Pöörlevate masinate termilise vibu mõistmine
Definitsioon: Mis on termovibu?
Termiline vibu (nimetatakse ka kuumaks painutamiseks, termiliseks painutamiseks või temperatuurist tingitud võlli painutamiseks) on ajutine kõverus, mis tekib rootor võlli ümbermõõdu ebaühtlase temperatuurijaotuse tõttu. Kui võlli üks külg on vastasküljest kuumem, põhjustab soojuspaisumine kuuma külje pikenemist, sundides võlli painduma kõveraks, nii et kuum külg on kõvera kumeral (välimisel) küljel.
Erinevalt püsivast võlli kaar mehaaniliste kahjustuste tõttu on termiline painutus pöörduv – see kaob, kui võlli temperatuur taastub ühtlaselt. Termiline painutus tekitab aga märkimisväärseid vibratsioon soojendus- ja jahtumisperioodidel ning võib tõsise või sagedase kordumise korral põhjustada püsivaid kahjustusi.
Füüsiline mehhanism
Soojuspaisumise diferentsiaal
Termilise vibu taga olev füüsika on lihtne:
- Metall paisub kuumutamisel (soojuspaisumistegur on terase puhul tavaliselt 10–15 µm/m/°C)
- Kui temperatuur on ümbermõõdu ulatuses ühtlane, on paisumine sümmeetriline (võll pikeneb, kuid jääb sirgeks).
- Kui üks külg on kuumem, siis see külg paisub rohkem kui jahedam külg
- Diferentsiaalne paisumine põhjustab kõverust
- Vöö suurus on proportsionaalne temperatuuride erinevuse ja võlli pikkusega
Tüüpilised temperatuurierinevused
- Temperatuuride erinevus 10–20 °C läbimõõdu ulatuses võib tekitada mõõdetava kaare
- Suurtes turbiinides võib 30–50 °C temperatuuride erinevus põhjustada tugevat vibratsiooni.
- Mõju akumuleerub mööda võlli pikkust – pikemad võllid on vastuvõtlikumad
Termilise vibu levinumad põhjused
1. Käivitustingimused (kõige levinumad)
- Asümmeetriline küte: Kuum aur, gaas või protsessivedelik puutub kokku võlli ülaosaga, samal ajal kui põhi jääb jahedamaks
- Kiirgusküte: Kuumadest korpustest või torudest tulenev kuumus soojendab võlli ülemist osa
- Laagri hõõrdumine: Üks laager töötab kuumemalt kui teised, mis soojendab kohalikku võlliosa
- Kiire käivitamine: Ebapiisav soojenemisaeg võimaldab termiliste gradientide teket
2. Seiskamistingimused (termiline langus)
- Kuum väljalülitamine: Võll peatub pöörlemisel, kui see on veel kuum
- Gravitatsiooniline nõtkumine: Kuumus tõuseb, mistõttu horisontaalse šahti ülemine osa jahtub kiiremini kui alumine.
- Termiline Sag Bow: Alumine külg püsib kauem kuum, võll paindub allapoole
- Kriitiline periood: Esimesed paar tundi pärast sulgemist
3. Operatiivsed põhjused
- Rootori-staatori hõõrumine: Kokkupuute hõõrdumine tekitab intensiivse lokaalse kuumenemise
- Ebaühtlane jahutus: Asümmeetriline jahutusõhu vool või veepihustus
- Päikeseküte: Välistingimustes kasutatavad seadmed, mille ühel küljel on päikesevalgus
- Protsessi häired: Töövedeliku järsud temperatuurimuutused
Sümptomid ja tuvastamine
Vibratsiooni omadused
Termovibu tekitab iseloomulikke vibratsioonimustreid:
- Sagedus: 1× töökiirus (sünkroonne vibratsioon)
- Ajastus: Kõrge soojenemise ajal, väheneb termilise tasakaalu saavutamisel
- Faasimuutused: Faasinurk võib vibu arenedes ja lahustudes nihkuda
- Aeglane veerevibratsioon: Suur vibratsioon isegi väga madalatel kiirustel (erinevalt tasakaalutus)
- Välimus: Sarnane tasakaalustamatusega, aga temperatuurist sõltuv
Termilise vibu ja tasakaalustamatuse eristamine
| Iseloomulik | Tasakaalustamatus | Termiline vibu |
|---|---|---|
| Sagedus | 1× jooksukiirus | 1× jooksukiirus |
| Temperatuuritundlikkus | Suhteliselt stabiilne | Kõrge soojenduse/jahtumise ajal |
| Aeglane rull (50–200 p/min) | Väga madal amplituud | Suur amplituud |
| Faas vs temperatuur | Konstant | Muutused vibu arenedes |
| Püsivus | Kogu aeg pidev | Ajutine, laheneb termilise tasakaalu saavutamisel |
| Vastus tasakaalustamisele | Vibratsiooni vähendamine | Minimaalne või puudub paranemine |
Diagnostilised testid
1. Aeglase veeremise vibratsioonikatse
- Pöörake võlli töökiirusel 5-10%
- Mõõtke vibratsiooni ja otsakorral
- Suur aeglane rullvibratsioon viitab termilisele või mehaanilisele paindele, mitte tasakaalustamatusele
2. Temperatuuri jälgimine
- Jälgige käivitamise ajal võlli või laagri temperatuuri
- Mõõtke temperatuuri mitmes kohas laagri ümbermõõdu ümber
- Vibratsiooni muutuste korreleerimine temperatuurigradientidega
3. Startupi vibratsiooni trendid
- Joonistage soojenduse ajal vibratsiooni amplituudi ja aja graafik
- Termiline kaar: alguses kõrge, väheneb tasakaalu lähenedes
- Tasakaalutus: suureneb kiirusega, temperatuurist sõltumatult
Ennetusstrateegiad
Tegevusprotseduurid
1. Nõuetekohased soojendusprotseduurid
- Järkjärguline temperatuuri tõus: Laske võllil ühtlaselt kuumeneda
- Pikendatud soojenemisaeg: Suured turbiinid võivad vajada 2–4 tundi
- Temperatuuri jälgimine: Rööpalaagrite ja korpuse temperatuurid
- Vibratsiooni jälgimine: Jälgige soojenemise ajal, viivitage kiiruse suurendamisega, kui vibratsioon on tugev
2. Pöördkäigukasti töö
- Suurte turbiinide puhul kasutage soojenemise ja jahtumise ajal pöörlemismehhanismi (aeglane pöörlemine, ~3–10 p/min).
- Pidev pöörlemine hoiab ära termilise painutamise, jaotades soojuse ühtlaselt
- Tööstusstandard auruturbiinidele võimsusega > 50 MW
- Jahutamise ajal võib pöördemehhanism töötada 8–24 tundi
3. Seiskamisprotseduurid
- Järkjärguline jahtumine: Enne väljalülitamist vähendage koormust ja temperatuuri aeglaselt
- Pikendatud pöördemehhanism: Hoidke rootorit jahtumise ajal pöörlemas
- Vältige kuumade seiskamiste tekkimist: Avariipidurid jätavad võlli kuumaks ja kalduvad läbi painduma
Projekteerimismeetmed
- Soojusisolatsioon: Isoleerige korpused ühtlase temperatuuri säilitamiseks
- Küttejakid: Välised kütteseadmed ühtlaseks eelsoojenduseks
- Drenaaž: Vältige kuuma kondensaadi kogunemist šahti põhja
- Ventilatsioon: Tagage sümmeetriline jahutusõhu vool
Termilise vibu tagajärjed
Kohesed mõjud
- Kõrge vibratsioon: Soojenemise ajal võib see ulatuda 5–10 korda normaalsest tasemest
- Laagri laadimine: Asümmeetriline kaar suurendab kandevõimet
- Hülgede hõõrumine: Võlli läbipaine võib põhjustada kokkupuudet tihendite või statsionaarsete osadega
- Käivitusviivitused: Enne kiiruse suurendamist tuleb oodata vibratsiooni vähenemist
Pikaajaline kahju
- Laagri kulumine: Korduv tugev vibratsioon kiirendab laagrite kulumist
- Tihendi kahjustused: Korduv hõõrumine hävitab tihendi komponendid
- Väsimus: Tsüklilised painutuspinged iga käivitamise ajal aitavad kaasa väsimusele
- Püsiv komplekt: Tugev või korduv termiline painutamine võib põhjustada püsivat plastilist deformatsiooni
Parandus ja leevendamine
Aktiivse termovibu jaoks
- Lubatud aeg: Enne kiiruse suurendamist oodake termilise tasakaalu saavutamist
- Aeglane rull: Pöörake aeglaselt, et kuumus võimalikult laiali jaotuks
- Ärge proovige tasakaalustada: Tasakaalustamine ei suuda termilist kaare korrigeerida ja on ebaefektiivne.
- Aadressi soojusallikas: Asümmeetrilise kuumenemise tuvastamine ja kõrvaldamine
Termilise läbipaindumise korral (pärast väljalülitamist)
- Pöördkäigukast: Jahutamise ajal hoidke rootorit aeglaselt pöörlemas
- Pikendatud rullimisaeg: Võib vajada 12–24 tundi pöördmehhanismi tööd
- Temperatuuri jälgimine: Jätka, kuni võlli temperatuur on ühtlane
- Viivitatud taaskäivitamine: Kui on tekkinud kummardus, oodake enne taaskäivitamist loomulikku sirgendumist
Valdkonnaspetsiifilised kaalutlused
Auruturbiinid
- Kõige vastuvõtlikum termilisele painutamisele kõrgete temperatuuride ja massiivsete rootorite tõttu
- Täpsed soojendus- ja mahajahtumisprotseduurid on standardpraktika
- Pöördmehhanismid on kohustuslikud > 50 MW üksustele
- Võib vajada 2–4 tundi soojendust, 12–24 tundi jahtumist koos käiguvahetusega
Gaasiturbiinid
- Kiirem termiline reaktsioon väiksema massi tõttu
- Termiline kummardus käivitamise ajal on vähem levinud, kuid siiski võimalik
- Põlemiskülje küte võib tekitada asümmeetriat
- Tavaliselt kiiremad soojenemistsüklid kui auruturbiinidel
Suured elektrimootorid ja generaatorid
- Rootori mähise kuumusest või laagri hõõrdumisest tingitud termiline painutus
- Päikeseküttega töötavad välistingimustes kasutatavad paigaldised
- Võib vajada käivitamiseelset treimist või kuumutamist
Jälgimine ja häire
Peamised jälgimisparameetrid
- Aeglane veerevibratsioon: Mõõtke enne tavapärast käivitamist madalal kiirusel
- Laagri temperatuuride erinevus: Võrdle temperatuure üleval ja all
- Vibratsioon vs temperatuur: Joonista vibratsiooni amplituud laagri temperatuuri suhtes
- Faasinurk: Jälgige faasimuutusi, mis näitavad vööri arengut
Häirekriteeriumid
- Aeglane veerevibratsioon > 2× baasjoonest käivitab alarmi
- Temperatuuride erinevus > 15–20 °C viitab termilisele tasakaalustamatusele
- Kiired faasimuutused (> 30° 10 minuti jooksul) viitavad kaare tekkimisele
- Vibratsioon soojenemise ajal pigem suureneb kui väheneb
Täiustatud käivitusstrateegiad
Kontrollitud kiirendus
- Esialgne aeglane veeremine: Kontrollige vastuvõetavat vibratsiooni kiirusel 100–200 p/min
- Astmeline kiirendus: Suurendage kiirust keskmise kiiruseni (nt 30%, 50%, 70% või tavakiirus) hoides
- Termilise leotamise perioodid: Säilita igas etapis konstantset kiirust 15–30 minutit
- Vibratsiooni kontrollimine: Enne jätkamist veenduge igal etapil, et vibratsioon väheneb.
- Temperatuuri jälgimine: Tagage termiliste gradientide vähenemine kogu protsessi vältel
Automatiseeritud käivitussüsteemid
Kaasaegsed juhtimissüsteemid suudavad termilise vööri haldamise automatiseerida:
- Programmeeritavad soojendusjärjestused
- Automaatsed ooteajad vibratsiooni- või temperatuuripiiride ületamisel
- Soojusliku vibu tugevuse reaalajas arvutamine vibratsiooni ja temperatuuri põhjal
- Mõõdetud tingimustel põhinevad adaptiivsed kiirusprofiilid
Seos teiste nähtustega
Termokaas vs püsikaas
- Termiline vibu: Ajutine, kaob termilise tasakaalu saavutamisel
- Püsiv vibu: Plastiline deformatsioon püsib ka külmas
- Risk: Tõsine korduv termiline painutamine võib lõpuks põhjustada püsiva konditustamise
Termiline vibu ja tasakaalustamine
- Püüdes tasakaal termilise vibu ajal on mõttetu
- Termilise vibu tingimuse jaoks arvutatud paranduskaalud on pärast tasakaalu saavutamist valed
- Enne tasakaalustamist laske alati termilisel stabiliseerumisel
- Termiline vibu võib varjata tegelikku tasakaalutust
Ennetamise parimad tavad
Uute paigaldiste jaoks
- Sümmeetriliste kütte- ja jahutussüsteemide projekteerimine
- Paigaldada pöördmehhanism seadmetele > 100 kW või > 2 meetri võlli pikkusele
- Tagage piisav drenaaž, et vältida kuuma vedeliku kogunemist
- Isoleerige, et minimeerida kiirgussoojusülekannet
Olemasolevate seadmete jaoks
- Töötage välja ja järgige rangelt kirjalikke soojendusprotseduure
- Rongioperaatorite info termilise vööri riskide ja sümptomite kohta
- Paigaldage temperatuuri jälgimine mitmesse kohta
- Kasutage käivitamisel vibratsioonitrendide abil termilisi probleeme
- Dokumenteerige ajaloolised andmed protseduuride optimeerimiseks
Hooldustavad
- Kontrollige enne iga seiskamist pöördmehhanismi toimimist
- Kontrollige laagrite temperatuuriandurite kalibreerimist
- Kontrollige drenaažisüsteeme ummistuste suhtes
- Kontrollige isolatsiooni terviklikkust
- Kontrollige ja kõrvaldage kõik asümmeetrilise kuumuse allikad.
Termiline pingelangus, kuigi ajutine ja pöörduv, on suurte pöörlevate masinate jaoks märkimisväärne käitamisprobleem. Selle põhjuste mõistmine, sümptomite äratundmine ning nõuetekohaste soojendus- ja jahutusprotseduuride rakendamine on auruturbiinide, gaasiturbiinide ja muude kõrge temperatuuriga pöörlevate seadmete usaldusväärse töö tagamiseks hädavajalik.
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 