Решение проблемы субсинхронной нестабильности. – В конце 1960х начале 1970х годах возникли серьезные проблемы с динамикой роторов, когда производители машин удвоили, а в некоторых случаях даже утроили размеры существовавших конструкций для удовлетворения требований на увеличение производительности. С повышением скорости вращения быстровращающийся легкий ротор турбокомпрессора, оснащенного подшипниками скольжения, оказывался особенно чувствительным к подшипниковой нестабильности. Несколько машин не смогли пройти сдаточных испытаний из-за сильной вибрации при прохождении первой критической скорости. Большие турбогенераторы также испытывали подшипниковую нестабильность, не считая нескольких своих собственных уникальных проблем. Бесславный случай с 1000 МВ «Большой Алис» (“Big Allis”), приемку которого проводила фирма Consolidated Edison в Нью Йорке в 1965 году, несомненно является частью этой истории!

До того как проблема стала понятной и было выработано решение, субсинхронную нестабильность многие считали некоторым колдовством. Машина, которая успешно работала, внезапно возбуждала ужасную вибрацию, требовавшую немедленной остановки. Произошли катастрофические дорогостоящие аварии без предупреждений, некоторые из них при запуске после капитального ремонта и успешной работы в течение многих лет. На других машинах пробовали и то и это до тех пор пока не приходили к успеху (при этом никто не мог понять, что же произошло), но машина временно соглашалась работать с допустимыми уровнями вибрации. Время от времени заводские рабочие бывали замеченными за шлифованием подшипников такими «точными» приборами, как напильники или ручной шлифовальной машинкой фирмы Dremel, до тех пор, пока они не добивались работоспособности машины!

На рис. 10 показан каскадная диаграмма спектров, записанная во время нестабильности, вызванной катастрофической аварией, произошедшей в 1972 году на компрессорной линии, показанной на рис. 7.

Хотя каскадная диаграмма выглядела не опасной, шум и паникерские выкрики присутствующий людей «остановите ее», не оставляли никаких сомнений в произошедшей катастрофе.

Рис. 10. Каскадный спектр перемещения вала, записанный во время катастрофического отказа компрессора, а) Компрессор работает нормально, слабые следы нестабильности на частоте, примерно, 48% от частоты вращения, b) Начинается помпаж компрессора, вызывающий изменения скорости вращения, аэродинамический удар и изменения скорости увеличивают возбуждение субсинхронной нестабильности на первой критической скорости компрессора, с) Субсинхронные амплитуды увеличиваются до разрушенпя подшипников и сальников: компрессор отключается и останавливается; субсинхронная нестабильность остается блокированной на первой критической скорости до тех пор, пока скорость вращения вала существенно не снизится.

На нижней диаграмме 10а компрессорная линия работает нормально. Следы субсинхронной нестабильности присутствует на спектре на частоте, примерно, 48% от скорости вращения. На средней диаграмме, рис.10b, наблюдается помпаж компрессора сопровождаемый изменениями скорости вращения из-за невозможности регулятора оборотов приводящей турбины справится с изменениями нагрузки.

Заметьте основное увеличение как субсинхронной амплитуды, так и постоянства ее частоты, указывающей на то, что аэродинамический удар и вариации скорости возбуждают первую собственную частоту (критическую скорость) ротора компрессора. Такое состояние продолжается минуту или около того, до тех пор, пока узел не заблокируется и не начнется выбег, средняя часть рис. 10с. За это время радиальные подшипники, внутренние и внешние сальники оказываются разрушенными. Заметьте, что во время выбега субсинхронная частота остается существенно постоянной вместе со своими гармониками. Заметьте также наличие суммарных и разностных частот, возбуждаемых взаимодействием субсинхронной частоты и частоты вращения. И хотя каскад может выглядеть неопасным, шум и панические возгласы «выключите ее» присутствующих людей не оставляют сомнений в происхождении полной катастрофы! (Кто-нибудь, когда-нибудь задумывался, почему капризные машины всегда женского рода)

Имея в виду проблемы типа той, которая была только что описана, конец 1960, середина 1970-х годов были замечательным временем в области как динамики роторов, так и мониторинга вибрации и диагностического анализа. Проблемы стабильности роторов были решены творческими разработками подшипников и конструкций роторов, которые были подтверждены с помощью использования информации, полученной бесконтактными измерениями перемещения вала. И хотя история решения проблемы субсинхронной нестабильности слишком длинная, чтобы рассматривать ее здесь, ее влияние на процессы развития вибрационных измерений, особенно на измерение относительного перемещения, без сомнения необходимо отметить.

Чарли Джексон (Charlie Jackson), могучий человек, большой юморист и великая личность, которому многие так многим обязаны, опубликовал «Практический учебник по вибрации». Эта выдающаяся книга была первой попыткой задокументировать большое распространение практики в области вибрации и ее интерпретации, которое проявилось в 1970-х годах.

То ли проблемы динамики роторов подтолкнули развитие и признание стационарных систем мониторинга и защиты крупных, критических турбин, то ли созданные технологии позволили убедиться в правильности решения проблемы стабилизации их работы, обе эти стороны решения проблемы тесно взаимосвязаны и привели к одинаковому конечному результату. Стало совершенно ясно, что контроль вибрации корпуса не решает проблему, если только ее решением не считать обнаружение конечной стадии аварии! На сегодняшний день мониторинг перемещения вала считается неотъемлемой частью системы защиты крупных машин с подшипниками скольжения, от которых зависит производительность производства.

При разработке науки об анализе подшипников роторов и стабильности их работы большое доверие было достигнуто исследователями фирмы Mechanical Technology Incorporated (MTI), основанной группой инженеров фирмы General Electric, особенно Йоргеном Лундом (Jorgen Lund). Доктор Лунд, основатель MTI, и один из величайших практических исследователей в этой области, позже присоединился к Техническому Университету Дании, продолжая работу с MTI в летний период.

Заслугой доктора Йоргена Лунда считается авторство многочисленных программ по анализу конструкций подшипников. Он был первым, кто понял важность частоты вихрей смазки в подшипниках скольжения и кто начал оценивать стабильность работы подшипников с постоянной геометрией, используя эти параметры. Он также разработал то, что стало промышленным стандартом при расчете критических скоростей при торможении систем гибких роторов. Доктор Лунд и его сотрудники с фирмы MTI были первыми, кто разработал руководства по проектированию подшипников и номограмм для проектирования как жидкостных, так и газовых, гидродинамических и гидростатических конструкций подшипников. Его аналитические методы и программы остаются базой для разработки упорных самоустанавливающихся подшипников, удовлетворяющих промышленным стандартам. Они применяются и по настоящее время. (Выдержка из «Журнал по вибрации и акустики», Октябрь, 2003, том.125 – Journal of Vibration and Acoustics. October. 2003. Vol. 125)

Дон Бентли (Don Bently) и фирма Бентли Невада (Bently Nevada) были инициаторами методов измерений и внесли основной вклад в анализ динамики роторов для идентификации и решения проблем подшипниковой нестабильности. Лидеры в области технологий, такие как доктор Ед Гюнтер (Ed Gunter) и его коллеги из университета Вирджинии (University of Virginia) использовали измерения перемещения вала для разработки и усовершенствования теории динамики роторов, а также компьютерных программ, которые внесли значительный вклад в стабилизацию конструкций подшипников.

Доктор Невил Рейгер (Dr. Neville Reiger) (из Технологического института Рочестера (Rochester Institute of Technlolgy) и MTI, ставший в дальнейшем основателем фирмы STI, внес основной вклад в знание динамики роторов и балансировки гибких роторов. Он написал подробную монографию для информационного центра по удару и вибрации (SVIC). Майк Адамс (Mike Adams) из университета Case Western Reserve University продолжил анализ подшипниковой стабильности с помощью нелинейного анализа динамики ротора больших турбогенераторов, что решило много проблем.

В дополнение к основному вкладу в науку о динамике ротора, MTI разработала методы балансировки гибких роторов с использованием коэффициентов влияния, что привело к существенно улучшенным результатам и стандартам. В Англии Мур (Moore) разработал модальный метод балансировки.

В течение многих лет MTI имела успешную команду под руководством Дона Вильсона (Lon Wilson), которая применяла новейшие технологии для решения практических проблем на местах эксплуатации оборудования. Возможно, эта группа была первой, кто применил передовые методы анализа динамики роторов к решению проблем на месте эксплуатации. Другие, включая Southwest Research Institute (SWRI), Engineering Dynamics. Inc (EDI), основанный Buddy Wachel и таких специалистов и фирм, как Bonne Herbage, Dana Salamone, John Nicholas. Rotating Machinery Technology. Inc. и Malcolm Leader. Applied Machinery Dynamics Co.; многие из которых были обучены в университете Едом Гюнтером (Ed Gunter), обеспечивали и продолжают обеспечивать решение проблем, связанных с разработками подшипников и динамикой роторов.

предыдущая   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   следующая