Apa itu Steam Whirl? Ketidakstabilan Aerodinamis pada Turbin • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penyeimbang dinamis penghancur, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Steam Whirl? Ketidakstabilan Aerodinamis pada Turbin • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penyeimbang dinamis penghancur, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Pusaran Uap? Ketidakstabilan Aerodinamis pada Turbin

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Pusaran Uap di Turbomachinery

Definisi: Apa itu Steam Whirl?

Pusaran uap (juga disebut ketidakstabilan kopling silang aerodinamis atau pusaran segel) adalah getaran yang tereksitasi sendiri Fenomena yang terjadi pada turbin uap dan turbin gas ketika gaya aerodinamis pada segel labirin, celah ujung bilah, atau jalur melingkar lainnya menciptakan gaya tangensial yang tidak stabil pada rotor. Menyukai pusaran minyak dalam bantalan hidrodinamik, pusaran uap adalah suatu bentuk ketidakstabilan rotor di mana energi terus-menerus diekstraksi dari aliran uap atau gas yang stabil dan diubah menjadi gerakan getaran.

Pusaran uap biasanya bermanifestasi sebagai subsinkron beramplitudo tinggi getaran pada frekuensi yang mendekati salah satu rotor frekuensi alami, dan dapat mengakibatkan kegagalan besar jika tidak segera dideteksi dan diperbaiki.

Mekanisme Fisik

Bagaimana Steam Whirl Berkembang

Mekanisme ini melibatkan dinamika fluida dalam celah sempit segel turbin:

1. Izin Segel Labirin

  • Uap atau gas mengalir melalui jalur melingkar sempit antara komponen segel yang berputar dan diam
  • Perbedaan tekanan tinggi di seluruh segel (seringkali 50-200 bar)
  • Jarak radial yang sempit (biasanya 0,2-0,5 mm)
  • Uap berputar saat mengalir melalui gigi segel

2. Kopling Silang Aerodinamis

Ketika rotor dipindahkan dari pusat:

  • Jarak bebas menjadi asimetris (lebih kecil di satu sisi, lebih besar di sisi berlawanan)
  • Aliran uap dan distribusi tekanan menjadi tidak seragam
  • Gaya aerodinamis bersih memiliki komponen tangensial (tegak lurus terhadap perpindahan)
  • Gaya tangensial ini bertindak seperti “kekakuan negatif” yang tidak stabil.”

3. Getaran yang Tereksitasi Sendiri

  • Gaya tangensial menyebabkan rotor mengorbit
  • Frekuensi orbit biasanya mendekati frekuensi alami (sub-sinkron)
  • Energi yang terus menerus diekstraksi dari aliran uap untuk mempertahankan getaran
  • Amplitudo tumbuh hingga dibatasi oleh jarak bebas atau kegagalan katastrofik

Kondisi yang Mendorong Pusaran Uap

Faktor Geometris

  • Jarak Segel Ketat: Jarak bebas yang lebih kecil menciptakan gaya aerodinamis yang lebih kuat
  • Panjang Segel Panjang: Gigi segel yang lebih banyak atau bagian segel yang lebih panjang meningkatkan gaya destabilisasi
  • Kecepatan Pusaran Tinggi: Uap yang masuk ke segel dengan komponen kecepatan tangensial tinggi
  • Diameter Segel Besar: Jari-jari yang lebih besar memperkuat momen dari gaya aerodinamis

Kondisi Operasional

  • Perbedaan Tekanan Tinggi: Penurunan tekanan yang lebih besar di seluruh segel meningkatkan gaya
  • Kecepatan Rotor Tinggi: Efek sentrifugal dan kecepatan pusaran meningkat seiring dengan kecepatan
  • Redaman Bantalan Rendah: Redaman yang tidak memadai tidak dapat menangkal kekuatan segel yang tidak stabil
  • Kondisi Beban Ringan: Beban bantalan yang rendah mengurangi redaman efektif

Karakteristik Rotor

  • Rotor Fleksibel: Beroperasi di atas kecepatan kritis lebih rentan
  • Sistem Redaman Rendah: Redaman struktural atau bantalan minimal
  • Rasio Panjang-Diameter Tinggi: Rotor ramping lebih rentan terhadap ketidakstabilan

Karakteristik Diagnostik

Tanda Getaran

Pusaran uap menghasilkan pola khas yang dapat diidentifikasi melalui analisis getaran:

Parameter Ciri
Frekuensi Sub-sinkron, biasanya 0,3-0,6× kecepatan lari, sering terkunci pada frekuensi alami
Amplitudo Getaran ketidakseimbangan yang tinggi, seringkali 5-20 kali lipat dari normal
Serangan Kecepatan atau tekanan yang tiba-tiba, di atas ambang batas
Ketergantungan Kecepatan Frekuensi mungkin terkunci dan tidak terlacak dengan perubahan kecepatan
Orbit Presesi maju melingkar atau elips besar
Spektrum Puncak sub-sinkron dominan

Diferensiasi dari Ketidakstabilan Lainnya

  • vs. Pusaran Minyak/Pecut: Pusaran uap terjadi pada turbin dengan segel labirin; pusaran minyak terjadi pada bantalan jurnal biasa
  • vs. Ketidakseimbangan: Pusaran uap bersifat sub-sinkron; ketidakseimbangan bersifat 1× sinkron
  • vs. Gosok: Pusaran uap dapat terjadi tanpa kontak; frekuensi lebih stabil daripada getaran akibat gesekan

Metode Pencegahan dan Mitigasi

Modifikasi Desain Segel

1. Alat Anti-Pusaran (Swirl Brakes)

  • Baling-baling atau penyekat stasioner di hulu segel
  • Hapus komponen kecepatan tangensial dari aliran uap
  • Mengurangi gaya kopling silang secara signifikan
  • Solusi paling efektif dan umum

2. Anjing Laut Sarang Lebah

  • Gantikan lahan segel labirin halus dengan struktur sarang lebah
  • Menciptakan turbulensi yang menghilangkan energi pusaran
  • Meningkatkan redaman efektif di wilayah segel
  • Digunakan dalam turbin gas modern

3. Peningkatan Jarak Segel

  • Jarak bebas radial yang lebih besar mengurangi gaya aerodinamis
  • Kompromi: mengurangi efisiensi turbin karena peningkatan kebocoran
  • Biasanya hanya digunakan sebagai tindakan sementara

4. Segel Peredam

  • Desain segel khusus yang memberikan peredaman saat penyegelan
  • Segel peredam saku, segel pola lubang
  • Tambahkan gaya stabilisasi untuk melawan kopling silang

Peningkatan Sistem Bearing

  • Meningkatkan Redaman Bantalan: Gunakan bantalan bantalan miring atau tambahkan peredam film peras
  • Beban Awal Bantalan: Meningkatkan kekakuan dan redaman yang efektif
  • Desain Bearing yang Dioptimalkan: Pilih jenis dan konfigurasi bantalan untuk stabilitas maksimum

Kontrol Operasional

  • Pembatasan Kecepatan: Batasi kecepatan pengoperasian hingga di bawah ambang batas ketidakstabilan
  • Manajemen Beban: Hindari pengoperasian beban ringan yang mengurangi redaman bantalan
  • Kontrol Tekanan: Kurangi perbedaan tekanan segel jika memungkinkan
  • Pemantauan Berkelanjutan: Pemantauan getaran waktu nyata dengan alarm sub-sinkron

Deteksi dan Tanggap Darurat

Tanda-tanda Peringatan Dini

  • Puncak sub-sinkron kecil muncul dalam spektrum getaran
  • Komponen frekuensi tinggi intermiten
  • Peningkatan bertahap pada tingkat getaran keseluruhan saat kecepatan mendekati ambang batas
  • Perubahan dalam orbit membentuk

Tindakan Segera Saat Pusaran Uap Terdeteksi

  1. Kurangi Kecepatan: Segera kurangi kecepatan di bawah ambang batas
  2. Jangan Menunda: Amplitudo dapat tumbuh dari yang dapat diterima hingga yang merusak dalam 30-60 detik
  3. Penutupan Darurat: Jika pengurangan tidak cukup atau tidak memungkinkan
  4. Dokumen Acara: Rekam kecepatan pada awal, frekuensi, amplitudo maksimum, kondisi
  5. Jangan Mulai Ulang: Sampai akar permasalahannya teridentifikasi dan diperbaiki

Industri dan Aplikasi

Pusaran uap menjadi perhatian khusus dalam:

  • Pembangkit Listrik: Turbin-generator uap besar
  • Petrokimia: Kompresor dan pompa bertenaga uap
  • Turbin Gas: Mesin pesawat terbang, turbin gas industri
  • Industri Proses: Setiap turbomachinery berkecepatan tinggi dengan segel labirin

Hubungan dengan Fenomena Lain

  • Pusaran Minyak: Mekanisme serupa tetapi pada lapisan oli bantalan daripada segel
  • Cambuk Poros: Penguncian frekuensi pada frekuensi alami, perilaku serupa
  • Ketidakstabilan Rotor: Pusaran uap merupakan salah satu jenis ketidakstabilan rotor yang tereksitasi sendiri

Pusaran uap tetap menjadi pertimbangan penting dalam desain dan pengoperasian turbin modern. Meskipun kemajuan teknologi segel dan sistem bantalan telah mengurangi kejadiannya, memahami fenomena ini sangat penting bagi para insinyur dan operator yang bekerja dengan turbomachinery berkecepatan tinggi dan bertekanan tinggi.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp