Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na konstrukcji wsporczej przedstawiony został na rys.1
Rys.1. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych na konstrukcji wsporczej kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego.
Zainstalowano również czujniki do pomiaru kąta obrotu wału napędu dźwigni sterującej ustawieniem łopat kierownic. Dodatkowo, na układzie wsporczym obu dźwigni zainstalowano czujniki do pomiaru przemieszczeń obu dźwigni napędu łopat kierownic.
3. Opis pomiarów.
Pomiary wykonano w następujący sposób.
W 18 punktach pomiarowych rozmieszczono czujniki przyśpieszeń drgań bezwzględnych. Czujniki drgań mocowane były przy pomocy uchwytów magnetycznych. Mocowanie czujników przy pomocy specjalnego magnesu zapewnia liniowe przenoszenie drgań (brak zniekształcenia charakteru sygnału drganiowego) w zakresie częstotliwości od
0 Hz do ok. 300 Hz. Czujnik drgań połączono z 18 przedwzmacniaczami całkującymi typ 2651 firmy Brüel&Kjær, które przetwarzają sygnały przyśpieszenia na sygnały prędkości drgań. Tak przetworzone sygnały drganiowe zostały zarejestrowane na profesjonalnym 24 kanałowym rejestratorze magnetycznym typ VStore firmy Racal.
Równocześnie w 4 punktach pomiarowych zainstalowano czujniki ciśnienia powietrza. Czujniki ciśnień połączono z czterokanałowym wzmacniaczem typ MPL 104 firmy Peltron. Sygnały pulsacji ciśnień zarejestrowane zostały na 4 kanałach 24 kanałowego rejestratora magnetycznego typ VStore firmy Racal.
Dodatkowo w 2 punktach pomiarowych zainstalowano czujniki kąta obrotu wału dźwigni napędu kierownic wlotowych wentylatora. Sygnały proporcjonalne do obrotu wału zarejestrowane zostały na 2 kanałach 24 kanałowego rejestratora magnetycznego typ VStore firmy Racal.
Wszystkie sygnały pomiarowe rejestrowane były w tym samym czasie równocześnie
z wszystkich wyszczególnionych wyżej 24 punktów pomiarowych.
Przy pomocy tak zestawionego układu pomiarowego rejestrowano drgania jakie pojawiały się w zespole kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego w 20 różnych warunkach pracy.
Następnie w laboratorium VIBROPOMIARU zarejestrowane na profesjonalnym magnetofonie pomiarowym sygnały drganiowe poddano dokładnej analizie częstotliwościowej. Cały układ pomiarowy drgań został skalibrowany przy pomocy kalibratora – wzbudnika wibracyjnego 4291 firmy Brüel&Kjær. Zastosowany wzbudnik wibracyjny typ 4291 firmy Brüel&Kjær nr 398217 posiada aktualne świadectwo wzorcowania nr 1843 wydane 10 października 2007r. przez Laboratorium Akustyki Technicznej GIG posiadające nr akredytacji AP 006.
WYNIKI POMIARÓW
4. Wyniki pomiarów i analiza wyników pomiaru drgań.
4.1 Analiza częstotliwościowa dominujących składowych sygnałów drgań i pulsacji ciśnień.
Z uzyskanych wyników analiz częstotliwościowych sygnałów drgań bezwzględnych konstrukcji wsporczej kanału tłocznego wentylatorów powietrza wtórnego i sygnałów pulsacji ciśnienia przepływającego powietrza.
Zamieszczone w tych tablicach wielkości są dominującymi składowymi drgań lub pulsacji ciśnień jakie występują w drganiach całkowitych mierzonych w kolejnych punktach pomiarowych.
Analizę częstotliwościową drgań przeprowadzono przy pomocy dwukanałowego analizatora sygnałów typ 2032 firmy Brüel&Kjær, analizatora wibracji typ 2515 firmy Brüel&Kjær
i oscyloskopu z pamięcią typ MP 3320A firmy Philips.
Analizę widmową drgań wykonano we wszystkich punktach pomiarowych w zakresie częstotliwości od f = 0,01 Hz do f = 100 Hz.
Podczas analiz drgań stwierdzono, że w różnych punktach pomiarowych charaktery drgań różnią się w sposób zasadniczy. Najciekawsze widma dotyczyły drgań przy obciążeniu bloku N = 380 MW i przy kącie otwarcia łopat φ = 60%. W tych warunkach występowały silne drgania rezonansowe podpór kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego.
Podczas analiz obserwowano widma dla każdego punktu pomiarowego drgań przy różnych stanach obciążenia bloku i przy różnych dla ustalonego obciążenia otwarciach łopat aparatu kierowniczego, Z tych widm można wnioskować o charakterze procesu drganiowego i czy dany węzeł konstrukcyjny znajduje się i w jakim stopniu pod wpływem drgań rezonansowych. Wyniki z tych analiz przedstawiane zostały w kilku tablicach.
Dominująca w drganiach składowa o częstotliwości f = 33,375 Hz występowała jedynie
w punktach pomiarowych 1 i 2. W innych punktach składowa ta nie występowała.
W p.p. 19 i 21 pojawiła się natomiast nowa składowa o częstotliwości f = 14, 875 Hz i ona występowała w drganiach wielu punktów.
Występująca dominująca składowa drgań o częstotliwości f = 14,375 Hz jest częstotliwością rezonansową elementów wsporczych kanału powietrza wtórnego. Analiza wyników pozwala wnioskować, że składowa o tej częstotliwości generowana jest po stronie ssącej w układzie przepływowym wentylatora. Jest wielce prawdopodobne, że źródłem drgań o tej częstotliwości jest zjawisko utraty stabilności przepływu powietrza
w jednej z komór przytarczowych wirującego wirnika wentylatora.
Duże wymuszenia o tej częstotliwości nie są jednak w stanie wzbudzić do drgań rezonansowych elementów, których częstość drgań własnych wynosi f = 33,375 Hz
i przypuszczalnie przy obciążeniu bloku powyżej N = 380 MW nie występują już drgania rezonansowe rozpór rurowych zamontowanych w częściach wejściowych kanału powietrza wtórnego.
W przypadku obciążenia maksymalnego widać było, że niewielka zmiana ustawienia otwarcia łopat spowodowała wystąpienie w p.p.19 i p.p.21 dużej pulsacji ciśnienia o częstotliwości
f = 15,375 Hz. Pulsacja ta spowodowała następnie wystąpienie dużych drgań rezonansowych o tej samej częstotliwości w układzie kanału tłocznego. Świadczy to o dużym wpływie układu napływowego na dynamikę przepływu powietrza i w konsekwencji negatywnego oddziaływania strugi na dynamikę konstrukcji kanału.
W obu zewnętrznych podparciach kanału wlotowego z grupy 4 (czterech) podpór znajdujących się najbliżej wentylatora największe drgania rezonansowe obserwuje się dla kierunku wzdłużnego zgodnego z kierunkiem przepływu powietrza. W pozostałych obu wewnętrznych podparciach największe drgania obserwuje się dla kierunku pionowego.
4.2 Analiza podobieństwa dominujących składowych drgań w parze dwóch wybranych punktów pomiarowych tzn. analiza zgodności składowych dwóch procesów, czyli analiza funkcji koherencji
Wyniki analizy koherencji wskazują na wzajemną zależność czyli spójność dwóch procesów drgań w zakresie częstotliwości od f = 0,01 Hz do f = 100 Hz. Gdy współczynnik funkcji koherencji „γ” między tymi samymi składowymi dwóch różnych sygnałów jest równy jedności np. dla składowych drgań w p.p. 19 i p.p. 20 o częstotliwości f = 14, 385 Hz jest równy jedności γ19,20 = 1 to mówimy że oba procesy drganiowe w tej ściśle określonej częstotliwości są silnie od siebie zależne.
Wyniki analizy funkcji koherencji przedstawiono dla widma drgań przy obciążeniu bloku
N = 380 MW i przy kącie otwarcia łopat φ = 60%. W tym przypadku wzajemną zależność pomiędzy procesami badano w kilku charakterystycznych punktach. I tak na przykład
koherencja pomiędzy składowymi pulsacji ciśnienia powietrza wtórnego mierzonymi przed wlotem do łopatek kierowniczych w p.p.19 i za wirnikiem wentylatora 2 za żaluzjami wejściowymi do kanału w p.p.20 pomiędzy składowymi f = 15 Hz jest największa spośród innych składowych i wynosi γ = 0,988.
Koherencja pomiędzy składowymi pulsacji ciśnienia powietrza wtórnego mierzonymi przed wlotem do łopatek kierowniczych wentylatora 2 w p.p.19 i drganiami wzdłużnymi kanału
w p.p.18 pomiędzy składowymi f = 15 Hz jest największa spośród innych składowych i jej współczynnik wynosi γ = 0,995.
Koherencja pomiędzy składowymi pulsacji ciśnienia powietrza wtórnego mierzonymi za wirnikiem wentylatora 2 za żaluzjami wejściowymi do kanału w p.p.20 i składowymi wzdłużnych poziomych drgań mierzonych w p.p.18. pomiędzy składowymi f = 15 Hz jest największa spośród innych składowych i jej współczynnik wynosi γ = 0,995.
Koherencja pomiędzy składowymi pulsacji ciśnienia powietrza wtórnego mierzonymi przed wlotem do łopatek kierowniczych wentylatora 1 w p.p.21 i drganiami wzdłużnymi kanału
w p.p.18 pomiędzy składowymi f = 15 Hz jest największa spośród innych składowych i jej współczynnik wynosi γ = 0,998.
Z zamieszczonych wyników uzyskano informację, że dominujący wpływ na drgania obserwowane w punktach rozmieszczonych na konstrukcji wsporczej kanału ma proces zachodzący za wirnikiem wentylatora. Zależność ta zachodzi pomimo tego, że oba procesy przed wirnikiem i za wirnikiem są mocno od siebie zależne, a pulsacje ciśnień przed wirnikiem są o wiele silniejsze niż za wirnikiem.
6. Wnioski.
Na podstawie analizy wyników pomiarów stwierdzono, że przy obciążeniach 220 MW, 260 MW, 300 MW i 340 MW w pulsacji powietrza i punktach podparcia kanałów wlotowych (p.p.1 – 12) dominuje składowa f = 33,375 Hz.
Dla składowej tej drgania w kierunku wzdłużnym kanału są znacznie większe niż w kierunku poprzecznym i pionowym.
Składowa f = 33, 375 Hz ma charakter drgań rezonansowych i :
· Jej udział w drganiach strugi powietrza przed łopatkami kierownic jest mały.
· Jej udział w drganiach strugi powietrza za łopatkami żaluzji wylotowych
z wentylatora jest dominujący.
· Jej udział w drganiach punktów podparcia konstrukcji związanych z kanałami wlotowymi do kanału powietrza wtórnego ( od p.p.1 do p.p. 12) jest dominujący szczególnie po stronie wylotowej z wentylatora 2 .
· Składowa ta nie jest obserwowana w drganiach punktów podparcia (p.p.15 – p.p.18) konstrukcji związanych z kanałem wspólnym powietrza wtórnego. Natomiast w tych punktach obserwowana jest składowa drgań o częstotliwościach od f = 14 Hz do
f = 14,325 Hz .
Stąd wniosek, że składowa ta jest generowana w kanale wylotowym z obu wentylatorów. Prawdopodobnie są to drgania rezonansowe spawanych wewnętrznych zastrzałów w postaci rur w obu kanałach wlotowych do kanału powietrza wtórnego.
Przy obciążeniu 340 MW i po zmianie kąta otwarcia łopat składowa f = 33,375 Hz znika.
Przy obciążeniu 380 MW i prawidłowym (zgodnym z wymaganiami eksploatacyjnymi) ustawieniu łopat – 42% pulsacje strugi powietrza nie występują.
Przy tym samym obciążeniu 380 MW i po zmianie ustawienia łopat z 42% na 55% pojawia się bardzo mocna składowa f = 14,375 Hz i ona dominuje w drganiach wszystkich punktów pomiarowych. Składowa f = 33,375 Hz po zniknięciu przy obciążeniu 340 MW już się więcej nie pojawiła.
Dla składowej o częstotliwości f = 14,375 Hz podobnie jak w przypadku składowej
o częstotliwości f = 33,375 Hz drgania w kierunku wzdłużnym kanału są znacznie większe niż w kierunku poprzecznym i pionowym. Dodatkowo należy zauważyć, że drgania poprzeczne i wzdłużne podparć w lewym kanale (wlot z wentylatora 2) są znacznie większe niż w podobnych punktach pomiarowych kanału prawego (wlot z wentylatora 1). Częstotliwość tej składowej wzrasta wraz ze wzrostem obciążenia bloku.
Przy obciążeniu bloku N = 460 MW i odejściu kąta otwarcia od nastawy nominalnej wynoszącej 93 % dominująca składowa przy otwarciu 92% wynosi f = 15,375 Hz.
Po zmniejszeniu obciążenia do N = 420 MW i odejściu otwarcia łopat od otwarcia nominalnego dominująca składowa wynosi ponownie f = 14, 375 Hz.
Obie składowe, a właściwie jedna zmieniająca się składowa zarówno o częstotliwości f = 14, 375 Hz jak i f = 15,375 Hz mają charakter drgań rezonansowych i:
· Jej udział w drganiach strugi powietrza przed łopatkami kierownic jest dominujący
i znacznie przekracza wartości pozostałych składowych drgań.
· Jej udział w drganiach strugi powietrza za łopatkami żaluzji jest również dominujący leczw tym przypadkunieznacznie przekracza wartości pozostałych składowych drgań.
· Jej udział w drganiach punktów podparcia konstrukcji związanych z kanałami wlotowymi do kanału powietrza wtórnego jest dominujący zarówno po stronie wylotowej z wentylatora 1 jak i po stronie wylotowej z wentylatora 2.
· Składowa ta również dominuje w drganiach punktów podparcia (p.p.15 – p.p.18) konstrukcji związanych z kanałem wspólnym powietrza wtórnego.
Analizując wszystkie wyniki pomiarów jednoznacznie stwierdzono, że pulsacje powietrza znacznie więcej wpływają na występowanie składowej o częstotliwości f = 14,325 Hz
i f = 15,375 Hz niż na występowanie składowych drgań o częstotliwości f = 33,375 Hz.
Stąd przypuszczenie, że składowa ta prawdopodobnie jest generowana w strudze płynącego powietrza. Prawdopodobnie na strugę oddziałują bliżej w tej chwili nie określone elementy konstrukcji wentylatora. Aby dowiedzieć się jakie elementy konstrukcji oddziałują na strugę płynącego powietrza i powodują jej pulsację o częstotliwości od ok. f = 14.375 Hz do
f = 15,375 Hz należy wykonać pomiary drgań własnych wybranych elementów konstrukcji wentylatora i kanału tłocznego powietrza wtórnego. Pomiary takie powinny być przeprowadzone w następującym zakresie jak podano w poniższych punktach A, B, C i D.
A. Pomiary drgań, wentylatora wraz z kanałami doprowadzającymi powietrze do wentylatora i pomiary drgań osadzenia łopat kierownic na ssaniu.
B. Pomiary drgań własnych wybranych elementów konstrukcji wentylatora .
Pomiary takie należy wykonać na stojącym wentylatorze. Podczas tych pomiarów, przy pomocy wzbudnika drgań, wzbudzane zostaną do drgań rezonansowych następujące części konstrukcji:
1. Kanał wentylatora znajdujący się przed gumową wstawką kompensacyjną przed łopatami kierowniczymi,
2. Część kanału , która stanowi łożyskowanie łopat kierownic,
3. Wybrane części korpusu wentylatora.
Jest wielce prawdopodobne, że generatorem drgań składowej o częstotliwości od ok.
f = 14.375 Hz do f = 15,375 Hz jest drgająca z częstością drgań własnych powłoka korpusu wentylatora. W takim przypadku drgania rezonansowe mogą wywoływać drgania podparć łopat kierowniczych, a te oddziałują na przepływającą strugę wywołując jej pulsację. Jest prawdopodobne, że drgająca struga wprowadza w stan drgań rezonansowych podpory
i rozpórki wewnętrzne kanału powietrza wtórnego.
C. Pomiary drgań własnych wybranych elementów konstrukcji kanału tłocznego powietrza wtórnego.
Pomiary takie można wykonać na stojącym wentylatorze ponieważ wymagają wejścia do kanału tłocznego powietrza wtórnego. Podczas tych pomiarów, przy pomocy wzbudnika drgań, wzbudzane zostaną do drgań rezonansowych następujące części konstrukcji:
1. Zastrzały wlotów kanału, które zostały dodatkowo wspawane celem usztywnienia kanałów wlotowych,
2. Wszystkie elementy rozpierające kanał i znajdujące się wewnątrz kanału tłocznego,
3. Wybrane części korpusu wentylatora .
Wykonanie pomiarów drgań własnych ma na celu wskazanie tych elementów, które podczas pracy bloku znajdują się w rezonansie i w konsekwencji podjęcie próby redukcji drgań tych elementów.
D. Pomiary drgań własnych wszystkich elementów podparć kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego.
Wykonanie pomiarów drgań własnych wszystkich elementów podparć ma na celu wskazanie tych elementów, które podczas pracy bloku mogą wzbudzać się do drgań rezonansowych.
Jeżeli przeprowadzone pomiary wskażą źródło drgań wywołujących drgania rezonansowe, to istnieje realna szansa minimalizacji tych drgań. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów drgań własnych będzie można podjąć próbę opracowania i zastosowania skutecznego sposobu minimalizacji drgań rezonansowych podpór.
Uwaga: W trakcie pomiarów drgań przeprowadzono pomiary przemieszczeń dźwigni napędu kierownic obu wentylatorów. Pomiary te pokazały, że podczas przymykania kierownic występuje zupełny brak synchronizacji napędów łopat kierownic obu kanałów. Podczas gdy dźwignia napędu kierownicy wentylatora 1 wykonuje ruch, dźwignia napędu wentylatora 2 pozostaje w spoczynku i na odwrót. Proces realizacji przymykania łopat kierowniczych wentylatora 1 zachodzi w zupełnie innym czasie niż proces przymykania łopat kierowniczych wentylatora 2. Taki brak synchronizacji powoduje, że na wyjściu z obu wentylatorów panują zupełnie różne warunki przepływu powietrza wtórnego. W związku z tym w obu wejściach do kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego występują różne wydatki płynącej strugi co powoduje, że w miejscu łączenia się tych strug powstają zawirowania w kanale tłocznym. Takie zawirowania są prawdopodobnie źródłem pulsacji ciśnienia płynącego powietrza
i mogą mieć dominujący wpływ na generowanie drgań samego kanału, jak i podtrzymywanie drgań rezonansowych.
7. PODSUMOWANIE.
1. Przy odciążeniu bloku od N = 220 MW do N = 350 MW w drganiach rezonansowych wszystkich punktów pomiarowych układu wsporczego (za wyjątkiem punktów 14, 15, 16, 17 i 18) dominuje składowa o częstotliwości f = 33,375 Hz. Począwszy od obciążenia bloku N = 380 MW dotychczas dominująca składowa f = 33,375 Hz już nie występuje, a w jej miejsce pojawia się nowa bardziej intensywna składowa. Ta nowa składowa o częstotliwości od f = 14,375 Hz do f = 15,375 Hz dominuje teraz
w drganiach obserwowanych we wszystkich punktach pomiarowych.
2. Zwraca się uwagę, że składowa o częstotliwości f = 33,375 Hz generowana jest za wirnikiem wentylatora.
3. Składowa o częstotliwościach od f = 14,375 Hz do f = 15,375 Hz generowana jest przed wirnikiem wentylatora.
4. W trakcie procesu przymykania kierownic, przy ustalonym obciążeniu bloku, występuje całkowity brak synchronizacji sterowania łopatami kierowniczymi obu wentylatorów, co prawdopodobnie powoduje asymetrię napływu powietrza z obu wentylatorów do kanału tłocznego powietrza wtórnego.
5. Na podstawie dotychczas wykonanych pomiarów należy stwierdzić, że uzyskane wyniki pozwalają jedynie na podanie, sugestii odnoście skutecznego postępowania celem usunięcia wyłącznie skutków, a nie przyczyny występujących drgań, np. zastosowania tłumików drgań zamiast dotychczasowych przyspawanych wzmocnień w kształcie rur w kanałach wlotowych do kanału powietrza wtórnego.
6. Konstrukcję takich tłumików może zaproponować i wykonać VIBROPOMIAR, jednak z uwagi na brak znajomości częstości drgań własnych pozostałych elementów konstrukcji kanału powietrza wtórnego rozwiązanie to może okazać się mało skuteczne.
7. Przeprowadzone badania drgań na dotychczasowym etapie prac pozwalają jedynie ukierunkować dalszy ciąg działań, gdyż zachodzi obawa, że dalsze postępowanie zmierzające do minimalizacji drgań kanału powietrza wtórnego pociągnie za sobą konieczność zmian konstrukcyjnych układu przepływu powietrza.
8. Celem podjęcia skutecznej walki z drganiami kanału powietrza wtórnego należy koniecznie wykonać pomiary drgań części przepływowej wentylatora i zrealizować wyszczególnione dalej pomiary częstotliwości drgań własnych elementów konstrukcji.
9. Należy wykonać pomiary drgań własnych wybranych elementów konstrukcji wentylatora .
10. Należy wykonać pomiary drgań własnych wskazanych i ściśle określonych elementów konstrukcji kanału tłocznego powietrza wtórnego.
11. Należy wykonać pomiary drgań własnych wszystkich elementów podparć kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego.
12. Nie jest wykluczone, choć mało prawdopodobne, że zaistnieje konieczność zainstalowania czujników drgań wewnątrz kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego i wykonania pomiarów drgań elementów rozpierających kanał.
13. Dopiero wykonanie zalecanych powyżej pomiarów drgań pozwoli jednoznacznie określić źródła drgań i pomóc w opracowaniu skutecznego sposobu minimalizacji drgań kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego. Bez tych informacji nie ma możliwości przedstawiania jakichkolwiek propozycji przeprowadzenia zmian konstrukcyjnych celem zrealizowania skutecznego sposobu minimalizacji drgań.
8. ZALECENIA z pierwszego etapu badań.
W celu w opracowaniu skutecznego sposobu minimalizacji drgań kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego, w oparciu o uzyskane wyniki prac zaleca się zrealizować następujące działania:
1. Doprowadzić do całkowitej synchronizacji sterowania łopatami kierowniczymi obu wentylatorów, w trakcie procesu ich przymykania przy ustalonym obciążeniu bloku.
2. Podczas postoju bloku wykonać pomiary częstości drgań własnych wybranych elementów korpusu komory wentylatora.
3. Podczas postoju bloku wykonać pomiary częstości drgań własnych wskazanych i ściśle określonych wewnętrznych elementów konstrukcji kanału tłocznego powietrza wtórnego.
4. Podczas postoju bloku wykonać pomiary drgań własnych wszystkich elementów podparć kanału tłocznego wentylatora powietrza wtórnego.
5. W czasie eksploatacji bloku wykonać pomiary drgań wewnętrznych elementów rozpierających kanał.
6. W czasie eksploatacji bloku wykonać pomiary drgań korpusu wentylatora i kanałów doprowadzających powietrze do wentylatorów (przed gumową „wstawką” dylatacyjną).
Podane wyżej zalecenia zostały zrealizowane w następnym, drugim etapie badań.
Katalog publikacji 
