Experimental evaluation of the dynamic properties of an energy microturbine with defects in the rotating system

Today’s energy systems increasingly use various types of microturbines to produce electricity. A specific feature of such machines is a high-speed rotor, whose rotational speed can be higher than 100,000 rpm. Failure-free operation of highspeed microturbine rotors requires both special design and high precision during the manufacturing process. What is more, proper procedures must be followed during run-up and coast-down phases; and also, dedicated diagnostic systems have to be used. This article discusses the experimental research conducted on a 2.5 kW vapour microturbine that operated in a prototypical combined heat and power plant. A series of measurements was carried out to evaluate the dynamic performance of the machine during normal operation. After the appearance of certain defects in the rotating system, it was necessary to perform a new series of measurements in order to assess the dynamic properties of the machine. The measurements results obtained in the form of vibration velocity spectrums made it possible to define diagnostic symptoms corresponding to particular defects. Similar diagnostic symptoms can occur during the operation of this class of turbomachines.

We współczesnych systemach energetycznych coraz częściej do wytwarzania energii elektrycznej stosowane są różnego typu mikroturbiny. Charakterystyczną cechą takich maszyn są wysokoobrotowe wirniki, których prędkości obrotowe mogą przekraczać nawet 100 000 obr/min. Praca wirnika w takich warunkach wymaga zastosowania specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych i bardzo dużej precyzji wykonania, a podczas eksploatacji zachowania odpowiednich procedur przy rozruchu i odstawieniu, a także stosowania dedykowanych systemów diagnostycznych. W niniejszym artykule zostały omówione badania eksperymentalne mikroturbiny parowej o mocy 2,5 kW, pracującej w prototypowym układzie kogeneracyjnym. Wykonane pomiary obejmowały ocenę stanu dynamicznego podczas normalnej pracy maszyny oraz badania jej właściwości dynamicznych w obecności defektów układu wirującego. Uzyskane wyniki pomiarów, w postaci rozkładów częstotliwościowych drgań, pozwalają na zdefiniowanie symptomów diagnostycznych typowych dla różnych defektów, które mogą pojawić się podczas eksploatacji tej klasy maszyn wirnikowych.