Apakah Steam Whirl? Ketidakstabilan Aerodinamik dalam Turbin • Pengimbang mudah alih, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur pengimbang dinamik, kipas, sungkupan, gerimit pada gabungan, aci, emparan, turbin dan banyak lagi rotor Apakah Steam Whirl? Ketidakstabilan Aerodinamik dalam Turbin • Pengimbang mudah alih, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur pengimbang dinamik, kipas, sungkupan, gerimit pada gabungan, aci, emparan, turbin dan banyak lagi rotor

Apakah Steam Whirl? Ketidakstabilan Aerodinamik dalam Turbin

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Steam Whirl dalam Turbomachinery

Definisi: Apakah Steam Whirl?

Pusaran wap (juga dipanggil ketidakstabilan gandingan silang aerodinamik atau pusaran meterai) ialah a getaran teruja diri fenomena yang berlaku dalam turbin stim dan turbin gas apabila daya aerodinamik dalam pengedap labirin, kelegaan hujung bilah, atau laluan anulus lain mewujudkan daya tangen yang tidak stabil pada pemutar. Suka pusaran minyak dalam galas hidrodinamik, pusaran wap adalah satu bentuk ketidakstabilan rotor di mana tenaga diekstrak secara berterusan daripada aliran stim atau gas yang stabil dan ditukar kepada gerakan getaran.

Pusaran wap biasanya menjelma sebagai sub-segerak amplitud tinggi getaran pada frekuensi yang hampir dengan salah satu rotor frekuensi semula jadi, dan ia boleh membawa kepada kegagalan bencana jika tidak dikesan dan diperbetulkan dengan cepat.

Mekanisme Fizikal

Bagaimana Steam Whirl Berkembang

Mekanisme ini melibatkan dinamik bendalir dalam kelegaan sempit pengedap turbin:

1. Pelepasan Mohor Labyrinth

  • Stim atau gas mengalir melalui laluan anulus sempit antara komponen pengedap berputar dan pegun
  • Perbezaan tekanan tinggi merentas pengedap (selalunya 50-200 bar)
  • Kelegaan jejari yang ketat (biasanya 0.2-0.5 mm)
  • Stim berputar semasa ia mengalir melalui gigi meterai

2. Gandingan Silang Aerodinamik

Apabila pemutar disesarkan dari pusat:

  • Kelegaan menjadi tidak simetri (lebih kecil pada satu bahagian, lebih besar pada bahagian bertentangan)
  • Aliran wap dan pengagihan tekanan menjadi tidak seragam
  • Daya aerodinamik bersih mempunyai komponen tangen (berserenjang dengan anjakan)
  • Daya tangen ini bertindak seperti "kekakuan negatif" yang tidak stabil“

3. Getaran Teruja Diri

  • Daya tangen menyebabkan rotor mengorbit
  • Kekerapan orbit biasanya berhampiran frekuensi semula jadi (sub-segerak)
  • Tenaga terus diekstrak daripada aliran wap untuk mengekalkan getaran
  • Amplitud berkembang sehingga dihadkan oleh pelepasan atau kegagalan bencana

Syarat Mempromosikan Pusaran Stim

Faktor Geometri

  • Kelegaan Kedap Ketat: Kelegaan yang lebih kecil menghasilkan daya aerodinamik yang lebih kuat
  • Panjang meterai panjang: Lebih banyak gigi pengedap atau bahagian pengedap yang lebih panjang meningkatkan daya ketidakstabilan
  • Halaju Pusaran Tinggi: Pengedap yang memasuki wap dengan komponen halaju tangen yang tinggi
  • Diameter meterai besar: Jejari yang lebih besar menguatkan momen daripada daya aerodinamik

Keadaan Operasi

  • Perbezaan Tekanan Tinggi: Penurunan tekanan yang lebih besar merentasi pengedap meningkatkan daya
  • Kelajuan Pemutar Tinggi: Kesan emparan dan halaju pusaran meningkat dengan kelajuan
  • Redaman Galas Rendah: Redaman yang tidak mencukupi tidak dapat mengatasi daya pengedap yang tidak stabil
  • Keadaan Beban Ringan: Beban galas rendah mengurangkan redaman berkesan

Ciri-ciri pemutar

  • Rotor Fleksibel: Beroperasi di atas kelajuan kritikal lebih mudah terdedah
  • Sistem Redaman Rendah: Redaman struktur atau galas yang minimum
  • Nisbah Panjang-ke-Diameter Tinggi: Rotor langsing lebih terdedah kepada ketidakstabilan

Ciri-ciri Diagnostik

Tandatangan Getaran

Pusaran wap menghasilkan corak tersendiri yang boleh dikenal pasti melaluinya vibration analysis:

Parameter Ciri
Kekerapan Sub-segerak, biasanya 0.3-0.6× kelajuan larian, selalunya terkunci pada frekuensi semula jadi
Amplitud Tinggi, selalunya 5-20 kali getaran tidak seimbang biasa
Permulaan Tiba-tiba, melebihi ambang kelajuan atau tekanan
Kebergantungan Kelajuan Kekerapan mungkin terkunci dan tidak menjejaki dengan perubahan kelajuan
Orbit Pekeliling besar atau elips, pendahuluan ke hadapan
Spektrum Puncak sub-segerak dominan

Perbezaan daripada Ketidakstabilan Lain

  • lwn. Pusaran Minyak/Sebat: Pusaran wap berlaku dalam turbin dengan pengedap labirin; pusaran minyak dalam galas jurnal biasa
  • lwn. Ketidakseimbangan: Pusaran wap adalah sub-segerak; ketidakseimbangan adalah 1× segerak
  • lwn. Gosok: Pusaran wap boleh berlaku tanpa sentuhan; frekuensi lebih stabil daripada getaran akibat gosokan

Kaedah Pencegahan dan Tebatan

Pengubahsuaian Reka Bentuk Seal

1. Peranti Anti Pusaran (Brek Pusaran)

  • Bim pegun atau penyekat hulu meterai
  • Keluarkan komponen halaju tangen daripada aliran stim
  • Mengurangkan daya gandingan silang dengan ketara
  • Penyelesaian yang paling berkesan dan biasa

2. anjing laut sarang lebah

  • Gantikan tanah pengedap labirin yang licin dengan struktur sarang lebah
  • Mencipta pergolakan yang menghilangkan tenaga pusaran
  • Meningkatkan redaman berkesan di kawasan pengedap
  • Digunakan dalam turbin gas moden

3. Peningkatan Kelegaan Meterai

  • Kelegaan jejari yang lebih besar mengurangkan daya aerodinamik
  • Trade-off: mengurangkan kecekapan turbin akibat peningkatan kebocoran
  • Biasanya digunakan hanya sebagai ukuran sementara

4. Pengedap Peredam

  • Reka bentuk pengedap khusus yang menyediakan redaman semasa pengedap
  • Pengedap peredam poket, pengedap corak lubang
  • Tambahkan daya penstabil untuk mengatasi gandingan silang

Penambahbaikan Sistem Galas

  • Tingkatkan Redaman Galas: Gunakan galas pad senget atau tambah peredam filem picit
  • Pramuat galas: Meningkatkan kekakuan dan redaman yang berkesan
  • Reka Bentuk Galas Dioptimumkan: Pilih jenis galas dan konfigurasi untuk kestabilan maksimum

Kawalan Operasi

  • Sekatan Kelajuan: Hadkan kelajuan operasi kepada di bawah ambang ketidakstabilan
  • Pengurusan Beban: Elakkan operasi beban ringan yang mengurangkan redaman galas
  • Kawalan Tekanan: Kurangkan perbezaan tekanan pengedap apabila boleh
  • Pemantauan Berterusan: Pemantauan getaran masa nyata dengan penggera sub-segerak

Pengesanan dan Tindakan Kecemasan

Tanda Amaran Awal

  • Puncak sub-segerak kecil muncul dalam spektrum getaran
  • Komponen frekuensi tinggi terputus-putus
  • Peningkatan secara beransur-ansur dalam tahap getaran keseluruhan apabila kelajuan menghampiri ambang
  • Perubahan dalam orbit bentuk

Tindakan Segera Apabila Pusaran Stim Dikesan

  1. Kurangkan Kelajuan: Kurangkan kelajuan dengan serta-merta di bawah ambang
  2. Jangan Berlengah: Amplitud boleh berkembang daripada boleh diterima kepada merosakkan dalam 30-60 saat
  3. Penutupan Kecemasan: Jika pengurangan tidak mencukupi atau tidak mungkin
  4. Acara Dokumen: Rekod kelajuan pada permulaan, kekerapan, amplitud maksimum, keadaan
  5. Jangan Mulakan Semula: Sehingga punca punca dikenal pasti dan diperbetulkan

Industri dan Aplikasi

Pusaran wap menjadi perhatian khusus dalam:

  • Penjanaan Kuasa: Penjana turbin wap besar
  • Petrokimia: Pemampat dan pam yang dipacu wap
  • Turbin Gas: Enjin pesawat, turbin gas industri
  • Industri Proses: Mana-mana mesin turbo berkelajuan tinggi dengan pengedap labirin

Hubungan dengan Fenomena Lain

  • Pusaran Minyak: Mekanisme yang serupa tetapi dalam filem minyak galas dan bukannya pengedap
  • Aci Sebat: Kunci masuk frekuensi pada frekuensi semula jadi, tingkah laku yang serupa
  • Ketidakstabilan rotor: Pusaran wap ialah satu jenis ketidakstabilan rotor yang teruja sendiri

Pusaran wap kekal sebagai pertimbangan penting dalam reka bentuk dan operasi turbin moden. Walaupun kemajuan dalam teknologi pengedap dan sistem galas telah mengurangkan kejadiannya, memahami fenomena ini adalah penting untuk jurutera dan pengendali yang bekerja dengan mesin turbo tekanan tinggi berkelajuan tinggi.

← Kembali ke Indeks Utama

Categories:
WhatsApp