinen- (schwarz und rot) und Ritzelwelle (blau und grün) bei Teillast – 2 MW
Bild 2: Orbitdarstellung der Wellenschwingungen der Turbinen (schwarz und grün) und Ritzelwelle (blau und grün) bei Teillast – 4 MW