ทำไมกังหันไอน้ำแบบอิมพัลส์จึงสูญเสียกำลังเมื่อแรงดันไอน้ำลดลง

กังหันไอน้ำแบบอิมพัลส์สูญเสียกำลังเมื่อความดันไอน้ำขาเข้าที่ลดลงทำให้อัตราการไหลของไอน้ำ พลังงานที่มีสำหรับการขยายตัว หรือทั้งสองอย่างลดลง ส่งผลให้แรงบิดที่เพลาลดลง ในช่วงแรกความเร็วอาจยังคงที่ เนื่องจากตัวควบคุมความเร็วเปิดวาล์วควบคุม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ายังคงทำงานที่ความเร็วซิงโครนัส หรือชุดโรเตอร์จ่ายพลังงานออกมาชั่วครู่ขณะความเร็วลดลง

ดังนั้น ความดันที่ลดลงจึงควรได้รับการตรวจสอบก่อนที่ความเร็วจะเปลี่ยนแปลง ผลกระทบขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่วัดความดัน อุณหภูมิไอน้ำ ความดันไอเสีย และความสามารถของวาล์วควบคุมที่ยังเหลืออยู่ คำถามแรกในการเดินเครื่องคือ กังหันยังสามารถจ่ายโหลดตามที่ต้องการได้ภายในขีดจำกัดการเดินเครื่องที่ได้รับอนุมัติหรือไม่

ความดันที่ลดลงทำให้กำลังเพลาลดลงได้อย่างไร

ในสเตจแบบอิมพัลส์ ไอน้ำจะขยายตัวเป็นหลักในหัวฉีดที่อยู่กับที่ ซึ่งเปลี่ยนพลังงานที่มีอยู่บางส่วนให้เป็นความเร็ว ใบพัดที่เคลื่อนที่ดึงงานออกจากไอน้ำโดยเปลี่ยนทิศทางและโมเมนตัมของไอน้ำนั้น ความดันที่ลดลงอาจทำให้กระบวนการนี้ด้อยลงได้ผ่านกลไกสองประการ ได้แก่ ไอน้ำไหลผ่านหัวฉีดน้อยลง และไอน้ำแต่ละกิโลกรัมอาจมีพลังงานที่สามารถเปลี่ยนเป็นงานได้น้อยลง

ไอน้ำไปถึงใบพัดน้อยลง

สำหรับหัวฉีดที่มีพื้นที่หน้าตัดคงที่และทำงานภายใต้สภาวะการไหลวิกฤต อัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ำขึ้นอยู่มากกับความดันสัมบูรณ์ที่อยู่ต้นน้ำของหัวฉีดโดยตรง รวมถึงอุณหภูมิและคุณสมบัติของไอน้ำ การไหลวิกฤตหมายความว่าความดันปลายน้ำจะไม่ควบคุมอัตราการไหลเชิงมวลในลักษณะเดิมอีกต่อไป ไม่ได้หมายความว่าอัตราการไหลจะไม่ขึ้นกับความดันต้นน้ำ

หากความดันขาเข้าหัวฉีดลดลงขณะที่อุณหภูมิใกล้เคียงเดิม อัตราการไหลเชิงมวลโดยทั่วไปจะลดลง แม้ลำไอจะยังคงมีความเร็วค่อนข้างสูง แต่ไอน้ำที่ไปถึงใบพัดในแต่ละวินาทีก็น้อยลง ทำให้การถ่ายโอนโมเมนตัมที่สร้างแรงบิดลดลง ตัวควบคุมความเร็วสามารถชดเชยได้ด้วยการเปิดวาล์วไอน้ำเข้า แต่ทำได้ตราบเท่าที่ยังมีความสามารถของวาล์วและปริมาณไอน้ำเพียงพอ

พลังงานสำหรับการขยายตัวอาจมีน้อยลง

พลังงานที่มีสำหรับการขยายตัวขึ้นอยู่กับทั้งสภาวะขาเข้าและความดันขาออก เมื่อความดันขาเข้าลดลงแต่ความดันไอเสียคงเดิม โดยทั่วไปเอนทัลปีที่ลดลงแบบไอเซนโทรปิกซึ่งมีอยู่จะลดลง หัวฉีดจึงอาจสร้างความเร็วลำไอได้น้อยลง และใบพัดมีพลังงานให้ดึงออกจากไอน้ำแต่ละกิโลกรัมน้อยลง

อัตราส่วนความดันช่วยอธิบายแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงได้ แต่ไม่สามารถใช้ระบุการสูญเสียกำลังได้ด้วยตัวมันเอง อุณหภูมิไอน้ำมีความสำคัญ และค่าความดันเพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุสถานะทางอุณหพลศาสตร์ขาเข้าได้ การคำนวณความดันยังต้องใช้ค่าแบบสัมบูรณ์ การนำค่าความดันเกจมาหารกันอาจทำให้ได้อัตราส่วนที่คลาดเคลื่อน

ความสัมพันธ์ที่เป็นประโยชน์ต่อการเดินเครื่องคือ กำลังเพลาขึ้นอยู่กับอัตราการไหลเชิงมวลของไอน้ำคูณด้วยพลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้ซึ่งดึงออกมาต่อหน่วยมวล หากทั้งสองค่าลดลง ผลกระทบก็จะรวมกัน ไม่มีหลักเกณฑ์สากลที่เชื่อถือได้ว่าความดันขาเข้าที่ลดลงในสัดส่วนหนึ่งจะทำให้กำลังลดลงในสัดส่วนเดียวกัน

ประสิทธิภาพใบพัดก็อาจเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน เมื่อความเร็วโรเตอร์คงที่ ความเร็วหัวฉีดที่ลดลงจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วใบพัดกับความเร็วไอน้ำ ทำให้สเตจทำงานห่างจากความสัมพันธ์ด้านความเร็วที่ออกแบบไว้ และอาจลดประสิทธิภาพลงอีก ระดับของผลกระทบขึ้นอยู่กับการออกแบบและจุดเดินเครื่องของกังหัน

เหตุใดความเร็วคงที่จึงอาจบดบังผลผลิตที่ลดลง

สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความถี่คงที่ ความเร็วของกังหันจะผูกกับความถี่ของโครงข่าย การลดลงของแรงบิดไอน้ำโดยทั่วไปจะแสดงออกมาเป็นกำลังไฟฟ้าขาออกที่ลดลง ขณะที่ความเร็วยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น ผู้ปฏิบัติงานควรติดตามแนวโน้มกำลังไฟฟ้าจริงควบคู่กับความดันขาเข้าและตำแหน่งวาล์ว ค่าความเร็วที่คงที่ไม่ได้ยืนยันว่ากังหันยังคงรักษากำลังขาออกไว้ได้

สำหรับกังหันที่ขับปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ ตัวควบคุมความเร็วอาจรักษาความเร็วไว้ได้ในช่วงแรกด้วยการเพิ่มการจ่ายไอน้ำ สัญญาณเตือนที่ควรสังเกตมักเป็นค่าตำแหน่งวาล์วที่เพิ่มขึ้น แต่โหลดที่จ่ายได้แทบไม่ดีขึ้น เมื่อวาล์วถึงขีดจำกัดการจ่ายไอน้ำที่มีประสิทธิผลแล้ว ความดันที่ลดลงเพิ่มเติมจะทำให้กังหันไม่สามารถรักษาจุดเดินเครื่องเดิมไว้ได้

การเปิดวาล์วเพียงอย่างเดียวไม่ได้ยืนยันว่ามีไอน้ำไหลไปถึงหัวฉีดเพียงพอ ระบบควบคุมอาจสั่งให้เปิดวาล์วมากขึ้น แต่ความขัดข้องของอุปกรณ์ขับวาล์ว ตะแกรงกรองที่อุดตัน ข้อจำกัดของแหล่งจ่าย หรือวาล์วต้นทางที่ปิดอยู่บางส่วน อาจขัดขวางการเพิ่มอัตราการไหลตามที่คาดไว้ หากเครื่องมือวัดเอื้ออำนวย ให้เปรียบเทียบตำแหน่งที่สั่ง ตำแหน่งจริง และความดันตลอดเส้นทางจ่ายไอน้ำเข้า

พฤติกรรมของอุปกรณ์ที่ถูกขับก็มีความสำคัญเช่นกัน การลดโหลดอาจทำให้ความเร็วคงที่ได้ แม้ความสามารถของกังหันจะลดลง ในทางกลับกัน ความต้องการของคอมเพรสเซอร์หรือปั๊มที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้ความเร็วลดลงพร้อมกับเกิดความผิดปกติของความดันไอน้ำ ให้ติดตามกระบวนการของอุปกรณ์ที่ถูกขับควบคู่ไปกับกังหัน เพื่อแยกผลกระทบเหล่านี้ออกจากกัน

ระบุตำแหน่งที่ความดันตกก่อนเปลี่ยนการตั้งค่า

เริ่มจากบันทึกข้อมูลที่จัดแนวเวลาเดียวกัน ได้แก่ ความดันเฮดเดอร์จ่าย ความดันขาเข้ากังหัน อุณหภูมิไอน้ำ ความดันไอเสีย อัตราการไหลของไอน้ำ ตำแหน่งวาล์ว ความเร็ว และโหลดขาออก ใช้เครื่องมือที่มีอยู่และปฏิบัติตามขั้นตอนการเดินเครื่องที่ได้รับอนุมัติ ตรวจสอบตำแหน่งของเซนเซอร์และดูว่าความดันที่แสดงวัดจากต้นน้ำหรือปลายน้ำของวาล์วควบคุม เพราะค่าทั้งสองตำแหน่งตอบคำถามต่างกัน

• ความดันเฮดเดอร์และความดันขาเข้ากังหันลดลงพร้อมกัน: ตรวจสอบกำลังการผลิตไอน้ำ ความต้องการไอน้ำจากระบบอื่น อุปกรณ์ลดความดัน และการเปลี่ยนแปลงในระบบจ่ายไอน้ำ มีแนวโน้มมากขึ้นว่าเกิดจากความผิดปกติของแหล่งจ่ายร่วม
• ความดันเฮดเดอร์คงที่ แต่ความดันขาเข้ากังหันลดลง: ตรวจสอบเส้นทางจ่ายไอน้ำเข้า เช็กการจัดตำแหน่งวาล์วตัดตอน ตะแกรงกรอง การทำงานของวาล์วควบคุม และการสูญเสียความดันในท่อ เปรียบเทียบสภาวะที่อัตราการไหลของไอน้ำใกล้เคียงกัน เนื่องจากการสูญเสียความดันผ่านจุดคอดเปลี่ยนไปตามอัตราการไหล
• ความดันขาเข้าคงที่ ขณะที่ความดันไอเสียเพิ่มขึ้น: พลังงานสำหรับการขยายตัวที่ลดลงอาจอธิบายกำลังขาออกที่ลดลงได้ สำหรับกังหันแบบควบแน่น ให้ตรวจสอบสภาวะของคอนเดนเซอร์และประสิทธิภาพของระบบสุญญากาศ สำหรับกังหันแบบแรงดันย้อนกลับ ให้ตรวจสอบเฮดเดอร์ไอน้ำปลายทางและความต้องการของระบบด้านปลายน้ำ
• ความดันและอุณหภูมิดูคงที่ แต่กำลังขาออกลดลง: ขยายขอบเขตการตรวจสอบไปยังอัตราการไหลของไอน้ำจริง สัญญาณป้อนกลับของวาล์ว โหลดของอุปกรณ์ที่ถูกขับ และสภาพของกังหัน ค่าที่คงที่ ณ ตำแหน่งหนึ่งไม่ได้ตัดความเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งกีดขวางในทางจ่ายไอน้ำเข้าหรือภายในเครื่อง

ลำดับเหตุการณ์ช่วยจำกัดสาเหตุให้แคบลง การที่ความดันเฮดเดอร์ลดลง ตามด้วยการเปิดวาล์วมากขึ้นและกำลังขาออกลดลง สนับสนุนข้อสันนิษฐานว่าแหล่งจ่ายมีข้อจำกัด หากคำสั่งวาล์วเปลี่ยนก่อนความดันลดลง อาจชี้ไปที่การตอบสนองของระบบควบคุมหรือการเปลี่ยนแปลงของโหลด คำนึงถึงเวลาตอบสนองของเครื่องมือวัดก่อนสรุปความแตกต่างด้านเวลาเพียงเล็กน้อยว่าเป็นข้อยืนยัน

หากความผิดปกติเกิดขึ้นหลังการบำรุงรักษาหรือการเปลี่ยนการจัดวางระบบ ให้ตรวจสอบอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องก่อน ยืนยันตำแหน่งวาล์วและความพร้อมใช้งานของเครื่องมือวัดตามขั้นตอนของสถานประกอบการ หลีกเลี่ยงการเปิดวาล์วระบาย บายพาส หรือจุดต่อที่มีแรงดัน เพียงเพื่อทดสอบสมมติฐาน

ตรวจสอบอุณหภูมิ สภาวะไอเสีย และขีดจำกัดการเดินเครื่อง

ความดันที่ลดลงพร้อมกับอุณหภูมิที่ลดลงอาจลดความสามารถของกังหันมากกว่าที่คาดจากความดันเพียงอย่างเดียว ประเมินค่าทั้งสองโดยเทียบกับสภาวะไอน้ำขาเข้าที่กำหนด ความดันและอุณหภูมิขาเข้าร่วมกันอาจบ่งชี้ว่าส่วนเผื่อความร้อนยวดยิ่งกำลังลดลง แต่ค่าเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุสภาวะของไอน้ำตลอดเส้นทางการขยายตัวได้

หากสงสัยว่ามีน้ำปะปนมากับไอน้ำ การสั่นสะเทือนผิดปกติ เสียงผิดปกติ หรือการเดินเครื่องไม่เสถียร ต้องดำเนินการตามคำแนะนำการเดินเครื่องของกังหัน การทำให้ความดันเฮดเดอร์กลับคืนมาไม่ได้แก้ปัญหาคุณภาพไอน้ำ ตรวจสอบอุปกรณ์แยกน้ำ ระบบระบายน้ำ และสภาวะของหม้อไอน้ำหรือระบบปรับสภาพไอน้ำที่เกี่ยวข้องตามขั้นตอนที่กำหนดไว้

ควรให้ความสำคัญกับความดันไอเสียเท่าเทียมกัน การทำให้ความดันขาเข้ากลับคืนมาอาจช่วยได้น้อย หากสุญญากาศของคอนเดนเซอร์ยังไม่ดี หรือเฮดเดอร์แรงดันย้อนกลับยังมีความดันสูง เปรียบเทียบสภาวะขาเข้าและขาออกในปัจจุบันกับเส้นโค้งสมรรถนะหรือแผนที่การเดินเครื่องของผู้ผลิต ข้อมูลเหล่านี้เป็นพื้นฐานในการประเมินกำลังขาออกที่กู้คืนได้ดีกว่าการคาดคะเนการแปลงความดันเป็นกำลัง

เมื่อใช้ขีดความสามารถในการจ่ายไอน้ำเข้าจนหมดแล้ว ให้ลดโหลดตามที่กังหันและกระบวนการของอุปกรณ์ที่ถูกขับอนุญาต และแก้ไขข้อจำกัดของแหล่งจ่ายหรือไอเสียที่ระบุได้ การเพิ่มคำสั่งความเร็วหรือโหลดซ้ำ ๆ ไม่สามารถสร้างพลังงานไอน้ำเพิ่มเติมได้ การเพิ่มความดันจ่ายให้เกินขีดจำกัดของอุปกรณ์ไม่ใช่วิธีฟื้นฟูที่ยอมรับได้

หลังจากสภาวะมีเสถียรภาพแล้ว ให้เปรียบเทียบกำลังขาออกภายใต้สภาวะอุณหภูมิขาเข้า ความดันไอเสีย ความเร็ว และโหลดที่ใกล้เคียงกัน หากสมรรถนะกลับคืนมา หลักฐานสนับสนุนว่าสาเหตุมาจากข้อจำกัดของสภาวะการเดินเครื่อง หากยังคงมีกำลังขาดหาย ให้เก็บบันทึกแนวโน้มไว้เพื่อทบทวนเครื่องมือวัด ระยะเคลื่อนที่ของวาล์ว สิ่งอุดตัน และสภาพภายในอย่างเจาะจง การเปรียบเทียบนี้จะช่วยกำหนดว่าขั้นตอนถัดไปควรเป็นการดูแลระบบไอน้ำ การบำรุงรักษาระบบควบคุม หรือการตรวจสอบกังหัน