Cos'è la crescita termica? Come un produttore leader di turbine tiene sotto controllo la crescita termica

Di Eric Elder

La crescita termica è l'espansione della materia causata da un aumento della temperatura. Nelle apparecchiature rotanti, ciò avviene mentre la macchina è in uso, poiché il calore si accumula quando le singole parti all'interno dell'asset si muovono e interagiscono tra loro.

Fattori come l'attrito causano l'aumento della temperatura dell'attrezzatura. L'aumento di calore provoca l'espansione del metallo, con conseguente crescita termica che, se non presa in considerazione nel processo di allineamento, può causare disallineamenti. Anche piccole quantità di crescita termica possono causare gravi problemi di allineamento e una conseguente cascata di problemi nelle attrezzature rotanti.

In questo articolo apprenderai le cause dell'espansione termica, come ridurla e perché l'allineamento laser può aiutarti a tenere sotto controllo l'espansione termica, proprio come è successo a un importante produttore di turbine.

Come si calcola la crescita termica?

Per calcolare l'espansione termica di un'apparecchiatura rotante, è necessario conoscere tre informazioni fondamentali.

Per prima cosa, devi conoscere la temperatura differenziale, T, del materiale. Questa è la differenza di temperatura tra il materiale quando l'attrezzatura rotante è fredda a riposo e la temperatura più alta che l'attrezzatura raggiunge mentre è in uso.

Esempio: la temperatura della macchina quando non è in uso è di 70 °F. L'attrezzatura raggiunge i 130 °F quando è in uso. In questo caso, Temperatura = 60 °F.

Successivamente, devi conoscere la dimensione lineare del materiale che stai calcolando. La dimensione lineare è la lunghezza del materiale in pollici (in).

Esempio: l'albero rotante è lungo 10 pollici. In questo caso, L = 10 pollici.

Infine, è necessario conoscere il coefficiente di dilatazione termica lineare per il materiale in questione. Questa è una costante che dipende dal materiale utilizzato. Ecco un grafico con il coefficiente di dilatazione termica lineare per i tipi comuni di metallo utilizzati nelle apparecchiature rotanti:

Esempio: l'albero in questione è realizzato in acciaio inossidabile. Il coefficiente è .0000074.

Moltiplicare i tre numeri tra loro per trovare la dilatazione termica dell'apparecchiatura.

T x L x C = Crescita termica in pollici

Esempio: 60 °F x 10 in x 0000074 = 0.00444. L'albero crescerà .00444 pollici.

Cause della crescita termica

La crescita termica è causata dall'aumento della temperatura di esercizio delle apparecchiature rotanti quando sono in uso. L'aumento della temperatura può avere molte cause, alcune delle quali sono normali e non sono motivo di allarme.

Anche con una lubrificazione adeguata, l'attrito causato dalle parti mobili della macchina può portare ad aumenti di temperatura. Componenti elettrici come motori e trasformatori possono generare calore a causa della resistenza nei loro avvolgimenti e circuiti, e processi come la conversione di energia da energia elettrica a energia meccanica possono anche causare un aumento di temperatura.

È importante monitorare regolarmente la crescita termica di un asset per stabilire una linea di base. Quando le macchine generano più calore del normale, può essere un segnale che la tua attrezzatura rotante potrebbe avere problemi di fondo.

Come ridurre la crescita termica

La crescita termica è un risultato naturale dell'uso di apparecchiature rotanti. Tuttavia, se le temperature aumentano oltre le normali temperature operative sicure previste, può indicare un problema che deve essere affrontato con la manutenzione della macchina.

A seconda del tipo di apparecchiatura, ecco alcuni passaggi che possono tenere sotto controllo l'espansione termica:

• Lubrificazione: Una corretta lubrificazione può contribuire a ridurre l'attrito, che provoca l'aumento della temperatura nelle apparecchiature rotanti.
• ventilazione: Controllare le prese d'aria e le ventole per accertarsi che funzionino correttamente e non siano ostruite.
• Problemi elettrici: Controllare che tutti i componenti elettrici funzionino correttamente. Irregolarità di tensione, collegamenti scadenti e cablaggi difettosi possono causare surriscaldamento.
• Danni ai componenti:I componenti danneggiati, come cuscinetti o guarnizioni, possono causare aumenti di temperatura dovuti al maggiore attrito.
• Allineamento dell'albero:Assicurarsi che le apparecchiature rotanti siano correttamente allineate può anche ridurre l'attrito e il calore causati da sollecitazioni eccessive sui componenti.

Come gli strumenti di allineamento laser aiutano a ridurre la crescita termica eccessiva

L'allineamento dell'albero può aiutare a ridurre gli effetti negativi della crescita termica. Anche il processo di allineamento stesso deve tenere in considerazione la crescita termica.

L'esempio presentato sopra è semplificato per spiegare la crescita termica. In realtà, tenere conto della crescita termica nelle apparecchiature rotanti può essere molto più complicato.

Le apparecchiature rotanti sono spesso composte da più di un tipo di materiale. Le apparecchiature possono anche subire un riscaldamento non uniforme in tutta la macchina e la crescita termica non è limitata all'albero stesso. Ad esempio, la parte anteriore di una macchina può avere una ventola che la aiuta a raffreddarsi, quindi non raggiunge temperature elevate come la parte posteriore della macchina. E per complicare ulteriormente le cose, l'espansione termica avviene in tutte le direzioni, non solo in una.

Tutti questi fattori rendono l'allineamento tradizionale delle apparecchiature rotanti quasi impossibile quando si prende in considerazione la crescita termica. Tuttavia, i metodi di allineamento laser tengono automaticamente conto della crescita termica e offrono un'alternativa moderna.

L'allineamento laser funziona utilizzando un trasmettitore e un rilevatore. Questi sono montati sulla macchina sopra gli alberi mentre l'attrezzatura rotante è fredda. Una volta montati i dispositivi, l'attrezzatura viene accesa. Il dispositivo registra i cambiamenti che si verificano tra entrambi i lati dell'albero mentre la temperatura continua a salire.

Una volta che la temperatura si stabilizza al suo punto più alto, i dati possono essere utilizzati per eseguire l'allineamento. Tiene conto sia della crescita termica verticale che di quella orizzontale che si verifica mentre l'apparecchiatura è in funzione.

La contabilizzazione della crescita termica durante il processo di allineamento garantisce che l'attrezzatura rotante rimanga correttamente allineata durante l'uso. Senza questo passaggio fondamentale, la crescita termica porterà a un disallineamento.

Caso di studio: il produttore leader di turbine tiene sotto controllo la crescita termica

Quando si tratta di macchine ad alta velocità come le turbine, la dilatazione termica è un aspetto che le aziende devono quasi sempre monitorare.

Un team di servizi PRÜFTECHNIK ha aiutato un produttore leader di turbine a gas industriali per il mercato globale della produzione di energia a misurare con precisione la dilatazione termica di un'unità turbina utilizzando ROTALIGN® touch.

Con migliaia di unità che accumulano miliardi di ore di funzionamento, questo produttore comprende l'importanza dell'allineamento di precisione. Ecco perché ha chiamato PRUFTECHNIK, in qualità di leader mondiale nell'allineamento laser degli alberi, per gestire la misurazione.

Cos'è la crescita termica? È l'espansione di una macchina quando la sua temperatura aumenta a causa del normale funzionamento. Il targeting termico allinea correttamente gli alberi quando si riscaldano fino alle temperature di esercizio.

Le turbine a gas producono una grande quantità di calore e sono quindi soggette a notevoli quantità di crescita termica. La mancata considerazione dell'espansione termica può causare alberi disallineati che producono vibrazioni indesiderate e danni ai cuscinetti. Questi effetti collaterali alla fine riducono la durata di una macchina e causano tempi di fermo macchina.

Per evitare ciò, il produttore della turbina utilizza le tecnologie più recenti disponibili per tenere conto dell'espansione termica e per allineare correttamente gli alberi delle sue turbine.

Figura 1: Un esempio di trend di crescita termica.

Il produttore di turbine a gas ha scelto i servizi di allineamento PRÜFTECHNIK e la piattaforma di allineamento avanzata della serie ROTALIGN® per mettere a punto le sue turbine a gas e ottenere le migliori prestazioni.

ROTALIGN touch è dotato di un sistema basato su laser che include un trasmettitore e un rilevatore. Questi sono montati sulla turbina a gas e sulla macchina azionata in una posizione appena sopra gli alberi. Una volta che i dispositivi sono montati stabilmente, la turbina accelera fino a raggiungere la velocità operativa.

All'aumentare della temperatura della turbina, il dispositivo registra dati che mostrano la relazione di movimento tra la macchina motrice e quella condotta.

Figura 2: Un esempio di risultati di crescita termica.

La registrazione dei dati è completa una volta che la temperatura della macchina si è stabilizzata. La piattaforma di allineamento della serie ROTALIGN® è quindi in grado di analizzare automaticamente i dati per determinare le modifiche orizzontali e verticali necessarie nelle posizioni di montaggio della turbina a gas, come mostrato nella Figura 2.

Queste modifiche consentono alla macchina di essere allineata correttamente quando funziona a temperature operative. Il produttore di turbine a gas sta sfruttando questa tecnologia per dotare le sue turbine di una maggiore affidabilità e prestazioni ottimali. Con i prodotti e i servizi PRUFTECHNIK, la crescita termica delle sue macchine è sotto controllo.

Eric Elder è PRUFTECHNIK Service Manager per le Americhe presso Fluke Reliability.