New method of state analysis and diagnostics of power micro-devices

• Autorzy: Kiciński J.

Warianty tytułu

PL

Nowe metody analizy stanu i diagnostyki maszyn na przykładzie mikrourządzeń energetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the small scale, turbines and bearings are a source of specific problems connected with securing stable rotor operation. Two kinds of high-speed micro-turbines of electric power of about 3 KW with multistage axial and radial rotors supported on foil bearings have been accepted. The scope of the present article is limited to the discussion of the dynamic characteristics of the selected design. The properties of the rotor combined with slide bearings (foil bearings in this particular case) were taken under investigation. Analysing the dynamic state of the domestic power plants requires qualitatively novel research tools. It turned out that the situation is possible that the rotor, after losing its stability, stabilises again when the rotational speed increases. This is a phenomenon determined by the author as "multiple whirls." Another topic discussed in this paper is an assessment of the influence of a random character of certain input data, in this case, changes of external excitations of the system. This problem is related to the "heuristic models" often placed in opposition to widely used algorithmic models.

PL

W pracy przedstawiony został przykład mikrosiłowni kogeneracyjnej możliwej do szerokiej aplikacji w tzw. mikrowytwarzaniu energii cieplnej i elektrycznej opartym na źródłach odnawialnych. Analizowanym urządzeniem jest wysokoobrotowa mikroturbina o mocy zaledwie kilku KW. Celem pracy nie są jednakże szczegóły konstrukcyjne tak zdefiniowanych urządzeń, lecz nowe metody analizy stanu dynamicznego i pozyskiwania relacji diagnostycznych. Jak się okazało, te małe urządzenia o prędkościach obrotowych wirnika od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy obrotów na minutę stanowią prawdziwe wyzwanie dla badaczy i eksploatatorów. Wiele tradycyjnych pojęć i metod badawczych, z powodzeniem stosowanych w maszynach większych, musiało zostać zweryfikowanych. Przy tak wysokich prędkościach obrotowych układ może przekraczać granicę stabilnej pracy wielokrotnie i dalej bezawaryjnie pracować, może też samoczynnie się stabilizować w wysokich zakresach prędkości. Mamy tu do czynienia z nowym zjawiskiem „wirów wielokrotnych" o zupełnie innych, nieznanych dotąd w eksploatacji symptomach diagnostycznych. W pracy zaproponowany też został inny sposób matematycznego opisu stanu maszyny oparty na metodach heurystycznych. Opis heurystyczny jest przeciwieństwem opisu algorytmicznego i uwzględnia m.in. przypadkowe błędy danych czy autokorekcję modelu w trakcie obliczeń. Opis heurystyczny jest bliższy naturze człowieka i warto go szerzej rozpropagować w budowie i eksploatacji maszyn. Czy przyjmie się w praktyce? W pracy podane zostały przykładowe wyniki obliczeń oparte na nowym podejściu odnoszące się do małych urządzeń energetycznych. To pierwszy krok na tej drodze w badaniach prowadzonych w ośrodku gdańskim i olsztyńskim.

Słowa kluczowe

EN

cogeneration; microturbine; rotor dynamics; nonlinear vibrations; hydrodynamic instability; heuristics; computer simulation

PL

kogeneracja; mikroturbina; dynamika wirnika; drgania nieliniowe; niestabilność hydrodynamiczna; heurystyka; symulacja komputerowa

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 46, nr 1
• Strony: 57--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Kiciński J.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences (IFFM PAS), Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• [1] Kicinski, J., Rotor Dynamics, IFFM Publishers, Gdansk (2006).
• [2] Batko, W., Dabrowski, Z. and Kicinski, J., Nonlinear Effects in Technical Diagnostics, Publishing and Printing House of the Institute for Sustainable Technologies, Warsaw (2008).
• [3] Kicinski, J., Materials and Operational Imperfections in Rotating Machinery, IFToMM -Seventh International Conference on Rotor Dynamics, Vienna, Paper-ID 307 (2006).
• [4] Zywica, G., Simulation Investigation of the Effect of a Supporting Structure Defect on the Dynamic State of the Rotor Supported on Slide Bearings, ASME International Design Engineering Technical Conference, Las Vegas, DETC2007-34415 (2007).
• [5] Kiciński, J., Żywica, G., Banaszek, S., Bogulicz, M. and Czoska, B., Modelling of Thermo-Elastic Deformations of the Foil Bearing Bush with the Application of Authors' Own and Commertial Calculation Codes (in polish), Internal Report of the IF-FM PAS, no. 22/08, Gdansk (2008).
• [6] Kiciński J., Żywica G., Banaszek S., Bogulicz M., Czoska B., Modelling of Thermo-Elastic Deformations of the Foil Bearing Bush with the Application of Authors' Own and Commertial Calculation Codes (in polish), Internal Report No 22/08 of the IF-FM PAS, Gdansk 2008.
• [7] Pietkiewicz, P., Kiciński, J., Czoska, B. and Markiewicz, Α., Development of Defect Models - with Uncertainty of Input Data Taken into Account (in polish), Internal Report IF-FM PAS, Gdansk (2008).