ทำความเข้าใจเกี่ยวกับไอน้ำหมุนในเครื่องจักรเทอร์โบ

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: Steam Whirl คืออะไร?

กระแสไอน้ำหมุน (เรียกอีกอย่างว่า ความไม่เสถียรของการเชื่อมต่อแบบไขว้ทางอากาศพลศาสตร์ หรือ กระแสน้ำวนซีล) คือ การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นตนเอง ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในกังหันไอน้ำและกังหันแก๊สเมื่อแรงอากาศพลศาสตร์ในซีลเขาวงกต ระยะห่างปลายใบพัด หรือช่องทางวงแหวนอื่นๆ สร้างแรงสัมผัสที่ไม่เสถียรบน โรเตอร์. ชอบ กระแสน้ำวนน้ำมัน ในตลับลูกปืนไฮโดรไดนามิก กระแสไอน้ำเป็นรูปแบบหนึ่งของ ความไม่เสถียรของโรเตอร์ โดยที่พลังงานจะถูกดึงออกมาอย่างต่อเนื่องจากการไหลของไอน้ำหรือก๊าซและแปลงเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือน.

กระแสไอน้ำมักจะปรากฏเป็นจังหวะย่อยที่มีแอมพลิจูดสูง การสั่นสะเทือน ที่ความถี่ใกล้กับโรเตอร์ตัวหนึ่ง ความถี่ธรรมชาติ, และอาจนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างร้ายแรงได้หากไม่ได้รับการตรวจพบและแก้ไขอย่างรวดเร็ว.

กลไกทางกายภาพ

การพัฒนาของ Steam Whirl

กลไกนี้เกี่ยวข้องกับพลศาสตร์ของไหลในระยะห่างที่แคบของซีลกังหัน:

1. การเคลียร์ซีลเขาวงกต

• ไอน้ำหรือก๊าซไหลผ่านช่องวงแหวนแคบระหว่างส่วนประกอบซีลแบบหมุนและแบบคงที่
• ความแตกต่างของแรงดันสูงระหว่างซีล (มักจะอยู่ที่ 50-200 บาร์)
• ระยะห่างรัศมีแคบ (โดยทั่วไป 0.2-0.5 มม.)
• ไอน้ำหมุนวนขณะไหลผ่านฟันซีล

2. การเชื่อมต่อแบบครอสคัปปลิ้งทางอากาศพลศาสตร์

เมื่อโรเตอร์เคลื่อนที่ออกจากจุดศูนย์กลาง:

• ระยะห่างกลายเป็นไม่สมมาตร (เล็กลงด้านหนึ่ง ใหญ่ขึ้นด้านตรงข้าม)
• การไหลของไอน้ำและการกระจายแรงดันไม่สม่ำเสมอ
• แรงอากาศพลศาสตร์สุทธิมีองค์ประกอบเชิงสัมผัส (ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่)
• แรงสัมผัสนี้ทำหน้าที่เหมือน “ความแข็งเชิงลบ” ที่ทำให้ไม่เสถียร”

3. การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นตนเอง

• แรงสัมผัสทำให้โรเตอร์เข้าสู่วงโคจร
• ความถี่วงโคจรโดยทั่วไปจะใกล้เคียงกับความถี่ธรรมชาติ (แบบซับซิงโครนัส)
• พลังงานที่ถูกดึงออกมาอย่างต่อเนื่องจากการไหลของไอน้ำเพื่อรักษาการสั่นสะเทือน
• แอมพลิจูดจะขยายขึ้นจนกระทั่งถูกจำกัดด้วยระยะห่างหรือความล้มเหลวที่ร้ายแรง

เงื่อนไขส่งเสริมการปั่นไอน้ำ

ปัจจัยทางเรขาคณิต

• ระยะห่างการปิดผนึกที่แน่นหนา: ระยะห่างที่น้อยลงทำให้แรงอากาศพลศาสตร์แข็งแกร่งขึ้น
• ความยาวซีลยาว: ฟันซีลที่มากขึ้นหรือส่วนซีลที่ยาวขึ้นจะเพิ่มแรงที่ทำให้ไม่เสถียร
• ความเร็วในการหมุนสูง: ไอน้ำเข้าสู่ซีลที่มีส่วนประกอบความเร็วเชิงสัมผัสสูง
• เส้นผ่านศูนย์กลางซีลขนาดใหญ่: รัศมีที่ใหญ่ขึ้นจะขยายโมเมนต์จากแรงอากาศพลศาสตร์

เงื่อนไขการใช้งาน

• ความแตกต่างของแรงดันสูง: แรงดันตกที่มากขึ้นทั่วซีลทำให้แรงเพิ่มขึ้น
• ความเร็วโรเตอร์สูง: ผลของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางและความเร็วของการหมุนจะเพิ่มขึ้นตามความเร็ว
• การหน่วงแบริ่งต่ำ: การหน่วงที่ไม่เพียงพอไม่สามารถต้านทานแรงซีลที่ไม่เสถียรได้
• เงื่อนไขการโหลดเบา: ภาระการรับน้ำหนักต่ำทำให้การหน่วงที่มีประสิทธิภาพลดลง

ลักษณะของโรเตอร์

• โรเตอร์แบบยืดหยุ่น: การดำเนินการข้างต้น ความเร็ววิกฤต อ่อนไหวมากขึ้น
• ระบบลดแรงสั่นสะเทือนต่ำ: การหน่วงโครงสร้างหรือการรับน้ำหนักขั้นต่ำ
• อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง: โรเตอร์ที่เรียวเล็กมีแนวโน้มที่จะไม่เสถียรมากขึ้น

ลักษณะการวินิจฉัย

ลายเซ็นการสั่นสะเทือน

กระแสไอน้ำทำให้เกิดรูปแบบเฉพาะที่สามารถระบุได้ผ่าน vibration analysis:

พารามิเตอร์	ลักษณะเฉพาะ
ความถี่	ซับซิงโครนัส โดยทั่วไปความเร็วการทำงาน 0.3-0.6 เท่า มักจะล็อคที่ความถี่ธรรมชาติ
แอมพลิจูด	การสั่นสะเทือนไม่สมดุลสูง มักสูงกว่าปกติ 5-20 เท่า
การเริ่มต้น	ความเร็วหรือแรงดันเกินขีดจำกัดอย่างกะทันหัน
การพึ่งพาความเร็ว	ความถี่อาจล็อคและไม่ติดตามการเปลี่ยนแปลงความเร็ว
วงโคจร	วงกลมหรือวงรีขนาดใหญ่ การเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
สเปกตรัม	จุดสูงสุดแบบซับซิงโครนัสที่โดดเด่น

ความแตกต่างจากความไม่มั่นคงอื่น ๆ

• เทียบกับการปั่นน้ำมัน: กระแสไอน้ำหมุนเกิดขึ้นในกังหันที่มีซีลเขาวงกต กระแสน้ำมันหมุนในตลับลูกปืนแบบธรรมดา
• กับความไม่สมดุล: กระแสไอน้ำหมุนแบบซับซิงโครนัส; ความไม่สมดุลคือ 1× ซิงโครนัส
• เทียบกับ Rub: ไอน้ำหมุนสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องสัมผัส ความถี่เสถียรกว่าการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการขัดถู

วิธีการป้องกันและบรรเทาผลกระทบ

การปรับเปลี่ยนการออกแบบซีล

1. อุปกรณ์ป้องกันการหมุนของล้อ (เบรกแบบหมุน)

• ใบพัดหรือแผ่นกั้นแบบคงที่เหนือซีล
• ลบองค์ประกอบความเร็วเชิงสัมผัสออกจากการไหลของไอน้ำ
• ลดแรงเชื่อมต่อแบบไขว้ได้อย่างมีนัยสำคัญ
• วิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิผลและเป็นที่นิยมที่สุด

2. ซีลรังผึ้ง

• แทนที่ซีลเขาวงกตเรียบด้วยโครงสร้างรังผึ้ง
• สร้างความปั่นป่วนที่สลายพลังงานหมุนวน
• เพิ่มประสิทธิภาพการหน่วงในบริเวณซีล
• ใช้ในกังหันก๊าซสมัยใหม่

3. เพิ่มระยะห่างของซีล

• ระยะห่างรัศมีที่มากขึ้นช่วยลดแรงอากาศพลศาสตร์
• การแลกเปลี่ยน: ลดประสิทธิภาพของกังหันเนื่องจากการรั่วไหลที่เพิ่มขึ้น
• โดยทั่วไปใช้เป็นเพียงมาตรการชั่วคราวเท่านั้น

4. ซีลโช้คอัพ

• การออกแบบซีลแบบพิเศษที่ให้การหน่วงขณะปิดผนึก
• ซีลกันกระแทกแบบ Pocket Damper, ซีลแบบรู
• เพิ่มแรงรักษาเสถียรภาพเพื่อต่อต้านการเชื่อมต่อแบบไขว้

การปรับปรุงระบบตลับลูกปืน

• เพิ่มการหน่วงของลูกปืน: ใช้ตลับลูกปืนแบบเอียงหรือเพิ่มตัวหน่วงฟิล์มบีบ
• พรีโหลดของตลับลูกปืน: เพิ่มความแข็งและการหน่วงที่มีประสิทธิภาพ
• การออกแบบตลับลูกปืนที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม: เลือกประเภทและการกำหนดค่าตลับลูกปืนเพื่อความเสถียรสูงสุด

การควบคุมการปฏิบัติงาน

• ข้อจำกัดความเร็ว: จำกัดความเร็วในการทำงานให้ต่ำกว่าเกณฑ์ความไม่เสถียร
• การจัดการโหลด: หลีกเลี่ยงการทำงานที่มีภาระเบาซึ่งช่วยลดการหน่วงของตลับลูกปืน
• การควบคุมแรงดัน: ลดความแตกต่างของแรงดันของซีลเมื่อทำได้
• การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง: การตรวจสอบการสั่นสะเทือนแบบเรียลไทม์พร้อมสัญญาณเตือนแบบซับซิงโครนัส

การตรวจจับและการตอบสนองฉุกเฉิน

ป้ายเตือนล่วงหน้า

• จุดสูงสุดย่อยแบบซิงโครนัสขนาดเล็กปรากฏในสเปกตรัมการสั่นสะเทือน
• ส่วนประกอบความถี่สูงแบบไม่สม่ำเสมอ
• ระดับการสั่นสะเทือนโดยรวมเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อความเร็วใกล้ถึงขีดจำกัด
• การเปลี่ยนแปลงใน วงโคจร รูปร่าง

การดำเนินการทันทีเมื่อตรวจพบไอน้ำหมุน

1. ลดความเร็ว: ลดความเร็วลงต่ำกว่าเกณฑ์ทันที
2. อย่ารอช้า: แอมพลิจูดสามารถเพิ่มขึ้นจากระดับที่ยอมรับได้ไปจนถึงระดับทำลายล้างได้ภายใน 30-60 วินาที
3. การปิดระบบฉุกเฉิน: หากลดไม่เพียงพอหรือไม่สามารถ
4. เหตุการณ์เอกสาร: บันทึกความเร็วที่จุดเริ่มต้น ความถี่ แอมพลิจูดสูงสุด เงื่อนไข
5. อย่ารีสตาร์ท: จนกว่าจะระบุสาเหตุที่แท้จริงและแก้ไขได้

อุตสาหกรรมและการประยุกต์ใช้งาน

กระแสไอน้ำเป็นเรื่องที่น่ากังวลโดยเฉพาะใน:

• การผลิตพลังงาน: เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำขนาดใหญ่
• ปิโตรเคมี: เครื่องอัดและปั๊มขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ
• กังหันก๊าซ: เครื่องยนต์อากาศยาน กังหันก๊าซอุตสาหกรรม
• อุตสาหกรรมกระบวนการ: เครื่องจักรเทอร์โบความเร็วสูงที่มีซีลเขาวงกต

ความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์อื่น ๆ

• กระแสน้ำวนน้ำมัน: กลไกคล้ายกันแต่ใช้ฟิล์มน้ำมันแทนซีล
• แส้เพลา: การล็อคความถี่ที่ความถี่ธรรมชาติ มีพฤติกรรมคล้ายกัน
• ความไม่เสถียรของโรเตอร์: กระแสไอน้ำเป็นความไม่เสถียรของโรเตอร์ที่เกิดจากการกระตุ้นตัวเองประเภทหนึ่ง

กระแสไอน้ำวนยังคงเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบและการใช้งานกังหันสมัยใหม่ แม้ว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีซีลและระบบลูกปืนจะช่วยลดการเกิดปรากฏการณ์นี้ลงได้ แต่การทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรและผู้ปฏิบัติงานที่ทำงานกับเครื่องจักรเทอร์โบความเร็วสูงและแรงดันสูง.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก