فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویرایش+ و تایپ کامل فرمول ها) مقاله به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۱۳ صفحه است

تاثير تغييرات فركانس شبكه در بهره‌برداري وايمني واحدهاي با توربين بخار

الياس رحيم زاده

شركت توانير

چكيده:

در مواقعيكه فركانس شبكه به دلايلي چون بهم خوردن توازن توليد و مصرف تغيير مي‌كند، تجهيزات مختلف الزاماً در دورهايي غير از دور نامي خود قرار مي‌گيرند و نهايتاً‌ ازنظر مكانيكي و حرارتي شرايط ناخواسته‌اي بر آنها تحميل مي‌گردد.

يكي از عوامل مهم تهديد كننده ايمني، بهره‌برداري از توربين هاي بخار داراي كندانسور بروز حالات ارتعاش طبيعي تشديد شده ناشي از تغييرات فركانس شبكه در پره‌هاي طبقات انتهائي مي‌باشد كه به تنهائي و يا به كمك عوامل  تهديد كننده ديگري چون خوردگيهاي مختلف، به سرعت سبب كاهش عمر مفيد اين پره‌ها مي‌گردند.

لذا آشنايي و رعايت محدوده هاي مجاز فركانسي براي بهره‌برداري مطمئن از تجهيزات مختلف منجمله توربين اهميت ويژه اي دارد.

دراين مقاله سعي شده ضمن ارائه توضيحات مختصر، رفتار بعضي از واحدهاي توانير درمقابل تغييرات فركانس شبكه مورد مطالعه و بررسي قرار گيرد.

 

شرح مقاله:

بهم خوردن تعادل توليد و مصرف برق در شبكه، سبب تغييرات در فركانس مي‌گردد و درنتيجه آن دور كاري تجهيزات مختلف چه توليدكننده و چه مصرف كننده تغيير مي يابد.

ژنراتورها، موتورها، توربينها، پمپها و غيره الزاماً در دورهايي مغاير با دور نامي خود قرار مي‌گيرند.

چنانچه عدم تعادل باري بوجود آمده در شبكه در مقايسه با ميزان انرژي ذخيره شده بصورت اينرسي دوراني تجهيزات در شبكه كم باشد، تغييرات فركانس نيز كم خواهد بود و اصلاح آن با عكس العمل مناسب مانند تغيير ميزان توليد توسط واحد يا واحدهاي كنترل كننده فركانس بسهولت و در زمان كمتر انجام مي‌پذيرد.

چنانچه عدم تعادل باري بوجود آمده در شبكه قابل توجه شود، تغييرات فركانس بوجود آمده نيز محسوس‌تر شده و زمان بيشتري براي اصلاح آن لازم مي‌گردد.

 

۱ـ رفتار واحدهاي بخاري داراي ري هيت و كندانسور در تغييرات فركانس شبكه:

۱ـ۱ـ اينرسي دوران: واحدهاي بخاري داراي ري‌هيت و كندانسور، اينرسي دوراني بيشتري نسبت به واحدهاي آبي دارا مي‌باشند. لذا عكس العمل آنها در مقابل تغييرات فركانس كندتر بوده و احتمال ماندن آنها در زمانهاي بيشتري تحت فركانس تغيير يافته از فركانس نامي وجود دارد . (جدول ۱)

جدول ۱ـ ثابتهاي اينرسي ماشينهاي سنكرون

 

۲ـ۱ـ رفتار در مقابل كاهش فركانس: زمانيكه فركانس كاهش قابل ملاحظه اي مي‌يابد، سيستم كنترل بار و دور توربين سريعاً شروع به باز كردن والوهاي كنترل ورودي بخار مي‌كند تا بخار بيشتري به توربين هدايت شود. از سوي ديگر بعلت كاهش دور، ميزان دبي و فشار در جريان هوا و آب و سوخت روند كاهشي مي‌يابند (چون در پمپها و فنها معمولاً دبي با توان اول و فشار با توان دوم و قدرت با توان سوم دور تغيير مي‌كند).

تركيب تغييرات مذكور سبب كاهش درجه حرارت و فشار بخار خروجي از بويلرها مي‌گردد و البته ميزان اين كاهش بستگي به چگونگي و سرعت عمل تجهيزات و سيستمهاي كنترل مورد استفاده براي آنها دارد.

كاهش درجه حرارت و فشار بخار همراه با كاهش دور در توربين سبب افت قدرت توليدي مي‌گردد و در نتيجه توليد بار اضافي براي اصلاح فركانس در زمان نسبتاً بيشتري صورت مي‌گيرد.اين زمان در توربينهايي كه مجهز به سيستمهاي كنترل تنشهاي حرارتي هستند، مي‌تواند طولاني‌تر هم بشود. لذا خطر كاركرد اين واحدهاي بخاري در فركانسهاي غيرنامي به مدت طولاني زياد مي‌باشد.

 

۳ـ۱ـ رفتار در مقابل افزايش فركانس: توربين‌ها و پمپها و فنها در اثر بالارفتن دو رناشي از افزايش فركانس شبكه، توان بيشتري را ايجاد و يا طلب مي‌نمايند كه به ژنراتورها و موتورها منتقل مي‌گردد و در نتيجه تجهيزات تحت تاثير نيروها و كوپل هاي اضافي قرار مي‌گيرند و در اين ميان نيروهاي گريز از مركز (با توان دوم سرعت دوران) و افتهاي اصطكاكي داخلي (با توان دوم و بيشتر سرعت دوران) افزايش مي‌يابند كه درمجموع سبب مي‌شوند تنشهائي بيش از تنشهاي نامي به اجزاء و قطعات مختلف وارد گردد و عمر مفيد آنها را تهديد نمايد.

 

۲ـ رفتار ارتعاشي تجهيزات:

از خطرات مهم تغييرات فركانس شبكه، بروز حالات تشديد ارتعاشات طبيعي در قطعات مختلف مي‌باشد. پره‌ها، روتورها، نگهدارنده‌هاي ياتاقانها، لوله‌هاي آب و بخار و امثال آنها در توربين‌ها و پمپها و فنها و موتورها و غيره داراي چنين زمينهاي هستند و گرچه سعي مي شود كه در طراحي و در ساخت آنها فركانسهاي طبيعي ارتعاشي باندازه كافي در خارج از محدوده‌هاي فركانسهاي نظير فركانس نامي قرار گيرند ولي محدوديتهاي مختلف طراحي وساخت و از طرفي وجود امكان تغيرات در فركانسهاي طبيعي قطعات و بروز ضعفهاي ديگري چون انواع خوردگيها كه بدلايل محتلف و پس از مدتي بهره‌برداري مي‌توانند ايجاد شوند لازم مي‌گردد كه از بهره‌برداري تجهيزات در فركانسهاي غير مجاز تا حد امكان پرهيز شود.

پره‌هاي دوار طبقه انتهائي و روتورها از مهمترين اجزاء توربين هستند كه بايد از بروز تشديد ارتعاش در آنها جلوگيري شود.

پره‌هاي طبقه آخر بدليل داشتن طول زياد داراي فركانس ارتعاشي مد اول كمتري هستند و معمولاً تعداد مدهاي ارتعاشي آنها در محدوده فركانسهاي نظير دور كاري توربين (۵۰,۱۰۰,۱۵۰,۲۰۰,۲۵۰,………) بيشتر مي‌گردد و حالتهاي ارتعاشياين پره‌ها بصورت مماسي و محوري (نسبت به جهت محور توربين) و پيچشي مي‌باشد. البته حالتهاي ارتعاشي ديگر نيز در آنها بوجود مي‌آيد مانند لرزش بخشي از لبه پره در سرتاسر آن كه به حالت Panel  Mode موسوم است و داراي فركانسهاي بسيار بالاتري نسبت به فركانس مدهاي اوليه لرزش طبيعياين پره‌ها است. فركانس ضربان بخار ورودي بهاين پره‌ها كه از حاصلضرب دور توربين * تعداد پره‌هاي ثابت مربوطه آنهاايجاد مي‌شود نيز از عوامل بوجودآورنده مدهاي ارتعاش طبيعي و ارتعاش Panel  Mode مي‌باشد.

 

۳ـ حد و زمان مجاز تحمل تنشهاي متناوب:

بروز ارتعاشات تشديد شده سبب مي‌شود كه تنشهاي متناوب بوجود آمده در قسمتهاي مختلف پره ازمقدار حد تحمل (Endurance  Limit) فلز پره فراتر روند و در اينصورت مدت زمان اعمال اين تنشها در مجموع اهميت پيدا مي‌كند و نبايد از حدود مجازي بيشتر گردد چون منجر به بروز عيب و ترك و نهايتاً شكست خواهد گرديد. (شكل ۱)

شكل (۱)ـ منحني تغييرات تنشهاي متناوب قابل تحمل (S-N)