Turbomakinelerde Buhar Girdabını Anlamak

Cihazlar

Taşınabilir dengeleyici ve Titreşim analizörü Balanset-1A

$2,358.31

Parçalar

Titreşim sensörü

$107.47

Parçalar

Optik Sensör (Lazer Takometre)

$148.07

Cihazlar

Balanset-4

$8,123.32

Parçalar

Manyetik Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parçalar

Yansıtıcı bant

$11.94

Cihazlar

Dinamik dengeleyici "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Tanım: Steam Whirl nedir?

Buhar girdabı (ayrıca aerodinamik çapraz bağlantı kararsızlığı veya conta girdabı olarak da adlandırılır) kendi kendini uyaran titreşim labirent contalarındaki, kanat ucu boşluklarındaki veya diğer halka şeklindeki geçitlerdeki aerodinamik kuvvetlerin buhar türbinlerinde ve gaz türbinlerinde, kanat uçlarında dengesizleştirici teğetsel kuvvetler oluşturmasıyla oluşan olgu rotor. Beğenmek petrol girdabı hidrodinamik yataklarda buhar girdabı bir tür rotor kararsızlığı Buhar veya gazın sabit akışından sürekli olarak enerji çıkarılıp titreşim hareketine dönüştürüldüğü yer.

Buhar girdabı genellikle yüksek genlikli, senkron altı bir akım olarak ortaya çıkar titreşim rotorlardan birinin frekansına yakın bir frekansta doğal frekanslar, ve hızlı bir şekilde tespit edilip düzeltilmezse felaketle sonuçlanabilecek bir başarısızlığa yol açabilir.

Fiziksel Mekanizma

Steam Whirl Nasıl Gelişir?

Mekanizma, türbin contalarının dar boşluklarındaki akışkan dinamiğini içerir:

1. Labirent Conta Temizlemeleri

• Buhar veya gaz, dönen ve sabit conta bileşenleri arasındaki dar halka şeklindeki geçitlerden akar
• Contalar arasında yüksek basınç farkı (genellikle 50-200 bar)
• Dar radyal boşluklar (tipik olarak 0,2-0,5 mm)
• Buhar, conta dişlerinden akarken girdaplar oluşturur

2. Aerodinamik Çapraz Bağlantı

Rotor merkezden kaydırıldığında:

• Boşluk asimetrik hale gelir (bir tarafta daha küçük, karşı tarafta daha büyük)
• Buhar akışı ve basınç dağılımı düzensiz hale gelir
• Net aerodinamik kuvvetin teğetsel bir bileşeni vardır (yer değiştirmeye dik)
• Bu teğetsel kuvvet, istikrarsızlaştırıcı bir "negatif sertlik" gibi davranır“

3. Kendiliğinden Uyarılan Titreşim

• Teğetsel kuvvet rotorun yörüngeye girmesine neden olur
• Yörünge frekansı genellikle doğal frekansa yakındır (eşzamansız)
• Titreşimi sürdürmek için buhar akışından sürekli olarak enerji çıkarılır
• Genlik, boşluklar veya felaket düzeyindeki arızalar tarafından sınırlandırılıncaya kadar büyür

Steam Whirl'ü Destekleyen Koşullar

Geometrik Faktörler

• Sıkı Mühür Boşlukları: Daha küçük boşluklar daha güçlü aerodinamik kuvvetler yaratır
• Uzun Mühür Uzunlukları: Daha fazla conta dişi veya daha uzun conta bölümleri dengesizleştirici kuvvetleri artırır
• Yüksek Girdap Hızı: Yüksek teğetsel hız bileşenine sahip contalara giren buhar
• Büyük Conta Çapları: Daha büyük yarıçap, aerodinamik kuvvetlerden kaynaklanan momenti artırır

Çalışma Koşulları

• Yüksek Basınç Farkları: Contalar arasındaki daha büyük basınç düşüşü kuvvetleri artırır
• Yüksek Rotor Hızı: Merkezkaç etkisi ve girdap hızı hızla artar
• Düşük Yatak Sönümlemesi: Yetersiz sönümleme, dengesizleştirici conta kuvvetlerini etkisiz hale getiremez
• Hafif Yük Koşulları: Düşük yatak yükleri etkili sönümlemeyi azaltır

Rotor Özellikleri

• Esnek Rotorlar: Yukarıda çalışıyor kritik hızlar daha duyarlı
• Düşük Sönümleme Sistemleri: Minimum yapısal veya yatak sönümlemesi
• Yüksek Uzunluk-Çap Oranı: İnce rotorlar kararsızlığa daha yatkındır

Tanı Özellikleri

Titreşim İmzası

Buhar girdabı, ayırt edilebilir desenler üretir Titreşim Analizi:

Parametre	Özellik
Sıklık	Eşzamansız, genellikle 0,3-0,6 kat çalışma hızı, genellikle doğal frekansta kilitlenir
Genlik	Yüksek, genellikle normal dengesizliğin 5-20 katı titreşim
Başlangıç	Ani, eşik değerinin üzerinde hız veya basınç
Hız Bağımlılığı	Frekans kilitlenebilir ve hız değişikliklerini takip etmeyebilir
Yörünge	Büyük dairesel veya eliptik, ileri presesyon
Spektrum	Baskın alt-senkron tepe

Diğer Kararsızlıklardan Farklılaşma

• Yağ Girdabı/Kırbacı: Labirent contalı türbinlerde buhar girdabı, düz yatak yataklarında ise yağ girdabı oluşur
• vs. Dengesizlik: Buhar girdabı senkron altıdır; dengesizlik senkronun 1 katıdır
• vs. Rub: Buhar girdabı temas olmadan da oluşabilir; frekans sürtünme kaynaklı titreşimden daha kararlıdır

Önleme ve Azaltma Yöntemleri

Mühür Tasarım Değişiklikleri

1. Girdap Önleyici Cihazlar (Girdap Frenleri)

• Contaların yukarısındaki sabit kanatlar veya deflektörler
• Buhar akışından teğetsel hız bileşenini kaldırın
• Çapraz bağlantı kuvvetlerini önemli ölçüde azaltın
• En etkili ve yaygın çözüm

2. Petek Contalar

• Pürüzsüz labirent conta alanlarını petek yapısıyla değiştirin
• Girdap enerjisini dağıtan türbülans yaratır
• Conta bölgesinde etkili sönümlemeyi artırır
• Modern gaz türbinlerinde kullanılır

3. Artırılmış Conta Boşlukları

• Daha büyük radyal boşluklar aerodinamik kuvvetleri azaltır
• Ödün: artan sızıntı nedeniyle türbin verimliliği azalır
• Genellikle yalnızca geçici bir önlem olarak kullanılır

4. Amortisör Contaları

• Sızdırmazlık sağlarken sönümleme sağlayan özel conta tasarımları
• Cep damper contaları, delikli desen contaları
• Çapraz bağlantıyı engellemek için dengeleyici kuvvetler ekleyin

Rulman Sistemi İyileştirmeleri

• Yatak Sönümlemesini Artırın: Eğimli ped yatakları kullanın veya sıkma film damperleri ekleyin
• Rulman Ön Yükü: Etkili sertliği ve sönümlemeyi artırır
• Optimize Edilmiş Rulman Tasarımı: Maksimum stabilite için yatak tipini ve yapılandırmasını seçin

Operasyonel Kontroller

• Hız Kısıtlamaları: Çalışma hızlarını kararsızlık eşiğinin altında sınırlayın
• Yük Yönetimi: Yatak sönümlemesini azaltan hafif yük işletiminden kaçının
• Basınç Kontrolü: Mümkün olduğunda conta basınç farklarını azaltın
• Sürekli İzleme: Alt-senkron alarmlarla gerçek zamanlı titreşim izleme

Tespit ve Acil Durum Müdahalesi

Erken Uyarı İşaretleri

• Titreşim spektrumunda görünen küçük alt-senkron tepe noktaları
• Aralıklı yüksek frekanslı bileşenler
• Hız eşiğe yaklaştıkça genel titreşim seviyesinde kademeli artış
• Değişiklikler yörünge şekil

Steam Whirl Algılandığında Hemen Yapılacak İşlemler

1. Hızı Azalt: Hızı hemen eşik değerinin altına düşürün
2. Geciktirmeyin: Genlik 30-60 saniye içinde kabul edilebilir seviyeden yıkıcı seviyeye çıkabilir
3. Acil Durum Kapatma: Azaltma yetersizse veya mümkün değilse
4. Belge Etkinliği: Başlangıçtaki hızı, frekansı, maksimum genliği ve koşulları kaydedin
5. Yeniden Başlatmayın: Kök neden belirlenip düzeltilene kadar

Endüstriler ve Uygulamalar

Buhar girdabı özellikle şu durumlarda endişe vericidir:

• Güç Üretimi: Büyük buhar türbini jeneratörleri
• Petrokimya: Buharla çalışan kompresörler ve pompalar
• Gaz Türbinleri: Uçak motorları, endüstriyel gaz türbinleri
• Proses Endüstrileri: Labirent contalı herhangi bir yüksek hızlı turbomakine

Diğer Olaylarla İlişkisi

• Petrol girdabı: Benzer mekanizma ancak contalar yerine yatak yağı filmlerinde
• Şaft Kırbacı: Doğal frekansta frekans kilitlenmesi, benzer davranış
• Rotor Kararsızlığı: Buhar girdabı, kendiliğinden uyarılan rotor kararsızlığının bir türüdür

Buhar girdabı, modern türbin tasarımı ve işletiminde önemli bir husus olmaya devam etmektedir. Sızdırmazlık teknolojisi ve yatak sistemlerindeki gelişmeler bu oluşumu azaltmış olsa da, bu olgunun anlaşılması, yüksek hızlı ve yüksek basınçlı turbo makinelerle çalışan mühendisler ve operatörler için hayati önem taşımaktadır.

---

← Ana Dizin'e Geri Dön