Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Problemy eksploatacyjne osiowych sprężarek reakcyjnych stacjonarnych silników turbinowych dużych mocy

Mazur Z., Hernandez-Rossette A.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2011

|

nr 3

70-76

PL

W sprężarce turbiny gazowej o mocy 69 MW, pracującej w cyklu kombinowanym wystąpiły uszkodzenia łopatek po czterech latach eksploatacji od ostatniego remontu głównego. Zarejestrowano trzy przypadki uszkodzeń w krótkim odstępie czasu, które spowodowały potrzebę zatrzymania i remontu turbiny. Badania wzrokowe przeprowadzone po każdym stwierdzeniu uszkodzeń, ujawniły pęknięcia w łopatkach niektórych stopni palisad kierowniczych zlokalizowane w piórach łopatek. Pęknięcia zaczynały sie w stopach łopatek spawanych do bandaża zewnętrznego palisad kierowniczych. Znaczna liczba łopatek kierowniczych i wirnikowych miała również uszkodzenia spowodowane przez obce ciała, przytarcia i były pogięte. Przeprowadzono badania i analizę uszkodzeń sprężarki włączając w to badania metalograficzne pękniętych łopatek, analizę parametrów operacyjnych turbiny, analizę historii zarejestrowanych przypadków uszkodzeń i analizę inicjacji i propagacji pęknięć. W niniejszym artykule opisuje sie badania uszkodzeń palisad łopatkowych sprężarki, które doprowadziły do konkluzji końcowej, ze pęknięcia łopatek palisad kierowniczych były rezultatem zmęczenia wysokocyklicznego materiału łopatek, spowodowanego przez oderwania wirow w czasie uruchomienia turbiny, przyspieszone przez korozje wywołaną chłodzeniem mieszankowym. Uszkodzenia ułatwiła znaczna kruchość materiału łopatek sprężarki. Zostały sformułowane zalecenia, aby uniknąć podobnych uszkodzeń łopatek sprężarki w przyszłości.

EN

A compressor blade failure was experienced at the 69 MW gas turbine of a combined cycle (C.C.) unit after four years operation since the last overhaul. Three unit failure events occurred at small periods, which caused forced outage. Visual examination carried out after the failure events indicated that the compressor vanes (diaphragms) had cracks in their airfoils initiating at blade tenons welded to the diaphragm outer shroud at some stages. Also, many stationary vanes and moving blades showed foreign object damage (FOD), rubbing and bending. A compressor failure evaluation was completed including cracked vane metallographic analysis, unit operation parameter analysis, history-of-events analysis, and crack initiation and propagation analysis. This paper provides an overview of the compressor failure investigation, which led to identification of the vane high cycle fatigue (HCF) failure mechanism generated by rotating stall during unit startups, highly accelerated by corrosion generated by the fogging system and influenced by high stationary vane and moving blade brittleness as the primary contribution to the observed failure. They are provided recommendations to avoid similar failure of the compressor blades in the future.

2

Application of the wavelet transform of pressure signals for detecting and analyzing rotating stall inception in axial flow low speed compressor stage

Ziach M., Majkut M., Witkowski A.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 1

61-77

EN

The paper presents a research program carried out to improve understanding of the fluid dynamics mechanisms that lead to rotating stall in the axial flow low speed compressor stage. The stalling behavior of this compressor stage was studied by measuring unsteady casing pressure by means of a circumferentially and axially spaced array of high frequency pressure transducers. Another probe used was a disc static pressure probe, with the pressure transducer, for in-flow and out-flow measurements along the blade span. It was expected that understanding of the fluid dynamics will facilitate at least two important tasks. The first was to accurately predict of when and how a particular compressor would stall. The second was to control, delay, or eventually suppress the rotating stall and surge. In consequence, one could extend the useful operating range of the axial compressor. Another motivation for the research was to compare the results from the three applied analysis techniques by using a single stall inception event. The first one was a simple visual inspection of the traces, which brought about a very satisfactory effect. The second one was application of spatial Fourier decomposition to the analysis of stall inception data, and the third method of analysis consisted in application of wavelet filtering in order to better understand the physical mechanisms which lead to rotating stall. It was shown that each of these techniques would provide different information about compressor stall behavior, and each method had unique advantages and limitations.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu wyjaśnienie zjawisk przepływowych towarzyszących pojawieniu się wirującego oderwania w osiowym niskoobrotowym stopniu sprężającym. Zjawiska niestacjonarne w stopniu sprężającym były badane poprzez próbkowanie pola ciśnień wysokoczęstotliwościowymi przetwornikami ciśnienia, zamontowanymi w osłonie zewnętrznej koła wirnikowego, w kierunku obwodowym na wlocie i w osi kanału międzyłopatkowego, oraz talerzykową sondą ciśnienia statycznego, wzdłuż wysokości łopatek wirnika. Badania te mają na celu rozpoznanie zjawisk przepływowych sygnalizujących pojawienie się wirującego oderwania i następnie pompowania oraz znalezienie sposobów umożliwiających przeciwdziałanie tym zjawiskom i ewentualne rozszerzenie roboczej charakterystyki pracy stopnia sprężającego. Do analizy zjawisk niestacjonarnych zastosowano trzy metody: metodę bezpośredniej analizy zarejestrowanych doświadczalnie pulsacji ciśnienia, metodę transformaty Fouriera oraz metodę transformaty falkowej, która umożliwia analizę sygnałów niestacjonarnych również w domenie czasowo-częstotliwościowej. Porównano wyniki analizy przeprowadzonej tymi trzema metodami i określono ich przydatność i ograniczenia.

3

Experimental investigations of the flow phenomena in the rotor blades of the axial flow low speed compressor stage at the unstable part of the overall performance characteristic

Witkowski A., Ziach M., Majkut M., Strozik M.

Archive of Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. LV, nr 4

313-330

EN

The paper presents experimental investigations of pressure fluctuations near the tip clearance region of the rotor blades of the axial-flow low-speed compressor stage in stable and unstable parts of the overall performance characteristic. In this investigation, unsteady pressure was measured with the use of high frequency pressure transducers mounted on the casing wall of rotor passage. The pressure signals and their frequency characteristics were analyzed during the steady-state processes, before the rotating stall, during the transition from the steady-state process to the rotating stall, and during a stabilized phenomenon of low-frequency rotating stall. As the operating point moves to the unstable region of flow characteristic, an inception of the rotating stall can be observed, which rotates with a speed of about 41.4% of the rotor speed. The results of this study confirm that in the low-speed axial compressor stage operating in a rotating stall regime there appears one stall cell that spreads over to adjacent rotor blade channels. As the flow rate is reduced further, the frequency of the rotating stall decreased to 34.8% of the rotor speed and the number of blade channels with the stall cell increases.

PL

W pracy przedstawiono eksperymentalne badania pulsacji ciśnienia w obszarze szczeliny nadłopatkowej łopatek koła wirnikowego, w osiowym, niskoobrotowym stopniu sprężającym, w statecznym i niestatecznym obszarze charakterystyki aerodynamicznej. Nieustalone impulsy ciśnienia próbkowane były za pomocą wysokoczęstotliwościowych przetworników ciśnienia zamontowanych na osłonie zewnętrznej koła wirnikowego. Przeanalizowano impulsy ciśnieniowe oraz ich charakterystyki częstotliwościowe zarówno w obszarze statecznej pracy koła wirnikowego, w obszarze przejścia, jak i w obszarze ustabilizowanego zjawiska niskoczęstotliwościowego oderwania wirującego. W miarę jak punkt pracy przemieszcza się do obszaru niestatecznej części charakterystyki pojawia się oderwanie wirujące z częstotliwością wynoszącą 41.4% częstotliwości obrotów wirnika. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w badanym niskoobrotowym stopniu sprężającym, występuje w kanałach międzyłopatkowych kota wirnikowego, jedna komórka oderwania, która obejmuje swym zasięgiem kilka sąsiednich kanałów. Dalsze zmniejszanie strumienia przepływu powoduje spadek częstotliwości wirującego oderwania do 34.8% częstotliwości obrotów wirnika oraz wzrost liczby kanałów łopatkowych, w których to oderwanie występuje.

4

Deterioration of the operational efficiency of radial fans resulting from rotational stalling

Fortuna S.

Archives of Mining Sciences

|

2001

|

Vol. 46, nr 2

139-148

EN

Large diameter fans, as typically used in the mining and power industries have a considerably narrower range in comparison with fans intended for more general use operational range. The lower limit of the operational range could only attain the limit of hysteresis. This hysteresis is a result of rotating stalling. Rotating stalling is an interesting phenomenon that occurs in both axial and radial rotors. It is still poorly recognised in radial rotors. This stimulated investigations concerning pressure oscillation in streams of airflow, as well as on acoustic levels and flow rates in an attempt to find a means of eliminating the hysteresis set up by the entry vortex consistent with the direction of peripheral velocity. Experiments have confirmed the removal of hysteresis in the condition of forwarded whirl at a vane angle in excess of 30°. Results of tests are described in the paper.

PL

Zjawisko oderwania wirującego, nazywane też „Rotational stalling", występuje w maszynach osiowych i promieniowych. Towarzyszą mu histereza lub nieciągłość na krzywej ciśnienia, intensywne drgania i hałas. Jest ono rozpoznane lepiej w maszynach osiowych niż promieniowych dzięki pracom Greitzera (1976), Pfleiderera, Petermanna (1972), Cumpsty, Greitzera (1982) i innych. Mniejsza liczba prac dotyczy maszyn promieniowych (Fortuna 1985,1987; Wachter, Rieder 1986). W monografii Pfleiderera i Petermanna, przedstawiono hipotezę zjawiska oderwania wirującego, według której na rysunku 1 sporządzono model zjawiska oderwania wirującego w palisadzie osiowej. Na jego podstawie oraz pracy Bohla opracowano model oderwania wirującego {RS) w wirniku promieniowym, przedstawiony na rysunku 2. Na skutek oderwania się strug gazu od jednej lub dwóch łopatek w kanałach międzyłopatkowych wyodrębniają się dwie struktury przepływowe, pokazane na rysunku jako obszar wirów oraz zagęszczonych strug przedstawionych za pomocą pola zakreskowanego. Koncentracja strug stanowi przeszkodę na drodze przepływu, skutkiem czego nowo napływające z prądkością w strugi odchylają się, jedne w kierunku wirowania palisady, drugie w kierunku przeciwnym do prędkości wirnika. Na łopatce nr 4 pojawi się tendencja do oderwania, natomiast na łopatce nr 2 oderwanie będzie likwidowane. W ten sposób uruchamia się mechanizm przemieszczania oderwań od łopatek wzdłuż kierunku obwodowego z prędkością kątową W[omega]RS, mniejszą o około 50% od prędkości wirnika W, nazywane oderwaniem wirującym (RS). Zjawisko to powoduje wystąpienie na krzywej dławienia histerezy pomiędzy punktami (FCDE), pokazanej na rysunku 3. Jeżeli oderwanie wirujące jest spowodowane oderwaniem na jednej łopatce, to zamiast histerezy na krzywej ciśnienia otrzymuje się nieciągłość (FC). Zjawisko oderwania wirującego jest wielce niepożądane, gdyż wywołuje silne drgania gazu oraz intensywny hałas. Wzrost amplitud drgań pojawia się w zakresie roboczej części charakterystyki maszyny na odcinku EM, co obrazują przebiegi 2 na rysunkach 4 i 5 w porównaniu z amplitudami dla przepływu pełnego 1. Punkt pracy z odcinka EM może samorzutnie i skokowo przemieścić się na dolną gałąź charakterystyki do punktu C wtedy, gdy w przepływie powstanie oderwanie wirujące. Po przeskoku amplitudy ciśnień jeszcze wyraźniej wzrastają, jak to ilustrują przebiegi oznaczone liczbą 3 na tych rysunkach. Drgania te zagrażają wytrzymałości wirnika i z tego powodu nie można dopuścić do ich powstania przez eliminowanie oderwania RS. Oderwanie wirujące powoduje także znaczny wzrost hałasu, jak ten zarejestrowany na rysunku 6 w postaci dwóch przebiegów ogólnego poziomu ciśnienia akustycznego oraz widma oktawowego dla stanu przed i po oderwaniu. Na podstawie przyjętego modelu oderwania wirującego dokonano kinematycznej analizy przepływu uśrednionego (rys. 7a, b, c), z której wysnuto tezę, że za pomocą zawirowania gazu u wlotu do wirnika możliwe będzie zlikwidowanie histerezy i niedopuszczenie do pojawienia się oderwania wirującego, a tym samym drgań i hałasu. Przeprowadzone badania przepływowe wentylatora promieniowego typu WWOax i wykreślone na ich podstawie na rysunku 8 charakterystyki dowodzą słuszności postawionej tezy. Dla kątów ustawienia łopatek kierownicy wlotowej wynoszących +30°, generujących wstępne zawirowanie zgodne z kierunkiem obrotów wirnika, uniknięto zjawiska oderwania wirującego, a na krzywej wykreślonej przerywaną linią krótką nie ma histerezy. Na charakterystykach na rysunkach 8 i 9 wyznaczono granice oderwania (RSG) i histerezy (HG), dowodząc tym samym, że ze względów bezpieczeństwa i cichobieżności zakres pracy promieniowych maszyn wirnikowych, zwłaszcza dużych, stosowanych w górnictwie i energetyce należy bezwzględnie zmniejszyć z punktu maksymalnego ciśnienia do granicy histerezy (HG). W podsumowaniu można stwierdzić, że za pomocą modelu oderwania wirującego i kinematycznej analizy przepływu uśrednionego możliwe jest poszukiwanie rozmaitych metod zapobiegania niepożądanemu zjawisku oderwania wirującego. Badania oscylacji ciśnienia wzdłuż histerezy wykazały konieczność określenia granicy histerezy (HG) i granicy oderwania (RSG) oraz zmniejszenia roboczego zakresu pracy.

5

Zagadnienie niestatecznej pracy sprężarek przepływowych

Kryłłowicz W.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

1998

|

nr 113

77--91

PL

Artykuł stanowi przegląd stanu wiedzy na temat niestatecznej pracy sprężarek przepływowych, zwłaszcza promieniowych. Wykorzystano zarówno najnowsze publikacje obce, jak i wyniki badań własnych. Przedstawiono zgodne z aktualnymi poglądami mechanizmy takich zjawisk jak oderwanie wirujące, recyrkulacja wlotowa, pompowanie twarde i miękkie, oraz sposoby zapobiegania pompowaniu. Artykuł ukazuje się w dziale Cieplnych Maszyn Przepływowych poświęconym szkoleniu podyplomowemu.

EN

A survey of the current state of knowledge on unstable operation of centrifugal compressors, especially radial ones, is presented. Both the latest foreign publications and the results of own investigations have been discussed. The mechanisms of such phenomena as rotating stall, inlet recirculation, deep and mild surge and the ways by means of which surge can be avoided have been presented according to modem approaches.