Terminio lanko supratimas besisukančiose mašinose
Apibrėžimas: Kas yra terminis lankas?
Terminis lankas (dar vadinamas karštuoju išlinkimu, terminiu lenkimu arba temperatūros sukeltu veleno išlinkimu) yra laikinas išlinkimas, atsirandantis rotorius velenas dėl netolygaus temperatūros pasiskirstymo aplink veleno perimetrą. Kai viena veleno pusė yra karštesnė už kitą, dėl šiluminio plėtimosi karštoji pusė pailgėja, todėl velenas yra sulenktas į išlenktą formą, o karštoji pusė yra išgaubtoje (išorinėje) kreivės pusėje.
Skirtingai nuo nuolatinių šachtos lankas dėl mechaninių pažeidimų, terminis išlinkis yra grįžtamas – jis išnyksta, kai veleno temperatūra grįžta į vienodą. Tačiau terminis išlinkis sukuria reikšmingą vibracija apšilimo ir atvėsimo laikotarpiais ir gali sukelti negrįžtamą žalą, jei yra stiprus arba dažnai kartojasi.
Fizinis mechanizmas
Šiluminio plėtimosi diferencialas
Terminio lanko fizika yra paprasta:
- Metalas plečiasi kaitinamas (plieno šiluminio plėtimosi koeficientas paprastai yra 10–15 µm/m/°C).
- Jei temperatūra yra vienoda visame perimetre, plėtimasis yra simetriškas (velenas ilgėja, bet lieka tiesus).
- Jei viena pusė karštesnė, ta pusė plečiasi labiau nei šaltoji
- Diferencinis plėtimasis sukelia kreivumą
- Lanko dydis proporcingas temperatūros skirtumui ir veleno ilgiui
Tipiniai temperatūros skirtumai
- 10–20 °C temperatūros skirtumas per skersmenį gali sukurti išmatuojamą išlinkį
- Didelėse turbinose 30–50 °C temperatūros skirtumas gali sukelti stiprią vibraciją.
- Poveikis kaupiasi išilgai veleno – ilgesni velenai yra jautresni
Dažniausios terminio lanko priežastys
1. Paleidimo sąlygos (dažniausios)
- Asimetrinis šildymas: Karšti garai, dujos arba proceso skystis liečiasi su veleno viršumi, o apačia lieka vėsesnė
- Spindulinis šildymas: Karšti korpusai arba vamzdynai šildo viršutinę veleno dalį
- Guolio trintis: Vienas guolis, veikiantis karščiau nei kiti, kaitina vietinę veleno dalį
- Greitas paleidimas: Nepakankamas įšilimo laikas leidžia susidaryti šiluminiams gradientams
2. Išjungimo sąlygos (terminis kritimas)
- Karštas išjungimas: Velenas nustoja suktis, kol dar karštas
- Gravitacinis nuolydis: Šiluma kyla aukštyn, todėl horizontalios šachtos viršus vėsta greičiau nei apačia
- Terminis Sag lankas: Apatinė pusė ilgiau išlieka karšta, velenas linksta žemyn
- Kritinis laikotarpis: Pirmosios kelios valandos po išjungimo
3. Veiklos priežastys
- Rotoriaus ir statoriaus trintis: Dėl sąlyčio susidaranti trintis sukelia intensyvų vietinį įkaitimą
- Netolygus aušinimas: Asimetrinis aušinimo oro srautas arba vandens purškimas
- Saulės šildymas: Lauko įranga, kurios viena pusė yra veikiama saulės
- Proceso sutrikimai: Staigūs darbinio skysčio temperatūros pokyčiai
Simptomai ir aptikimas
Vibracijos charakteristikos
Terminis lankas sukuria išskirtinius vibracijos modelius:
- Dažnis: 1× važiavimo greitis (sinchroninė vibracija)
- Laikas: Aukštas įšilimo metu, mažėja pasiekus terminę pusiausvyrą
- Fazių pokyčiai: Fazės kampas gali keistis, kai lankas vystosi ir tirpsta
- Lėtas riedėjimo vibravimas: Didelė vibracija net ir labai mažu greičiu (kitaip nei disbalansas)
- Išvaizda: Panašus į disbalansą, bet priklausomas nuo temperatūros
Terminio lanko skirtumas nuo disbalanso
| Būdingas | Disbalansas | Terminis lankas |
|---|---|---|
| Dažnis | 1× bėgimo greitis | 1× bėgimo greitis |
| Temperatūros jautrumas | Santykinai stabilus | Aukštas apšilimo / atvėsimo metu |
| Lėtas riedėjimas (50–200 aps./min.) | Labai maža amplitudė | Didelė amplitudė |
| Fazė ir temperatūra | Konstanta | Keičiasi lankui vystantis |
| Atkaklumas | Nuolatinis visada | Laikinas, išsisprendžia pasiekus terminę pusiausvyrą |
| Atsakas į balansavimą | Sumažinta vibracija | Minimalus arba jokio pagerėjimo |
Diagnostiniai testai
1. Lėto riedėjimo vibracijos bandymas
- Pasukite veleną 5-10% darbiniu greičiu
- Išmatuokite vibraciją ir išbėgimas
- Didelė lėto riedėjimo vibracija rodo terminį arba mechaninį išlinkimą, o ne disbalansą
2. Temperatūros stebėjimas
- Stebėkite veleno arba guolio temperatūrą paleidimo metu
- Matuokite temperatūrą keliose guolio perimetro vietose
- Koreliuokite vibracijos pokyčius su temperatūros gradientais
3. Pradedančiųjų įmonių vibracijos tendencijos
- Vibracijos amplitudės ir laiko grafiko nubraižymas apšilimo metu
- Terminis išlinkis: iš pradžių didelis, mažėja artėjant pusiausvyrai
- Disbalansas: didėja didėjant greičiui, nepriklausomai nuo temperatūros
Prevencijos strategijos
Veiklos procedūros
1. Tinkamos apšilimo procedūros
- Laipsniškas temperatūros didėjimas: Leiskite velenui tolygiai įkaisti
- Ilgesnis įšilimo laikas: Didelėms turbinoms gali prireikti 2–4 valandų
- Temperatūros stebėjimas: Vikšro guolių ir korpuso temperatūra
- Vibracijos stebėjimas: Stebėkite apšilimo metu, jei vibracija didelė, padidinkite greitį.
2. Sukimo mechanizmo veikimas
- Didelėms turbinoms apšilimo ir atvėsimo metu naudokite sukamąjį krumpliaratį (lėtas sukimasis, ~3–10 aps./min.).
- Nuolatinis sukimasis apsaugo nuo terminio išlinkimo, tolygiai paskirstant šilumą
- Pramonės standartas garo turbinoms > 50 MW
- Aušinimo metu tekinimo mechanizmą galima naudoti 8–24 valandas
3. Išjungimo procedūros
- Laipsniškas atvėsimas: Prieš išjungdami lėtai sumažinkite apkrovą ir temperatūrą
- Prailginta posūkio pavara: Atvėsus rotoriui, laikykite jį suktis
- Venkite karštų išsijungimų: Avariniai stabdikliai įkaitina veleną ir gali išlinkti
Projektavimo priemonės
- Šiluminė izoliacija: Izoliuokite korpusus, kad palaikytumėte vienodą temperatūrą
- Šildymo striukės: Išoriniai šildytuvai tolygiam išankstiniam pašildymui
- Drenažas: Neleiskite karštam kondensatui kauptis ant veleno dugno
- Ventiliacija: Užtikrinkite simetrišką aušinimo oro srautą
Terminio lanko pasekmės
Momentinis poveikis
- Didelė vibracija: Apšilimo metu gali pasiekti 5–10 kartų didesnį nei įprasta lygį
- Guolių apkrova: Asimetrinis lankas padidina guolių apkrovas
- Sandarinimo priemonės: Veleno deformacija gali liestis su sandarikliais arba stacionariomis dalimis
- Paleidimo vėlavimai: Prieš didinant greitį, reikia palaukti, kol sumažės vibracija
Ilgalaikė žala
- Guolių susidėvėjimas: Pasikartojanti didelė vibracija pagreitina guolio nusidėvėjimą
- Sandariklio pažeidimas: Pakartotiniai trynimai naikina sandarinimo komponentus
- Nuovargis: Cikliniai lenkimo įtempiai kiekvieno paleidimo metu prisideda prie nuovargio
- Nuolatinis rinkinys: Stiprus arba pakartotinis terminis lenkimas gali sukelti nuolatinę plastinę deformaciją
Korekcija ir švelninimas
Aktyviam terminiam lankui
- Leisti laiką: Prieš didindami greitį, palaukite, kol pasieks šiluminę pusiausvyrą
- Lėtas riedėjimas: Jei įmanoma, lėtai pasukite, kad šiluma pasiskirstytų tolygiai
- Nebandykite balansuoti: Balansavimas negali ištaisyti šiluminio išlinkimo ir bus neveiksmingas
- Adreso šilumos šaltinis: Asimetrinio šildymo nustatymas ir pašalinimas
Dėl terminio sulinkimo (po išjungimo)
- Tekinimo pavara: Aušinimo metu leiskite rotoriui lėtai suktis
- Pailgintas riedėjimo laikas: Gali prireikti 12–24 valandų sukimo mechanizmo veikimo
- Temperatūros stebėjimas: Tęskite, kol veleno temperatūra taps vienoda
- Atidėtas paleidimas iš naujo: Jei išsilenkė, prieš tęsdami palaukite, kol natūraliai išsitiesins
Pramonės šakai būdingi aspektai
Garo turbinos
- Labiausiai jautrūs terminiam išlinkimui dėl aukštos temperatūros ir masyvių rotorių
- Išsamios apšilimo ir atvėsimo procedūros yra standartinė praktika
- Posūkio mechanizmas privalomas > 50 MW blokams
- Gali prireikti 2–4 valandų apšilimo, 12–24 valandų atvėsimo sukant pavarą
Dujų turbinos
- Greitesnis terminis atsakas dėl mažesnės masės
- Terminis lankas paleidimo metu yra retesnis, bet vis tiek įmanomas
- Degimo pusės šildymas gali sukelti asimetriją
- Paprastai greitesni įšilimo ciklai nei garo turbinų
Dideli elektros varikliai ir generatoriai
- Terminis išlinkis dėl rotoriaus apvijos karščio arba guolio trinties
- Lauko instaliacijos, kurioms tiekiamas saulės šildymas
- Gali reikėti posūkio arba šildymo prieš paleidimą
Stebėjimas ir signalizacija
Pagrindiniai stebėjimo parametrai
- Lėtas riedėjimo vibravimas: Prieš įprastą paleidimą išmatuokite mažu greičiu
- Guolių temperatūros skirtumas: Palyginkite temperatūrą viršuje ir apačioje
- Vibracija ir temperatūra: Vibracijos amplitudės ir guolio temperatūros grafike nubraižykite
- Fazės kampas: Trasos fazės pokyčiai, rodantys lanko vystymąsi
Signalizacijos kriterijai
- Lėtas riedėjimo virpesys > 2 × bazinė vertė sukelia aliarmą
- Temperatūros skirtumas > 15–20 °C rodo terminį disbalansą
- Greiti fazės pokyčiai (> 30° per 10 minučių) rodo besivystantį išlinkimą
- Vibracija įšilimo metu didėja, o ne mažėja
Pažangios paleidimo strategijos
Kontroliuojamas pagreitis
- Pradinis lėtas riedėjimas: Patikrinkite priimtiną vibraciją esant 100–200 aps./min.
- Laipsniškas pagreitis: Padidinkite iki vidutinių greičių (pvz., 30%, 50%, 70% arba įprasto) su fiksavimais
- Terminio mirkymo laikotarpiai: Palaikykite pastovų greitį 15–30 minučių kiekviename etape
- Vibracijos patikra: Kiekviename etape prieš tęsdami patvirtinkite, kad vibracija mažėja
- Temperatūros stebėjimas: Užtikrinkite terminių gradientų mažėjimą viso proceso metu
Automatizuotos paleidimo sistemos
Šiuolaikinės valdymo sistemos gali automatizuoti terminio lanko valdymą:
- Programuojamos apšilimo sekos
- Automatiniai sulaikymo laikotarpiai, jei viršijamos vibracijos ar temperatūros ribos
- Šiluminio lanko dydžio apskaičiavimas realiuoju laiku pagal vibraciją ir temperatūrą
- Adaptyvūs greičio profiliai, pagrįsti išmatuotomis sąlygomis
Ryšys su kitais reiškiniais
Terminis lankas ir nuolatinis lankas
- Terminis lankas: Laikinas, išnyksta pasiekus terminę pusiausvyrą
- Nuolatinis lankas: Plastinė deformacija išlieka net ir esant šalčiui
- Rizika: Stiprus pasikartojantis terminis lenkimas galiausiai gali sukelti nuolatinį sustingimą
Terminis lankas ir balansavimas
- Bandymas balansas terminio lanko metu yra beprasmiška
- Terminio lanko sąlygai apskaičiuoti pataisos svoriai bus neteisingi, kai bus pasiekta pusiausvyra
- Prieš balansavimą visada leiskite temperatūrai stabilizuotis
- Terminis lankas gali užmaskuoti tikrąjį disbalansą
Geriausia prevencijos praktika
Naujiems įrenginiams
- Projektuokite simetriškas šildymo ir vėsinimo sistemas
- Įrengti tekinimo mechanizmą įrangai, kurios galia didesnė nei 100 kW arba veleno ilgis didesnis nei 2 metrai
- Užtikrinkite tinkamą drenažą, kad nesikauptų karštas skystis
- Izoliuokite, kad sumažintumėte spinduliuojamos šilumos perdavimą
Esamai įrangai
- Sukurkite ir griežtai laikykitės rašytinių apšilimo procedūrų
- Traukinių operatoriai apie terminio lankų keliamą riziką ir simptomus
- Įdiekite temperatūros stebėjimo sistemą keliose vietose
- Naudokite vibracijos tendencijas paleidimo metu, kad nustatytumėte termines problemas
- Dokumentuokite istorinius duomenis, kad optimizuotumėte procedūras
Priežiūros praktika
- Prieš kiekvieną išjungimą patikrinkite sukimo mechanizmo veikimą
- Patikrinkite guolių temperatūros jutiklių kalibravimą
- Patikrinkite drenažo sistemas, ar nėra užsikimšimų
- Patikrinkite izoliacijos vientisumą
- Patikrinkite ir pašalinkite visus asimetrinio šildymo šaltinius
Terminis išlinkis, nors ir laikinas ir grįžtamas, yra didelis eksploatacinis iššūkis didelėms besisukančioms mašinoms. Norint patikimai veikti garo turbinoms, dujų turbinoms ir kitai aukštos temperatūros besisukančiajai įrangai, būtina suprasti jo priežastis, atpažinti simptomus ir įdiegti tinkamas įšilimo bei aušinimo procedūras.
Kategorijos: ŽodynėlisVibracijos diagnostika
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 