Numeryczno-eksperymentalna analiza drgań kanału ssawnego i ?· identyfikacji przyczyn nadmiernych…

  • Published on
    28-Feb-2019

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>Numeryczno-eksperymentalna analiza drga kanau ssawnego </p> <p>i tocznego wentylatora wycigowego spalin </p> <p>Jerzy Czmochowski1, Przemysaw Moczko</p> <p>1, Maciej Olejnik</p> <p>1, Damian Pietrusiak</p> <p>1 </p> <p>1Katedra Konstrukcji i Bada Maszyn, Politechnika Wrocawska </p> <p>email: jerzy.czmochowski@pwr.edu.pl, przemysaw.moczko@pwr.edu.pl, maciej.olejnik@pwr.edu.pl, damian.pietrusiak@pwr.edu.pl </p> <p> STRESZCZENIE: Przedmiotem pracy jest analiza drga kanaw spalin w okolicy wentylatora wycigowego w instalacji bloku </p> <p>energetycznego. Podczas eksploatacji obserwuje si nadmierne drgania uniemoliwiajce prawidowe dziaanie wentylatora. W celu </p> <p>identyfikacji przyczyn nadmiernych drga przeprowadzono obliczenia MES drga kanaw i pomiary na obiekcie za pomoc wibrometru </p> <p>laserowego. Na podstawie analizy numerycznej drga kanau spalin otrzymano obszary podatne na drgania rezonansowe. Pomiary za </p> <p>pomoc wibrometru laserowego potwierdziy wystpowanie drga o czstotliwociach zblionych do czstotliwoci wymuszonej obrotem </p> <p>wirnika wentylatora wycigowego. Wyniki tych analiz przyczyniy si do modyfikacji usztywnie cian kanaw ssawnego i tocznego. </p> <p>SOWA KLUCZOWE: wentylatory wycigowe, kanay spalin, wibrometr laserowy, MES </p> <p>1. Wstp </p> <p>Wentylatory osiowe maj zastosowanie w wielu </p> <p>gaziach przemysu [1], szczeglnie w energetyce, </p> <p>hutnictwie, grnictwie, przemyle chemicznym itp. Z uwagi </p> <p>na charakter dziaania obserwuje si przypadki </p> <p>nadmiernych drga, ktre szczeglnie niebezpieczne s </p> <p>w przypadku wentylatorw wielkogabarytowych o duych </p> <p>mocach [2, 3]. Podczas eksploatacji kanaw spalin na </p> <p>jednym z blokw energetycznych zaobserwowano </p> <p>nadmierne drgania wentylatora wycigowego. Na kanale </p> <p>spalin zastosowano wentylator wycigowy osiowy akcyjny </p> <p>o wydajnoci 300 m3/s, spitrzeniu 3580 Pa, mocy na wale </p> <p>1500 kW i prdkoci obrotowej 745 obr/min. Na jeden blok </p> <p>zastosowano dwa ukady wycigowe spalin nr 1 i nr 2 </p> <p>z wentylatorami wycigowymi dziaajcymi w ukadzie </p> <p>rwnolegym. Widok kanaw i wentylatora nr 1 </p> <p>przedstawiono na rys. 1. Rzecz charakterystyczn jest to, </p> <p>e drgania pojawiaj si tylko w sytuacji kiedy zmieni si </p> <p>kolejno wczania wentylatorw. W przypadku </p> <p>zachowania kolejnoci wczania wpierw wentylator nr 1, </p> <p>a potem wentylator nr 2, drga nie obserwuje si, przy </p> <p>zaczaniu w odwrotnej kolejnoci pojawiaj si drgania na </p> <p>wentylatorze nr 1. </p> <p>Rys. 1. Kana spalin z wentylatorem wycigowym </p> <p>osiowym nr 1 </p> <p>W celu zidentyfikowania przyczyn tych drga </p> <p>opracowano model obliczeniowy MES kanau ssawnego </p> <p>i tocznego oraz zaplanowano pomiary na obiekcie. </p> <p>2. Analiza numeryczna MES </p> <p>Do oblicze numerycznych drga kanaw spalin </p> <p>opracowano model powokowy z usztywnieniami w postaci </p> <p>elementw belkowych [4]. Widok modelu geometrycznego </p> <p>powierzchniowego przedstawiono na rys. 2. Czstotliwo </p> <p>nadmiernych drga zwizana jest z obrotami wentylatora </p> <p>i wynosi 12,42Hz. Przeprowadzono obliczenia drga </p> <p>wasnych w obszarze bliskim drganiom wymuszonym </p> <p>obrotami wentylatora. Wyniki otrzymanych czstotliwoci </p> <p>drga wasnych w tym zakresie przedstawiono w tabeli 1. </p> <p>Rys. 2. Model geometryczny kanaw spalin </p> <p>Rys. 3. Posta drga bliska rezonansowym f9 = 12,76Hz </p> <p>XIV Konferencja Naukowo-Techniczna TECHNIKI KOMPUTEROWE W INYNIERII 2016 </p> <p>Tabela 1. Czstotliwoci drga wasnych </p> <p>Nr postaci </p> <p>drga </p> <p>Czstotliwo </p> <p>[Hz] </p> <p>7 11,21 </p> <p>8 12,05 </p> <p>9 12,76 </p> <p>10 12,92 </p> <p>11 13,36 </p> <p>Z przeprowadzonej analizy MES drga wasnych kanau </p> <p>ssawnego i tocznego wynika, e gwnie na drgania </p> <p>o czstotliwociach wymuszonych obrotami wentylatora </p> <p>najbardziej podatne s drgania cian kanau tocznego jak </p> <p>pokazano na rys. 3. </p> <p>3. Eksploatacyjna analiza modalna </p> <p>W celu potwierdzenia postaci i czstotliwoci drga </p> <p>kanaw przeprowadzono pomiary na obiekcie prdkoci </p> <p>drga za pomoc wibrometru laserowego. W wybranych </p> <p>punktach, widocznych na zdjciu rys. 1, wykonano </p> <p>wycicia w izolacji, tak aby odsoni dostp do cian </p> <p>kanaw promieniowi lasera. Pomiary drga kanaw </p> <p>ssawnego i tocznego przeprowadzono dla obu sytuacji </p> <p>wczania wentylatorw. Na rys. 4 pokazano przykadowy </p> <p>wynik pomiaru drga kanau tocznego w sytuacji, kiedy </p> <p>nastpio nadmierne wzbudzenie drga wentylatora nr 1. </p> <p> Rys. 4. Pomiar drga kanau tocznego nr 1 przy </p> <p>wzbudzeniu drga vRMS = 5,2 mm/s </p> <p>Z pomiaru wida, e czstotliwo drga cian kanau </p> <p>tocznego jest zwizana z obrotami wentylatora i wynosi </p> <p>ok. 12,5 Hz, a posta drga jest zgodna z postaci </p> <p>otrzyman z oblicze MES (rys. 3). Za pomoc wibrometru </p> <p>laserowego zmierzono rwnie warto skuteczn </p> <p>prdkoci drga, ktra dla kanau tocznego wyniosa </p> <p>5,2 mm/s. Podwyszony poziom drga wystpi podczas </p> <p>zaczania wentylatorw w kolejnoci wpierw 2, a potem 1. </p> <p>Drgania te oddziauj na ustrj nony powodujc </p> <p>przyspieszon jego degradacj. Zaobserwowano </p> <p>w niektrych miejscach zerwane poczenia spawane. </p> <p>W celu zapobieenia wystpienia awarii zainstalowane </p> <p>s urzdzenia zabezpieczajce przed nadmiernym wzrostem </p> <p>tych drga. Poniewa rdo drga jest na samym </p> <p>wentylatorze pomiar cigy wykonywany jest na obudowie </p> <p>oyska wau wentylatora. Pomiar wykonywany jest </p> <p>w kierunku wzdunym i poprzecznym do osi wau. </p> <p>Podczas zaczania wentylatorw w kolejnoci 2 a potem 1, </p> <p>prdko skuteczna drga w kierunku poprzecznym do osi </p> <p>wau na obudowie przekracza poziom 12 mm/s powodujc </p> <p>automatyczne wyczenie wentylatora. </p> <p>W wyniku tych bada i analiz wprowadzono dodatkowe </p> <p>usztywnienia na kanale tocznym wentylatora. Na pewno </p> <p>usztywnienia te zmniejszyy poziom drga samych cian </p> <p>kanau, lecz nie zlikwidoway rda nadmiernych drga. </p> <p>rde tych drga doszukiwano si rwnie w drganiach </p> <p>wau napdowego wirnika. Napd wirnika wentylatora </p> <p>przekazywany jest poprzez dwa way poczone przegubami. </p> <p>Wa przy wentylatorze w postaci rury 308x16 osadzony </p> <p>jest na dwch oyskach w odlegoci 4,7 m. Zbadano </p> <p>numerycznie i eksperymentalnie czstotliwoci drga </p> <p>skrtnych i poprzecznych caego zespou napdowego. </p> <p>Czstotliwo drga poprzecznych wau zmierzona na </p> <p>obiekcie wynosi ok. 14,0 Hz. Rnica w stosunku do drga </p> <p>rezonansowych wynosi ok. 13%, czyli jest stosunkowo </p> <p>bliska jednak, nie na tyle aby wzbudza drgania </p> <p>rezonansowe. </p> <p>Prowadzone s dalsze analizy i pomiary na kanaach </p> <p>wentylatora w tym szczeglnie pomiary cinie, analizy </p> <p>kolejnoci zaczania zapr na drodze spalin, a take </p> <p>analizy obcienia prdowego, ktre mog mie wpyw na </p> <p>dziaanie wentylatorw. </p> <p>4. Podsumowanie </p> <p>Przedstawiono analiz nieprawidowego dziaania </p> <p>jednego z wentylatorw na kanale spalin bloku </p> <p>energetycznego o mocy 370 MW elektrowni przemysowej. </p> <p>W celu identyfikacji przyczyn przeprowadzono szereg </p> <p>pomiarw na obiekcie i analiz numerycznych na modelach </p> <p>kanau i ukadu napdowego wentylatora. Na podstawie </p> <p>tych bada i analiz mona wysun nastpujce wnioski: </p> <p> Analiza MES drga kanau tocznego wykazaa istnienie drga cian o czstotliwociach zblionych </p> <p>do drga wymuszonych obrotami wirnika </p> <p>wentylatora </p> <p> Posta drga cian kanau otrzymana z pomiarw na obiekcie za pomoc wibrometru laserowego jest </p> <p>podobna do postaci drga otrzymanych z oblicze </p> <p>MES </p> <p> Pomiary drga i analizy numeryczne MES wau napdowego wentylatora wskazay na stosunkowo </p> <p>bliski poziom drga poprzecznych (ok. 13%) do </p> <p>drga rezonansowych </p> <p>W pracy zastosowano nowatorski sposb identyfikacji </p> <p>drga cian kanau spalin za pomoc wibrometru </p> <p>laserowego. </p> <p>Literatura </p> <p>[1] Bieniek Cz., Kolendarski W., Ostrowski J., Sobczyski W., Wentylatory osiowe, WNT, Warszawa 1961. </p> <p>[2] Czmochowski J., Moczko P., Odyjas P. M., Pietrusiak D. P., Tests of rotary machines vibrations in steady and unsteady states on the basis of large diameter centrifugal fans. Eksploatacja i Niezawodno </p> <p>Maintenance and Reliability. 2014, vol. 16, nr 2, s. 211-216 </p> <p>[3] Rusiski E., Moczko P., Odyjas P. M., Pietrusiak D. P., Investigation of vibrations of a main centrifugal fan used in mine ventilation, </p> <p>Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2014, vol. 14, nr 4, s. </p> <p>569-579 [4] Rusiski E., Czmochowski J., Smolnicki T., Zaawansowana metoda </p> <p>elementw skoczonych w konstrukcjach nonych, Oficyna </p> <p>Wydawnicza Politechniki Wrocawskiej, Wrocaw 2000 </p>