La relazione tra vibrazione dell'albero della turbina e vibrazione del cuscinetto

La relazione tra vibrazione dell'albero della turbina e vibrazione del cuscinetto

Nelle centrali termoelettriche, la turbina e le valvole sono strettamente correlate, poiché le valvole svolgono un ruolo fondamentale nel controllo e nella protezione della turbina durante il funzionamento. Saracinesca con tenuta a pressione sono ampiamente utilizzati anche nelle centrali termiche e nucleari.
Di seguito è riportata una breve introduzione alla relazione tra vibrazione dell'albero della turbina e vibrazione del cuscinetto.

Vibrazione dell'albero
La vibrazione dell'albero si riferisce alla vibrazione radiale dell'albero della turbina. Attualmente, la vibrazione dell'albero della turbina viene comunemente misurata utilizzando sonde a correnti parassite. La bobina nella sonda genera un campo elettromagnetico ad alta frequenza quando la corrente ad alta frequenza la attraversa, inducendo una corrente parassita sulla superficie del perno dell'albero del rotore. Questa corrente indotta viene convertita in tensione, che cambia con la distanza tra la superficie dell'albero e il sensore. Ciò consente la misurazione delle vibrazioni dell'albero. La vibrazione dell'albero è generalmente espressa come spostamento e misurata in micron.

Se il sensore a correnti parassite è fissato al cuscinetto, misura la vibrazione relativa tra l'albero e il cuscinetto.
Se il sensore è fissato alla fondazione, la vibrazione misurata può essere approssimata come vibrazione assoluta dell'albero.
Vibrazione del cuscinetto
La vibrazione del cuscinetto, detta anche vibrazione del perno, è la vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto. Di solito viene misurato utilizzando sensori di velocità o accelerazione di tipo a contatto, fissati direttamente al coperchio del cuscinetto o fissati magneticamente. Per questo motivo viene talvolta chiamata vibrazione del guscio o vibrazione del cappuccio. La misurazione viene effettuata principalmente in direzione verticale, seguita da quella orizzontale, utilizzando la vibrazione assiale come riferimento.

La relazione tra vibrazione dell'albero e vibrazione del cuscinetto
I rotori della turbina o del generatore sono supportati da cuscinetti e la vibrazione dell'albero viene inevitabilmente trasmessa ai cuscinetti. Pertanto, esiste una correlazione tra i due, inclusa ampiezza, fase e frequenza.

Relazione di ampiezza
Il rapporto di ampiezza tra la vibrazione dell'albero e quella del cuscinetto è significativamente influenzato dalla rigidità dell'alloggiamento del cuscinetto. Tipicamente:

Per gli alloggiamenti dei cuscinetti supportati rigidamente (ad esempio, i comuni cuscinetti a piedistallo), l'ampiezza della vibrazione dell'albero è circa 3–6 volte quella della vibrazione del cuscinetto.
Per i sistemi con rigidità inferiore, questo rapporto diminuisce e, in alcuni casi, le vibrazioni dei cuscinetti possono superare le vibrazioni dell'albero (ad esempio, alloggiamenti dei cuscinetti del rotore a bassa pressione delle unità Dongfang da 60 MW con configurazioni con cuscinetti a piedistallo).
Relazione di fase
La vibrazione del cuscinetto è solitamente espressa come velocità e sposta in fase lo spostamento della vibrazione dell'albero di 90°. Quando si converte la velocità in spostamento, l'angolo di fase deve essere regolato aggiungendo 90°.

Se la vibrazione è causata da uno squilibrio, la fase della massa sbilanciata ha una relazione fissa con la fase di vibrazione dell'albero e una relazione simile esiste con la vibrazione del cuscinetto.
Questa correlazione consente il bilanciamento dinamico in loco utilizzando misurazioni delle vibrazioni dei cuscinetti.
Relazione di frequenza
Sia le vibrazioni dell'albero che quelle dei cuscinetti hanno tipicamente componenti di frequenza quasi identiche. La differenza sta nel fatto che la conversione della velocità in spostamento comporta la perdita di alcuni componenti ad alta frequenza.

Per misurare le vibrazioni di strutture meccaniche complesse, come cuscinetti volventi, mozzi di ventole o giranti di pompe, i valori di velocità vengono spesso utilizzati per l'analisi dei guasti poiché forniscono informazioni spettrali più ricche.
Applicazioni pratiche nelle turbine domestiche
Nelle unità turbine-generatrici domestiche, viene comunemente misurata la vibrazione relativa dell'albero, che riflette la vibrazione del rotore rispetto al suo supporto o involucro. Una vibrazione elevata dell'albero indica un grande spostamento del rotore dalla sua posizione di equilibrio durante una rotazione.

La vibrazione del cuscinetto, come vibrazione assoluta, riflette la vibrazione dell'alloggiamento del cuscinetto rispetto alla fondazione. Nel moderno monitoraggio delle vibrazioni delle turbine, sia le vibrazioni dell'albero che quelle dei cuscinetti sono essenziali:

Se un rotore presenta vibrazioni relative dell'albero minime ma vibrazioni significative dei cuscinetti, ciò implica che, rispetto a un sistema di coordinate mobili fissato all'involucro, lo spostamento tra l'albero e il sistema di supporto è piccolo, evitando il contatto diretto.
Tuttavia lo stress dinamico sul rotore e sul sistema di supporto dipende anche dall'ampiezza delle vibrazioni della carcassa stessa. Le elevate vibrazioni della carcassa e del supporto comportano inevitabilmente un elevato stress dinamico sul rotore e sui suoi componenti.
Pertanto, qualsiasi vibrazione eccessiva dell'albero o dei cuscinetti è inaccettabile durante il funzionamento della turbina.