Какво е термично огъване? Температурно предизвикано огъване на вала • Преносим балансьор, вибрационен анализатор "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е термично огъване? Температурно предизвикано огъване на вала • Преносим балансьор, вибрационен анализатор "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е термична дъга? Огъване на вала, предизвикано от температурата

Публикувано от admin на

Разбиране на термичната дъга във въртящи се машини

Определение: Какво е термична лъка?

Термо лък (наричано още гореща извивка, термично огъване или температурно индуцирана извивка на вала) е временно изкривяване, което се развива в ротор вал поради неравномерно разпределение на температурата по обиколката на вала. Когато едната страна на вала е по-гореща от противоположната страна, термичното разширение кара горещата страна да стане по-дълга, принуждавайки вала да се огъне в извита форма, като горещата страна е от изпъкналата (външната) страна на кривата.

За разлика от постоянните лък на вала От механични повреди, термичната извивка е обратима – тя изчезва, когато валът се върне към равномерна температура. Термичната извивка обаче създава значителни вибрация по време на периоди на загряване и охлаждане и може да причини трайни увреждания, ако е тежко или често повтарящо се.

Физически механизъм

Диференциал на термично разширение

Физиката зад термичния дъг е проста:

  • Металът се разширява при нагряване (коефициентът на термично разширение обикновено е 10-15 µm/m/°C за стомана)
  • Ако температурата е равномерна по цялата обиколка, разширението е симетрично (валът се удължава, но остава прав)
  • Ако едната страна е по-гореща, тя се разширява повече от студената страна.
  • Диференциалното разширение причинява кривина
  • Величина на лъка, пропорционална на температурната разлика и дължината на вала

Типични температурни разлики

  • Температурната разлика от 10-20°C по диаметъра може да създаде измерима извивка
  • В големите турбини, разликата от 30-50°C може да предизвика силни вибрации.
  • Ефектът се натрупва по дължината на вала – по-дългите валове са по-податливи

Чести причини за термична крива

1. Условия за стартиране (най-често срещани)

  • Асиметрично отопление: Гореща пара, газ или технологична течност контактуват с горната част на вала, докато долната част остава по-хладна
  • Лъчисто отопление: Топлината от горещи корпуси или тръбопроводи, затоплящи горната част на шахтата
  • Триене на лагера: Един лагер, работещ по-горещо от другите, загрява локалната секция на вала
  • Бързо стартиране: Недостатъчното време за загряване позволява развитието на термични градиенти

2. Условия на изключване (термично провисване)

  • Горещо изключване: Валът спира да се върти, докато е още горещ
  • Гравитационно провисване: Топлината се повишава, което кара горната част на хоризонталния вал да се охлажда по-бързо от долната част
  • Термо провисваща се дъга: Долната страна остава по-гореща по-дълго, валът се извива надолу
  • Критичен период: Първите няколко часа след изключване

3. Оперативни причини

  • Триене на ротор-статор: Триенето от контакт генерира интензивно локално нагряване
  • Неравномерно охлаждане: Асиметричен поток на охлаждащ въздух или водна струя
  • Слънчево отопление: Външно оборудване с излагане на слънце от едната страна
  • Нарушения в процеса: Внезапни промени в температурата на работния флуид

Симптоми и откриване

Вибрационни характеристики

Термичната дъга създава отличителни вибрационни модели:

  • Честота: 1× скорост на движение (синхронна вибрация)
  • Време: Високо по време на загряване, намалява с достигане на термично равновесие
  • Фазови промени: Фазов ъгъл може да се измести с развитието и разрешаването на извивката
  • Бавно търкаляне на вибрации: Висока вибрация дори при много ниски скорости (за разлика от дисбаланс)
  • Външен вид: Подобно на дисбаланс, но зависимо от температурата

Разграничаване на термична дъга от дисбаланс

Характеристика Дисбаланс Термо лък
Честота 1× скорост на бягане 1× скорост на бягане
Температурна чувствителност Относително стабилен Високо по време на загряване/охлаждане
Бавно търкаляне (50-200 об/мин) Много ниска амплитуда Висока амплитуда
Фаза спрямо температура Постоянно Промени с развитието на лъка
Устойчивост Постоянно през цялото време Временно, отшумява при термично равновесие
Отговор на балансирането Намалена вибрация Минимално или никакво подобрение

Диагностични тестове

1. Тест за вибрации при бавно търкаляне

  • Завъртете вала с работна скорост 5-10%
  • Измерете вибрациите и изтичане
  • Високата вибрация при бавно търкаляне показва термично или механично изкривяване, а не дисбаланс

2. Мониторинг на температурата

  • Следете температурата на вала или лагерите по време на стартиране
  • Измерете температурата на множество места по обиколката на лагера
  • Корелирайте промените във вибрациите с температурните градиенти

3. Тенденции при вибрациите при стартиране

  • Начертайте графика на амплитудата на вибрациите спрямо времето по време на загряване
  • Термична дъга: висока първоначално, намалява с приближаване към равновесие
  • Дисбаланс: увеличава се със скоростта, независимо от температурата

Стратегии за превенция

Оперативни процедури

1. Правилни процедури за загряване

  • Постепенно повишаване на температурата: Оставете вала да се нагрее равномерно
  • Удължено време за загряване: Големите турбини може да изискват 2-4 часа
  • Мониторинг на температурата: Температури на лагерите и корпуса на релсите
  • Мониторинг на вибрациите: Следете по време на загряване, забавете увеличаването на скоростта, ако вибрациите са високи

2. Работа със завъртаща се предавка

  • За големи турбини, работете с въртящата се предавка (бавно въртене, ~3-10 оборота в минута) по време на загряване и охлаждане.
  • Непрекъснатото въртене предотвратява термичната извивка, като разпределя топлината равномерно
  • Индустриален стандарт за парни турбини > 50 MW
  • Може да управлява въртящото се зъбно колело в продължение на 8-24 часа по време на охлаждане

3. Процедури за изключване

  • Постепенно охлаждане: Намалете натоварването и температурата бавно преди изключване
  • Удължена предавка за завиване: Поддържайте ротора да се върти, докато се охлажда
  • Избягвайте горещи изключвания: Аварийните спирания оставят вала горещ и склонен към провисване

Проектни мерки

  • Топлоизолация: Изолирайте корпусите, за да поддържате равномерна температура
  • Отоплителни ризи: Външни нагреватели за равномерно предварително затопляне
  • Дренаж: Предотвратете натрупването на горещ кондензат на дъното на шахтата
  • Вентилация: Осигурете симетричен поток на охлаждащ въздух

Последици от термичната лъка

Незабавни ефекти

  • Висока вибрация: Може да достигне 5-10 пъти нормалните нива по време на загрявка
  • Натоварване на лагера: Асиметричният лък увеличава натоварването на лагерите
  • Уплътнителни триене: Отклонението на вала може да причини контакт с уплътнения или неподвижни части
  • Закъснения при стартиране: Трябва да се изчака вибрациите да намалеят, преди да се увеличи скоростта

Дългосрочни щети

  • Износване на лагери: Повтарящите се високи вибрации ускоряват износването на лагерите
  • Повреда на уплътнението: Многократните триене разрушават компонентите на уплътнението
  • Умора: Цикличните напрежения на огъване по време на всяко стартиране допринасят за умората
  • Постоянен комплект: Силна или повтаряща се термична деформация може да причини трайна пластична деформация

Корекция и смекчаване

За активен термичен лък

  • Време за разрешаване: Изчакайте термично равновесие, преди да увеличите скоростта
  • Бавно търкаляне: Завъртете бавно, за да разпределите топлината, ако е възможно
  • Не се опитвайте да балансирате: Балансирането не може да коригира термичната извивка и ще бъде неефективно
  • Адрес на източника на топлина: Идентифицирайте и елиминирайте асиметричното нагряване

За термична провисваща дъга (след изключване)

  • Завъртаща се предавка: Дръжте ротора да се върти бавно по време на охлаждане
  • Удължено време за търкаляне: Може да са необходими 12-24 часа работа на завъртащата се предавка
  • Мониторинг на температурата: Продължете, докато температурата на вала се изравни.
  • Забавено рестартиране: Ако се е развила извивка, изчакайте естественото изправяне, преди да рестартирате

Специфични за индустрията съображения

Парни турбини

  • Най-податливи на термична деформация поради високи температури и масивни ротори
  • Разработете стандартните практики за процедури за загряване и охлаждане
  • За агрегати > 50 MW е задължително завъртане на уредбата
  • Може да изисква 2-4 часа загряване, 12-24 часа охлаждане с въртяща се предавка

Газови турбини

  • По-бърза термична реакция поради по-малка маса
  • Термична извивка по време на стартиране е по-рядко срещана, но все пак е възможна
  • Нагряването от страната на горенето може да създаде асиметрии
  • Обикновено по-бързи цикли на загряване от парните турбини

Големи електрически двигатели и генератори

  • Термична извивка от топлината на намотката на ротора или триенето на лагерите
  • Външни инсталации, подложени на слънчево отопление
  • Може да се изисква предварително завъртане или нагряване преди стартиране

Мониторинг и алармиране

Ключови параметри за мониторинг

  • Бавно търкаляне на вибрации: Измерете при ниска скорост преди нормално стартиране
  • Температурна разлика на лагера: Сравнете температурите отгоре и отдолу
  • Вибрация спрямо температура: Графика на амплитудата на вибрациите спрямо температурата на лагера
  • Фазов ъгъл: Проследяване на фазовите промени, показващи развитие на дъгата

Критерии за аларми

  • Бавната вибрация на търкаляне > 2× базова линия задейства аларма
  • Температурна разлика > 15-20°C показва термичен дисбаланс
  • Бързите фазови промени (> 30° за 10 минути) предполагат развитие на извивка
  • Вибрацията се увеличава по време на загряване, вместо да намалява

Разширени стратегии за стартиране

Контролирано ускорение

  1. Първоначално бавно търкаляне: Проверете приемливата вибрация при 100-200 оборота в минута
  2. Поетапно ускорение: Увеличете до средни скорости (напр. 30%, 50%, 70% или нормално) със задържане
  3. Периоди на термично накисване: Поддържайте постоянна скорост в продължение на 15-30 минути на всеки етап
  4. Проверка на вибрациите: На всеки етап проверявайте намаляването на вибрациите, преди да продължите
  5. Мониторинг на температурата: Осигуряване на намаляване на температурните градиенти по време на целия процес

Автоматизирани системи за стартиране

Съвременните системи за управление могат да автоматизират управлението на термичната дъга:

  • Програмируеми последователности за загряване
  • Автоматични периоди на задържане, ако са превишени границите на вибрации или температура
  • Изчисляване в реално време на величината на термичния дъг от вибрации и температура
  • Адаптивни профили на скоростта, базирани на измерени условия

Връзка с други явления

Термичен лък срещу постоянен лък

  • Термичен лък: Временно, изчезва при термично равновесие
  • Постоянен лък: Пластична деформация, която се запазва дори при студено време
  • Риск: Силната, повтаряща се термична извивка може евентуално да причини трайно загниване.

Термична дъга и балансиране

  • Опитвайки се да баланс по време на термична дъга е безполезно
  • Корекционните тегла, изчислени за условието на термична дъга, ще бъдат грешни след достигане на равновесие.
  • Винаги позволявайте термична стабилизация преди балансиране
  • Термичната дъга може да маскира истинското състояние на дисбаланс

Най-добри практики за превенция

За нови инсталации

  • Проектиране на симетрични отоплителни и охладителни системи
  • Монтирайте въртяща се предавка за оборудване > 100 kW или > 2 метра дължина на вала
  • Осигурете адекватен дренаж, за да предотвратите натрупването на гореща течност
  • Изолирайте, за да намалите преноса на лъчиста топлина

За съществуващо оборудване

  • Разработете и стриктно спазвайте писмени процедури за загрявка
  • Обучете операторите относно рисковете и симптомите на термична дъга
  • Инсталирайте мониторинг на температурата на няколко места
  • Използвайте тенденциите на вибрациите по време на стартиране, за да идентифицирате термични проблеми
  • Документирайте исторически данни за оптимизиране на процедурите

Практики за поддръжка

  • Проверявайте работата на въртящия механизъм преди всяко изключване
  • Проверете калибрирането на сензорите за температура на лагерите
  • Проверете дренажните системи за запушвания
  • Проверете целостта на изолацията
  • Проверете за и отстранете всички източници на асиметрично нагряване

Термичната дъга, макар и временна и обратима, е значително оперативно предизвикателство за големи въртящи се машини. Разбирането на причините за нея, разпознаването на симптомите ѝ и прилагането на правилни процедури за загряване и охлаждане са от съществено значение за надеждната работа на парни турбини, газови турбини и друго високотемпературно въртящо се оборудване.

← Обратно към основния индекс

Категории:
WhatsApp