Domanda:
In che modo le turbine di grandi dimensioni gestiscono l'asimmetria e il battito che ne deriva?
sharptooth
2015-02-24 19:39:22 UTC
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Una grande turbina utilizzata in un impianto elettrico può facilmente avere un diametro di oltre 10 metri e ruotare a una velocità di oltre 70 giri / min. In caso di asimmetria la turbina rotante produrrà un battito che prima o poi distruggerà la pianta. Realizzare una turbina così grande e perfettamente simmetrica sembra una sfida difficile.

Come viene risolto questo problema? Perché il battito dell'asimmetria della turbina non causa danni meccanici?

NB che 70+ è un po 'vago - alcuni girano a migliaia di giri (es. Turbina a gas MS9000 - 3000 giri / min)
I grandi generatori di rete elettrica non funzionano a soli 1,2 Hz. È troppo lento. Generalmente funzionano alla frequenza di linea, che è 50 o 60 Hz a seconda della parte del mondo in cui si trovano. Questo è il più lento che possono funzionare poiché una rivoluzione è quindi un ciclo di uscita completo.
@OlinLathrop a meno che non ci siano più inversioni magnetiche per rotazione (improbabile però)
Esistono generatori multipolari di @ratchet:, ma i generatori su larga scala sono unipolari per quanto ne so.
Tre risposte:
#1
+13
Olin Lathrop
2015-02-24 20:45:14 UTC
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È fatto con attenzione. Molte altre macchine rotanti hanno lo stesso problema e interi sistemi esistono solo per affrontarlo.

Ad esempio, i motori a reazione sono generalmente più piccoli, ma di solito girano anche molto più velocemente. Il bilanciamento di un motore a reazione è qualcosa che riceve molta attenzione durante la produzione, e di nuovo ogni volta che viene rimontato dopo essere stato sufficientemente smontato. Ho lavorato su sistemi metrologici progettati per misurare la non rotondità di pochi µm di parti circolari di un metro o più di diametro. Le grandi strutture di manutenzione hanno tali sistemi, oltre ai produttori.

Un metodo di bilanciamento che ho visto utilizzava una pila di più "piastre". Queste piastre erano strutture ad anello che sarebbero parte del sistema di filatura. Nessuna piastra potrebbe essere prodotta esattamente nel modo giusto. Il sistema metrologico misurava accuratamente le asimmetrie di ciascuna piastra, quindi calcolava l'orientamento che le più piastre devono essere montate insieme per creare un oggetto più grande che fosse bilanciato ad alta precisione.

Esistono anche altre tecniche, come costruiscilo meglio che puoi, quindi bilanciati in seguito. In realtà in pratica vengono impiegate più tecniche, con l'assemblaggio finale bilanciandone sempre una. Funziona in modo molto simile al bilanciamento dinamico dei pneumatici. La turbina viene fatta girare lentamente e le vibrazioni misurate in sincronia con le rotazioni. Da questo un sistema informatico calcola quanto peso aggiungere o rimuovere dove.

Lo schema più comune che ho visto è praticare fori o rientranze in una certa area di metallo lasciata disponibile per quello scopo. Il computer ti dirà dove forare e quale diametro in base all'analisi delle vibrazioni. In un altro caso abbiamo un prodotto elettronico che è stato filato come parte del suo normale funzionamento. In questo caso abbiamo lasciato alcune pastiglie di saldatura a foro passante ad angoli diversi dall'albero. L'analizzatore di vibrazioni ha quindi suggerito quali pad riempire con la saldatura, operazione eseguita manualmente da un tecnico in questo caso.

Questo processo generale di misurazione e regolazione viene ripetuto fino a quando le vibrazioni non sono al di sotto di un livello specificato. Nonostante le migliori misurazioni e algoritmi, qualsiasi regolazione non sembra mai annullare le vibrazioni tanto quanto dovrebbe in teoria.

#2
+3
ratchet freak
2015-02-24 19:50:43 UTC
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Contrappesi regolabili.

Le ruote e le gomme della tua auto non sono prodotte perfettamente circolari ma dopo che la gomma è stata montata (o hai deciso di riequilibrare) il meccanico appunta dei pesi per mettere il centro di massa più vicino all'asse. La turbina può essere bilanciata durante la normale manutenzione in modo simile.

Ricorda inoltre che 70 giri / min sono circa 1,2 Hz. E la struttura dell'impianto sarà progettata per avere una frequenza naturale che non è un'armonica della velocità tipica della turbina.

#3
+2
alephzero
2015-02-25 05:35:07 UTC
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Potrebbero non essere necessari contrappesi aggiuntivi. Le singole pale del rotore avranno masse leggermente diverse a causa delle tolleranze di produzione. Nei motori degli aerei, ogni pala viene pesata accuratamente e le diverse masse sono disposte attorno all'albero per migliorare l'equilibratura.

Inoltre, il rotore può essere progettato per funzionare più velocemente della sua velocità di rotazione critica durante il normale funzionamento. In quella situazione, tende ad essere autocentrante, e i cuscinetti possono "galleggiare" su una pellicola di olio in modo che il rotore giri attorno al suo centro di massa, non al suo centro geometrico. Le grandi forze di sbilanciamento si verificano solo per un breve periodo all'avvio e allo spegnimento, quando il rotore accelera / decelera attraverso la velocità di rotazione.

Un problema correlato è che quando la macchina viene spenta, il calore residuo aumenta naturalmente e la differenza di temperatura tra la parte superiore e quella inferiore può piegare il rotore fuori equilibrio. Per evitare ciò, il rotore può essere azionato continuamente a bassa velocità (ad esempio 1 RPM) quando la macchina è nominalmente "ferma" fino a quando il rotore non si è raffreddato, il che può richiedere diverse ore per una turbina di grandi dimensioni.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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