مشخصه های ارتعاشی توربین های گاز صنعتی

[ریپورتر]

سه ویژگی شاخص توربین های گاز صنعتی بزرگ را از توربوماشین های رایج متمایز می کند :
1- روتور توربین های گاز اغلب بصورت چند طبقه با اجزاء پیچ شده با فاصله نسبت به محور دوران ساخته شده اند. بعلت نزدیکی محل احتراق به روتور نسبت به توربوماشین های معمول، توربین های گاز دارای ویژگی جالب توجهی می باشند. در حین استارت توربین از شرایط سرد در 45 دقیقه ابتدائی نوسانات شدید ارتعاشی وجود دارد، که بجهت عبور هوای خروجی از کمپرسور از میان قطعات متصل شده با فاصله نسبت به محور دوران می باشد. در اثر اختلاط این هوا با گرمای احتراق، غیر یکنواختی در این قطعات بوجود آمده باعث خمش قطعات روتور و در نهایت لرزش آنها می گردد. شکل (1) نمونه ای از این رفتار که به گذر حرارتی معروف است را نشان می دهد.

شکل 1

2- توربین های گاز نوعا" بالای مد دوم رزونانس (تشدید) کار می کنند :
مد اول تشدید اکثر روتور توربین های گاز صنعتی نوعا" بین 1100 تا 1600 RPM و مد دوم بین 2400 تا 2900 RPM می باشد. مد سوم معمولا" بالاتر از سرعت کارکرد توربین است.
این ویژگی در تحلیل های ارتعاشی مدنظر گرفته می شود که در برخی موارد حتی بالانس کردن روتور در دوصفحه نیز بجهت سرعت بالای آن شرائط ارتعاشی مطلوب را ارضاء نمی کند.
3- روتور توربین های گاز نسبت به سازه نصب آنها بسیار سنگین می باشد.
سختی دینامیکی یاتاقان های این توربین ها بطور قابل ملاحظه ای کمتر از نمونه های مشابه توربوماشین های سنتی می باشد و توسط تکیه گاههای شعاعی بایستی تقویت شوند. هرچه ماشین پیچیده تر باشد سختی دینامیکی درجهت افقی بمراتب کمتر از سختی دینامیکی در جهت عمودیست. درجه حرارت بالا در بخش تخلیه گاز موجب تغییر فرم و خواص ارتعاشی یاتاقانهای این بخش می گردد. جهت کاهش اثرات حرارت روی رفتار ارتعاشی یاتاقانها از تکیه گاههای مماسی مشابه شکل (2) استفاده میشود.

شکل (2)


شکل (3)

جهت روشن تر شدن رفتار پیچیده ارتعاشی توربین های گاز، یک نیروگاه، که از سیکل ترکیبی استفاده می کرد بررسی شد. بجهت پائین بودن ضریب اطمینان کارکرد توربین (reliability) توربین پس از سه ماه کارکرد خاموش شده بود و پرسنل نیروگاه به بررسی دقیق تر پارامترهای ارتعاشی آن پرداخته بودند. نمودار حلقوی شکل (3) نشاندهنده یک سائیدگی در یاتاقان بخش تخلیه گاز است.
با استفاده از سیستم نمایش داده های AORER اطلاعات ارتعاشی توربین جمع آوری گردید و چندین اصلاح بالانسی در بخش های کمپرسور و روتور انجام گرفت. از بررسی مدهای ارتعاشی سیستم مشاهده شد که مد ارتعاشی دوم درست به زیر نقطه کارکرد، تغییر محل یافته است و در دور rpm 3000 نوسانات بشدت افزایش می یابد و پس از آن از 3200 تا 3600 تغییر فاز داده و کاهش دامنه ارتعاشات رخ می دهد. نمودار شکل (4) رفتار موتور را در سرعت های مختلف نشان میدهد. توجه کنید که خط نزدیک به صاف نمودار حلقوی نشانگر یک حرکت غیر عادی در خط مرکز محور موتور می باشد که باعث قرار گرفتن محور تحت یک پیش بار بزرگ می باشد

شکل (4)

با رجوع دوباره به سازندگان تجهیزات موتور نظیر سازندگان یاتاقان و مطرح نمودن مشکل ارتعاشی بوجود آمده نتیجه شد که باید فضای لقی (clearance) در نشتی گیرها (seals) تا حد امکان کاهش یابد. با جداسازی قطعات موتور از یکدیگر (disassemble) مشاهده شد که در نشتی گیرها مقادیر زیادی دوده روغن و سوخت وجود دارد که با تعویض آنها و راه اندازی مجدد مشکل نیروگاه حل شد.
منبع : Turbines.com
آدرس : http://www.turbines.com