Turbomootorite auru keerise mõistmine
Definitsioon: Mis on auru keeris?
Auru keeris (nimetatakse ka aerodünaamiliseks ristsidestuse ebastabiilsuseks või tihendi keerlemiseks) on iseärast vibratsiooni nähtus, mis tekib auru- ja gaasiturbiinides, kui labürinttihendites, labaotste vahedes või muudes rõngakujulistes kanalites olevad aerodünaamilised jõud tekitavad destabiliseerivaid tangentsiaaljõude. rootor. Nagu õli keeris hüdrodünaamilistes laagrites on auru keeris üks vorm rootori ebastabiilsus kus auru või gaasi püsivast voolust ammutatakse pidevalt energiat ja muudetakse see vibratsiooniliseks liikumiseks.
Auru keeris avaldub tavaliselt suure amplituudiga subsünkroonse auruna. vibratsioon sagedusel, mis on lähedane ühe rootori omale loomulikud sagedused, ja see võib viia katastroofilise rikkeni, kui seda kiiresti ei avastata ja parandata.
Füüsiline mehhanism
Kuidas Steam Whirl areneb
Mehhanism hõlmab vedeliku dünaamikat turbiinitihendite kitsastes vahedes:
1. Labürindi tihendite vahekaugused
- Aur või gaas voolab läbi kitsaste rõngakujuliste kanalite pöörlevate ja statsionaarsete tihendikomponentide vahel
- Kõrge rõhuerinevus tihendite vahel (sageli 50–200 baari)
- Kitsad radiaalsed vahed (tavaliselt 0,2–0,5 mm)
- Aur keerleb läbi tihendi hammaste voolates
2. Aerodünaamiline ristsidestus
Kui rootor on keskpunktist nihutatud:
- Kliirens muutub asümmeetriliseks (ühel küljel väiksem, vastasküljel suurem)
- Auruvool ja rõhujaotus muutuvad ebaühtlaseks
- Aerodünaamilisel netojõul on tangentsiaalne komponent (nihkega risti)
- See tangentsiaalne jõud toimib nagu destabiliseeriv "negatiivne jäikus".“
3. Iseergutatud vibratsioon
- Tangentsiaalne jõud paneb rootori orbiidile
- Orbiidi sagedus on tavaliselt loomuliku sageduse lähedal (subsünkroonne)
- Auruvoolust pidevalt eraldatav energia vibratsiooni säilitamiseks
- Amplituud kasvab, kuni seda piiravad tühimikud või katastroofiline rike
Auru keerise soodustavad tingimused
Geomeetrilised tegurid
- Tihedad tihendivahed: Väiksemad kliirensid loovad tugevamad aerodünaamilised jõud
- Pikad tihendid: Rohkem tihendihambaid või pikemad tihendiosad suurendavad destabiliseerivaid jõude
- Suur keerise kiirus: Aur siseneb tihenditesse suure tangentsiaalse kiiruse komponendiga
- Suured tihendi läbimõõdud: Suurem raadius võimendab aerodünaamiliste jõudude momenti
Töötingimused
- Kõrgsurve diferentsiaalid: Suurem rõhulang tihendite vahel suurendab jõude
- Suur rootori kiirus: Tsentrifugaalefektid ja keerise kiirus suurenevad kiirusega
- Madal laagri summutus: Ebapiisav summutus ei suuda destabiliseerivaid tihendusjõude neutraliseerida
- Kerge koormuse tingimused: Madalad laagrikoormused vähendavad efektiivset summutust
Rootori omadused
- Paindlikud rootorid: Tegutseb ülalpool kriitilised kiirused vastuvõtlikumad
- Madala summutusega süsteemid: Minimaalne konstruktsiooniline või laagrisummutamine
- Suur pikkuse ja läbimõõdu suhe: Peened rootorid on ebastabiilsemad
Diagnostilised omadused
Vibratsiooni signatuur
Auru keeris tekitab iseloomulikke mustreid, mida saab tuvastada vibratsiooni analüüs:
| Parameeter | Iseloomulik |
|---|---|
| Sagedus | Subsünkroonne, tavaliselt 0,3–0,6 × töökiirus, lukustub sageli loomulikul sagedusel |
| Amplituud | Kõrge, sageli 5–20 korda normaalsest tasakaalutuse vibratsioonist |
| Algus | Äkiline, läviväärtust ületav kiirus või rõhk |
| Kiiruse sõltuvus | Sagedus võib lukustuda ja mitte kiiruse muutustega järgneda |
| Orbiit | Suur ringikujuline või elliptiline ettepoole suunatud pretsessioon |
| Spekter | Domineeriv subsünkroonne tipp |
Eristamine teistest ebastabiilsustest
- vs. õlikeeris/vahustaja: Labürinttihenditega turbiinides tekib auru keeris; liuglaagrites õli keeris
- vs. tasakaalustamatus: Auru keerlemine on subsünkroonne; tasakaalustamatus on 1× sünkroonne
- vs. hõõrumine: Auru keerlemine võib tekkida ilma kontaktita; sagedus on stabiilsem kui hõõrdumisest tingitud vibratsioonil
Ennetus- ja leevendusmeetodid
Tihendi konstruktsiooni muudatused
1. Keerisevastased seadmed (keerispidurid)
- Tihenditest ülesvoolu paiknevad statsionaarsed labad või deflektorid
- Eemaldage auruvoolust tangentsiaalne kiiruse komponent
- Vähendage märkimisväärselt ristühendusjõude
- Kõige tõhusam ja levinum lahendus
2. Kärgstruktuuri tihendid
- Asendage siledad labürinttihendid kärgstruktuuriga
- Tekitab turbulentsi, mis hajutab keeriseenergiat
- Suurendab efektiivset summutust tihendi piirkonnas
- Kasutatakse tänapäevastes gaasiturbiinides
3. Suurem tihendite vahekaugus
- Suuremad radiaalvahed vähendavad aerodünaamilisi jõude
- Kompromiss: vähendab turbiini efektiivsust suurenenud lekke tõttu
- Tavaliselt kasutatakse ainult ajutise meetmena
4. Siibritihendid
- Spetsiaalsed tihendid, mis pakuvad tihendamise ajal summutust
- Taskuga siibritihendid, aukudega tihendid
- Lisage stabiliseerivaid jõude, et neutraliseerida ristsidet
Laagrisüsteemi täiustused
- Suurenda laagri summutust: Kasutage kallutatavaid laagreid või lisage pigistavaid kileamortisaatoreid
- Laagri eelkoormus: Suurendab efektiivset jäikust ja summutust
- Optimeeritud laagrite disain: Valige maksimaalse stabiilsuse saavutamiseks laagri tüüp ja konfiguratsioon
Operatiivkontroll
- Kiirusepiirangud: Piira töökiirust allapoole ebastabiilsuse läve
- Koormuse haldamine: Vältige kerge koormusega töötamist, mis vähendab laagrite summutust
- Rõhu reguleerimine: Vähendage tihendi rõhuerinevusi võimaluse korral
- Pidev jälgimine: Reaalajas vibratsiooni jälgimine subsünkroonsete häiretega
Avastamine ja hädaolukorrale reageerimine
Varajased hoiatusmärgid
- Vibratsioonispektris ilmuvad väikesed subsünkroonsed piigid
- Katkendlikud kõrgsageduslikud komponendid
- Üldine vibratsioonitase suureneb järk-järgult kiiruse lähenedes lävele
- Muutused orbiit kuju
Kohesed toimingud auru keerise tuvastamisel
- Kiiruse vähendamine: Vähendage kiirust kohe alla läve
- Ära viivita: Amplituud võib 30–60 sekundiga kasvada vastuvõetavast hävitavaks
- Avariiväljalülitus: Kui vähendamine on ebapiisav või võimatu
- Dokumendi sündmus: Salvesta kiirus algushetkel, sagedus, maksimaalne amplituud, tingimused
- Ärge taaskäivitage: Kuni algpõhjus on kindlaks tehtud ja kõrvaldatud
Tööstusharud ja rakendused
Auru keeristamine on eriti murettekitav järgmistel juhtudel:
- Energiatootmine: Suured auruturbiingeneraatorid
- Naftakeemia: Auruga töötavad kompressorid ja pumbad
- Gaasiturbiinid: Lennukimootorid, tööstuslikud gaasiturbiinid
- Töötlevad tööstusharud: Igasugune kiire turbomootor labürinttihenditega
Seos teiste nähtustega
- Õli keeris: Sarnane mehhanism, aga laagriõli kiledes, mitte tihendites
- Võlli piits: Sageduse lukustumine loomulikul sagedusel, sarnane käitumine
- Rootori ebastabiilsus: Auru keerlemine on üks iseergutunud rootori ebastabiilsuse tüüp.
Auru keerlemine on tänapäevaste turbiinide projekteerimisel ja käitamisel endiselt oluline kaalutlus. Kuigi tihendustehnoloogia ja laagrisüsteemide areng on selle esinemist vähendanud, on selle nähtuse mõistmine oluline inseneridele ja operaatoritele, kes töötavad kiirete ja kõrgsurveturbomasinatega.
Kategooriad:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 