Σύνδεσμοι στην παραγωγή θερμικής ενέργειας: Υψηλής ταχύτητας και ροπής μετάδοση σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας στο Ηνωμένο Βασίλειο

Σενάριο Εφαρμογής · Βιομηχανική Μετάδοση Ισχύος

Σύνδεσμοι στην παραγωγή θερμικής ενέργειας: Υψηλής ταχύτητας και ροπής μετάδοση σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας στο Ηνωμένο Βασίλειο

Ατμοστρόβιλοι, θερμική διαστολή, αντοχή στην κόπωση — και η μηχανική ακριβείας σύνδεσης που διατηρεί το δίκτυο ζωντανό.

Λίγα εξαρτήματα μετάδοσης αντιμετωπίζουν έναν πιο απαιτητικό συνδυασμό καταπονήσεων από τη σύνδεση ενός ατμοστροβίλου με μια γεννήτρια μέσα σε έναν θερμοηλεκτρικό σταθμό. Όταν οι ονομαστικές τιμές εξόδου ανεβαίνουν σε εκατοντάδες μεγαβάτ και οι ταχύτητες του άξονα κυμαίνονται μεταξύ 1.500 σ.α.λ. και 3.600 σ.α.λ., σχεδόν κάθε μηχανική παράμετρος - η ροπή στρέψης, η δυναμική ισορροπία, η αντοχή στην κόπωση και η θερμική αντιστάθμιση - ωθούνται προς τα όρια αυτού που μπορούν να προσφέρουν η σύγχρονη μεταλλουργία και η κατασκευή ακριβείας. Σε όλο το Ηνωμένο Βασίλειο, από τους μεγάλους σταθμούς αεριοστροβίλων συνδυασμένου κύκλου στο Γιορκσάιρ έως τις εγκαταστάσεις μετάβασης άνθρακα που επαναχρησιμοποιούνται κατά μήκος των εκβολών του ποταμού Χάμπερ, η αξιοπιστία μιας μόνο σύνδεσης σύνδεσης μπορεί να καθορίσει εάν ένα πάγιο παραγωγής πολλών εκατοντάδων εκατομμυρίων λιρών παραμένει συγχρονισμένο με το Εθνικό Δίκτυο ή απενεργοποιείται κατά τη διάρκεια μιας περιόδου αιχμής ζήτησης.

Σε αντίθεση με τους συνδέσμους που χρησιμοποιούνται σε σχετικά μέτριες βιομηχανικές κινήσεις — αντλίες, μεταφορείς ή συμπιεστές — ο σύνδεσμος ατμοστροβίλου-γεννήτριας πρέπει να διαχειρίζεται ταυτόχρονα αμφίδρομα φορτία κραδασμών κατά τη διάρκεια συμβάντων συγχρονισμού δικτύου, κυκλική στρεπτική διέγερση από διακυμάνσεις πίεσης ατμού και την αργή αλλά αδιάκοπη αξονική ανάπτυξη που συμβαίνει καθώς το περίβλημα του στροβίλου θερμαίνεται από την ψυχρή εκκίνηση έως την ονομαστική θερμοκρασία λειτουργίας. Η επίτευξη αυτής της σωστής μηχανικής ισορροπίας δεν είναι θέμα επιλογής ενός στοιχείου καταλόγου. απαιτεί μια ακριβώς σχεδιασμένη λύση που αναπτύχθηκε σε στενή συνεργασία μεταξύ του χειριστή της μονάδας, του κατασκευαστή του στροβίλου OEM και ενός κατασκευαστή συνδέσμων με βαθιά γνώση του τομέα.

Χρειάζεστε έναν σύνδεσμο ακριβείας για την εφαρμογή παραγωγής ενέργειας που διαθέτετε;

✉ Λάβετε μια προσφορά

Αρχή Λειτουργίας: Πώς οι Σύνδεσμοι Διαχειρίζονται την Έξοδο της Τουρμπίνας

Η σύνδεση μεταξύ ενός ατμοστρόβιλου και της γεννήτριας του δεν είναι μια άκαμπτη σύνδεση με μπουλόνια. Η παραγωγή θερμικής ενέργειας δημιουργεί ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο μηχανικό περιβάλλον. Καθώς ο ρότορας του στροβίλου περιστρέφεται, ατμός υψηλής πίεσης επενεργεί στα πτερύγια για να παράγει περιστροφική ενέργεια, και αυτή η ενέργεια πρέπει να μεταφέρεται με ελάχιστη μηχανική απώλεια μέσω μιας εύκαμπτης σύνδεσης σύνδεσης στον ρότορα της γεννήτριας, η οποία τη μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο σύνδεσμος τύπου γραναζιού - ή σύνδεσμος γραναζιών - κυριαρχεί σε αυτήν την εφαρμογή παγκοσμίως επειδή βασίζεται σε στεφανωμένα εξωτερικά δόντια γραναζιών που εμπλέκονται με εσωτερικά δόντια σφηνών που στεγάζονται μέσα σε ένα χιτώνιο, μια διάταξη που παράγει μια μηχανικά ανθεκτική σύνδεση, ενώ παράλληλα προσαρμόζεται στην κακή ευθυγράμμιση που αναπόφευκτα αναπτύσσουν οι θερμικά φορτισμένοι άξονες κατά τη λειτουργία.

Κατά τη διάρκεια μιας ψυχρής εκκίνησης σε έναν σταθμό παραγωγής ενέργειας στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο άξονας του άξονα του στροβίλου και ο άξονας του άξονα της γεννήτριας ευθυγραμμίζονται εντός αυστηρών ανοχών, που συχνά μετρώνται σε εκατοστά του χιλιοστού. Αλλά μόλις ξεκινήσει η ροή ατμού και οι θερμοκρασίες του περιβλήματος αυξηθούν από συνθήκες περιβάλλοντος σε συνθήκες λειτουργίας που μπορούν να ξεπεράσουν τους 500 °C στο περίβλημα εισόδου, ο στρόβιλος διαστέλλεται αξονικά και ακτινικά. Αυτό προκαλεί μετρήσιμη παράλληλη, γωνιακή και αξονική μετατόπιση μεταξύ των δύο κεντρικών γραμμών του άξονα. Ένας σύνδεσμος γραναζιών απορροφά και τους τρεις τρόπους μετατόπισης ταυτόχρονα μέσω της σχετικής κίνησης ολίσθησης μεταξύ των δοντιών με στέμμα και του χιτωνίου, μετατρέποντας αυτό που διαφορετικά θα ήταν καταστροφικά φορτία κάμψης στα ρουλεμάν του άξονα σε θερμότητα που παράγεται από την τριβή δοντιού-χιτωνίου - θερμότητα που διαχέεται από την κυκλοφορία του λιπαντικού λαδιού που ρέει μέσω της πλήμνης του συνδέσμου.

Μονάδες μετάβασης από άνθρακα σε φυσικό αέριο (Γιορκσάιρ και Χάμπερ) — Αρκετές μεγάλες μονάδες παραγωγής θερμότητας κατά μήκος των εκβολών του Humber και σε όλο το Yorkshire βρίσκονται επί του παρόντος στο μέσο της ζωής τους, με τον εξοπλισμό παραγωγής που είχε αρχικά σχεδιαστεί για κύκλους ατμού με καύση άνθρακα να προσαρμόζεται για σύζευξη φυσικού αερίου ή πλήρη μετατροπή αερίου. Αυτές οι μετατροπές συχνά περιλαμβάνουν τροποποίηση του συστήματος άξονα του στροβίλου για να προσαρμοστεί σε μια νέα διαμόρφωση εισόδου ατμού, η οποία μετατοπίζει το προφίλ θερμικής ανάπτυξης του ρότορα στροβίλου χαμηλής πίεσης. Οι σύνδεσμοι αντικατάστασης για αυτές τις αναβαθμίσεις πρέπει να κατασκευάζονται ειδικά για να ταιριάζουν με την αναθεωρημένη γεωμετρία του άξονα, τη νέα ονομαστική ροπή και τους τροποποιημένους συντελεστές θερμικής διαστολής — εργασία που απαιτεί έναν προμηθευτή συνδέσμων ικανό τόσο για λεπτομερή ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων του δυναμικού συστήματος του ρότορα όσο και για την ακρίβεια κατασκευής για την παροχή ανοχών οπών H7/r6 ή πιο σφιχτών σε άξονες μεγάλης διαμέτρου.

Μονάδες αεριοστροβίλων συνδυασμένου κύκλου (CCGT) — Αγγλία και Σκωτία — Οι σύγχρονοι σταθμοί CCGT, συμπεριλαμβανομένων αρκετών που λειτουργούν κοντά στο Μπέρμιγχαμ και στην κεντρική ζώνη της Σκωτίας, συνδέουν αεριοστροβίλους, ατμογεννήτριες ανάκτησης θερμότητας και ατμοστρόβιλους σε μια σύνθετη διάταξη πολλαπλών αξόνων. Η σύζευξη μεταξύ του σταδίου LP του ατμοστρόβιλου και της γεννήτριας σε τέτοιες μονάδες παρουσιάζει ιδιαίτερα απαιτητικούς κύκλους λειτουργίας, επειδή ο ατμοστρόβιλος ξεκινά και σταματά συχνά καθώς η ζήτηση αερίου κυμαίνεται — κάθε θερμικός κύκλος προσθέτει ζημιά στην κόπωση στη σύζευξη. Οι σύνδεσμοι γραναζιών που επιλέγονται για την υπηρεσία CCGT συνήθως καθορίζονται με πρόσθετο περιθώριο κόπωσης και μια πιο γενναιόδωρη ακτίνα στέμματος στο προφίλ των δοντιών για τη μείωση της τάσης επαφής των δοντιών κατά τη διάρκεια των πολλών θερμικών μεταβατικών φαινομένων που υφίστανται αυτές οι μηχανές.

Τρένα ατμοστροβίλων για πυρηνικές εγκαταστάσεις (Σόμερσετ και Σάφολκ) — Πυρηνικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας σε τοποθεσίες όπως το Hinkley Point στο Οι σταθμοί Somerset και Sizewell στο Suffolk λειτουργούν μεγάλα σύνολα ατμοστροβίλων-γεννητριών, των οποίων οι απαιτήσεις ζεύξης εκτείνονται πέρα ​​από τα συνήθη βιομηχανικά πρότυπα. Οι περιπτώσεις πυρηνικής ασφάλειας επιβάλλουν πρόσθετες απαιτήσεις στον σχεδιασμό των ζεύξεων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας αντοχής στην αιχμή ροπής που σχετίζεται με ένα συμβάν ηλεκτρικής απόρριψης πλήρους φορτίου - ένα σενάριο όπου ο διακόπτης κυκλώματος της γεννήτριας ανοίγει ακαριαία με πλήρη ισχύ, μεταφέροντας την πλήρη ηλεκτρική ροπή ως μηχανικό στρεπτικό κραδασμό μέσω του ζεύξης στον άξονα του στροβίλου. Οι ζεύξεις πυρηνικών εγκαταστάσεων πρέπει να σχεδιάζονται ώστε να αντέχουν τέτοια συμβάντα χωρίς θραύση ή αποκόλληση και συνήθως υπόκεινται σε ανεξάρτητη μηχανική αναθεώρηση από τρίτους από φορείς αποδεκτούς από την Υπηρεσία Πυρηνικής Ρύθμισης.

Μονάδες βιομάζας και μετατροπής αποβλήτων σε ενέργεια (Πολλαπλές περιοχές του Ηνωμένου Βασιλείου) — Η επέκταση της παραγωγικής ικανότητας με καύση βιομάζας σε τοποθεσίες όπως το Drax στο Βόρειο Γιορκσάιρ έχει δημιουργήσει ένα σημαντικό και αυξανόμενο τμήμα της αγοράς για συνδέσμους σε εφαρμογές ατμοστροβίλων που δεν υπήρχε πριν από είκοσι χρόνια. Οι συνθήκες ατμού βιομάζας είναι γενικά πιο επιθετικές όσον αφορά τη διάβρωση που προκαλείται από χλωρίδια από ό,τι οι εφαρμογές με καύση άνθρακα, οδηγώντας σε πρόσθετες απαιτήσεις για προστασία επιφάνειας στις εξωτερικές επιφάνειες των συνδέσμων. Εντός του βαρέως κατασκευαστικού διαδρόμου του Σέφιλντ και σε όλη τη ζώνη παραγωγής των Δυτικών Μίντλαντς, οι εργολάβοι μηχανικών που διαχειρίζονται τη λειτουργία και τη συντήρηση για μονάδες βιομάζας καθορίζουν όλο και περισσότερο συνδέσμους με ενισχυμένες επιστρώσεις προστασίας από τη διάβρωση, συνδετήρες από ανοξείδωτο χάλυβα και σφραγισμένες διατάξεις λίπανσης για την παράταση των διαστημάτων σέρβις.

Βιομηχανικοί Σταθμοί Συμπαραγωγής και Συμπαραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας (Σέφιλντ και Μπέρμιγχαμ) — Συστήματα συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν εντός Οι βιομηχανικές περιοχές στο Σέφιλντ και το Μπέρμιγχαμ χρησιμοποιούν μικρότερους ατμοστρόβιλους στην περιοχή των 5-50 MW. Αυτοί οι στρόβιλοι κινούν γεννήτριες που εξάγουν ηλεκτρική ενέργεια και ταυτόχρονα παρέχουν ατμό διεργασιών σε παρακείμενα εργοστάσια. Οι σύνδεσμοι που χρησιμοποιούνται σε στροβίλους ΣΗΘ είναι μικρότεροι από τις μονάδες παραγωγής ενέργειας σε κλίμακα κοινής ωφέλειας, αλλά ο κύκλος λειτουργίας δεν είναι λιγότερο απαιτητικός - πολλοί σταθμοί ΣΗΘ λειτουργούν συνεχώς για 8.000 ή περισσότερες ώρες ετησίως. Τα σύντομα διαστήματα συντήρησης κατά τη διάρκεια των διακοπών του εργοστασίου σημαίνουν ότι ο σύνδεσμος πρέπει να σχεδιαστεί για γρήγορη πρόσβαση και επαναλίπανση, χαρακτηριστικά που ενσωματώνονται στη διάταξη του χιτωνίου και των συνδέσμων λίπανσης από έμπειρους μηχανικούς συνδέσμων.

Πλατφόρμες συμπίεσης αερίου ανοικτής θάλασσας (Βόρεια Θάλασσα, Τομέας Ηνωμένου Βασιλείου) — Παρόλο που δεν αποτελούν παραδοσιακό περιβάλλον θερμοηλεκτρικού σταθμού, οι υπεράκτιες πλατφόρμες συμπίεσης στον τομέα της Βόρειας Θάλασσας του Ηνωμένου Βασιλείου λειτουργούν φυγοκεντρικούς συμπιεστές που κινούνται με αεριοστρόβιλο σε συνθήκες που μοιράζονται πολλές μηχανικές απαιτήσεις με τους συνδέσμους ατμοστροβίλων στην ξηρά: υψηλής ταχύτητας άξονες, συνεχή λειτουργία, δύσκολη πρόσβαση για συντήρηση και απαιτητικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Ο σύνδεσμος που συνδέει έναν αεριοστρόβιλο με έναν φυγοκεντρικό συμπιεστή πρέπει να χειρίζεται τον ίδιο συνδυασμό θερμικής διαστολής, αξονικής πλεύσης και κόπωσης, ενώ παράλληλα να αντέχει την έκθεση σε αλμυρό αέρα και υγρασία που υποβαθμίζει τις εξωτερικές επιφάνειες σύνδεσης με την πάροδο του χρόνου. Οι υπεράκτιοι φορείς εκμετάλλευσης του Ηνωμένου Βασιλείου συνήθως ορίζουν το API 671 ως το κυρίαρχο πρότυπο για αυτές τις εφαρμογές, ορίζοντας ελάχιστες απαιτήσεις για τον σχεδιασμό των συνδέσμων, την τεκμηρίωση υλικών, τις δοκιμές και την προμήθεια ανταλλακτικών.

Ένας περιφερειακός φορέας εκμετάλλευσης ενέργειας που λειτουργούσε έναν σταθμό συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας στην Κάτω Κοιλάδα Ντον του Σέφιλντ, αντιμετώπιζε επαναλαμβανόμενους συναγερμούς δονήσεων στον ατμοστρόβιλο συμπύκνωσης εξαγωγής των 18 MW. Ο στρόβιλος, που κατασκευάστηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1990, βρισκόταν σε συνεχή λειτουργία βασικού φορτίου για πάνω από 22 χρόνια. Τα δεδομένα τάσης δόνησης από τους αισθητήρες εγγύτητας εδράνων έδειξαν μια προοδευτική αύξηση στο πλάτος της δόνησης 1× σε μια περίοδο 18 μηνών, συνοδευόμενη από περιοδικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της κοιλότητας ζεύξης, όπως μετρήθηκε από το σύστημα οργάνων εποπτείας του στροβίλου.

Η ανάλυση της βασικής αιτίας από τον μηχανικό εκ περιτροπής μηχανημάτων του εργοστασίου εντόπισε φθορά στις πλευρές των δοντιών του γραναζιού του αρχικού συνδέσμου, με σημάδια τριβής που εκτείνονται σε περίπου 65% του πλάτους της ενεργής επιφάνειας του δοντιού τόσο στα εξωτερικά δόντια της πλήμνης όσο και στα εσωτερικά δόντια του μανικιού. Τα εξαρτήματα λίπανσης του συνδέσμου είχαν φραγεί εν μέρει, μειώνοντας τη ροή λαδιού μέσω του πλέγματος των δοντιών και επιταχύνοντας τους ρυθμούς φθοράς κατά την προηγούμενη περίοδο συντήρησης. Ο αρχικός κατασκευαστής γνήσιων εξαρτημάτων σύνδεσης είχε διακόψει τη σειρά προϊόντων και η άμεση προμήθεια αντικατάστασης δεν ήταν πλέον διαθέσιμη.

Ο χειριστής προσέγγισε την Ever Power με ένα πλήρες σύνολο δεδομένων διαστάσεων που μετρήθηκαν με CMM από τον ελαττωματικό σύνδεσμο και ένα αντίγραφο του αρχικού σχεδίου διάταξης του άξονα του στροβίλου. Η ομάδα μηχανικών της Ever Power παρήγαγε μια λεπτομερή πρόταση αντίστροφης μηχανικής εντός 72 ωρών, συμπεριλαμβανομένου ενός αναθεωρημένου σχεδιασμού προφίλ δοντιού με αυξημένη ακτίνα στεφάνης για βελτίωση της ανοχής απόκλισης ευθυγράμμισης — μια αναβάθμιση που αντιμετώπισε έναν γνωστό περιορισμό του αρχικού σχεδιασμού. Ο σύνδεσμος αντικατάστασης κατασκευάστηκε με ακρίβεια γραναζιών DIN κλάσης 6 και ισορροπήθηκε δυναμικά με βαθμό G2.5. Πιστοποίηση υλικού κατά EN 10269 και πλήρη αρχεία επιθεώρησης διαστάσεων παρείχαν το προϊόν.

Ο ανταλλακτικός σύνδεσμος εγκαταστάθηκε κατά τη διάρκεια μιας πενθήμερης προγραμματισμένης διακοπής λειτουργίας σε συντονισμό με το δίκτυο τηλεθέρμανσης του Δημοτικού Συμβουλίου του Σέφιλντ, η οποία απαιτούσε τη μερική λειτουργία του σταθμού με καύση πετρελαίου κατά τη διάρκεια της μη διαθεσιμότητας του ατμοστρόβιλου. Μετά την επαναφορά σε λειτουργία, το πλάτος δόνησης 1× στο έδρανο του άκρου κίνησης του στροβίλου μειώθηκε από ένα επίπεδο πριν από τη διακοπή λειτουργίας των 87 µm από κορυφή σε κορυφή σε 14 µm — πολύ εντός του ορίου αποδοχής ISO 10816 για αυτήν την κατηγορία μηχανημάτων. Στη συνέχεια, ο σταθμός λειτούργησε συνεχώς για πάνω από 14.000 ώρες χωρίς επανάληψη της κατάστασης εκτροπής δόνησης και ο χειριστής έχει δώσει προκαταρκτική παραγγελία για την αποθήκευση ενός εφεδρικού ανταλλακτικού συνδέσμου στις αποθήκες του σταθμού.

© Ever Power — Λύσεις ακριβείας για ηλεκτροπαραγωγή και βιομηχανικές εφαρμογές στο Ηνωμένο Βασίλειο

επεξεργασία από gzl