بخشی از مقاله
چکیده
در فن بخارات توربین گازي واحد نیروگاه پتروشیمی فجر، ارتعاش در جهت محوري افزایش قابل ملاحظه و غیر قابل قبولی بوجود آمد که با بررسی دقیق مشکل و آنالیز و شبیه سازي ارتعاشی به کمک دستگاه ارتعاش سنج VT60و نرم افزار XMS پی به وقوع پدیده مخرب فلو توربولانس که فقط در یک طیف فرکانسی مشخص و غالبا در جهت محوري الکتروموتور فن تولید میشود در تجهیز برده شد و این پدیده منجر به افزایش قابل ملاحظه ارتعاشات شد که با توجه به تجارب کارشناسان واحد لرزه نگاري شرکت پتروشیمی فجر و اسناد ومدارك تجهیز و بررسی راهکارهاي احتمالی با تشخیص صحیح، اقدام به رفع عیب به واسطه تعویض فیلترهاي مسیر جریان ورودي به پروانه فن شد و ارتعاشات تجهیز بعد از اعمال این راهکار به محدوده نرمال و قابل قبول خود رسید.
مقدمه
اثرات هیدرولیکی و ضربات نوسانی می تواند منجر به ارتعاشات مخرب در فرکانس هاي تجهیز از اولین فرکانس در هر دور تا فرکانس گذر از پره و هارمونیک آن شود . فرکانس هاي زیر سرعت حرکت می توانند توسط رزنانس هاي آکوستیکی تولید شوند . هر گونه عدم تقارن در ورودي تجهیز ممکن است یک توزیع فشار متغییر ایجاد کند که سبب وارد آمدن نیروهایی به روتور شود.این پدیده در این مقاله با عنوان اثرات ناشی از آشفتگی جریان1 در فن بخارات روغن واحد نیروگاه شرکت پتروشیمی فجر با دور 2980 دور بر دقیقه ، مورد بررسی قرار گرفته است، این فن، بعد از ورود روغن به بیرینگهایی که توسط سیستم روانکاري توربین روغنکاري میشوند، با ایجاد فشار منفی، روغن استفاده شده را از بیرینگ ها تخلیه کرده و به سمت مخزن سرازیر میکند، از سوي دیگر وظیفه اصلی تجهیز در واقع جذب بخارات روغن از سطح مخزن روغن میباشد، این بخارات شامل روغن و بخار آب میباشد که بعد از گذر از فیلترهاي تعبیه شده جهت جذب ذرات روغن توسط فن دفع میشوند.
معرفی پدیده فلوتوربولانس در فن بخارات توربین گازي
منابع فشار دینامیکی شامل آشفتگی - آشفتگی ها یا گردابه ها - ، در فضاي خالی بین نوك پره پروانه و دیفیوزر ثابت یا لبه هاي محفظه ایجاد می شود.نوسانات فشار دینامیکی یا ضرباتی که از این طریق تولید می شوند، می توانند سبب ارتعاشات پروانه شده و یا با برخورد ضربات فشاري بر روي پروانه سبب ارتعاشات شفت شوند.جریان با عبور از یک مانع یا محدودیت در مسیر عبور سیال، ممکن است ضربات ناشی از آشفتگی یا جریان القایی ایجاد کند.این ضربات می توانند باعث تولید سر و صدا و ارتعاش در یک باند فرکانسی گسترده شوند. فرکانس ها وابسته به سرعت جریان و ابعاد مانع هستند.
اکثر این مسیرهاي جریان ناپایدار به وسیله برش در مرز بین محدوده سرعت بالا و سرعت پایین در میدان سیال ایجاد می شوند.عمل برش، آشفتگی یا ادي هایی تولید می کند که می توانند به توزیع فشار در دیواره مسیر عبوري تبدیل شده که این ارتعاشات سبب تحریک ارتعاشاتی محلی اجزاي تجهیز می شوند. مدهاي پاسخ طبیعی آکوستیکی محل آشفتگی، اثرات زیادي بر دامنه و فرکانس این پخش گردابه دارند. اندازه گیري هاي تجربی نشان می دهد که جریان گردابه وقتی که رزنانس آکوستیکی یک سیستم همزمان با تولید فرکانس یک منبع باشد، شدید است.همچنین فرکانس هاي ناشی از ضربات نوسانی جریان هاي آشفته میتواند ضمن برخورد با مدهاي ارتعاشی ناشی از رزونانس هاي اکوستیکی ایجاد ارتعاش بیشتر در شفت و پروانه می کند.
وقتی یک نوسان فشاري دینامیکی از لاین عبور می کند و به یک محدودیت یا تغییر اندازه در مسیر جریان می رسد، نوسان منعکس می شود.زمانی که یک سري از این نوسانات فشاري همچنان بازتابانده شوند، یک موج ایستا تشکیل می شود که در یک نقطه فشار به صورت تناوبی به بالا و پایین خط میانگین فشار افزایش و کاهش می یابد - تغییرات ساده هارمونیک - .بر هم نهی یک نوسان پیش رونده و یک نوسان بازگشتی، یعنی جمع دو نوسان متحرك در خلاف جهت یکدیگر، یک موج ایستا تولید می کند که رزونانس آکوستیکی را تولید میکنند.
توماس .پی.شورتز[1] 2 در سال 2009 به آنالیز ارتعاشات ناشی از توربولانس جریان سیال در لاین کوپل معابر FEA و LES پرداخته و با شبیه سازي جریان و آنالیز ارتعاشی به بررسی روش هاي کاهش میزان ارتعاشات مخرب ناشی از اغتشاشات جریان پرداخت، ویلیا پاندو و همکاران[2]3 در سال 2011 به تشخیص مدل هاي توربولانسی در یک توربین بادي ایرفویل پرداخته و به بررسی خرابیهاي احتمالی ناشی از آن پرداختند، یحیی الدرینی و همکاران[3]4 در سال 2010به بررسی افزایش توربولانس و اختلاط در محفظه احتراق توربینهاي گازي با معرفی اثرهاي بیثبات و مشکلات ناشی از پدیدههاي مذکور پرداختند و جهت کاهش اثرهاي مخرب این پدیده پیشنهاداتی در طراحی توربینهاي گازي ارائه کردند، ال.سل و همکاران[4] 5در سال 2002 به شبیه سازي گردابههاي بزرگ در اغتشاشات محفظه احتراق مربوط به توربینهاي گازي پرداخته و ضمن بررسی مکانیزم افزایش توربولانس به محاسبه انرژيهاي مخرب این پدیده پرداختند.
معادلات حاکم فرکانس ارتعاشات
فرکانس عبارتست از تعداد سیکل هاي کاملی که در طول یک مدت زمان معین - معمولا در زمان یک دقیقه یا یک ثانیه - انجام میشود.
پریود ارتعاشات مدت زمانی است که طول میکشد تا یک سیکل کامل ارتعاشی انجام شود :
جابجایی ارتعاشات جابجایی ارتعاشات عبارتست از میزان جابجایی کلی قطعه در حال نوسان، که در یک حرکت هارمونیک سیستم جرم و فنر، که جسم از حالت تعادل خود خارج شده باشد.
شتاب ارتعاشات شتاب در واقع نرخ تغیرات سرعت نسبت به زمان است و هر بار که سرعت قطعه صفر شود براي اینکه قطعه بتواند به حرکت خود ادامه بدهد باید شتاب تغییر کند.
فرکانس طبیعی فرکانسی است که وابسته به خصوصیات ذاتی جسم، سیستم یا یک مجموعه است که براي یک سیستم جرم - M - و فنر با ضریب سختی - K - برابر است با:
شرح مشکل ایجاد شده
در زمان ارتعاش سنجی تجهیز مشاهده شد که ارتعاش موتور فن در ناحیه بیرینگ سر کوپل - نقطه - 2 در جهت محوري همانگونه که در تصویر ترند6 هاي عدد اورهال 7 دیده میشود افزایش قابل ملاحظه داشته است. هرچند که این افزایش در طول دوره هاي ارتعاش سنجی شده قبلی روند افزایشی اندکی داشت اما با افزایش بیشتر در این دوره نیاز به اقدامات پیشگیرانه احساس شد، این ارتعاش سنجی در چند روز بعد از اولین رشد ناگهانی ارتعاشات، جهت حصول اطمینان از بروز قطعی مشکل نیز به انجام رسید که نتایج وجود ارتعاشات بالا در همان ناحیه را تائید میکرد، ضمنا تست صدا سنجی که در آن ، پریود ارتعاشی و فرکانس نوسان - ارتعاشات - میباشد
آنالیز ارتعاشی پس از ارتعاش سنجی به عمل آمده در ابتدا به بررسی ارتعاشات و تحلیل ارتعاشی پرداخته میشود: افزایش قابل ملاحظه ارتعاشات در هنگام بروز پدیده فلو توربولانس ملاحظه میشود که بعد از بروز خرابی روند ارتعاشی افزایش چشمگیر دارد.
