SAUDA SØNNÅ HØY - LØPEHJULSHAVARI

Transkript

1 SAUDA SØNNÅ HØY - LØPEHJULSHAVARI Produksjonsteknisk konferanse (PTK) 10 mars 2009

2 Definere prosjekt Løpehjulshavari: Alvorlige bruddskader og sprekker Liten eller ingen erfaring med tilsvarende skader Originalt hjul Hjul 2, skovl 15,eksempel på skade etter ca timers drift

3 Organisere prosjekt RCA Prosjekt Team Mekanisk Design Hydraulisk Design Material Teknologi Produksjon av løpehjul Verifisering av original løpehjulssdesign Analyse av dynamiske belastninger Beregninger av egenfrekvenser for originalt og reparert hjul Målinger av løpehjuls egenfrekvenser i luft Målinger av restspenninger Verifisering av eksisterende løpehjulssdesign Oppdatering av CFD analyser for eksisterende løpehjul CFD analyser for reparert hjul Vurdering av driftsegenskaper og virkningsgrad for reparert hjul Materialundersøkelser Vurdering og konklusjoner på materialprøver Undersøkelser av produksjons- prosesser Undersøkelser av gjennomførte verkstedprøver Verifisering og oppmåling av løpehjulsgeometrier

4 Organisere prosjekt Prosess for årsaksanalyse Løpehjulshavari Milestones 2 des 08: Inspeksjon på anlegg Bestemme prosjektorganisasjon Definere uhell og etablere handlingsplan Inspeksjoner og undersøkelser 15 des 08: Opplegg for reparert hjul uten varmebehandling 13 jan 09: Foreløpig RCA rapport Analyser Ultimo jan 09: Klart for igangkjøring av aggr. 1 Fullføre handlingsplan Kontroll og verifisering 4 feb 09: Igangkjøring av aggr. 1 i henhold til definert prøve-program Avslutning

5 Inspeksjoner & Undersøkelser Gjennomgang av tekniske dokumentasjon vedrørende produksjonsoppfølging hos underleverandør i Kina: Varmebehandling Dokumenter med registrering av prosessforløp er ikke komplette. Direkte kontakt med verkstedets nøkkelpersonale bekrefter imidlertid at prosedyrer er fulgt og at varmebehandlig er fullt ut korrekt gjennomført henhold til spesifikasjon. Oppmåling av løpehjulsgeometri Dokumentasjon av alle målinger er ikke komplett, men undersøkelser viser at det er ingen grunn til å betvile at oppmålinger er utført i henhold til spesifikasjon

6 Inspeksjoner & Undersøkelser Hjul 1, undersøkelser i verksted på Sørumsand

7 Inspeksjoner & Undersøkelser Hjul 1, undersøkelser av skovlbrudd og sprekker Skovl 1 Biter løsnet fra skovlblader Skovl 15

8 Inspeksjoner & Undersøkelser Oppmåling av løpehjulsgeometri i verksted på Sørumsand: Vinkelavvik: Innenfor måletoleranser Profil og posisjonsavvik: Innenfor måletoleranser Skovltykkelser: Innenfor måletoleranser Det ble utført FEA og CFD beregninger basert på oppmålt geometri for å finne ut om målte avvik kunne ha betydning på spenningsnivåer og driftsegenskaper forøvrig. Resultatene av disse analysene verifiserte at negativ innvirkning av målte geometriavvik var minimale mht. spenningsnivåer og virkningsgrader.

9 Inspeksjoner & Undersøkelser Restspenninger i løpehjul: Høyeste restspenning ble målt til 166 MPa i en sveis mot ring på hjul for aggregat 2 De målte restspenninger er ikke vurdert til å være unormalt høye, men kombinert med de stasjonære spenningsnivåer kan de ha gitt bidrag til de inntrufne sprekkdannelser. Strekklapps-rosett Restspenningsmåling er utført vha. hullboringsmetoden gjennom strekklappsrosetter

10 Inspeksjoner & Undersøkelser Gjennomgåelse av eksisterende hjuldesign: Opprinnelige beregninger, hovedspenninger ved nominell last Nye beregninger indikerer at skovlbladenes egenfrekvens ligger nærmere påtrykt frekvens sammenliknet med opprinnelige beregninger. Nye beregninger viser høyere spenningsnivåer sammenliknet med opprinnelige beregninger. Nye beregninger er i tillegg utført med finere elementnett mot skovlavløp og ring hvilket i seg selv medfører høyere beregnet spenningsnivå

11 Inspeksjoner & Undersøkelser Materialkvalitet: Laboratorieprøver av løpehjulsmateriale viser i hovedtrekk at materialegenskapene tilfredsstiller fullt ut de angitte spesifikasjoner. Det er påvist sveisereparasjoner og lokal varmebehandling. Dette kan ha hatt noe negativ innvirkning hva angår sprekkdannelse, men endrer ikke noe på konklusjon mht. til hovedårsak for havari.

12 Analyser Områder for rotårsaker Fishbone metodikk Design Materialer Uhell Drift Produksjon

13 Analyser Mulige delårsaker til havari Design Materialer Robusthet mot brudd Hydrauliske repsonser Strekkegenskaper Statiske spenningsnivåer Dynamiske spenningsnivåer Utmatningsegenskaper Sveisbarhet Restspenninger Løpehulshavari Antall start stopp Ordinær drift Ekstreme driftstilfeller Støpte emner Smidde emner Sveising Varmebehandling NDT Drift Produksjon

14 Analyser Sammenlikning av noen høytrykks francishjul type E Sønnå Høy: 106 MW, 540 m, 600 o/min Åbjøra: 97 MW, 433 m, 500 0/min Svartisen A2, Eskisterende hjul: 350 MW, 543 m, 333 o/min Svartisen A1: 250 MW, 543 m, 375 o/min

15 Analyser Mekanisk design konklusjoner: Materialegenskaper ligger innenfor kravspesifikasjoner. Gjennomgåelse av opprinnelige analyser for mekanisk design viser at beregnet egenfrekvens av helskovl sett i relasjon til påtrykte frekvenser, ble undervurdert hva angår kritiske lastresponser. Nye spenningsanalyser som ble utført med nye beregningsverktøy viser at spenningsnivåer i helskovler er høyere sammenliknet med opprinnelige beregninger og ligger høyere enn våre eksistrende designkrav. Egenfrekvens i luft er målt for skovlblad og viser meget god overensstemmelse med ny teoretisk modell. Målte avvik i hjulgeometri er undersøkt mht. spenningsnivåer. Avvikene har mindre betydning, men viser faktisk en liten forbedring sammenliknet med teoretisk hjulgeometri. Maksimal restspenning er målt til 166 MPa, noe som er høyere enn forutsatt. Hovedårsak til havari er dynamiske påkjenninger forsterket av egenfrekvens for helskovler.

16 Analyser Hydraulisk design - konklusjoner Opprinnelig designmål har vært fokusert på å redusere dynamiske belastninger sammenliknet med referanseprosjekter. Modifikasjon til temporary runner medfører betydelig vannføringsøkning ved beste virkningsgrad. Den aktuelle kutting av helskovl for temporary runner øker egenfrekvens av helskovl i betydelig grad.

17 Korreksjoner Reparere hjul for midlertidig drift: Kutting 70 mm ved boss Forbedre hjul mht. dynamiske egenskaper, hvilket betyr endring av egenfrekvens for helskovler. Den foreslåtte kutting av helskovl medfører økning av egenfrekvens på ca. 30%. Reparere hjul innenfor aktuell tidsplan. 0 mm ved ring

18 Korreksjoner Tiltak i design-prosess Hovedmål: Etablere robuste design-prosesser Kontruksjonsgjennomgang Kundespesifikasjon Standard design løsninger Valg av standard design løsninger: Design Praksis Beregningsverktøy Produktsikkerhet Referanseprosjekt Konsept Design Mindre justeringer Større justeringer Korrigeringer/ justeringer Klart for detaljert design

19 Kontroll og verifisering Trinn 1: Kontroll og verifisering baseres på igangkjøringsprøver med reparert hjul Originalt hjul før igangkjøring Trinn 2: Kontroll og verifisering baseres på igangkjøring og drift av turbin med endelig design-løsning. Reparert hjul 1 Reparert hjul 2

20 Kontroll og verifisering Nye igangkjøringsprøver for aggregat 1, 4 feb 09: Lastavslagene verifiserer at turbinkarakteristikkene mht. dynamiske forhold er nesten identiske med originalt hjul. Turtall- og trykkstigning ved lastavslag for 25, 50, 75 og 100 % last er like eller litt lavere. Turbinens aksiallaster er de samme som med originalt hjul. Lastprøver har vært gjennomført opp til 106 MW generatoreffekt og det er blitt verifisert at turbinen yter garantert effekt på 106,2 MW ved nominell fallhøyde. Det er gjennomført virkningsgradsprøver med reparert hjul. Målingene bekrefter omtrentlig de teoretiske beregninger. Virkningsgrad ved fullast ble målt til 0,5 % under garantert nivå. Inspeksjoner av hjulet har ikke påvist nye feil. Konklusjon: Aggregat 1 med reparert hjul er klart for ordinær drift i lastområdet MW.

21 Kontroll og verifisering Fullastavslag 106 MW med originalt hjul Ledeapparat servomotor 10 sec Sugerørstrykk Turtall Trykk i trykksjakt

22 Kontroll og verifisering Fullastavslag 106 MW med reparert hjul Ledeapparat servomotor 10 sec Sugerørstrykk Turtall Trykk i trykksjakt

23 Kontroll og verifisering Med originalt hjul Turtall Trykk Nøyere sammenlikning av trykk- og turtallsrepsons ved 106 MW lastavslag Lukket ledeapprat Med reparert hjul Turtall Trykk 30 sek

24 Takk for oppmerksomheten