آموزش نیروگاه| سعید کردی زاده

عیب یابی توربین گازی (آنالیز روغن، آنالیز ارتعاشات و راندمان)

اشتراک گذاری مطالب وب سایت.

در این مقاله عیب یابی توربین گازی به کمک آنالیز روغن، آنالیز ارتعاشات و راندمان بررسی شده است.

به این منظور تئوری روشهای فوق، به تفكیك ارائه شده است. در این راستا بایستی شناخت و دانش كافی از طراحی توربین،

شرایط بهره برداری، شیوه دقیق تعمیر و نگهداری و امكان بكارگیری از تكنیكهای پایش وضعیت را مد نظر قرار داد.

در حال حاضر جهت تأمین انرژی برق مورد نیاز كشورها، تأسیس توربینهای گازی در سراسر جهان نسبت به ساخت توربینهای
بخار، بدلیل مزایایی كه دارند در اولویت قرار گرفته است،

بطوریكه از 70 سال قبل توربین های گازی جهت تولید برق مورد استفاده قرار گرفته اند ولی در بیست سال اخیر تولید این نوع توربین ها بیست برابر افزایش یافته است.

از جمله مزایای این توربینها حجم كم، نصب سریع، راه اندازی سریع، بهره برداری آسان و امكان استفاده از سوختهای متفاوت در آنها میباشد.

جهت امكان بهره برداری پایدار و مطمئن از این نوع توربینها، بدلیل حساسیت بسیار بالایی كه در ماشینهای دوار با دور بالا وجود دارد،

لازم است روشهای عیب یابی آنها بطور دقیق مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد.

 

عیب یابی توربین گازی و بررسی مشكلات آن

توربینهای گازی به موارد زیر حساس هستند:

آسیب دیدگیهای توربین، كمپرسور، سیستمهای احتراق،

تجمع آلودگی

فولینگ، سایش، خوردگی، سولفیده شدن پره ها و قطعات مسیر هوای داغ

لجن و وارنیش ناشی از اكسیداسیون روغن

امولسیون آب در روغن توربین

فرسودگی بیرینگها

پلاگ شدگی و صدمات ناشی از سوخت، نازلهای توربین

شكستگی تیغه‌ها و پره‌ها

شكل زیر یك توربین گازی ساخت شركت جنرال الكتریك LM6000 با طراحی پیچیده و بسیار دقیق است

عیب یابی توربین گازی

عواملی كه در عیب یابی توربین گازی مؤثر هستند شامل شرایط روانكاری، ارتعاش، راندمان توربین، تركیب سوخت و هوا و فرآیندهای كنترل گاورنر می باشند.

روانكاری نقش مهمی در انجام حركت صحیح، مداوم و اقتصادی تـوربین دارد.

عمر تجهیزات و قطعات به تغذیه مداوم روغن با كیفیت مناسب، حجم كافی، درجه حرارت و فشار تعریف شـده وابسـته اسـت.

روانكاری نادرست ماشین آلات علاوه بر آنكه باعث تقلیل راندمان مكانیكی و پایین آمدن بازده زمانی ماشـین مـی شـود،

سـبب فرسایش بیش از حد، فرسودگی و از كار افتادن زودرس ماشین میگردد.

جدول زیر فاكتورهای مهـم در كیفیـت روغـن مـورداستفاده در توربینهای گازی را نشان میدهد

عیب یابی توربین گازی

 

فاكتورهای مؤثر بر روانكاری

1 -لجن و وارنیش

وارنیش در نتیجه اكسیداسیون و تخریب حرارتی روغن ایجاد می شوند.

این پدیده در ابتدا در درجه حرارتهای بـالا رخ میدهد ولی در حضور كاتالیستهای آلوده كنندهای نظیر آب و هوا میزان آن افزایش مییابد.

بطور كلی اكسیداسـیون یـك واكـنش شیمیایی است كه در این واكنش، روغن با اكسیژن تركیب میشود،

در حالیكـه تخریـب حرارتـی در دماهـای بـالاتر از 205 درجه سانتیگراد و یا موقعی كه هوا در روغن به دام افتاده

و حبابهـا از منـاطق فشـار پـایین بـه فشـار بـالا حركت میكنند، اتفاق میافتد.

در این حالت حبابهای هوای گرم، منفجر شده و درجه حرارت روغن را افـزایش مـیدهنـد و سـبب تخریب روانكار میشوند.

از نشانه‌های اكسیداسیون روغن میتوان به افزایش ویسكوزیته، افزایش عدد اسیدی و تیرگی رنگ روغـن، اشاره نمود.

همه این علائم نشانگر شروع تخریب حرارتی است كه منجر به ایجـاد رسـوبات سـیاه و قیـر ماننـد بـر روی سـیلهـای مكانیكی

و فیلمهای قهوهای و یا طلایی رنگ سخت، بر روی والوها و بیرینگها میشود.

همچنین طی این فرآیند رسـوبات چسـبنده ضخیمی در فیلترهای روغن به دام افتاده كه باعث پلاگ شدگی زودرس كولرهای روغن میشوند.

باید به خاطر داشت كه دمای بعضی بیرینگها در توربینهای گازی نسبت به توربینهای بخار بالاتر میباشد،

بطوریكه روغنهای آنها نیز زودتر از زمان مورد انتظار فرسوده میگردند.

بعضی نقاط داغ اطراف بیرینگهای توربین كه دمای موضعی آنها به 200 تا 800 درجـه سانتیگراد میرسد،

سبب افزایش دمای روغن موجود در تانك تا حدود 70 الی 90 درجه سانتیگراد میشوند.

باید توجه كرد كه بعضی از روغنهای پایه گروه II و گروه III امروزی حلالیت كمتری نسبت به روغنهای پایه I دارنـد.

روغنهـایی بـا حلالیت كم ممكن است تحمل كمتری در مقابل تخریب و در نتیجه قابلیت تولید لجن و وارنیش بیشتری داشته باشند.

دو مثال واقعی از وارنیش

در تصویر زیر به رسوبات وارنیش سیاه/قهوه ای درصفحه بلبرینگ توجه كنید.

این رسوبات در این نواحی ویژه بلبرینگ ممكن است بدلیل افزایش بیش از حد دما و یا وجود جریان كم روغن، حاصل شده باشند

عیب یابی توربین گازی

 

همچنین در این تصویر وارنیش بطور وضوح بر روی دریچه پره ورودی توربین گازی دیده می شود.

این مواد رزین مانند می تواند آنقدر سخت شوند كه باعث ایجاد یك پوشش براق لاكی رنگ، گردند.

عیب یابی توربین گازی

 

علاوه بر این دلایل كاملاً مشترك در ایجاد وارنیش و لجن، پدیده دیگری كه برقكافت سیال نامیده می شـود،

بعنـوان یكـی از علـل تولید لجن و وارنیش در توربینها شناخته شده است.

تخلیه الكترواسـتاتیكی در روانكارهـا در نتیجـه اصـطكاك داخلـی مولكـولی و تفاوت در پتانسیل الكتریكی بین سیال و سطوح اجزای ماشین، رخ می دهد.

تخلیه الكتریكی مـیتوانـد در سـطوح والـو سـروو، فیلترها و در مخازن اتفاق بیافتد.

در تخلیه جرقه، دما میتواند تا 20000 درجه سانتیگراد برسد كه در این دما تخریب حرارتی فـوراً روی میدهد.

 

2 -آلودگی آب

آب نه تنها سبب اكسیداسیون در سیستمهای روانكاری توربین میگردد.

همچنین سبب كف كردن، امولسیون و رشـد باكتریها نیز می شود لذا نباید مقدار آب روانكار بیش از 500 ppm باشد.

رشد بـاكتری در درجـه اول در سیسـتم هـای روانكـاری توربینهای بخار دیده میشود كه دلیل آن پتانسیل بالای این نوع توربینها در جذب آب است،

ولـی در توربینهـای گـازی نیـز رشـد باكتری میتواند اتفاق بیافتد.

اگر میزان آب بالا بوده و شرایط جریان روغن در قسمتهای سردتر سیستم روانكـاری، كنـد و یـا راكـد باشد،

به خصوص در حضور نور، این فعالیت افزایش می یابد.

در شکل زیر  غلظت بالایی از رشد باكتری و امولسیونهای فرسوده در فیلتر های روغن توربین بخار را نشان میدهد.

این شرایط عمدتاً در سیستمهای روانكاری توربین بخار بوجود میآید

ولی میتواند در توربینهای گازی و یا سیستمهای روانكاری توربین هیدرولیك نیز اتفاق بیافتد

عیب یابی توربین گازی

 

همچنین در تصویر زیر محل بازدید شیشهای روغن كه اغلب كف، امولسیون و آب آزاد در آن دیده میشود.

اگر شرایط رشد باكتری در روغن وجود داشته باشد، نزدیكی بخش تحتانی محل بازدید (در نقطه اي كه با فلش نشان داده شده است)،

یك مكان مناسب براي رشد كلوني باكتريها است

عیب یابی توربین گازی

 

3 -آلودگیهای مواد جامد

مواد جامد نظیر نمك، ماسه،گرد و غبار، خاك و سایش فلزات بویژه سایش فلزاتی مانند مس میتواند سبب ایجاد لجـن و وارنیش شوند.

این آلودگیها سبب ایجاد خراش و سایش بر روی اجزایی نظیـر بیرینگهـا و والوهـای كنتـرل سـروو هیـدرولیك در سیستمهای گاورنر خواهند شد.

همانطور که در شکل زیر مشاهده میکنید،

شكست بلبرینگ در یك توربین گازی LM6000 GE با جدا شدن یك ذره فلز سخت از یك جوش ضعیف در یك تعمیر جزیی، آغاز شده است.

عیب یابی توربین گازی

 

آلودگیهای دیگر ممكن است شامل مخلوط آب/گلیكول باشد كه در كولرها استفاده می شود.

برای جلوگیری از آلودگی روغن باید توجه كرد كه فشار بهره برداری سمت روغن كولر بایستی همیشه بیشتر از فشار سمت آب باشد.

 

4- عیب یابی توربین گازی به کمک آنالیز روغن

بكارگیری آنالیز روغن یكی از تكنولوژیهای پایش وضعیت است كه باید بر روی توربینهای گـازی بطـور مـنظم انجـام گیـرد.

براساس برنامههای موجود، اگر شرایط اجازه دهد معمولاً هر 200 تا 300 ساعت یا 30 روز، بایستی بطور متناوب این آنالیزها انجـام شود.

توصیه می شود برای یك توربین گازی، برنامه آنالیز روغن حداقل شامل اندازه گیری ویسكوزیته در دمـای 40 درجه سانتیگراد،

آزمون سطح تمیزی، عدد اسیدی، میـزان آب و تعداد ذرات برای اندازه گیری میزان آلودگی، انجام شود.

اگر نرخ سایش و یا میزان آلودگی رو بـه افـزایش باشـد، یـك آنـالیز فروگرافی نیز توصیه میشود.

اگر عدد اسیدی افزایش یابد و یا آنالیز FTIR نشان دهد كه نرخ اكسیداسـیون بسـیار سـریع افـزایش مییابد،

بایستی یك تست PRVOT نیز در نظر گرفته شود.

 

فاكتورهای مؤثر بر ارتعاش

1 -ارتعاشات بیرینگ

مشكلات بیرینگ در توربینهای گازی به كیفیت روان كننده، آلودگیها، سایش، دما و ارتعـاش بسـتگی دارد.

در حالیكـه سـرعت چرخش توربینهای بخار نسبتاً پایین است، توربینهای گازی در سرعت بالا می چرخند،

بویژه در صنایع وابسته به هـوا فضـا سـرعت چرخش به 9000 تا 20000 RPM نیز میرسد،

در حالیكه در صنایع سنگین این سرعت پایینتر و در محـدوده 3000 تـا 12000 RPM میباشد.

بعضی از صنایع، بیرینگهای ژورنال هیدرودینامیك استفاده میكنند اما در تمام صنایع جدید هـوا فضـا و بسـیاری از صـنایع دیگـر،

امروزه جهت ساپورت روتورها و شفت ها از بیرینگهای اجزای غلتشی استفاده میكنند.

بیرینگهای ضد اصطكاك ذاتـاً در هنگـام راه اندازی اصطكاك استارت پایینی دارند

اما اصطكاك آنها در حالت بهره بـرداری در مقایسـه بـا بیرینـگ هـای ژورنـال بـالاتر اسـت.

بیشترین فركانسهای عیب ارتعاش بیرینگهای اجزای غلتشی حاصل خستگی و سـایش اسـت

كـه در نتیجـه روانكـاری نادرسـت یـا ناكافی، عدم تنظیم بیرینگ و وجود معایبی خاص در درون خود بیرینگ ناشی میشود.

همچنـین نصـب نادرسـت (خیلـی شـل یـا خیلی سفت) بودن تجهیزات میتواند سبب عیوب زودرس و فركانسهای ارتعاشی گردد.

فرکانس ارتعاش اجزای بیرینگ

چهار فركانس ارتعاشی اصلی مربوط به بیرینگهای ضد اصطكاك عبارتند از:

– فركانس خرابی قفسه بیرینگ (cage )

– فركانس خرابی رینگ داخلی (BPFI)

– فركانس خرابی رینگ خارجی (BPFO)

– فركانس خرابی ساچمه (BSF )

این فركانسهای حاصل از خرابی، معمولاً به سرعت شفت و هندسه بیرینگ بستگی دارند.

متخصصین عیب یابی توربین گاز بایستی نام و پـارت نامبر بیرینگ های اجزای غلتشی توربین گازی را دقیقاً بدانند.

این اطلاعات برای بدست آوردن دادههای هندسی سازنده بیرینـگ و فركانسهای بیرینگ ضروری است.

داده های هندسی بیرینگ مورد نیاز جهت تعیین دقیق فركانسهای عیب ارتعاش عبارتند از:

– قطر المانهای غلتشی

– قطر گام

– تعداد المانهای غلتشی

– زاویه تماس

اگر فركانسهای بیرینگ معلوم نباشد و یا نتوانیم از سازنده مربوطـه اطلاعـاتی دریافـت كنـیم،

بـا اسـتفاده از محاسـبات زیـر میتوانیم بطور تقریبی فركانسهای racway داخلی و خارجی بیرینگ را بدست آوریم.

عیب یابی توربین گازی

2 -رزونانس

رزونانس یا فركانسهای نرمال در تمام تجهیزات و قطعات توربینهای گازی وجود دارد.

اگر فركانس رزونانس پایین تر از فركانس بهره برداری یا سرعت توربین یا هر قطعه ای از تجهیزات باشد نشان از گیر یا سفت شدگی شفتی است.

به دلیل وجود سرعت در بهره برداری نرمال و فركانس مربوط به آن كه بالاتر از فركانس رزونانس است،

تقریباً تمام توربینهای گازی دارای شفتهای انعطاف پذیر میباشند.

در تمامی تجهیزات دوار، عامل فركانس رزونانسی وجود دارد كه این فاكتور میتواند در وضعیت بهره برداری از توربینها تأثیر گذار باشد.

این عامل وابستگی مستقیمی به روتور، پرهها، پایه و پدهای استقرار، لوله كشیها، بیرینگ یا نگهدارندههای بیرینگ و كلیه تجهیزات توربین دارد.

برای امكان بررسی مشكلات این نوع توربینها بایستی از منابع بالقوه لرزش، آگاهی كافی وجود داشته باشد.

 

3 -منابع دیگر لرزش

منابع دیگر لرزش عبارتند از: عدم تعادل و بالانس نبودن روتور، كه در جریان سرعت X 1 در جهت شعاعی خود را نشان میدهد،

در حالی كه سست و شل بودن قطعات در جریان سرعت X 2 مشاهده میشود.

به منظور به دست آوردن اطلاعات تا حد امكان، برای اندازه گیری میزان جابجایی (فاصله یا جنبش)، سرعت و شتاب (نیرو) میتوان از فاكتور ارتعاشات استفاده نمود.

همیشه تجهیزات جانبی و مجاور جهت اندازه گیری میزان جابجایی استفاده میشوند كه در هر یك از بلبرینگهای شعاعی قرار گرفتهاند.

از شتاب سنج ها برای اندازه گیری فركانسهای بالا در كمپرسورها و یا لرزش در تیغه توربینها استقاده میشود،

در حالیكه با اندازه گیری سرعت میتوان بطور یكنواخت اطلاعات و دلایل لرزش را بدست آورد،

چرا كه سرعت به طور كلی و به طور مكرر برای شناسایی طیف گستردهای از دادههای ارتعاش

در فركانس های پایین، متوسط و بالا كه اتفاق می افتد میتواند مورد استفاده قرار گیرد.

در مورد توربین (یا هر قطعه ای از ماشین آلات دوار)، داده ها باید در موقعیتهای عمودی، افقی و محوری جمع آوری شوند.

شكل زیر قطعه بیرینگ توربین (حاصل فرایند ریخته گری و نورد) كه نقاط شكست را در فركانسهای ارتعاش به وضوح نشان میدهد.

به نقاط قهوهای بین عناصر نورد توجه كنید كه نشان از پدیده وارنیش است.

 

عیب یابی توربین گازی

 

4 -كاربرد آنالیز ارتعاشات در عیب یابی توربین گازی

كاربرد آنالیز ارتعاشات جزء ضروری و لازم در بررسی مشكلات و عیب یابی توربین گازی است.

تمام نتایج حاصل از تجزیه و تحلیلهای ارتعاشات، برای توربینهای بخار و گاز میتواند بكار گرفته شوند

و در واقع با توجه به سرعتهای بالا و وجود تركیبی از پیچیدگیهای تجهیزاتی در این سیستمها، این آنالیزها میتواند بسیار حائز اهمیت باشند.

 

فاكتورهای مؤثر بر راندمان توربین گازی

مشكلات مربوط به راندمان توربین گاز با تمركز و عیب یابی چهار ناحیه عمومی قابل تشخیص میباشند.

موارد مربوط به لرزش و روانكاری مورد بحث قرار گرفتند. نقاط باقیمانده جهت عیب یابی شامل تجزیه و تحلیل مسیر گاز و سیستمهای گاورنر توربین میباشند.

1 -تجزیه و تحلیل مسیر گاز در عیب یابی توربین گازی

تجزیه و تحلیل مسیر گاز شامل نظارت بر پارامترهای مرتبط با گرفتگی كمپرسور، مانند تغییر در فشار تخلیه كمپرسور است.

گرفتگی در كمپرسور بدلیل رسوب ذرات خارجی در پرههای آن رخ میدهد.

یكی دیگر از مناطقی كه نیاز به بررسی دارد نازلهای سوخت و آسترهای محافظ در برابر احتراق است كه ممكن است آسیب دیده باشند.

بررسی فرایند چگونگی جریان سوخت و پارامترهای مربوط به فشار آن،

میتواند اطلاعات لازم را در بررسی مشكلات و عیب یابی توربین گازی آسانتر ارائه دهد.

عامل سومی كه مستقیماً راندمان توربین را تحت تأثیر خود قرار میدهد،

فرسایش پرهها میباشد كه شامل سایش، خوردگی، اكسیداسیون یا آسیبهای ضربهای است.

بر اساس آمار، تقریباً 25 %آسیبهای اساسی توربینهای گازی ، بدلیل اشكال و شكست در  پره ها میباشد.

این فاكتورها، پارامترهایی هستند كه باید مورد توجه قرار گرفته و سریعاً رفع اشكال شوند،

چرا كه سبب افزایش جریان سوخت، تغییر در دمای گاز خروجی یا فشار تخلیه كمپرسور میشوند.

فاكتور نهایی كه نمیتوان آن را نادیده گرفت امكان نشت هوای داغ یا گاز به تجهیزات پیچیده مكانیكی است كه توسط روغن روانكاری شدهاند.

این فرآیند نامناسب و ناخواسته میتواند باعث افزایش شدید درجه حرارت روغن و كف كردن روغن روانكاری شود.

شكل یك توربین گاز ساخت شركت جنرال الكتریك مدل LM6000 بوده كه پیچیدگی تجهیزات آن به خوبی نشان داده شده است.

همانطور كه مشاهده میشود توربین، روتور و تجهیزات پشتیبانی كننده آنها با دقت و اطمینان بالایی، جهت استفاده در سرعتهای بالا طراحی و ساخته شده اند

عیب یابی توربین گازی

 

2 -مشكلات كنترل برنامه سوخت

مشكلات كنترل برنامه سوخت رسانی اغلب در هنگام راه اندازی توربینهای گازی بعنوان یكی از مشكلات راه اندازی این توربینها مطرح بوده

و میتواند سبب راه اندازی گرم یا سرد توربین شوند.

در حالتی كه راه اندازی با یك برنامه غنی از سوخت، همراه باشد، راه اندازی را از نوع گرم

و در صورتیكه راه اندازی با سوخت رسانی كمتر از حالت استاندارد شروع شود، راه اندازی از نوع سرد میباشد.

مشكلاتی كه میتواند در این حالت به وجود بیاید شامل عدم توانایی برای رسیدن به سرعت مورد نظر و یا وجود شتاب بیش از حد میباشد.

جهت رفع این مشكلات بایستی به این نكات كاملاً توجه داشت كه سیستمهای كنترلی پنوماتیكی و هیدرولیكی شدیداً به نشت آلودگی و سایشهای احتمالی حساس هستند.

در صورتیكه هوای ورودی مرطوب باشد میتواند سبب عملكرد نامنظم سیستمهای پنوماتیكی شود.

برای جلوگیری و رفع این نوع مشكلات و عیب یابی از توربین گازی،

بایستی چگونگی عملكرد دقیق این سیستمها مشخص و نسبت به تشخیص عملكرد صحیح یا نامناسب آنها احاطه كامل داشت.

 

نتیجه گیری

به منظور عیب یابی توربین گازی بایستی شناخت و دانش كافی از طراحی توربین،

شرایط بهره برداری، شیوه دقیق تعمیر و نگهداری و امكان بكاری گیری تكنیكهای پایش وضعیت را جهت بهره برداری قابل اطمینان از آنها مد نظر قرار داد.

تكنیكهای پایش وضعیت جهت عیب یابی توربین گاز عبارتند از: تجزیه و تحلیل تستهای ارتعاشات و آنالیز روغن، ترمو گرافی (نظارت بر نقاط داغ)،

انجام تستهای اولتراسونیك (كنترل نشتی در محل كنترلگرهای پنوماتیكی و هیدرولیكی در گاورنر یا والوهای كنترلی سروو).

علاوه بر این لازم است برای انجام عیب یابیهای سریع و دقیقتر، با تكنیك و روشهای تستهای غیر مخرب نیز آشنایی كامل پیدا كرد.

منبع: فاطمه اختیاری کشکی، فرید دلیجانی،” عیب یابی در توربینهای گازی “، ششمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب­یابی، تهران، دانشگاه صنعتی شریف اسفند 1390

دیدگاه‌ها (0)

*
*

*

code