Разбиране на парния вихър в турбомашините

Устройства

Преносим балансьор и виброанализатор Balanset-1A

$2,358.31

Части

Сензор за вибрации

$107.47

Части

Оптичен сензор (лазерен тахометър)

$148.07

Устройства

Balanset-4

$8,123.32

Части

Магнитна стойка с размер 60 kgf

$54.93

Части

Рефлективна лента

$11.94

Устройства

Динамичен балансьор "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Определение: Какво е парогенератор?

Парен вихър (наричана още аеродинамична нестабилност на кръстосано свързване или уплътнителен вихър) е самовъзбуждаща се вибрация явление, което се случва в парни и газови турбини, когато аеродинамичните сили в лабиринтните уплътнения, хлабините на върха на лопатките или други пръстеновидни канали създават дестабилизиращи тангенциални сили върху ротор. Харесвам маслен вихър В хидродинамичните лагери, парният вихър е форма на нестабилност на ротора където енергията непрекъснато се извлича от постоянния поток от пара или газ и се преобразува във вибрационно движение.

Парен вихър обикновено се проявява като високоамплитуден субсинхронен вибрация при честота, близка до тази на един от роторите естествени честоти, и може да доведе до катастрофална повреда, ако не бъде бързо открита и коригирана.

Физически механизъм

Как се развива парният вихър

Механизмът включва флуидна динамика в тесните хлабини на уплътненията на турбините:

1. Разстояния за лабиринтни уплътнения

• Парата или газът преминават през тесни пръстеновидни проходи между въртящите се и неподвижните компоненти на уплътнението
• Високо диференциално налягане между уплътненията (често 50-200 бара)
• Тесни радиални хлабини (обикновено 0,2-0,5 мм)
• Парата се вихри, докато преминава през зъбите на уплътнението

2. Аеродинамично кръстосано свързване

Когато роторът е изместен от центъра:

• Клирънсът става асиметричен (по-малък от едната страна, по-голям от противоположната)
• Разпределението на потока на парата и налягането става неравномерно
• Нетната аеродинамична сила има тангенциален компонент (перпендикулярен на изместването)
• Тази тангенциална сила действа като дестабилизираща “отрицателна твърдост”

3. Самовъзбуждаща се вибрация

• Тангенциална сила кара ротора да се върти в орбита
• Орбитална честота, обикновено близо до естествена честота (субсинхронна)
• Енергия, непрекъснато извличана от потока на пара, за поддържане на вибрациите
• Амплитудата нараства, докато не бъде ограничена от хлабини или катастрофална повреда

Условия, благоприятстващи парния вихър

Геометрични фактори

• Плътни уплътнения: По-малките хлабини създават по-силни аеродинамични сили
• Дълги дължини на уплътненията: Повече зъби на уплътнението или по-дълги секции на уплътнението увеличават дестабилизиращите сили
• Висока скорост на вихрушката: Пара, влизаща в уплътнения с висок тангенциален компонент на скоростта
• Големи диаметри на уплътненията: По-големият радиус усилва момента от аеродинамичните сили

Условия на работа

• Диференциали при високо налягане: По-големият пад на налягането върху уплътненията увеличава силите
• Висока скорост на ротора: Центробежните ефекти и скоростта на вихрушката се увеличават със скоростта
• Ниско затихване на лагерите: Недостатъчното демпфиране не може да противодейства на дестабилизиращите сили на уплътнението
• Условия на леко натоварване: Ниските натоварвания на лагерите намаляват ефективното затихване

Характеристики на ротора

• Гъвкави ротори: Работа над критични скорости по-податливи
• Системи с ниско ниво на демпфиране: Минимално структурно или лагерно затихване
• Високо съотношение дължина към диаметър: Тънките ротори са по-склонни към нестабилност

Диагностични характеристики

Вибрационен подпис

Парният вихър създава отличителни шарки, разпознаваеми чрез анализ на вибрациите:

Параметър	Характеристика
Честота	Субсинхронна, обикновено 0,3-0,6× скорост на движение, често се заключва на собствена честота
Амплитуда	Висока, често 5-20 пъти нормалната вибрация на дисбаланса
Начало	Внезапна, над праговата скорост или налягане
Зависимост от скоростта	Честотата може да се заключи и да не се следи от промените в скоростта
Орбита	Голяма кръгова или елиптична, напред прецесия
Спектър	Доминиращ субсинхронен пик

Разграничаване от други нестабилности

• срещу маслен вихър/камшик: Вихрушка от пара се получава в турбини с лабиринтни уплътнения; вихрушка от масло в плъзгащи лагери
• срещу дисбаланс: Парният вихър е субсинхронен; дисбалансът е 1× синхронен
• срещу Разтриване: Вихрушката от пара може да възникне без контакт; честотата е по-стабилна от вибрациите, предизвикани от триене

Методи за предотвратяване и смекчаване

Модификации на дизайна на уплътненията

1. Устройства против вихрушка (спирачки против вихрушка)

• Стационарни лопатки или прегради преди уплътненията
• Премахване на тангенциалния компонент на скоростта от потока на парата
• Значително намаляване на силите на кръстосано свързване
• Най-ефективното и често срещано решение

2. Уплътнения тип „пчелна пита“

• Заменете гладките лабиринтни уплътнителни повърхности със структура от пчелна пита
• Създава турбуленция, която разсейва енергията на вихрушката
• Увеличава ефективното затихване в областта на уплътнението
• Използва се в съвременните газови турбини

3. Увеличени хлабини на уплътненията

• По-големите радиални хлабини намаляват аеродинамичните сили
• Компромис: намалява ефективността на турбината поради увеличени течове
• Обикновено се използва само като временна мярка

4. Уплътнения на амортисьорите

• Специализирани конструкции на уплътнения, които осигуряват демпфиране по време на уплътняване
• Джобни уплътнения за амортисьори, уплътнения с отвори
• Добавете стабилизиращи сили, за да противодействате на кръстосаното свързване

Подобрения в лагерната система

• Увеличаване на демпфирането на лагерите: Използвайте накланящи се лагери или добавете амортисьори с филмово покритие
• Предварително натоварване на лагера: Увеличава ефективната твърдост и демпфиране
• Оптимизиран дизайн на лагера: Изберете тип и конфигурация на лагера за максимална стабилност

Оперативен контрол

• Ограничения на скоростта: Ограничете работните скорости под прага на нестабилност
• Управление на натоварването: Избягвайте работа с леко натоварване, което намалява демпфирането на лагерите
• Контрол на налягането: Намалете диференциалите на налягането в уплътненията, когато е възможно
• Непрекъснато наблюдение: Мониторинг на вибрациите в реално време със субсинхронни аларми

Откриване и реагиране при извънредни ситуации

Ранни предупредителни знаци

• Малки субсинхронни пикове, появяващи се във вибрационния спектър
• Прекъснати високочестотни компоненти
• Постепенно увеличаване на общото ниво на вибрации с приближаване на скоростта към прага
• Промени в орбита форма

Незабавни действия при откриване на вихрушка от пара

1. Намалете скоростта: Незабавно намалете скоростта под прага
2. Не отлагайте: Амплитудата може да нарасне от приемлива до разрушителна за 30-60 секунди
3. Аварийно изключване: Ако намалението е недостатъчно или не е възможно
4. Събитие в документа: Запишете скорост в началото, честота, максимална амплитуда, условия
5. Не рестартирайте: Докато не се установи и отстрани първопричината

Индустрии и приложения

Парният вихър е от особено значение при:

• Производство на енергия: Големи парни турбогенератори
• Нефтохимически продукти: Парни компресори и помпи
• Газови турбини: Авиационни двигатели, промишлени газови турбини
• Преработвателни индустрии: Всякакви високоскоростни турбомашини с лабиринтни уплътнения

Връзка с други явления

• Маслен вихър: Подобен механизъм, но в маслени филми на лагерите, а не в уплътнения
• Камшик с вал: Заключване на честотата на естествена честота, подобно поведение
• Нестабилност на ротора: Паровият вихър е един вид самовъзбуждаща се нестабилност на ротора.

Парният вихър остава важен фактор при проектирането и експлоатацията на съвременните турбини. Въпреки че напредъкът в технологията на уплътненията и лагерните системи е намалил появата му, разбирането на това явление е от съществено значение за инженерите и операторите, работещи с високоскоростни турбомашини с високо налягане.

---

← Обратно към основния индекс