Steam Whirl là gì? Sự bất ổn định khí động học trong tua bin • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều rôto khác Steam Whirl là gì? Sự bất ổn định khí động học trong tua bin • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều rôto khác

Steam Whirl là gì? Sự bất ổn định khí động học trong tuabin

Được xuất bản bởi admin trên

Hiểu về xoáy nước trong máy móc tuabin

Định nghĩa: Steam Whirl là gì?

xoáy nước (còn được gọi là sự bất ổn liên kết khí động học hoặc xoáy nước) là một rung động tự kích thích hiện tượng xảy ra trong tua bin hơi nước và tua bin khí khi lực khí động học trong các phớt chắn, khe hở đầu cánh hoặc các đường dẫn hình khuyên khác tạo ra lực tiếp tuyến gây mất ổn định trên cánh quạt. Giống xoáy dầu trong các ổ trục thủy động lực học, xoáy nước là một dạng sự mất ổn định của rôto nơi năng lượng được liên tục khai thác từ dòng hơi nước hoặc khí ổn định và chuyển đổi thành chuyển động rung.

Lốc xoáy hơi nước thường biểu hiện dưới dạng sóng đồng bộ biên độ cao rung động ở tần số gần với một trong các rotor tần số tự nhiên, và có thể dẫn đến sự cố thảm khốc nếu không được phát hiện và khắc phục kịp thời.

Cơ chế vật lý

Steam Whirl phát triển như thế nào

Cơ chế này liên quan đến động lực học chất lỏng trong các khe hở hẹp của phớt tuabin:

1. Giấy phép niêm phong mê cung

  • Hơi nước hoặc khí chảy qua các đường dẫn hình khuyên hẹp giữa các bộ phận phớt quay và phớt tĩnh
  • Chênh lệch áp suất cao giữa các phớt (thường là 50-200 bar)
  • Khoảng cách xuyên tâm chặt chẽ (thường là 0,2-0,5 mm)
  • Hơi nước xoáy khi chảy qua các răng phớt

2. Khớp nối chéo khí động học

Khi rotor bị dịch chuyển khỏi tâm:

  • Khoảng cách trở nên không đối xứng (nhỏ hơn ở một bên, lớn hơn ở phía đối diện)
  • Lưu lượng hơi nước và phân phối áp suất trở nên không đồng đều
  • Lực khí động học ròng có thành phần tiếp tuyến (vuông góc với độ dịch chuyển)
  • Lực tiếp tuyến này hoạt động giống như một “độ cứng âm” gây mất ổn định”

3. Rung động tự kích thích

  • Lực tiếp tuyến làm cho rôto quay quanh trục
  • Tần số quỹ đạo thường gần với tần số tự nhiên (không đồng bộ)
  • Năng lượng được liên tục trích xuất từ luồng hơi nước để duy trì độ rung
  • Biên độ tăng lên cho đến khi bị giới hạn bởi khoảng hở hoặc sự cố thảm khốc

Điều kiện thúc đẩy Steam Whirl

Các yếu tố hình học

  • Khoảng cách kín khít: Khoảng sáng gầm xe nhỏ hơn tạo ra lực khí động học mạnh hơn
  • Chiều dài con dấu dài: Nhiều răng phớt hơn hoặc phần phớt dài hơn sẽ làm tăng lực gây mất ổn định
  • Tốc độ xoáy cao: Phớt hơi nước đi vào có thành phần vận tốc tiếp tuyến cao
  • Đường kính phớt lớn: Bán kính lớn hơn khuếch đại mô men từ lực khí động học

Điều kiện hoạt động

  • Chênh lệch áp suất cao: Áp suất giảm lớn hơn qua các miếng đệm làm tăng lực
  • Tốc độ rotor cao: Hiệu ứng ly tâm và tốc độ xoáy tăng theo tốc độ
  • Giảm chấn ổ trục thấp: Giảm chấn không đủ không thể chống lại lực làm kín gây mất ổn định
  • Điều kiện tải nhẹ: Tải trọng chịu lực thấp làm giảm hiệu quả giảm chấn

Đặc điểm của rotor

  • Rotor linh hoạt: Hoạt động ở trên tốc độ tới hạn dễ bị tổn thương hơn
  • Hệ thống giảm chấn thấp: Giảm chấn kết cấu hoặc chịu lực tối thiểu
  • Tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao: Rotor mỏng dễ mất ổn định hơn

Đặc điểm chẩn đoán

Chữ ký rung động

Luồng hơi nước tạo ra các hoa văn đặc biệt có thể nhận biết thông qua vibration analysis:

Tham số Đặc điểm
Tính thường xuyên Không đồng bộ, thường là 0,3-0,6 lần tốc độ chạy, thường khóa ở tần số tự nhiên
Biên độ Độ rung mất cân bằng cao, thường gấp 5-20 lần bình thường
Khởi đầu Đột ngột, vượt quá ngưỡng tốc độ hoặc áp suất
Sự phụ thuộc vào tốc độ Tần số có thể bị khóa và không theo dõi được khi tốc độ thay đổi
Quỹ đạo Tiến động tròn hoặc elip lớn, tiến động về phía trước
Phổ Đỉnh dưới đồng bộ chiếm ưu thế

Phân biệt với các bất ổn khác

  • so với Dầu xoáy/Đánh: Xoáy hơi nước xảy ra trong các tua bin có phớt chắn; xoáy dầu xảy ra trong ổ trục trượt trơn
  • so với Mất cân bằng: Dòng xoáy hơi nước không đồng bộ; mất cân bằng đồng bộ gấp 1 lần
  • so với Rub: Lốc xoáy hơi nước có thể xảy ra mà không cần tiếp xúc; tần số ổn định hơn rung động do cọ xát

Phương pháp phòng ngừa và giảm thiểu

Sửa đổi thiết kế con dấu

1. Thiết bị chống xoáy (Phanh xoáy)

  • Cánh quạt hoặc vách ngăn cố định ở phía thượng lưu của phớt
  • Loại bỏ thành phần vận tốc tiếp tuyến khỏi dòng hơi nước
  • Giảm đáng kể lực liên kết chéo
  • Giải pháp hiệu quả và phổ biến nhất

2. Hải cẩu tổ ong

  • Thay thế lớp đất niêm phong mê cung trơn tru bằng cấu trúc tổ ong
  • Tạo ra sự nhiễu loạn làm tiêu tan năng lượng xoáy
  • Tăng cường khả năng giảm chấn hiệu quả trong vùng đệm kín
  • Được sử dụng trong các tua bin khí hiện đại

3. Tăng độ kín khít

  • Khoảng hở hướng tâm lớn hơn làm giảm lực khí động học
  • Đánh đổi: giảm hiệu suất tua-bin do rò rỉ tăng
  • Thông thường chỉ được sử dụng như một biện pháp tạm thời

4. Phớt giảm chấn

  • Thiết kế phớt chuyên dụng giúp giảm chấn trong khi bịt kín
  • Phớt giảm chấn túi, phớt lỗ
  • Thêm lực ổn định để chống lại sự liên kết chéo

Cải tiến hệ thống ổ trục

  • Tăng độ giảm chấn ổ trục: Sử dụng vòng bi đệm nghiêng hoặc thêm bộ giảm chấn màng ép
  • Tải trọng trước của ổ trục: Tăng độ cứng và giảm chấn hiệu quả
  • Thiết kế ổ trục được tối ưu hóa: Chọn loại ổ trục và cấu hình để có độ ổn định tối đa

Kiểm soát hoạt động

  • Giới hạn tốc độ: Giới hạn tốc độ hoạt động xuống dưới ngưỡng không ổn định
  • Quản lý tải: Tránh vận hành tải nhẹ làm giảm độ giảm chấn của ổ trục
  • Kiểm soát áp suất: Giảm chênh lệch áp suất phớt khi có thể
  • Giám sát liên tục: Giám sát rung động theo thời gian thực với báo động không đồng bộ

Phát hiện và ứng phó khẩn cấp

Dấu hiệu cảnh báo sớm

  • Các đỉnh nhỏ không đồng bộ xuất hiện trong quang phổ rung động
  • Các thành phần tần số cao không liên tục
  • Mức độ rung động tổng thể tăng dần khi tốc độ đạt đến ngưỡng
  • Những thay đổi trong quỹ đạo hình dạng

Hành động ngay lập tức khi phát hiện hơi nước xoáy

  1. Giảm tốc độ: Giảm tốc độ ngay lập tức xuống dưới ngưỡng
  2. Đừng trì hoãn: Biên độ có thể tăng từ mức chấp nhận được đến mức phá hoại trong vòng 30-60 giây
  3. Tắt máy khẩn cấp: Nếu việc giảm không đủ hoặc không thể thực hiện được
  4. Sự kiện tài liệu: Ghi lại tốc độ lúc bắt đầu, tần suất, biên độ cực đại, điều kiện
  5. Không khởi động lại: Cho đến khi nguyên nhân gốc rễ được xác định và khắc phục

Ngành công nghiệp và ứng dụng

Hiện tượng xoáy nước đặc biệt đáng lo ngại ở:

  • Sản xuất điện: Máy phát điện tua bin hơi nước lớn
  • Hóa dầu: Máy nén và máy bơm chạy bằng hơi nước
  • Tuabin khí: Động cơ máy bay, tua bin khí công nghiệp
  • Ngành công nghiệp chế biến: Bất kỳ máy móc tua bin tốc độ cao nào có phớt chắn mê cung

Mối quan hệ với các hiện tượng khác

  • Dầu xoáy: Cơ chế tương tự nhưng ở màng dầu chịu lực chứ không phải phớt
  • Roi trục: Khóa tần số ở tần số tự nhiên, hành vi tương tự
  • Sự bất ổn của rotor: Xoáy nước là một loại mất ổn định rôto tự kích thích

Xoáy hơi nước vẫn là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong thiết kế và vận hành tuabin hiện đại. Mặc dù những tiến bộ trong công nghệ phớt chặn và hệ thống ổ trục đã làm giảm sự xuất hiện của hiện tượng này, nhưng việc hiểu rõ hiện tượng này là rất cần thiết đối với các kỹ sư và người vận hành làm việc với máy móc tuabin tốc độ cao, áp suất cao.

← Quay lại Mục lục chính

Categories:
WhatsApp