Elemente de Teoria Vibratiilor

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1. Definiții

Când vine vorba despre vibrații mecanice, se sune, în mod firesc, întrebarea : care este definiția acestui gen de mișcare ? Răspunsul este diferit, în funcție de sfera de cuprindere a noțiunii.

În sensul cel mai restrîns, vibrația armonică a unui punct material sau a unui rigid este mișcarea în care deplasarea variază în mod continuu, într-un sens și altul, de un număr nelimitat de ori, după legea armonieă

x = xo sin pt, (1.1)

unde x reprezintă poziția mobilului la un moment dat, față de originea aleasă în centrul de oscilații, x0 — amplitudinea mișcării, p — pulsația vibrației.

Într-o accepțiune mai largă, vibrația este o mișcare într-un sens și altul, care se reproduce periodic în timp, după o lege oarecare.

Sfera noțiunii se poate extinde mai departe, dînd numele de vibrațiilor și mișcărilor amortizate, la care amplitudinea scade mereu, ecuația mișcării putîd avea, de exemplu, expresia

x = x0e-nt sin pt, (1.2)

unde n reprezinta un coeficient care măsoară intensitatea amortizării. Tot vibrațiile sunt și mișcările instabile la care amplitudinea crește mereu cu timpul, exponentul din relația (1.2) fiind pozitiv.

Toate mișcările de felul celor citate, la care se poate scrie o expresie analitică a mișcării, constituie grupa vibrațiilor deterministe.

În opoziție cu acestea, mișcările la care deplasarea are o evoluție imprevizibilă în timp, deci nu poate fi exprimată analitic, poartă numele de vibrații nedeterministe sau aleatoare. Acestea pot fi studiate numai pe baza unor înregistrări de durată finită, numite realizări și a prelucrării statistice a rezultatelor; ele sunt caracteristice în special vehiculelor rutiere și aeriene.

Pentru sisteme liniare cu mase concentrate, P.K. Stein [1] definește vibrația printr-o „relație liniară, specifică sistemului și elementelor sale, între derivatele sau integralele de ordinul n ale deplasărilor, observate într-un punct caracteristic al structurii”.

1.2. Scopul măsurărilor de vibrații

În epoca modernă, studiile referitoare la vibrații devin tot mai frecvente și hotărâtoare pentru numeroase construcții, vehicule, mașini.

Realizarea de mașini și vehicule tot mai ușoare și de puteri tot mai mari, având viteze tot mai mari, face ca spectrul frecvențelor excitatoare să se interpătrundă tot mai mult cu cel al frecvențelor proprii. Deci și vibrațiile cu caracter dăunător să devină tot mai frecvente. Folosind tehnica moderna s-au construit o serie de instalații care produc, în mod voit, vibrații în scopuri tehnologice cum ar fi: vibratoare de beton, mașini de compactat solul, vibro-percutoare, transportoare, site vibrante, mașini de încercat la oboseală etc.

Sunt însă și sisteme oscilante la care studiul vibrațiilor poate fi făcut în totalitate pe cale teoretică: sisteme cu mase concentrate, corpuri masive ce prezintă anumite simetrii, plăci plane, bare drepte etc. Cînd vine vorva de o construcție sau masină de formă complexă, modelul matematic ales poate duce la rezultate mult diferite de realitate.

În asemenea cazuri, exista o singută soluție și aceea este măsurarea vibrațiilor.

în tehnica măsurării, problema se poate pune în trei feluri [2]:

a.Măsurarea nivelelor de vibrații, sau a mărimilor de ieșire și compararea acestora cu anumite valori standard. În acest fel, dacă se măsoară vibrațiile unui element elastic, se pot măsura tensiunile care se produc și se poate preciza dacă există sau nu pericol de rupere prin oboseală. Măsurarea vibrațiilor unor instalații și mașini (pe fundații, pe lagăre, pe conducte) furnizează elemente cantitative ce se pot compara cu normele pentru valori admisibile din punctul de vedere al al bunei funcționări a mașinilor, confortului omului, sau al siguranței construcțiilor. Tot din această grupă fac parte și măsurările de trepidații produse de explozii în apropierea construcțiilor, ca și măsurările prospective făcute în cladirile sau pe terenurile unde se vor instala aparate sensibile la vibrații.

b.Atunci cînd comportarea sistemului la o excitație dată poate fi studiată prin calcul, se fac măsurări pentru a determina forțele aplicate, deci a mărimile de intrare ca dupa aceasta, măsurînd forțele perturbatoare.produse de o mașină, se poate reda izolarea.activă a acesteia; măsurînd trepidațiile pardoselii.unui atelier, se poate calcula sistemul de.izolare pasivă al unui aparat. Tot în acest mod, măsurînd neregularitățile unui drum se găsi indicații pentru proiectarea corectă a suspensiei vehiculelor.

c.A treia categorie de măsurări este cea realizată în laborator, exercitînd sistemul cu forțe cunoscute, de cele mai multe ori armonice și măsurînd vibrațiile produse de acestea. În problemele de acest fel, se cunosc sau se măsoară mărimile de intrare și de ieșire. Din compararea acestor mărimi, rezultă caracteristicile dinamice ale sistemului. Prin acest studiu se urmăresc :

identificarea frecvențelor proprii și implicit a formei modurilor de vibrație proprii;

măsurarea caracteristicilor dinamice.ale sistemului: rigidități, amortizări, mase echivalente;

compararea valorilor calculate ale răspunsului cu cele măsurate, pentru a verifica corectitudinea modelului matematic folosit;

stabilirea unui model matematic prntru structuria analizata, în scopul realizării unei analize ulterioare prin simulare.

În ceea ce privește excitațiile, se folosesc unde dreptunghiulare, sau semisinusoidale, forțe armonice, șocuri de durată foarte scurtă, precum și excitații pe.bază de program, deterministe sau aleatoare.

Este de sretinut că în ceea ce privește măsurările de nivele de sub a) și b), se determină mărimi absolute, și este necesară etalonarea cît mai precisă. Din contra, la măsurările de la c), unde se calculează caracteristici ale sistemului oscilant, se poate lucra cu mărimi relative, etalonarea nefiind tot timpul necesară. 

Primă problemă înainte de măsurare este alegerea mărimilor cele mai caracteristice ale vibrațiilor dar și a locurilor unde trebuie determinate.

Apreciind limitele în care aceste mărimi variază ( amplitudini, frecvențe) ca și posibilitățile de amplasare a instrumentelor, se aleg aparatelor de măsură : captori și aparate pentru amplificarea, vizualizarea și înregistrarea semnalelor obținute.

În funcție de scopul urmărit, urmează prelucrarea și analizarea rezultatelor măsurărilor.

1.3. Componentele echipamentului de măsură

Schematic, lanțul de măsurare a vibrațiilor mecanice, prin aparate electrice analogice, corespunde figurii 1.1 : de la structura în vibrație, mișcarea vibratorio (sau forța) este preluată de un captor de vibrații, care produce un semnal electric; acest semnal este transmis unor aarate de prelucrare și analiză, care îl amplifică pînă la o valoare necesară pentru înregistrare și care extrag din el mărimile care prezintă interes pentru experimentator; ulterior, semnalul emis de aceste aparate este fie măsurat cu ajutorul unor aparate cu citire directă, fie înregistrat sub forma unui document, fie înmagazinat și apoi introdus în calculator pentru obținerea unor date utile interpretării finale.

Această schematizare a procesului de măsurare, respectiv această compartimentare a aparaturii pe baza criteriului funcțional, permite o largă varietate de combinații, ceea ce mărește mult eficiența echipamentului de măsură.

în tehnica veche, întreaga aparatură era concentrată într-o singură unitate — aparatul de măsurat vibrații. Acesta putea servi unui singur scop : pus în legătură cu obiectul de măsurat, el furniza rezultatul, prin indicația pe o scală gradată sau sub forma unei vibrograme.

Extinderea metodelor de măsurare electrică a mărimilor mecanice,realizare a ultimelor decenii, a permis o largă dezvoltare a metodelor de măsurare a vibrațiilor.

în ceea ce privește captorul de măsurat vibrații, element de bază în tehnica măsurării vibrațiilor, se va face distincție între :

traductorul de măsură — element component al captorului, în care se realizează procesul fizic de conversie a variației mărimii mecanice (de¬plasare, viteză, accelerație, forță) în variație a unei mărimi electrice;

captorul — ansamblu constructiv care, în afară de traductor, conține încă o serie de elemente, făcînd posibilă prelucrarea semnalului și transmiterea lui (v. cap. 4).

Înțelegînd prin aparat de măsură a vibrațiilor fie un aparat compact, fie un ansamblu format din captori și aparate electrice adecvate, se pot face diferite clasificări:

a. După legătura mecanică între obiectul de măsurat și aparat: aparate cu contact și aparate fără contact.

b. După modul de citire a rezultatu¬lui măsurării: aparate cu lectură vizuală și aparate înregistratoare.

c. După principiul fizic folosit în măsurare : aparate mecanice, optice, acustice, electrice.

d. După mărimea de măsurat: frec- vențmetre, vibrometre, vitezometre, aece- lerometre, torsiometre, tahometre, faz- metre, dinamometre, manometre. Cînd aparatul este înregistrator, sufixul metru se înlocuiește prin graf: vibrometru -» vibrograf.

e. După valoarea numerică a mărimii măsurate, sînt mai multe categorii de aparate. Pentru metre, există șapte categorii, arătate în tabela 1.1.

f. După principiul constructiv, aparatele pot fi: cu măsurare directă, seismice, balistice.

g. După tipul de date cu care lucrează se disting: aparate analogice și aparate numerice.

Denumirile de mai sus vor fi întîlnite, cu diferite ocazii, în expunerea care urmeaza.

O funcție principală a aparatelor de prelucrare a semnalelor este amplificarea, folosită mai ales atunci cînd înregistratoarele necesită semnale de intrare de nivel mai mare decît cele furnizate direct de captori. Multi¬plexarea se utilizează cînd numărul canalelor înregistratorului este mai mic decît numărul semnalelor ce trebuie înregistrate simultan.

Dacă informația ce trebuie înregistrată este conținută în amplitu¬dinea unui semnal electric de curent alternativ, iar înregistratorul lucrează doar cu semnale de intrare de curent continuu, este necesară rectificarea. Cînd traductorul produce un semnal de curent continuu proporțional cu mărimea fizică măsurată și se dispune, de exemplu, de un înregistrator cu bandă magnetică care nu poate înmagazina cu fidelitate semnale de curent continuu, este necesară modularea semnalului. Pentru a mări do¬meniul de funcționare liniară a aparaturii, în special la frecvențe joase,

după captori cu traductori capacitivi sau piezoelectrici se montează pre- amplificatoare, care realizează și o adaptare de impedanțâ, transformînd impedanța de ieșire de valoare mare a eaptorului, într-una mai mică, deci convenabilă pentru măsurare și analiză. în afara acestora, aparatele de prelucrare a semnalelor mai execută integrare, multiplicare, filtrare, eșan¬tionare, codificare, mediere etc. (v. cap. 5).

Informația obținută în urma transformării și analizei semnalelor poate fi vizualizată, folosind osciloscoape și aparate indicatoare cu scală gradată sau afișaj numeric, poate fi înregistrată pe hîrtie, pe film sau pe bandă magnetică, eventual înmagazinată pe bandă perforată sau disc, în vederea introducerii pe calculator (v. cap. 5).

în cazul utilizării unor analizoare de frecvență numerice, sau folosirii unui calculator numeric, în lanțul de măsurare se introduc convertoare analog-numerice și numeric-analogice, filtre „anti-aliasing” a căror frecvență de tăiere este corelată cu frecvența de eșantionare, memorii „ciclice” pentru realizarea translației în frecvență a datelor, circuite de ponderare de tip ferestre Hanning, circuite de mediere etc.

în afara echipamentului de măsură propriu-zis, se nai utilizează montaje și instalații pentru producerea vibrațiilor care conțin ca elemente de bază generatoare de semnal, amplificatoare de putere și vibratoare elec- trodinamice sau electrohidraulice (v. cap. 6).

De asemenea, montajele uzuale mai conțin surse de alimentare, transformatoare de măsură, stabilizatoare de tensiune, tahometre, frecvenț- metre, baze de timp, cronometre etc.

1.4. Mărimi mecanice măsurate

Mișcarea vibratorie (liniară sau unghiulară) a unui punct al unei structuri (mașină, clădire, fundație) sau a unui element al acesteia poate fi definită prin deplasare, viteză, accelerație, accelerație de ordinul doi („jerk”) sau deformație specifică dinamică. în afara acestora, pentru determinarea caracteristicilor de răspuns dinamic ale unei structuri se mai fac măsurări de forțe, cupluri și presiuni.

La mișcările în regim armonic, între deplasarea x, viteza și accelerația , există relația simplă

,

unde este pulsația mișcării armonice.

Principial, toate cele trei mărimi conțin aceeași cantitate de informație, deci s-ar părea că este indiferent care dintre cele trei cantități se măsoară, ele deducîndu-se una din alta prin integrare sau derivare în timp. Totuși, recent s-a observat că vibrațiile produse de multe mașini au un spectru de frecvențe cu componente de viteză relativ constantă pe un domeniu larg de frecvențe pînă la 1 kHz (fig. L2a), recomandîndu-se deci măsurarea vitezei. 

Măsurarea deplasării (fig. 1.2b) pune accent pe componentele de frecvențe joase ale vibrației, corespunzînd în general turației de lucru a mașinilor. Componentele de frecvență înaltă, care joacă un rol important in siguranța în funcționare și deci în întreținerea preventivă a mașinii, fiind corelate cu zgomotul produs de mașină și uzura acesteia, nu sînt luate în considerație, ceea ce poate duce la concluzii eronate asupra calității mașinii.

Invers, măsurarea accelerației (fig. 1.2c) pune accent pe componentele de frecvențe înalte, subestimîndu-le pe celelalte [3].

în figura 1.3 se arată dependența de frecvență a amplitudinii deplasării, vitezei și accelerației, pentru semnale sinusoidale (în coordonate logaritmice).

în cazul unei viteze de 6 mm/s, la 1 000 Hz, nivelul deplasării este de 1 µm și semnalul dat de captorii de deplasări dispare în zgomotul de fond al majorității sistemelor de măsură existente în comerț. într-un caz extrem, viteza de 6 mm/s la frecvența de 10 KHz. corespunde unei accelerații de 400 m/s2, deci la aproximativ 40g, și unei deplasări de numai 0,1 µm. Sub 20 Hz, amplitudinea deplasării necesară pentru a produce un semnal de accelerație ușor identificabil este atît de mare încît periclitează integritatea mecanică a captorilor.

Se recomandă astfel măsurarea cu captori de deplasări în domeniul 0 – 1 000 Hz, cu captori de viteze — de la 10 la 2 500 Hz, și cu captori de accelerații — de la 20 Hz pînă peste 20 kHz, stabilindu-se limita inferioară a măsurării amplitudinii accelerațiilor 0,4 m/s2, iar cea a deplasărilor — 2 µm [4].

în dezvoltarea recentă a aparatelor de măsură se observă tendința extinderii măsurării accelerației și în domeniul frecvențelor joase. Aceasta este facilitată de dezvoltarea amplificatoarelor de sarcină, care extind domeniul de funcționare liniară a aparaturii la frecvențe joase și de fabri¬carea unor noi tipuri de accelerometre de mare sensibilitate.

în unele situații, alegerea mărimilor măsurate este dictată de spațiul disponibil pentru montarea captorilor. Astfel, la studiul vibrațiilor de răsucire ale unui arbore se poate opta între montarea unor traductori tensometrici rezistivi pe arbore, cu inelele colectoare respective, deci măsurarea momentului de torsiune și montarea unui captor de deplasări unghiulare la capătul arborelui, dacă acesta este accesibil.

CAPITOLUL 2

ELEMENTE DE TEORIA VIBRAȚIILOR

2.1.Clasificarea vibrațiilor

Vibrațiile mecanice pot fi clasificate după diferite criterii și anume :

a. După felul în care excitațiile, ca și parametrii cinematici ai mișcării (deplasări, viteze, accelerații) pot fi, sau nu, exprimați prin relații matematice, care să arate desfășurarea acestora în timp, vibrațiile pot fi: deterministe și aleatoare.

b. După variația în timp a parametrilor cinematici, vibrațiile deterministe pot fi: periodice și neperiodice. Vibrația armonică este acea vibrație în care deplasarea, viteza și accelerația se exprimă printr-o singură funcție „sin” sau „cos”.

c. După caracterul matematic al ecuațiilor diferențiale care exprimă mișcarea, vibrațiile pot fi: liniare și neliniare.

d. La rândul lor, după numărul de mase, sau de puncte materiale ale căror mișcări trebuie studiate în timpul vibrației, se disting următoarele sisteme: cu număr finit de grade de libertate și cu număr infinit, sau continue.

e. În funcție de traiectoriile pe care se deplasează punctele sistemului oscilant, vibrațiile pot fi de translație și de rotație.

f. În funcție de cauza care produce sau întreține mișcarea vibratorie, se disting : vibrații libere, care sunt produse de un șoc sau o deplasare inițială, vibrații forțate, care sunt întreținute de o cauză exterioară, periodică, vibrații parametrice, vibrații autoexcitate, care sunt provocate de o cauză interioară, în prezența' unei surse exterioare de energie furnizate sistemului în mod uniform.

g. Nu în ultimul rănd, sistemele oscilante mai pot fi împărțite în sisteme conservative și disipative. În cazul primelor, (caz ideal) vibrația declanșată de un impuls continuă la infinit, iar în cazul celorlalte au loc amortizări, caracterizate prin transformări ireversibile ale energiei.

2.2. Mărimi caracteristice ale vibrațiilor

În studiul vibrațiilor intervine un număr mare de mărimi, oricare dintre ele putând fi obiect al unei măsurări directe sau indirecte.

În tabela 2.1 observăm unele mărimi ale căror simboluri sau dimensiuni diferă, după cum mișcarea este de translație sau de rotație.

Alte mărimi care intervin în studiul vibrațiilor sunt: timpul, t, s; pulsația, p, s-1; frecvența, , Hz ; perioada, , s ; faza θ, rad.

Tabelul .2.1.

2.1. Eroarea statistică de estimare în cazul măsurării vibrațiilor aleatoare

Pentru realizările diverse ale unui fenomen oscilant aleator, desfășurat în condiții identice, parametrul măsurat diferă de la o înregistrare la alta. Astfel, caracterul aleator al procesului reflectîndu-se în distribuția stohastică a rezultatelor măsurărilor.

Din punct de vedere teoretic, mărimile și funcțiile statistice au fost definite în paragraful 2.2, pentru un timp de analiză T tinzînd către infinit. Însă în practică se lucrează cu realizări de durată finită implică apariția erorilor de estimare.

Astfel fiind prezentate, în cazul determinărilor experimentale nu este suficientă găsirea unei valori numerice pentru parametrul căutat, sau a unui șir de valori numerice pentru funcția statistică, ci ar trebui estimată precizia măsurării.

2.3.1. Probabilitatea de încredere. Intervalul de încredere

Se notează: Φ— valoarea adevărată (necunoscută) a parametrului luat în studiu; — valoarea estimată a parametrului Φ, obținută pe cale experimentală. Probabilitatea ca modulul diferenței între valoarea adevărată Φ și cea estimată să fie mai mic decît o mărime dată poartă denumirea de probabilitate de încredere notându-se cu β.

Astfel, valoarea reală, necunoscută, a parametrului Φ se va afla, cu o probabilitate β, în intervalul numit interval de încredere.

Bănuind că rezultatele măsurărilor au o lege normală de distribuție, atunci eroarea se exprimă ca produs între abaterea medie pătratică a valorii estimate și o funcție γ, care este exprimată în tabel pentru diverse valori ale probabilității de încredere β (tabelul 2.2)

(2.1)

Un rezultat complet se exprimă sub forma

(2.2)

Astfel, relația de mai sus se citește: valoarea reală a parametrului Φ este dată de valoarea estimată cu o eroare maximă de , în limitele unei probabilități β.

2.3.2.Eroarea standard

De obicei se lucrează cu noțiunea de eroare standard a estimării, care este notată ε și este definită prin relația

(2.3)

Din relațiile (2.1) — (2.3) rezultă:

(2.4)

Produsul reprezintă abaterea procentuală maximă între valoarea reală (necunoscută) și cea estimată a parametrului măsurat.

Îndeplinind o anumită precizie a măsurărilor (probabilitate de încredere, abatere maximă între valoarea reală și cea măsurată) se va putea calcula eroarea standard.

În funcție de mărimea estimată, se cunosc expresiile erorilor standard [1] care sunt înscrise în tabelul 2.3. Aceste expresii au fost determinate pentru semnale aleatoare tip „zgomot-alb”, de bandă de frecvențe B, pentru o durată T a realizării considerate.

Eroarea standard a densității spectrale a mediei pătratice se va calcula în funcție de lățimea de bandă Be a filtrului folosit la analiza semnalului.

Precizia densității de probabilitate și cea a funcțiilor de corelație măsurate scade odată cu valoarea funcțiilor statistice respective.

Eroarea standard a densității de probabilitate este minimă pentru valoarea cea mai probabilă a variabilei aleatoare. Intervalul Δx, din relația de definiție a densității de probabilitate, apare ca mărime finită la numitorul expresiei erorii standard.

Această eroare va crește pe măsură ce intervalul de analiză a semnalului Δx va scadea, ceea ce rezultă că în cazul realizării unei analize fine a distribuției valorilor semnalului.

Analizând expresiile erorilor standard din tabelul 2.3, rezultă faptul că acestea sunt cu atît mai mici cu cît durata T de observație a semnalului este mai mare.

Aceste relații se folosesc fie la calculul erorii de măsurare, pentru o realizare de lungime T dată, fie la determinarea duratei T de analiză a semnalului, pentru o eroare standard aeeeptată.

Exemplu. Se cere durata minima T, necesară pentru măsurarea valorii medii pătratice a unui semnal, cu o abatere maximă de ±8%, în limitele unei probabilități de încredere de 90 %. Se presupune că semnalul are frecvențe cuprinse între 30 și 80 Hz.

Rezolvare. Din tabela 2.2, pentru (β =90%, se citește γ= 1,6. Cunoscînd = 8%, rezultă eroarea standard = 5%. În cazul măsurării valorii medii pătratice, din tabela 2.3 se obține

Banda de frecvențe a semnalului este B = 80 – 30 = 50 Hz, deci rezultă

CAPITOLUL 3

EFECTELE VIBRAȚIILOR

Rezultatele măsurărilor de vibrații se pot interpreta prin prisma nocivității lor. Peste anumite limite, ele sunt dăunătoare oamenilor, și pot produce degradări ale clădirilor sau pot deranja buna funcționare a mașinilor. Numeroasele studii care au fost făcute în acest scop au drept subiect pe om, clădirile, mașinile. Dintre toate acestea, cel mai sensibil la perceperea vibrațiilor este omul. În continuare sunt prezentate căteva din principalele prescripții din literatura de specialitate.

3.1.Efectele vibrațiilor asupra omului

În baza studiilor lui Dieckmann s-a putut stabili un coeficient de percepere a vibrațiilor K, care este folosit ca indiciu al efectelor vibrațiilor asupra omului. După YDI-RicMlinien 2057, treptele de percepere a vibrațiilor sunt arătate în tabelul 3.1. Valorile coeficientului adimensional K se vor lua din figura 3.1 în funcție de accelerație și frecvență. În figura 3.2 – se va lua în funcție de viteză, iar în figura 3.3 – în funcție de deplasare. La toate cele trei grafice, s-au dat în ordonată, atăt amplitudini căt și valori eficace.

Tabelul 3.1

După Kocn, vibrațiile sunt clasificate în funcție de nivelul de percepere, care este masurat în pal, conform tabelului 3.2.

Tabelul 3.2.

Efectul vibrțiilor asupra omului poate depinde și de durata de aplicare a acestora. Graficul din figura 3.4, stabilit de ISO, evidențiază valorile eficace ale accelirației care produc un efect de oboseală asupra omului stând în picioare sau șezând. Se observă că nivelele tolerabile sunt cu atât mai ridicate, cu cât durata de acțiune a vibrațiilor este mai scurtă.

Efectele vibrațiilor asupra clădirilor

În tabelul 3.3. sunt indicate posibilitățile de deteriorare a clădirilor, în funcție de amplitudinea vitezei vibrațiilor.

Diagramele din figurile 3.5 și 3.6 evidențiază efectele vibrațiilor de diferite viteze sau deplasări, asupra clădirilor, pentru gama de frecvențe până la 100 Hz.

De multe ori ne interesează valorile limită admisibile ale vibrațiilor clădirilor, produse de explozii care au loc în apropiere. Crandell stabilește drept limită mărimea a2/f2 = 0,28 (m/s)2, unde a este accelerația în m/s2 și f – frecvența în Hz. După Edwards și Northwood, limita se va atinge când viteza este de 11,c cm/s.

3.2.Efectele vibrațiilor asupra funcționării utilajelor

În figura 3.7 se face o clasificare a vibrațiilor produse de mașini, în funcție de frecvență și în funcție de amplitudinea deplasării.

Figura 3.8 ne indică, după Rathbone, în coordonate deplasare-freevență, aprecieri asupra mersului mașinilor grele, cu fundații individuale. În mod asemănător, după cercetările făcute la Schenck-Darmstadt, în figura 3.9 ,sunt prezentate criticile asupra mersului electromotoarelor.

Studiile efectuate de către VDI au dus la stabilirea unor recomandări, denumite „VDI-Riehtlinien 2056”, din care rezultă unele amănunte și grafice, în cele ce urmează.

Obiectul recomandărilor îl constituie : sursele active de vibrații (mașini de diferite feluri) și aparatele care trebuie izolate pasiv.

Mărimile care se măsoară sunt:

deplasări, viteze, accelerații, intensități de vibrații, forțe;

amplitudini, amplitudini duble, valori eficace;

mărimi absolute și mărimi relative.

În ce privește executarea măsurării, recomandările prevăd :

locul măsurării: lagăre, carcase, fundație, în general acolo unde energia se transmite de la mașină la fundație ;

condiții de lucru ale mașinii: pe bancul de probă, în gol, în sarcină;

scopul măsurării : recepție în uzină sau după montaj, constatarea defectelor și detectarea cauzelor -,

producerean vibrațiilor : libere, excitate prin șocuri, excitate prin vibratoare, produse de mașină.

Drept mărime caracteristică se ia viteza eficace, ceea ce permite a se aprecia atît vibrații armonice cît și nearmonice.

Limite superioare ale valorilor admisibile pentru amplitudinile vibrațiilor la mașini cu mișcare circulară uniformă

Tabelul 3.4.

Amplitudinile vibrațiilor lagărelor unei turbine, c un — 3000 rotlmin

Tabelul 3.5.

Tabelul 3.6.

Amplitudini limita admisibile pentru vibrațiile mașinilor unelte

Pentru încăperi cu diferite destinații, valorile admisibile ale deplasărilor se dau în tabelul 3.7

Tabelul 3.7.

Amplitudini admisibile ale vibrațiilor tn diferite încăperi

CAPITOLUL 4

TRADUCTORI Șl CAPTO Rl PENTRU MĂSURAREA VIBRAȚIILOR

4.1. Traductori pentru măsurarea electrică a vibrațiilor

Din punct de vedere fizic, traductorul reprezintă un dispozitiv în care are loc conversia unei forme de energie în altă formă de energie. Nu se poate discuta despre transformarea unei deplasări într-o mărime electrică, dar se produce transformarea energiei mecanice în energie electrică.

Rezultând de aici că mărimea mecanică ce trebuie măsurată, de exemplu o deplasare, este asociată cu altă mărime mecanică ,rezultând ca produsul lor să reprezinte o energie.

Se poate realiza o clasificare a traductorilor în două grupe mari (fig.4.1):

– traductori energetici sau generatori, care transformă energia de intrare mecanică în energie electrică (fig. 4.1a);

– traductori parametrici, care sunt alimentați, printr-o intrare secundară, cu energie electrică, iar variația energiei mecanice a sistemului de măsurat poate produce variații ale energiei electrice (fig. 4.1b).

Cănd traductorul transformă energia mecanică de intrare direct în energie electrică, el poartă denumirea, cu transformare directă, dacă în acest proces intervine o altă mărime — acustică, optică, etc. — traductorul este cu transformare indirectă.

CAPITOLUL 5

APARATE PENTRU MĂSURAREA VIBRAȚIILOR

5.1.Proprietățile generale ale aparatelor de măsură

Se consideră în ansamblu un sistem de măsură (fig. 5.1) care are o mărime de intrare xi(t) și una de ieșire xe(t). Se poate stabili o funcție de transfer sau o funcție de răspuns în frecvență, care este definită prin spectrul amplitudinilor (fig. 5.2a) și prin spectrul fazelor (fig.5.2b). Aceste spectre ne indică felul cum semnalul de intrare se modifică.la trecerea sa prin sistemul de măsură, pe porțiunea orizontală.a celor două spectre se află zona de funcționare normală a sistemului de măsură.

Pe porțiunea unde spectrul amplitudinilor.are o valoare constantă, atunci aparatul de măsură are comportare liniară, relația între xi și xe fiind liniară (fig. 5.3a), iar raportul lor numindu-se sensibilitate. Pe porțiunile unde caracteristica xi – xe este neliniară, apar distorsiuni de amplitudine, unui semnal de intrare sinusoidal xi (fig. 5.3 b) nu îi mai poate corespunde unul de ieșire sinusoidal xe (fig. 5.3 c). În cazul figurii 5.3 distorsiunea se datorează faptului că semnalul de intrare xi are amplitudine.prea mare, astfel depășind domeniul de liniaritate al sistemului de măsură.

De obicei orice aparat de măsurare e vibrațiilor are o amplitudine maximă ce poate fi măsurată (curba A din figura 5.4,), fiind determinată de nivelul distorsiunilor admisibile, precum și o amplitudine minimă (curba B) care este impusă de zgomotul de fond de natură electrică (sau de sensibilitatea aparaturii mecanice), amplificat.uneori de captarea unor cămpuri electromagnetice exterioare.

Raportul dintre amplitudinea minimă și dintre cea maximă (măsurată în decibeli) ale semnalelor ce pot fi măsurate, poartă denumirea de domeniu dinamic al sistemului, sau al aparatului de măsură. Un semnal al cărui nivel se află în afara acestui domeniu poate fi: fie distorsionat peste limita admisibilă, fie poate fi ascuns în zgomotul electric al aparaturii.

La aparatele moderne, domeniul dinamic este de ordinul a 60 dB, ceea ce corespunde unui raport 1000 :1 al amplitudinilor extreme măsurate. Iar la aparatele indicatoare, lungimea scalei este o caracteristică legată direct de domeniul dinamic.

Exactitatea unei măsurători mai depinde și de alte proprietăți ale componentelor sistemului de măsură caum ar fi : rezoluția, precizia, sensibilitatea, distorsiunile, instabilitatea, histerezisul, interferența, frecările, jocul, precum și răspunsul dinamic.

Rezoluția este cea mai mica variație a semnalului de intrare ce poate fi sesizata de un aparat. Aceasta determină valoarea minimă a.raportului semnal/zgomot cu care se poate lucra.

Instabilitatea se referă la variațiile necontrolate ale sensibilității care în aparatele electronice este determinată de îmbătrînirea componentelor.Iar în cadrul celor mecanice de fenomene de relaxare a deformațiilor, avînd ca efect lunecarea punctului de zero.

Sensibilitatea secundară este o măsură a dependenței semnalului de ieșire, de mărimi fizice diferite de semnalul de intrare (ex. temperatură, umezeală, componente transversale ale mișcării, zgomote). Efectul principal rămăne.tot lunecarea punctului de zero. Singurul mijloc eficace de a tine cont de aceste efecte reprezintă etalonarea repetată.

Distorsiunile indică în general abaterile de la liniaritatea relației xi – xe. Prin neliniaritate se observă de obicei deviația maximă a curbei xi – xe față de o linie dreaptă (fiind exprimată în procente din lungimea scalei sau din amplitudinea mărimii de intrare). Distorsiunile armonice se pot exprima prin raportul între amplitudinile armonicilor superioare și cea a fundamentatei, la aparatele proiectate să lucreze cu semnale sinusoidale pure.

Ele apar la aparate magnetice (de ex.: transformatoare și generatoare electrice) și pot fi atenuate prin filtrarea ieșirii surselor de curent alternativ, ca și a semnalelor de intrare la multipli.catoare care sunt folosite ca analizoare armonice.

Jocul definește un domeniu de contact necorespunzător între părțile mecanice conduse cât și cele de acționare. Eliminarea lui la articulații se va face cu arcuri de pretensionare, iar la angrenaje, folosindu-se dantura înclinată.

Histerezisul reprezintă o variație a relației „xi – xe” care este dependentă de punctul ultimei schimbări a direcției de mișcare. În cazul aparatelor electrice este legat de saturația magnetică, iar în cazul celor mecanice sunt de solicitarea peste limita elastică. Efectele sunt repetabile, astfel că pot fi îndepărtate printr-o etalonare îngrijită..Și prin măsurări în condiții similare (de ex: la deplasarea în același sens). În fișele tehnice de la aparate, histerezisul rezultă prin distanța maximă între curbele „xi – xe”, care sunt trasate pornind în sens contrar de la punctele extreme ale scalei, exprimate în funcție de.amplitudinea semnalului de intrare.

Interferența se referă la efectul pe care îl are aparatul de măsură asupra cantității măsurate și care este atenuată prin alegerea și montarea corespunzătoare a captorilor și a vibratorilor pe structura în vibrație, prin ecranarea cablurilor etc.

În final, o serie de erori dinamice, cum ar fi întîrzieri în „așezarea pe măsură”, sunt stabilite de frecvența vibrației, amortizarea din aparatul de măsură dar și de frecvența proprie a elementelor mobile ale acestuia.

Un aparat de măsură de calitate are capacitatea să prezinte o impedanță de intrare de valoare stabilă și ridicată . Această condiție este realizată utilizând ca circuite de intrare montaje cu tuburi electronice sau pot fi folosite circuite speciale cu amplificatoare de curent continuu.

Pentru a putea micșora curenții de scurgere, ce se închid prin rezistența de izolație dintre borna de intrare a aparatelor și masă, se va urmări ca această.rezistență să aibă o valoare ridicată, de ordinul a 1010 ohmi.

CAPITOLUL 6

S.C. CET S.A. Bacău

6.1. Informații generale

Persoană juridică română

Societate comercială pe acțiuni, înregistrată la Camera de Comerț și Industrie Bacău, cu numărul ORC J04/320/2002

Cod unic de înregistrare: RO 14639374

Capital social: 43.626 lei

Cont BRD Groupe Societe Generale – RO54BRDE040SV33916590400

Acționar unic – Consiliul Local al municipiului Bacău.

Societate in insolventa.

   S.C. CET S.A. Bacău deține în patrimoniu o centrală electrică de termoficare cu unități de bază, de vârf și de rezervă , prin transferarea din patrimoniul SC Termoelectrica SA București, în domeniul public al municipiului Bacău și în administrarea Consiliului Local, în conformitate cu prevederile Hotărârii de Guvern nr.104 din 7.02.2002. 
S.C. CET S.A. Bacău deține în administrare:

  Sistemul de termoficare urbană din domeniul public al municipalității, alimentat din centrala electrică de termoficare, cuprinzâd rețelele primare de transport, punctele termice și rețelele secundare de distribuție a energiei termice sub formă de apă fierbinte aferente;

10 centrale termice de cvartal și rețelele secundare de distribuție a energiei termice sub formă de apă fierbinte aferente (din domeniul public al municipalității).

Istoric

Istoria centralei începe odată cu demararea investiției « CET Bacău cu funcționare pe lignit » în anul 1984.

Execuția magistralelor pentru transportul apei fierbinți destinate termoficării urbane a debutat în anul 1989 în cadrul investiției « Conducte pentru termoficare urbană și industrială în municipiul Bacău » , fiind urmată în anul 1990 de începerea execuției racordurilor pentru alimentarea punctelor termice, în cadrul investiției « Conducte pentru alimentarea cu căldură a blocurilor de locuințe din municipiul Bacău » .

La 31 decembrie 1997 grupul nr.1 de 50MW din cadrul investiției « CET Bacău cu funcționare pe lignit » a fost conectat , în premieră, la Sistemul Energetic Național, iar in anul 1998 au fost puse în funcțiune magistralele de transport a apei fierbinți pentru termoficare urbană.

La 1 iunie 2002 centrală electrică de termoficare se transferă din patrimoniul S.C. Termoelectrica S.A. București, în domeniul public al municipiului Bacău și în administrarea Consiliului Local, și în patrimoniul societății S.C. CET S.A. Bacău în conformitate cu prevederile Hotărârii de Guvern nr.104 din 07.02.2002.

La data preluării, S.C. CET S.A. Bacău deținea în patrimoniu o centrală electrică de termoficare echipată cu surse de bază și de vârf și deținea în administrare sistemul de transport și distribuție a energiei sub formă de apă fierbinte care includea 36 de puncte termice .

În cursul anului 2003, 11 centrale termice de zonă au fost transferate de la S.C. TERMLOC S.A. Bacău în administrarea S.C. CET S.A. Bacău, ulterior fiind transformate în puncte termice.

În anul 2004, alte 5 centrale termice de zonă au fost transferate către S.C. CET S.A. Bacău , și transformate în puncte termice.

Începând cu 01.08.2005 , SC CET SA Bacău a devenit unicul furnizor de energie termică urbană din Municipiul Bacău , când 20 centrale termice de zonă și stațiile de hidrofoare aferente au fost transferate de la TERMLOC S.A. în administrarea S.C.CET S.A Bacău. Dintre acestea o parte din CT-uri au fost dezafectate, consumatorii aferenți fiind preluați de sistemul de termoficare, altele au fost transformate în puncte termice , rămânând în funcțiune după cum urmează:

în perioada septembrie 2005- aprilie 2006 au funcționat 17 CT-uri;

în perioada mai 2006- august 2007 au funcționat 15 CT-uri;

din septembrie 2007 au rămas în funcțiune 10 CT-uri.

În luna martie 2008 a fost pus în funcțiune grupul de cogenerare de 14 MWe, echipat cu turbină cu gaze și cazan recuperator de apă caldă, prima instalație de acest tip din țară.

Începând cu anul 2008, prin finalizarea lucrărilor de reabilitare a punctelor termice urbane, acestea funcționează automatizat , coordonarea funcționării fiind realizată de la nivelul dispeceratului de termoficare.

Echipa managerială

Producerea energiei termice

În baza licenței nr.506/31.07.2002 , Autoritatea Națională de Reglementare în domeniul Energiei a acordat permisiunea de exploatare comercială a unităților de producere a energiei termice în cogenerare;

          În baza licenței  nr.182/21.04.2008, clasa 2, Autoritatea Națională de Reglementare pentru Serviciile Comunitare de Utilități Publice a acordat permisiunea de exploatare comercială a centralelor termice de cvartal.

          În cadrul S.C. CET S.A. Bacău se realizează, în scopul comercializării, producerea de energie termică sub formă de apă fierbinte și abur industrial cu următoarele instalații :

Transportul și distributia energiei termice

TRANSPORT  ENERGIE TERMICĂ

Apă fierbinte 

 S.C.CET S.A.Bacău asigură transportul energiei termice produse sub formă de apă fierbinte prin rețelele termice de transport, bifilare (tur-retur) aferente sistemului de alimentare centralizată cu energie termică a municipiului Bacău. Lungimea totală a traseului rețelelor termice de transport  este de 30,7 km.

 Din rețelele termice de transport, sunt alimentate :

 57 stații termice (puncte termice urbane) aflate în exploatarea S.C.CET S.A. Bacău, prin care sunt alimentați consumatorii de tip urban și asimilați, puterea termică totală instalată în punctele termice fiind de  309,67 MWt.

10 puncte termice aparținând unor agenți economici, puterea termică totală instalată fiind de  21,07 MWt.

   Abur industrial

 Transportul și distribuția energiei termice livrate sub formă de abur industrial se realizează către 2 consumatori ( SOFERT și LETEA), lungimea conductelor însumând 5,77 km.

 DISTRIBUȚIA ENERGIEI TERMICE SUB FORMĂ DE APĂ FIERBINTE

  În punctele termice are loc schimbul de căldură între agentul primar din rețelele de transport și cel secundar din rețelele secundare pentru distribuția căldurii și a.c.c.

Punctele termice funcționează total automatizat și sunt conduse de la dispeceratul de termoficare.

Producerea energiei electrice

    În baza licenței nr.505/31.07.2002, Autoritatea Națională de Reglementare în domeniul Energiei a acordat permisiunea de exploatare comercială a unităților de producere a energiei electrice.

         În cadrul S.C. CET S.A. Bacău se realizează, în scopul comercializării, producerea de energie electrică cu următoarele instalații : 

Tabela 7.1. Instalații pentru producerea de energie electrică

Strategii de dezvoltare

 Asigurarea serviciului public de alimentare cu energie termică urbană a Municipiului Bacău în sistem centralizat se realizează prin sistemul de termoficare urbană și centrale termice de cvartal cu respectarea prevederilor licențelor acordate de autoritățile de reglementare în domeniu.

         Datorită necesității modernizării, reabilitării și eficientizării acestui serviciu public pe întregul sistem de producere, transport, distribuție și utilizare eficientă de către consumatorii urbani a energiei termice pentru încălzire și apă caldă de consum, luând în considerare reglementările UE în domeniu cât și politica Guvernului României, în anul 2003 Consiliul Local al Municipiului Bacău a aprobat prin HCL nr.192/30.06.2003 „STRATEGIA DE ALIMENTARE CU ENERGIE TERMICĂ A MUNICIPIULUI BACĂU PÂNĂ ÎN ANUL 2020”.

         Strategia a fost realizată de SC ATH ENERG SRL București la comanda SC CET SA Bacău și a fost reactualizată în anul 2006 și însușită prin hotărârea Consiliul Local al Municipiului Bacău nr.320/30.11.2006.

         Principalele obiective urmărite la elaborarea strategiei au fost:

restructurarea pieței de energie termică urbană prin transferarea consumatorilor alimentați din centralele termice de cvartal, transformarea centralelor termice în puncte termice, acolo unde au fost condiții tehnice și de eficientă economică și racordarea acestora la sistemul urban de termoficare, unde energia termică este produsă preponderent în instalații de cogenerare, cu program continuu de asigurare a  serviciului și cu realizarea unor tarife inferioare celor realizate în soluția centralelor de zonă, diminuând astfel cuantumul subvenției suportată de la bugetul local și bugetul de stat.  Rezultatul restructurării  a creat situația existenței unui singur operator pentru acest serviciu public;

renunțarea la utilizarea grupului energetic de cogenerare cu funcționare pe lignit cu capacitate supradimensionată de 343 MWcomb (IMA 1) , care necesită costuri de investiții ridicate pentru conformarea la cerințele  normelor de protecție a mediului (SO2, pulberi, evacuarea /stocarea zgurii și cenușii rezultate din arderea lignitului) , prin indentificarea unei solutii de promovare a cogenerării de înaltă eficiență, soluție care să elimine și caracterul sezonier al funcționării instalațiilor de producere a energiei electrice în cogenerare;

redimensionarea întregului sistem de producere, transport și distribuție conform unei cereri prognozate de energie termică urbană care să țină cont de ridicarea eficienței de utilizare a combustibililor prin reabilitarea termică a imobilelor, contorizarea individuală a consumatorilor, reducerea pierderilor din rețelele de transport și distribuție, utilizarea unor echipamente cu performanțe ridicate, cât și de automatizarea și monitorizarea întregului sistem.

      Strategia a fost structurată  pe măsuri și obiective de realizat pe fiecare subsistem în parte , în cadrul ei fiind executate o parte a lucrărilor:

Reabilitarea și automatizarea celor 34 puncte termice urbane preluate în administrarea CET Bacău în anul 2002;

Reabilitarea și  transformarea în puncte termice racordate la rețeaua de transport  a 20 centrale termice de cvartal preluate în administrate/concesiune în perioada 2002-2007;

Automatizarea și dispecerizarea sistemului  punctelor termice urbane;

Contorizarea branșamentelor consumatorilor ;

Racordarea unor noi consumatori;

Modernizarea stațiilor de hidrofor;

Instalarea grupului de cogenerare cu turbină cu gaze de 14 MWe.

        Municipiul  Bacău, prin documentația întocmită și propunerile de proiecte realizate de SC CET SA Bacău, a fost selectat între primele trei orașe care beneficiază de asistență Phare în vederea pregătirii unui proiect de mediu ce va permite accesarea unei finanțări comunitare în cadrul POS MEDIU, Axa Prioritară 3, a Programului Operațional Sectorial Mediu 2007-2013.

         Programul este intitulat astfel: “Reducerea poluării și diminuarea schimbărilor climatice, prin restructurarea și reabilitarea sistemului de încălzire urbană, pentru atingerea țintelor de eficiență energetică în Municipiul Bacău”.

         Master Planul a fost aprobat cu HCL nr.21/13.02.2009 de Consiliul Local al Municipiului Bacău.

         În Master Plan (MP) sunt cuprinse principalele lucrări de investiții necesare pe întreg lanțul producere-transport-distribuție energie termică și prioritizarea acestora astfel încât să se obțină: reducerea poluării,  eficientizarea utilizării energiei, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, accesibilitatea prețului la consumatorul final .

          Prin HCL nr.344/23.10.2009 a fost aprobat Studiul de Fezabilitate (SF) și Analiza Cost – Beneficiu pentru proiectul ,,Retehnologizarea sistemului de termoficare din Municipiul Bacău în vederea conformării la normele de protecția mediului privind emisiile poluante în aer și pentru creșterea eficienței în alimentarea cu căldură urbană ‘’ finanțat prin Programul Operațional Sectorial Mediu – Axa Prioritară 3. Acest proiect se află în prezent în derulare.  

         Pe baza analizei sistemului de termoficare existent în Bacău și pe baza considerentelor strategice, în cadrul MP și SF  au fost analizate 3 scenarii ce cuprind 5 opțiuni diferite .  

           Analiza cost beneficiu a indicat soluția optimă,  respectiv sistemul centralizat de termoficare  și instalarea unui ciclu combinat gaz-abur de înaltă eficiență, cu capacitatea de 14 MWt și cca.10,8 MWe. Analiza cost-beneficiu a evidențiat și justificat documentat avantajele nete față de sistemul descentralizat.

         Întreaga documentația a aplicației (MP, SF, Analiza cost-beneficiu, Analiza Instituțională) a fost  elaborată cu asistență Phare de firme internaționale de prestigiu în domeniu ( Ramboll –Danemarca și Fichtner ). 

CAPITOLUL 7

Instalații termoenergetice cu cogenerare.Turbina cu gaze cu un singur ax

7.1. Date gerale despre instalațiile termoenergetice cu cogenerare

Sistemele termoenergetice cu cogenerare folosesc în mod inteligent căldura produsă prin ardere pentru a putea realiza doua sarcini în acelasi timp. Producerea de energie mecanică/electrică este utilizată și pentru scopuri tehnologice sau de încălzire sau pentru prepararea apei calde menajere. Ele sunt un caz special al instalațiilor cu cicluri combinate și nu constituie de fapt o noutate. Ele s-au construit și utilizat de mai mult timp sub forma unor centrale electrice cu termoficare (CET), în cazul cărora se urmărește producerea de energie electrică dar și furnizarea agentului termic pentru încălzire/ prepararea apei calde.

Energia electrică care se obține în centralele termice cu cogenerare este utilizată la antrenarea pompelor pentru recircularea agentului termic dintre centrala termică și consumatorul extern sau/și pentru furnizarea de energie electrică în sistemul național. Astfel de unități energetice mai sunt utilizate și în industria de celuloză și hârtie, în industria textilă, industria alimentară, etc. .Rolul lor fiind asigurarea căldurii necesare procesului tehnologic cât și energia electrică pentru funcționarea unor utilaje tehnologice sau pentru iluminat. În acest fel se micșorează vizibil cheltuielile energetice.

Sistemele cu cogenerare au început să se utilizeze din ce în ce mai mult în țările din nordul și estul Europei, iar în ultima perioadă se folosesc și în SUA și Canada. Ele sunt prezente și la Cluj-Napoca, realizate de Regia Autonomă de Termoficare.

Importanța acestor instalații termoenergetice cu cogenerare este aceea că, gazele de ardere produse prin arderea combustibililor au tempereraturi foarte mari, deci rezultă un grad de transformabilitate mare a energiei interne în energie mecanică. Folosirea căldurii la acești parametri pentru producerea de abur tehnologic dar și pentru încălzire este însoțită de pierderi semnificative de energie. Acest lucru duce la o utilizare nerațională a unui "bun calitativ superior".

O altă importanță deosebită o reprezintă aspectele legate de protecția mediului. În general se încearcă îmbinarea avantajelor economice cu cele ecologice.Acest lucru fiind realizabil în instalațiile cu cogenerare, unde prin reducerea consumului de combustibil convențional sau prin utilizarea energiilor neconvenționale, se micșorează cantitatea de noxe (CO2, CO, NOx etc) degajate în mediul ambiant.

7.2. Principalele componente ale turbinei cu gaze cu un singur ax

O turbină cu gaze reprezintă o turbină termică, care utilizează căderea de entalpie a unui gaz sau a unui amestec de gaze. Aceasta se produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax o cantitate de energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Turbina cu gaze mai poartă denumirea și de instalație de turbină cu gaze (ITG).

Din punct de vedere termodinamic o turbină cu gaze funcționează în mod asemănător cu motorul unui automobil. Aerul din atmosferă este admis într-un compresor cu palete, unde este comprimat, urmând introducerea unui combustibil, aprinderea și arderea lui într-o cameră de ardere. Gazele de ardere se destind într-o turbină, care extrage din ele lucrul mecanic, iar apoi sunt evacuate în atmosferă. Procesul este continuu, iar piesele execută numai mișcări de rotație, ceea ce pentru o putere dată, poate conduce la o masă totală a instalației mai mică. Ca urmare, turbinele cu gaze s-au dezvoltat în special ca motoare de aviație, însă își găsesc utilizare în multe alte domenii, unul dintre cele mai moderne fiind termocentralele cu cicluri combinate abur-gaz.

Tabelul 8.1. Principalele componente ale turbinei cu gaze cu un singur ax

7.2.1. Compresorul

Rolul compresorului este acela de a realiza comprimarea agentului termic (de obicei aerul). Se folosesc exclusiv compresoare cu palete.

Compresorul este de tip axial.

Compresoarele axiale au un raport de compresie pe treaptă mai mic, în acest caz pentru un raport de compresie total dat sunt necesare mai multe trepte, în felul acesta agregatul rezultă mai lung, însă de diametru mai mic. Randamentul acestor compresoare este unul mai bun.

7.2.2. Camera de ardere

Rolul camerei de ardere este acela de a realiza introducerea căldurii în ciclu prin arderea unui combustibil. Camerele de ardere au în interior o cămașă răcită cu aerul de diluție, cămașă care ecranează flacăra și care protejează astfel corpul exterior al camerei. Aprinderea inițială se realizează cu o bujie.

7.2.3. Turbina

Principalele componente ale unei turbine sunt aducția de aer, compresorul de aer în trepte cu palete variabile ale statorului, inelul de distribuție cu injectoare, camera inelară de combustie, turbina în trepte și nu în ultimul rănd canalul de evacuare.

Date tehnice

Turbinele cu un singur ax

Motoarele de tip Taurus Titan sunt turbine cu un singur ax.

Tabela 7.2 Date tehnice despre turbina

7.2.4. Reductorul

În cazul turbinelor cu un singur ax, reductorul este montat cu buloane pe carcasa aducției de aer a motorului. Iar în cazul turbinelor cu două axuri, reductorul este montat cu flanșe pe capătul de acționare al generatorului. Unitatea este un angrenaj planetar de mare viteză cu două trepte ce are o viteză de ieșire de 1500 rpm (50Hz). Aceasta poate suporta suprasarcini instantanee de până la circa opt ori mai mari decât valoarea cuplului de torsiune în condiții normale de lucru. Uleiul de ungere pentru reductor este preluat din sistemul de ungere al turbinei.

Date tehnice

Tip: Angrenaj planetar de mare viteză cu două trepte

Viteza nominală de ieșire: 1500 rpm

Figura 8.2 Reductorul

Tabela 7.3 Componentele reductorului

7.2.5 Generatorul

Generatorul este instalat pe structura de rezistență. Axul generatorului este cuplat la axul de mică viteză al cutiei de viteze.

Generatorul are răcirea cu aer cu unul sau două ventilatoare, care au rolul de a aspira aer din admisiile de aer laterale.

Deși se pot folosi configurații diferite de generatoare, generatorul standard de turbină constă în mod normal dintr-un generator trifazat cu roată magnetică. Acesta este realizat într-o dispunere prin care este protejat contra picăturilor de apă, cu bobinaj atenuator și cu excitator fără perii conectat direct.

Dispozitivul este compus dintr-un generator principal (dispozitiv cu polarizare internă) și un excitator (dispozitiv cu polarizare externă).Suplimentar, sistemelor de comandă ale generatorului le sunt necesare stabilizatoare de tensiune, dispozitive de protecție și alte instrumente.

Generatorul este destinat fie utilizării izolate sau în paralel cu rețeaua electrică, fie cu alte generatoare.

Generatorul: principalele componente, comune majorității producătorilor

Figura 7.3 Generatorul

Tabela 7.4 Elementele componente ale generatorului

7.2.6 Structura de rezistență

Ansamblul turbo-generator și elementele sale auxiliare sunt instalate în interiorul containerului izolat fonic într-o structură autoportantă. Structura de rezistență poate susține întregul sistem mecanic al motorului, inclusiv sistemul de ungere și cel de alimentare.

Baia de ulei este integrată în zona centrală a structurii. Structura de rezistență, fiind sudată integral, joacă și rolul unui bazin etanș de retenție care, în cazul spargerii băii de ulei, a unei țevi sau a altui element constructiv, aceasta poate reține întreaga cantitate de ulei sau alte scurgeri în interiorul incintei izolate fonic.

Structura de rezistență susține întreaga sarcină a ansamblului pe 6 sisteme de suspensie cu arcuri.

Containerul include atăt sisteme de iluminare căt și de ventilație. De ambele părți ale acestuia sunt prevăzute uși pentru lucrări de întreținere. Ansamblul turbo-generator este protejat prin intermediul unor echipamente de detecție și de stingere a incendiilor, dar și de un sistem de detecție a scurgerilor de gaze.

Cablurile de alimentare, conductorii electrici de joasă tensiune și de control sunt introduse în turbină cu ajutorul unor conducte de cabluri.

Gabaritul ansamblurilor turbo-generatoare instalate, ce includ cadrul, containerul, turbina, generatorul și filtrele sunt:

Tabela 7.5 Gabaritul ansamblurilor turbo-generatoare

7.3. Secțiune a unei turbine cu un singur ax

Figura 7.5 Secțiune a unei turbine cu un singur ax

Tabela 7.6 Parti componente ale turbinei cu un singur ax

CAPITOLUL 8

Sistemul de monitorizare a vibrațiilor

La lagărele turbinei:

nr. 1: senzor orizontal de proximitate ST1715

nr. 1: senzor axial de proximitate ST1716 (opțional)

nr. 2: senzor orizontal de proximitate ST1725

nr. 3: senzor orizontal de proximitate ST1735

La carcasa turbinei:

Traductor vertical de viteză ST1832

La carcasa reductorului:

Traductor radial vertical de accelerație ST1841

La lagărul capătului de acționare al generatorului:

Traductor radial vertical de viteză ST4210

8.1. Monitorizarea vibratiilor la cele 3 lagare

Figura 8.1 Vedere de ansamblu

Monitorizarea este realizată cu ajutorul senzorilor de proximitate (de vibrații) care transmit semnalul calculatorului central. Acesta transformă semnalul analog în semnal digital. Acesta din urmă fiind citit de catre operator folosind un program special instalat în cadrul firmei.

Monitorizarea se realizează, pentru fiecare lagăr în parte, pe directiile x si respectiv y.

În sistem este implementat un sistem de protectie pentru vibrații: dacă vibrațiile se apropie de punctul critic atunci se declanșează alarma iar dacă punctul critic este atins întreg ansamblul intră automat în shut down pentru a nu se crea defecțiuni iremediabile

8.1.2. Masurarea vibrațiilor la lagărul 1

Lagărul numarul 1 se află în zona reductorului de turații. Vibratiile se masoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP

Figura 8.3 Zona lagarului 1

Figura 8.4 Graficul vibrațiilor în lagărul 1

După cum se poate observa în acest grafic, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x erau de 15,30 uPP , iar pe direcția y de 13,40 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagarul 1, fiind la 75 uPP pentru declanșarea alarmei si respectiv 95 uPP pentru închiderea sistemului.

8.1.3. Măsurarea vibrațiilor la lagărul 2

Lagărul numarul 2 se află în zona compresorului de aer. Similar ca în cazul anterior vibrațiile se masoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP.

Figura 8.5 Zona lagărului 2

Figura 8.6 Graficul vibrațiilor la lagărul 2

După modul în care ne arată și graficul, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x sunt de 42,10 uPP , iar pe direcția y de 42,60 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagărul 2, fiind la 55 uPP pentru declanșarea alrmei și respectiv 75 uPP pentru închiderea sistemului.

8.1.4. Masurarea vibrațiilor la lagărul 3

Figura 8.7 Zona lagărului 3

Lagărul numărul 3 se localizează în zona camerei de ardere (turbina). Similar ca în cazurile anterioare vibratiile se măsoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP.

Figura 8.8 Graficul vibrațiilor la lagărul 2

După cum observăm și în grafic, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x sunt de 18,40 uPP , iar pe direcția y de 17,10 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagarul 3, fiind la 75 uPP pentru declanșarea alrmei și respectiv 95 uPP pentru închiderea sistemului

Toate măsuratorile s-au făcut la o sarcina electrică a turbinei de 10551,00 kW.

Figura 8.9 Sarcina electrica a turbinei