ما هو الدوران البخاري؟ عدم الاستقرار الديناميكي الهوائي في التوربينات • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى. ما هو الدوران البخاري؟ عدم الاستقرار الديناميكي الهوائي في التوربينات • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الدوران، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، والعديد من الدوارات الأخرى.

ما هو دوامة البخار؟ عدم الاستقرار الديناميكي الهوائي في التوربينات

نُشر بواسطة admin على

فهم دوامة البخار في الآلات التوربينية

التعريف: ما هو Steam Whirl؟

دوامة البخار (يُسمى أيضًا عدم استقرار الاقتران المتقاطع الديناميكي الهوائي أو دوامة الختم) هو اهتزاز ذاتي الإثارة ظاهرة تحدث في التوربينات البخارية والتوربينات الغازية عندما تخلق القوى الديناميكية الهوائية في أختام المتاهة أو خلوص أطراف الشفرات أو الممرات الحلقية الأخرى قوى مماسية مزعزعة للاستقرار على الدوار. يحب دوامة زيتية في المحامل الهيدروديناميكية، الدوامة البخارية هي شكل من أشكال عدم استقرار الدوار حيث يتم استخراج الطاقة بشكل مستمر من التدفق الثابت للبخار أو الغاز وتحويلها إلى حركة اهتزازية.

تظهر الدوامة البخارية عادةً على شكل تزامن فرعي عالي السعة اهتزاز على تردد قريب من أحد الدوارات الترددات الطبيعية, ، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى فشل كارثي إذا لم يتم اكتشافه وتصحيحه بسرعة.

الآلية الفيزيائية

كيف تتطور الدوامة البخارية

تتضمن الآلية ديناميكيات السوائل في الخلوصات الضيقة لأختام التوربينات:

1. إزالة ختم المتاهة

  • يتدفق البخار أو الغاز عبر ممرات حلقية ضيقة بين مكونات الختم الدوارة والثابتة
  • فرق الضغط العالي عبر الأختام (غالبًا 50-200 بار)
  • الخلوص الشعاعي الضيق (عادةً 0.2-0.5 مم)
  • يدور البخار أثناء تدفقه عبر أسنان الختم

2. الاقتران المتقاطع الديناميكي الهوائي

عندما يتم إزاحة الدوار من المركز:

  • تصبح الخلوص غير متماثل (أصغر على جانب واحد، وأكبر على الجانب الآخر)
  • يصبح تدفق البخار وتوزيع الضغط غير موحدين
  • القوة الديناميكية الهوائية الصافية لها مكون مماسي (عمودي على الإزاحة)
  • تعمل هذه القوة الظاهرية كـ "صلابة سلبية" مزعزعة للاستقرار“

3. الاهتزاز الذاتي الإثارة

  • القوة الظاهرية تسبب دوران الدوار
  • تردد المدار عادة ما يكون قريبًا من التردد الطبيعي (دون التزامن)
  • يتم استخراج الطاقة بشكل مستمر من تدفق البخار للحفاظ على الاهتزاز
  • تتزايد السعة حتى يتم الحد منها عن طريق الخلوص أو الفشل الكارثي

الظروف التي تعزز دوامة البخار

العوامل الهندسية

  • خلوص الختم الضيق: تؤدي الخلوصات الأصغر إلى خلق قوى ديناميكية هوائية أقوى
  • أطوال الختم الطويلة: تؤدي زيادة أسنان الختم أو أقسام الختم الأطول إلى زيادة قوى عدم الاستقرار
  • سرعة الدوامة العالية: أختام دخول البخار مع مكون السرعة الظلية العالية
  • أقطار الختم الكبيرة: يعمل نصف القطر الأكبر على تضخيم عزم القوى الديناميكية الهوائية

ظروف التشغيل

  • فروق الضغط العالي: يؤدي انخفاض الضغط الأكبر عبر الأختام إلى زيادة القوى
  • سرعة الدوار العالية: تزداد التأثيرات الطاردة المركزية وسرعة الدوامة مع السرعة
  • التخميد المنخفض المحمل: لا يمكن للتخميد غير الكافي أن يقاوم قوى الختم المزعزعة للاستقرار
  • ظروف الحمل الخفيف: الأحمال ذات المحمل المنخفض تقلل من فعالية التخميد

خصائص الدوار

  • الدوارات المرنة: التشغيل أعلاه السرعات الحرجة أكثر عرضة للإصابة
  • أنظمة التخميد المنخفضة: الحد الأدنى من التخميد الهيكلي أو المحمل
  • نسبة الطول إلى القطر العالية: الدوارات النحيلة أكثر عرضة لعدم الاستقرار

الخصائص التشخيصية

توقيع الاهتزاز

تنتج الدوامة البخارية أنماطًا مميزة يمكن التعرف عليها من خلال vibration analysis:

المعلمة مميزة
تكرار غير متزامن، عادةً ما تكون سرعة التشغيل 0.3-0.6×، وغالبًا ما يتم قفله عند التردد الطبيعي
السعة ارتفاع، غالبًا ما يكون اهتزازًا غير متوازن بمعدل 5-20 مرة في المعدل الطبيعي
بداية سرعة أو ضغط مفاجئ أعلى من الحد الأقصى
الاعتماد على السرعة قد يتم قفل التردد وعدم التتبع مع تغييرات السرعة
مدار حركة تقدمية دائرية أو بيضاوية كبيرة
نطاق ذروة شبه متزامنة مهيمنة

التمييز عن حالات عدم الاستقرار الأخرى

  • مقابل دوامة الزيت/السوط: تحدث الدوامة البخارية في التوربينات ذات الأختام المتاهة؛ وتدور الدوامة الزيتية في محامل الأسطوانة العادية
  • مقابل عدم التوازن: دوامة البخار غير متزامنة؛ عدم التوازن متزامن بمقدار 1×
  • مقابل فرك: يمكن أن تحدث دوامة البخار بدون تلامس؛ التردد أكثر استقرارًا من الاهتزاز الناتج عن الاحتكاك

طرق الوقاية والتخفيف

تعديلات تصميم الختم

1. أجهزة منع الدوران (فرامل الدوران)

  • الريش الثابتة أو الحواجز الموجودة أعلى الأختام
  • إزالة مكون السرعة الظاهرية من تدفق البخار
  • تقليل قوى الاقتران المتقاطع بشكل كبير
  • الحل الأكثر فعالية وشائعًا

2. أختام قرص العسل

  • استبدال أراضي الفقمة المتاهة الملساء ببنية قرص العسل
  • يخلق اضطرابًا يبدد طاقة الدوامة
  • يزيد من فعالية التخميد في منطقة الختم
  • تستخدم في توربينات الغاز الحديثة

3. زيادة خلوص الختم

  • تؤدي الخلوصات الشعاعية الأكبر إلى تقليل القوى الديناميكية الهوائية
  • المقايضة: انخفاض كفاءة التوربين بسبب زيادة التسرب
  • يستخدم عادة كإجراء مؤقت فقط

4. أختام المثبط

  • تصميمات ختم متخصصة توفر التخميد أثناء الختم
  • أختام المثبط الجيبية، أختام نمط الثقب
  • إضافة قوى تثبيت لمقاومة الاقتران المتقاطع

تحسينات نظام المحمل

  • زيادة تخميد المحمل: استخدم محامل الوسادة المائلة أو أضف مخمدات غشاء الضغط
  • تحميل مسبق للمحمل: يزيد من الصلابة والتخميد الفعالين
  • تصميم المحمل الأمثل: حدد نوع المحمل وتكوينه للحصول على أقصى قدر من الاستقرار

الضوابط التشغيلية

  • قيود السرعة: تحديد سرعات التشغيل إلى ما دون عتبة عدم الاستقرار
  • إدارة التحميل: تجنب التشغيل بحمل خفيف مما يقلل من امتصاص الصدمات
  • التحكم في الضغط: تقليل فروق ضغط الختم عندما يكون ذلك ممكنا
  • المراقبة المستمرة: مراقبة الاهتزاز في الوقت الفعلي باستخدام إنذارات دون التزامن

الكشف والاستجابة للطوارئ

علامات التحذير المبكر

  • قمم صغيرة غير متزامنة تظهر في طيف الاهتزاز
  • المكونات عالية التردد المتقطعة
  • زيادة تدريجية في مستوى الاهتزاز الإجمالي مع اقتراب السرعة من الحد الأقصى
  • التغييرات في مدار شكل

الإجراءات الفورية عند اكتشاف دوامة البخار

  1. تقليل السرعة: قم بتقليل السرعة فورًا إلى ما دون الحد الأقصى
  2. لا تتأخر: يمكن أن تنمو السعة من المقبولة إلى المدمرة في 30-60 ثانية
  3. إغلاق الطوارئ: إذا كان التخفيض غير كافٍ أو غير ممكن
  4. حدث الوثيقة: سرعة التسجيل عند البداية والتردد والسعة القصوى والظروف
  5. لا تعيد التشغيل: حتى يتم تحديد السبب الجذري وتصحيحه

الصناعات والتطبيقات

تشكل الدوامة البخارية مصدر قلق خاص في الحالات التالية:

  • توليد الطاقة: مولدات توربينية بخارية كبيرة
  • البتروكيماويات: ضواغط ومضخات تعمل بالبخار
  • توربينات الغاز: محركات الطائرات، توربينات الغاز الصناعية
  • الصناعات التحويلية: أي آلات توربينية عالية السرعة ذات أختام متاهة

العلاقة مع الظواهر الأخرى

  • دوامة الزيت: آلية مماثلة ولكن في أغشية زيت المحمل بدلاً من الأختام
  • سوط العمود: قفل التردد عند التردد الطبيعي، سلوك مماثل
  • عدم استقرار الدوار: الدوامة البخارية هي أحد أنواع عدم استقرار الدوار المثار ذاتيًا

لا تزال دوامة البخار عاملاً مهماً في تصميم وتشغيل التوربينات الحديثة. ورغم أن التطورات في تكنولوجيا الأختام وأنظمة المحامل قد قللت من حدوثها، فإن فهم هذه الظاهرة ضروري للمهندسين والمشغلين الذين يعملون مع الآلات التوربينية عالية السرعة والضغط.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب