Turbinenschaden nach der Jahresrevision 07 / 2015 und Reparaturverlauf Beschreibung des Schadens und des Reparaturverlaufes Turbosatz STV
Turbosatz Stavenhagen MAN Turbine MARC2 Benennung Einheit Normal Max Frischdampfdruck 41 bar(a) 54 Frischdampftemperatur 395 C 430 Frischdampfmenge 56,5 t/h Anzapfungsdampfdruck 4 bar(a) 8 Anzapfdampfmenge 8,8 t/h Entnahmedampfdruck 16 bar(a) 18 Entnahmedampftemperatur 286 C 335 Entnahmedampfmenge 43 t/h Abdampfdruck 0,15 bar(a) 0,3 Leistung 10.000 kw Nenndrehzahl 10.050 1/min Schnellschlussdrehzahl 11.055 1/min RENK Planetengetriebe Benennung Einheit Typ Nennleistung Auslegeleistun g Drehzahlen ELIN Generator Benennung Einheit Typ Nennleistung Planetengetriebe CPG100Z/3M 10.900 kw 11.450 kw 10.050 / 1.500 1/min HTM 180 Z04 10.000 kw Spannung 10,5 kv +5/-5 % Drehzahl 1.500 1/min
Historie Erstinbetriebnahme der Turbine Juli 2007: Während der Inbetriebnahme wurden Verunreinigungen aus dem Rohrleitungssystem der Anlage in die Turbine gefahren. Die Turbine wurde außer Betrieb genommen, demontiert und von MAN auf Schäden untersucht. Der Turbinenläufer wurde durch MAN im Werk geprüft, gereinigt, gewuchtet und wieder montiert. Vor Wiederinbetriebnahme wurde ein Dampfsieb in der Frischdampfleitung vor Turbine installiert. Die Wiederinbetriebnahme der Turbine erfolgte im Oktober 2007 Die Turbine wurde nach der Wiederinbetriebnahme bis zur Revision im Jahr 2015 bestimmungsgemäß betrieben. Dampfsieb FD Leitung 250 µm Auffälligkeiten während der Betriebszeit: Das Schwingverhalten des Planetengetriebes wurde auffällig (Beschleunigungswerte bei hohen Lasten bis 12 g). Der Druck des Läufers auf das Axiallager verstärkte sich (Permanente Wellenlage in Druckrichtung und erhöhte Lagertemperaturen). Maßnahmen: Die Endstufe der Turbine und das Planetengetriebe wurden jährlich, während der Anlagenrevision endoskopiert und bewertet. Der Getriebehersteller RENK stufte das Schwingverhalten als unbedenklich ein. Im Jahr 2012 wurde ein Planetengetriebe und eine Kupplung gekauft und in STV eingelagert. In der Revision 2013 wurde das Axiallager-Problem behoben. Axiallagersteine belastet
Ausgangslage Zusammen mit dem Maschinen-Versicherer wurde 2014 ein Revisionskonzept für den Turbosatz erarbeitet Zustandsorientierte Wartung und Instandhaltung Die für 2014 vorgesehene große Revision wird unter Auflagen bis spätestens 2017 (max. 70.000Bh) verschoben. Im Juli 2014 wurde eine erweiterte Revision ohne öffnen der Maschine durchgeführt. In Abstimmung mit dem Versicherer wurde in Verbindung mit der Jahresrevision des Kraftwerks für Juli 2015 eine kleine Revision des Turbosatzes und ein Wechsel des Planetengetriebes vereinbart (56.000 Bh). Außerdem wurde auf Wunsch des Maschinenversicherers ein zusätzliches Monitoring System zur Schwingungsüberwachung installiert. (Keyphasor, Wellenschwingungsmessung, und erweiterte Lagerbockschwingungsmessung) Am 21.07.2015 wurde die Turbine wieder in Betrieb genommen. Nach Wiederinbetriebnahme wurden Auffälligkeiten beim Schwingverhalten des Turbosatzes festgestellt. Schwingverhalten vom 11.05.2015 vor Getriebewechsel Schwingverhalten vom 21.07.2015 nach Getriebewechsel RENK Planetengetriebe 10.050 1.500 Beschleunigung Getriebe von 7g Beschleunigung Getriebe von 5g auf 8g Schwingung Getriebe von 0,7 auf 2 mm/s Schwingung Turbine Getriebeseite von 1 auf 1,8 mm/s Schwingung Getriebe von 0,9 mm/s Schwingung Turbine Getriebeseite von 0,9 mm/s
Ereignis am 12.08.2015 / 19:41 Uhr Schlagartiger Anstieg aller Schwingungswerte. Die Lagerbockschwingungen lagen nach dem Ereignis noch unterhalb des Melde- bzw. Auslösebereiches (Meldung: >4,5 mm/s / Auslösung: >7,1 mm/s). Schlagartiger Anstieg Turbine vorne von 0,6 auf 3mm/s und hinten von 1,5 auf 3mm/s. Die Wellenschwingungen stiegen schlagartig Turbine vorne von 12 auf 50 µm und hinten von 9 auf 55 µm (0-P). Der Turbosatz wurde außer Betrieb genommen.
Ermittlung der Ursache Sofortmaßnahmen: Fa. Ethos Energy (hat die Revision 2015 durchgeführt) wurde beauftragt eine Endoskopie der Endstufe durchzuführen. Fa. RENK wurde beauftragt das Planetengetriebe zu prüfen (Endoskopie, Prüfung der Kupplung, Prüfung der Ausrichtung). Fa. TMS wurde mit der Prüfung der Turbinenlager beauftragt. Der Maschinenversicherer wurde informiert. Fachingenieure der EEW standen uns beratend zur Seite. Ursachenfindung: Bei der Endoskopie wurde ein Schaufelschaden an der Endstufe festgestellt. Durch den VGB wurde eine Rissprüfung der Schaufelreihe durchgeführt. Es wurde eine weitere Schaufel gefunden, die bereits angerissen war. Weitere Vorgehensweise Der Schaden wurde der Versicherung gemeldet. MAN Diesel & Turbo SE wurde mit der Reparatur der Turbine beauftragt.
Die Reparatur Demontage: Die Turbine wurde für die Demontage des Läufers vorbereitet (Isolierung, Messtechnik und Abdampfleitungen wurden demontiert). Die Turbine wurde geöffnet und der Läufer wurde gezogen. Es wurde eine Befundung an den Turbinenteilen vorgenommen. Festgestellte Schäden: Ein Schaufelbruch und ein Schaufelanriss der Endstufe Anlaufschaden der Schaufelreihe 10 Axiallagersteine belastete Seite und Grundkörper gestaucht HD-Regelventil Spindeln leicht eingelaufen Einschläge in Schaufeln A und C-Rad (Schaden Erstinbetriebnahme) Die durchgeführten Reparaturarbeiten: Die beschädigten Teile wurden ins Werk MAN zur Reparatur gebracht. MAN fertigte eine neue Endstufe mit neuem, optimierten Design. Neue Schaufeln für Schaufelreihe 10 wurden gefertigt und montiert. Neue Axiallagerteile wurden bestellt und montiert. HD-Regelventil Spindeln wurden erneuert. Neue Schaufeln für A und C-Rad wurden montiert (auf Lager HKW). Geschädigte Stopfbuchsen wurden erneuert. Diverse Teile wurden gereinigt und gestrahlt. Der Läufer wurde gewuchtet.
Montage und Inbetriebnahme Am 05.10.2015 wurden die reparierten Turbinenteile ins Kraftwerk geliefert und es wurde mit der Montage des Turbosatzes begonnen. Am 16.10.2015 war die Montage so weit abgeschlossen, dass die ersten Tests gefahren werden konnten. Die Kaltinbetriebnahme erfolgte am 16.10.2015. Nach Abschluss der Isolierarbeiten an der Turbine wurden am 19.10.2015 die Sicherheitstests gefahren und die Turbine ans Netz genommen. Reparaturdauer: 12.08.2015 bis 19.10.2015 / 2 Monate und 7 Tage (1.624,5 Stunden)
Auftretende Probleme nach Wiederinbetriebnahme 1. Vor dem Getriebewechsel traten keine schlagartigen Schwingungsänderungen auf. Auffällig war der erhöhte Beschleunigungswert des Getriebes (permanenter hoher Pfeifton). 2. Nach dem Getriebewechsel ändern sich die Schwingungswerte bei Lastwechseln ruckartig nach oben bzw. nach unten. Der Bereich der höheren Schwingungen wird akustisch durch einen hohen Ton am Getriebe und härteres Laufverhalten des Turbinenstrangs wahrgenommen. Am 12.08.2015 kam es zu dem Schaufelbruch 3. Nach der Reparatur hat sich das Schwingverhalten gegenüber dem Verhalten nach Getriebewechsel nicht gebessert. 11.05.2015 Schwingverhalten vor Getriebewechsel Leistung 6,8 MW Entnahmedampfmenge 27,9 t Beschleunigung Getriebe 7 g Wellenlage Turbinenläufer -0,38 mm Schwingung Gehäuse Getriebe 0,9 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 0,9 mm/s 03.08.2015 Schwingverhalten nach Getriebewechsel vor Schaufelschaden Wellenlage Turbinenläufer 0,09 mm Leistung 6,5 MW Entnahmedampfmenge 24 t Beschleunigung Getriebe 3-6 g 20.10.2015 Schwingverhalten nach Reparatur Schaufelschaden Entnahmedampfmenge 32 t Leistung 6,0 MW Wellenlage Turbinenläufer -0,21 mm Beschleunigung Getriebe 1-6 g Schwingung Gehäuse Getriebe 1-2 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 1-2 mm/s Schwingung Gehäuse Getriebe 1-2 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 1-2 mm/s
Weitere Schritte zur Ermittlung der Ursache für das ungewöhnliche Schwingverhalten Am 20.10.2015 wurde das Verhalten nochmals untersucht, dabei wurde festgestellt dass dieses Phänomen nur in bestimmten Lastbereichen auftritt. Die Turbine wurde in Leistungsregelung und ohne Entnahme gefahren, wodurch der Bereich der erhöhten Schwingungen gemieden wurde. Die Fa. RENK, MAN Diesel & Turbo SE und TechDo GmbH (Monitoring System) wurden mit der Untersuchung des Problems beauftragt. Am 26. und 27.10. wurden durch die oben genannten Firmen Schwingungsmessungen am Turbinenstrang durchgeführt. Die Messergebnisse wurden ausgewertet und es wurde ein Bericht erstellt. - Am 13.12.2015 ist der Messbericht von RENK eingetroffen.-kernaussage im 96 seitigen Bericht: Es wird vermutet, dass eine Eigenfrequenz des Antriebstranges (gebildet aus Turbinenwelle, Kupplung und Sonnenritzel des Getriebes) angeregt wird und dass diese Eigenfrequenz lastabhängig ist (mit steigender Last ändert sich die Eigenfrequenz von ~125Hz auf ~145Hz und geht in die nahe gelegene Drehfrequenz der Sonne über). Nach einer Unbedenklichkeitserklärung von RENK und MAN wird die Turbine ab dem 03.11.2015 wieder im Automatikbetrieb gefahren. Erklärungen MAN und RENK: MAN: Bei der Betriebsbeobachtung der Dampfturbine am Mo den 26.10 und Di den 27.10. wurden an der Dampfturbine keine Alarm oder Tripwerte erreicht. Sie können die Turbine in den vorgegebenen Grenzen des installierten Maschinenschutzes betreiben. Sollten Sie die Grenzen überschreiten wird sich die Maschine gemäß den installierten Schutzeinrichtungen abschalten. RENK: Aufgrund der Informationen, die uns durch Herrn Muschiols Messungen zur Verfügung stehen, können wir Ihnen mitteilen, dass der Betrieb des Getriebes weiterhin ohne Einschränkungen möglich ist.
Mögliche Ursachen und Lösungsansätze Auszug aus Protokoll EEW: Als mögliche Ursachen für die erhöhte Beschleunigung und die hochfrequenten und teils harten Geräusche kommt in erstem Ansatz folgendes in Betracht: - Falsches Einbaumaß der Kupplung Verminderte Tragfähigkeit Klemmen der Kupplung - Ungünstige Fertigungstoleranzen am Getriebe insbesondere der Planetenlagerspiele - Mangelschmierung des Getriebes nach Inbetriebnahme Sollte es zu einem erneuten Stillstand kommen, sind ca. 7 Tage inkl. Abkühlen der Turbine und folgende Maßnahmen einzuplanen: - Kupplungskontrolle / Bogenzahnkupplung und Vergleich der Einbauposition, ggf. Wechsel der Kupplung gegen die Alte - Tragbildkontrolle der Zahnflanken am Planetengetriebe / Endoskopie - Kontrolle des Sonnenrades - Kontrolle der Einbauposition der Ölverteildüsen im Planetengetriebe Die Bogenzahn-Kupplung des alten Getriebes wurde von der Fa. RENK geprüft, bewertet und für gut befunden. Die Kupplung kann gegebenenfalls gegen die momentan montierte Kupplung ausgetauscht werden. Bogenzahn-Kupplung
Aktueller Stand 28.01.2015 Messbericht von RENK : Kernaussage RENK: Es wird vermutet, dass eine Eigenfrequenz des Antriebstranges (gebildet aus Turbinenwelle, Kupplung und Sonnenritzel des Getriebes) angeregt wird und dass diese Eigenfrequenz lastabhängig ist (mit steigender Last ändert sich die Eigenfrequenz von ~125Hz auf ~145Hz und geht in die nahe gelegene Drehfrequenz der Sonne über). Die geprüfte Bogenzahnkupplung wurde von RENK geliefert und kann während eines Stillstands der Turbine montiert werden. Vielen Dank Es geht doch noch weiter!
Ereignis am 26.04.2016 Nach Feststellung einer Öl-Leckage am Kupplungsschutz wurde die Turbine am 26.04.2016 abgefahren. 1. Zeigt das Schwingverhalten nach der Reparatur des Schaufelschadens 2. Beim Schwingverhalten ca. 4.600 Bh nach der Reparatur des Schaufelschadens ist insgesamt ein leichter Anstieg der Schwingungswerte zu erkennen. Bei den Schwingungswerten am hinteren Lagerbock Turbine sind stoßweise Änderungen zu erkennen. 3. Abfahrkurve vom 26.04.2016 20.10.2015 Schwingverhalten nach Reparatur Schaufelschaden Leistung 6,0 MW Wellenlage Turbinenläufer -0,21 mm Beschleunigung Getriebe 1-6 g Schwingung Gehäuse Getriebe 1-2 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 1-2 mm/s 26.04.2016 Schwingverhalten unmittelbar vor Schadensereignis Leistung 6,2 MW Wellenlage Turbinenläufer 0,14 mm Beschleunigung Getriebe 4-6 g Schwingung Gehäuse Getriebe 2 2,4 mm/s 26.04.2016 Außerbetriebnahme der Turbine Schwingung LB Turbine hi. 1,2 2,2 mm/s
Auslaufverhalten und festlaufen des Getriebes Auslaufzeit von 10.050 U/min bis 600 U/min 4,04 min Am 26.04.2016 wurde die Turbine um 19:30 Uhr gestoppt. Um 19:33 Uhr fiel der Schnellschluss und die Turbine lief aus. Um 19:37 Uhr bei ca. 600 1/min blockierte das Planetengetriebe und die Turbine stoppte innerhalb von ca. 10 Sekunden. Die RDV ging in Störung. Die Turbine wurde im stehenden Zustand belassen und die Lager wurden über das Schmierölsystem weiter versorgt. Auslaufzeit von 600 U/min bis 0 U/min 10 Sek 10s
Lokalisierung Getriebeschaden Erstes Schadensbild: Endoskopie über die Endoskopie-Öffnung des Getriebes vor Demontage Schadensbild: Nach Demontage des Getriebes.
Getriebetausch Das jetzt defekte Planetengetriebe wurde in Verbindung mit der Jahresrevision des Kraftwerks im Juli 2015 montiert. Das in 2015 demontierte Getriebe und die dazugehörige Bogenzahnkupplung mit einer Laufleistung von 56.000 h wurden im Werk (RENK) einer Befundung unterzogen und aufbereitet. Die geprüften Teile standen für die Montage im Kraftwerk bereit. Das defekte Getriebe wurde demontiert und das aufbereitete Getriebe montiert. Die Montagedauer und Stillstandszeit des Turbosatzes auf Grund des Schadens (26.04.2016-09.05.2016) betrug 12,5 Tage (302 Stunden).
Wiederinbetriebnahme und Laufverhalten 1. Zeigt das Schwingverhalten nach der Reparatur des Schaufelschadens 2. Beim Schwingverhalten ca. 4.600 Bh nach der Reparatur des Schaufelschadens ist insgesamt ein leichter Anstieg der Schwingungswerte zu erkennen. Bei den Schwingungswerten am hinteren Lagerbock Turbine treten stoßweise Änderungen auf. 3. Nach erneutem Getriebewechsel: Alle Schwingungswerte sind gesunken. Es treten am Turbinenstrang keine Geräuschänderungen und abrupten Lastwechselreaktionen mehr auf. Die Turbine läuft in allen Lastbereichen ruhig und gleichmäßig. 20.10.2015 Schwingverhalten nach Reparatur Schaufelschaden Leistung 6,0 MW Wellenlage Turbinenläufer -0,21 mm Beschleunigung Getriebe 1-6 g Schwingung Gehäuse Getriebe 1-2 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 1-2 mm/s 26.04.2016 Schwingverhalten unmittelbar vor Getriebeschaden Leistung 6,2 MW Wellenlage Turbinenläufer -0,14 mm Beschleunigung Getriebe 4-6 g Schwingung Gehäuse Getriebe 2 2,4 mm/s 10.05.2016 Schwingverhalten nach erneutem Getriebetausch Leistung 6,3 MW Wellenlage Turbinenläufer -0,21 mm Beschleunigung Getriebe 4,9 g Schwingung Gehäuse Getriebe 0,9 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 1,2 2,2 mm/s Schwingung LB Turbine hi. 0,9 mm/s
Fazit Nach dem erneuten Tausch des Planetengetriebes und der Bogenzahnkupplung läuft die Turbine ruhig und gleichmäßig in allen Lastbereichen. Vielen Dank