Na podstawie obserwacji powyższych obrazów (rejestracja przebiegów czasowych o tej samej częstotliwości dominujących składowych drgań mierzonych w różnych odległych od siebie punktach) stwierdza się, że dla dominujących składowych drgań zarówno czasy wzrostu wartości jak i czasy występowania tego wzrostu i jego zaniku w obu punktach pomiarowych są różne i mają charakter procesu przypadkowego.
Z powyższej analizy wynika, że obserwowane drgania w różnych miejscach kotła są od siebie niezależne i charakter ich drgań w każdym punkcie pomiarowym jest inny.
Na tej podstawie można wnioskować, że obserwowany na kotle proces drganiowy jest procesem przypadkowym. Mimo obserwowanego w kilku miejscach pomiarowych wyraźnego wpływu drgań podpory kanału tłocznego wentylatorów powietrza zimnego w p.p.21 na drgania pozostałych innych punktów kotła (współczynnik koherencji 0, 9 < γ ) należy wykluczyć przypuszczenie, że powodem drgań kotła są wentylatory powietrza. Należy bowiem pamiętać, że wentylatory powietrza mają stałą prędkość obrotową, oraz stałe parametry masowe i geometryczne, a zatem generują drgania o stałej częstotliwości i amplitudzie.
Uwaga: Podczas oględzin obiektu zwrócono uwagę na fakt, że zewnętrzne narożne wsporniki są na stałe pospawane do konstrukcji kotła, natomiast wewnętrzne podpory są połączone z kotłem elastycznie – przegubowo.
Analiza zamieszczonych w tablicy 2 wyników pomiarów drgań sumarycznych tzn. zawierających wszystkie składowe wskazuje, że największe drgania podparć występują w p.p.7, p.p.8, p.p.12, p.p.14 i p.p.18. Należy zwrócić uwagę na to, ze punkty te umieszczone zostały na wspornikach podestów, które są sztywno połączone z narożami ścian kotła. Punkty pomiarowe p.p.7, p.p.8, p.p.14, i p.p.18 zlokalizowane są na wspornikach przyspawanych do naroży znajdujących się po stronie komory spalania. Pozostałe wsporniki podestów, które powiązane są z kotłem przy pomocy zawieszeń przegubowych, w p.p. 4, p.p.5, p.p.17, mają mniejsze wartości drgań sumarycznych od wartości drgań wsporników na stałe związanych z kotłem. Na tej podstawie można przypuszczać, że źródło wymuszeń do drgań konstrukcji kotła znajduje się we wnętrzu kotła. Należy zwrócić również uwagę na fakt, że większe drgania podparć podestów obserwuje się od strony komory spalania. Podparcia podestów znajdujące się po stronie pęków rur przegrzewaczy mają mniejsze amplitudy drgań aniżeli podparcia przyspawane do naroży kotła po stronie przeciwnej.
Można więc przypuszczać, że występują różne dla każdego punktu pomiarowego inne źródła wymuszeń i występują one w różnych zupełnie przypadkowych miejscach.
W tej sytuacji sprawdzono następne możliwe źródło drgań kotła. Może nim być zjawisko dynamiki przepływu polegające na wzbudzaniu do drgań rezonansowych rury wymienników, które z kolei pobudzają do drgań całą konstrukcję wsporczą, podesty i kanały tłoczne.
W kolejnej sesji pomiarowej pomierzono częstości drgań własnych rur podgrzewaczy, aby sprawdzić czy niektóre z dominujących składowych drgań kotła nie pochodzą od pojawiających się i zanikających drgań rezonansowych tych rur.
4.3. Pomiar częstości drgań własnych rur pęków podgrzewaczy wymienników kotła.
Podczas rewizji kotła stwierdzono, że zostało uszkodzonych kilka elementów wiążących pęki rur górnego podgrzewacza wody. Uszkodzenie polegało na pęknięciu płaskowników spinających poszczególne rury w tym samym pęczku wymiennika. Na rys. 19 i rys.20 pokazano zdjęcia uszkodzeń płaskowników.
Rys.19. Uszkodzenia w górnym pęku rur podgrzewaczy
Rys.20.Uszkodzenia w środkowym pęku rur podgrzewaczy.
Miejsce uszkodzenia i jego charakter sugeruje, że omawiane pęki rur mogą wpadać w cykliczne drgania o charakterze rezonansu. Praca w rezonansie jest szczególnie niebezpieczna dla rur, gdyż mogą one ulegać destrukcji zmęczeniowej. Powodem drgań może być przepływ spalin, który może powodować najprostszy przypadek utraty stateczności rury wskutek zrywania z jej powierzchni przepływającej strugi. Przepływająca struga ulega zsynchronizowanemu zrywaniu zawirowań w postaci schodzących z rury wirów Karmana, a te w przypadku gdy ich częstotliwość zrywania wirów jest zgodna z częstotliwością drgań własnych rur doprowadza do powstania silnych drgań rezonansowych tych rur. Drgania wykonywane są w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu spalin.
Gdy takie zjawisko wystąpi to płaskowniki wiążące pęki rur poddane są systematycznemu zginaniu i pękają wskutek zmęczenia materiału.
Te właśnie drgania mogą wzbudzać całą konstrukcję kotła i powodować powstawanie drgań kotła i jego elementów o częstotliwości składowych drgań kotła zgodnych z częstotliwością drgań rezonansowych rur.
W związku z tym wyznaczono częstotliwości drgań własnych wszystkich pęczków rur podgrzewaczy wymienników. Otrzymane wyniki tych częstotliwości porównano następnie z częstotliwościami drgań jakie pomierzono na kotle. Zgodność częstotliwości drgań własnych rur z częstotliwościami dominujących składowych drgań kotła wskaże czy i które elementy wymiennika pracują w rezonansie i czy mają wpływ w na pobudzenie do drgań całej konstrukcji kotła.
Na rys. 21 pokazano układ pomiarowy służący do wyznaczenia częstości drgań własnych rur podgrzewaczy.
Rys. 21. Układ pomiarowy służący do pomiaru drgań własnych rur podgrzewaczy.
W wyniku przeprowadzenia pomiarów drgań własnych rur wymienników uzyskano następujące wyniki :
I górny pęczek rur podgrzewacza
Drgania własne poprzeczne, które mogą wywołać pęknięcia płaskowników spinających poszczególne rury w tym samym pęczku wymiennika
40 Hz, 48,5 Hz, 64 Hz, 81 Hz.
II środkowy pęczek rur podgrzewacza
Drgania własne poprzeczne w tym samym pęczku wymiennika
28,3 Hz, 30,3 Hz, 33,6 Hz, 40 Hz, 44 Hz.
Drgania własne pionowe w tym samym pęczku wymiennika
44 Hz, 78,7 Hz, 88,1 Hz
Drgania własne skrętne w tym samym pęczku wymiennika
34 Hz, 36 Hz, 38 Hz.
III dolny pęczek rur podgrzewacza – rury poprzeczne do osi palników
Drgania własne poprzeczne w tym samym pęczku wymiennika
73 Hz, 81 Hz, 84,5 Hz.
Drgania własne pionowe w tym samym pęczku wymiennika
16,8 Hz, 23,5 Hz, 60 Hz
Powyższe wyniki wskazują na to, że jeżeli w dowolnym źródle drgań kotła jedna ze składowych widma drgań sumarycznych jest zgodna z jedną z podanych wyżej częstotliwości, to rurka w tym wymienniku będzie wykonywać drgania rezonansowe o częstotliwości zgodnej z częstotliwością tej składowej. Jeżeli wystąpią drgania rezonansowe o dużej amplitudzie drgań to obowiązkowo muszą wystąpić zmęczeniowe uszkodzenia tych elementów – np. wiązań.
Również takie zjawisko drgań rezonansowych rur wymiennika wystąpi, jeżeli dla przepływających przez wymiennik spalin częstotliwość zrywania z opływanej rurki wymiennika wirów jest zgodna z częstotliwością drgań własnych rur.
Częstotliwość drgań rezonansowych obserwowana będzie w drganiach kotła jako składowa o stałej amplitudzie drgań o tej częstotliwości.
Porównując pomierzone częstotliwości drgań składowych kotła z wartościami częstotliwości składowych z tablicy 2 widać, że tylko w 3 punktach pomiarowych tj w p.p.3, p.p.15 i p.p.19 występujące częstotliwości drgań mogą pochodzić z pracujących w rezonansie rur wymienników. W omawianym przypadku drgania mogą pochodzić od drgań rezonansowych rur drugiego (środkowego) zespołu pęków rur podgrzewacza. Jednak gdyby te składowe pochodziły od drgań rezonansowych wzbudzanych w sposób ustalony przez przepływ spalin o stałej prędkości, to amplituda drgań tych składowych musiała by mieć stałą wartość. A tak nie jest na co wskazują zamieszczone na rysunkach od rys. 13 do rys. 17 reprezentatywne dla wszystkich dominujących składowych przebiegi czasowe drgań. Składowe te zamiast przebiegu ustalonego mają charakter procesu przypadkowego.
Jeżeli występujące składowe drgań kotła pochodzą od drgań rezonansowych rur wymiennika, to również drgania rezonansowe wymiennika muszą posiadać charakter drgań przypadkowych – nieustalony charakter drgań. Będzie się tak działo, jeżeli prędkość przepływu spalin jest procesem przypadkowym.
Jeżeli natomiast składowe drgań kotła pochodzą ze źródła innego, to również to źródło musi posiadać charakter drgań losowych.
Pozostał więc do rozpatrzenia trzeci przypadek istnienia źródła wzbudzenia drgań kotła jakim jest zjawisko pulsacji płomienia i zawirowania w komorze spalania, które poprzez pulsacyjną zmianę prędkości przepływu spalin mają wpływ na charakter drgań konstrukcji.
4.3 Analiza możliwości oddziaływania pulsacji procesu spalania na konstrukcję kotła i jego elementy.
Jeżeli przyjmiemy, że występuje zjawisko pulsacji płomienia i zawirowania w komorze spalania, które poprzez pulsacyjną zmianę prędkości przepływu spalin mają wpływ na charakter drgań konstrukcji, to w takim przypadku występują drgania narastające i gasnące. Nie ma więc drgań o stałej amplitudzie dla ściśle określonej częstotliwości. Pulsacyjny przepływ spalin może powodować wzrost i spadek prędkości przepływu spalin i co za tym idzie narastanie i malenie intensywności zrywania wirów z opływanego przez spaliny pęku rur.
Przeprowadzona w dotychczasowym zakresie analiza wskazuje na występowanie takich drgań.
W związku z tym można przypuszczać, ze powodem pulsacji przepływu spalin jest pulsacyjny charakter procesu spalania. W tym celu należy przeprowadzić odrębny cykl pomiarów polegający na pomiarach i analizie wzajemnego podobieństwa obserwowanego procesu drgań kotła z czynnikami i zjawiskami mającymi bezpośredni i pośredni wpływ na stabilność procesu spalania. Badania takie wymagają odpowiedniego zaprojektowania pomiarów w uzgodnieniu z projektantem układu spalania.
5. Wnioski.
Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników drgań kotła można powiedzieć, że:
1. We wszystkich punktach pomiarowych, w których obserwowano drgania kotła dominujące składowe drgań nie wykazują żadnego podobieństwa ze składowymi drgań w p.p.21, co można interpretować, że drgania wentylatorów powietrza nie maja wpływu na drgania kotła.
2. Charakter składowych drgań kotła wskazuje, ze drgania te we wszystkich punktach pomiarowych mają charakter procesu przypadkowego. Obserwacja ta wskazuje, że ponieważ wentylatory powietrza mają stałą prędkość obrotową, oraz stałe parametry masowe i geometryczne, a zatem generują drgania o stałej częstotliwości i amplitudzie, nie mogą być źródłem drgań o charakterze drgań losowych.
3. Obserwowane drgania w różnych miejscach kotła są od siebie niezależne i charakter ich drgań w każdym punkcie pomiarowym jest inny.
4. W tym samym czasie w różnych punktach pomiarowych na kotle występują drgania, których źródła mają w tym samym czasie różne pochodzenie.
5. Powodem drgań kotła nie mogą być ustalone drgania rezonansowe pęków rur wymienników.
6. W kotle mogą występować nieustalone (drgania o charakterze losowym) drgania rezonansowe rur wymiennika sekcji środkowej.
7. Wszystkie elementy podparć podestów które są na stałe związane z konstrukcją kotła posiadają większe drgania niż elementy elastycznie łączone z kotłem.
8. Podpory podestów, które na stałe są związane z częścią kotła po stronie komory spalania mają większe drgania od elementów sztywno związanych z kotłem lecz połączonych
z nim od strony pęków podgrzewaczy.
9. Przepływająca struga ulega częściowemu synchronizowanemu w sposób przypadkowy zrywaniu zawirowań w postaci schodzących z rur podgrzewaczy wirów Karmana, a te
w przypadku gdy ich częstotliwość zrywania wirów jest zgodna z częstotliwością drgań własnych rur doprowadzają do powstania przemijających drgań rezonansowych tych rur.
10. Przeprowadzone badania wskazują, że prawdopodobnym głównym źródłem drgań jest pulsacyjny charakter procesu spalania, wywołujący pulsacyjne zawirowania w komorze spalania i pulsacyjną zmianę prędkości przepływu spalin.
6. ZALECENIA.
W celu sprawdzenia czyli potwierdzenia lub wykluczenia podejrzenia, że główną przyczyną drgań kotła jest nieustalony proces spalania, należy przeprowadzić odrębny cykl pomiarów polegający na pomiarach i analizie wzajemnego podobieństwa obserwowanego procesu drgań kotła z czynnikami i zjawiskami mającymi bezpośredni i pośredni wpływ na stabilność procesu spalania. Badania takie wymagają odpowiedniego zaprojektowania pomiarów w uzgodnieniu z projektantem układu spalania.
Z uwagi na odstąpienie wykonawcy kotła od prac remontowych i następnie po kilku miesiącach od przekazania mu powyższego opracowania, ogłoszenia upadłości firmy wykonawcy, nie przeprowadzono dalszych badań.
Katalog publikacji 
.JPG)
.JPG)
.JPG)
.gif)
