Czym jest wzrost termiczny? Jak wiodący producent turbin kontroluje wzrost termiczny

Przez Eric Elder

Wzrost termiczny to rozszerzanie się materii spowodowane wzrostem temperatury. W przypadku urządzeń obrotowych dzieje się tak, gdy maszyna jest używana, ponieważ ciepło gromadzi się, gdy poszczególne części wewnątrz zasobu poruszają się i oddziałują ze sobą.

Czynniki takie jak tarcie powodują wzrost temperatury sprzętu. Wzrost ciepła powoduje rozszerzanie się metalu, co skutkuje wzrostem termicznym, który, jeśli nie zostanie uwzględniony w procesie wyrównywania, może powodować rozbieżności. Nawet niewielkie ilości wzrostu termicznego mogą powodować poważne problemy z wyrównywaniem i kaskadę problemów w obracającym się sprzęcie.

W tym artykule dowiesz się, jakie są przyczyny rozszerzalności cieplnej, jak ją ograniczyć oraz dlaczego laserowe ustawianie turbin może pomóc Ci utrzymać rozszerzalność cieplną pod kontrolą, tak jak miało to miejsce w przypadku wiodącego producenta turbin.

Jak obliczyć rozszerzalność cieplną?

Aby obliczyć rozszerzalność cieplną urządzeń obrotowych, należy znać trzy kluczowe informacje.

Najpierw musisz znać różnicę temperatur, T, materiału. Jest to różnica temperatur między materiałem, gdy obracający się sprzęt jest zimny w spoczynku, a najwyższą temperaturą, jaką sprzęt osiąga podczas użytkowania.

Przykład: Temperatura maszyny, gdy nie jest używana, wynosi 70 °F. Sprzęt osiąga 130 °F, gdy jest używany. W tym przypadku, Temperatura = 60 °F.

Następnie musisz znać wymiar liniowy obliczanego materiału. Wymiar liniowy to długość materiału w calach (in).

Przykład: Obracający się wał ma 10 cali długości. W tym przypadku, L = 10 cali.

Na koniec musisz znać współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej dla danego materiału. Jest to stała, która zależy od używanego materiału. Oto wykres ze współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej dla typowych rodzajów metalu stosowanych w urządzeniach obrotowych:

Przykład: Wał, o którym mowa, jest wykonany ze stali nierdzewnej. Współczynnik wynosi .0000074.

Pomnóż te trzy liczby przez siebie, aby znaleźć współczynnik rozszerzalności cieplnej urządzenia.

T x L x C = Rozszerzalność cieplna w calach

Przykład: 60 °F x 10 cali x 0000074 = 0.00444. Wał będzie rósł . 00444 cali.

Przyczyny wzrostu termicznego

Wzrost temperatury jest spowodowany zwiększoną temperaturą roboczą obracającego się sprzętu podczas użytkowania. Wzrost temperatury może mieć wiele przyczyn, z których niektóre są normalne i nie stanowią powodu do niepokoju.

Nawet przy odpowiednim smarowaniu tarcie spowodowane przez ruchome części maszyny może prowadzić do wzrostu temperatury. Elementy elektryczne, takie jak silniki i transformatory, mogą generować ciepło z powodu oporu w uzwojeniach i obwodach, a procesy, takie jak konwersja energii z energii elektrycznej na energię mechaniczną, mogą również powodować wzrost temperatury.

Ważne jest, aby regularnie śledzić, jak duży jest wzrost cieplny aktywów, aby ustalić punkt odniesienia. Gdy maszyny generują więcej ciepła niż zwykle, może to być znak, że Twój sprzęt obrotowy może mieć ukryte problemy.

Jak ograniczyć wzrost termiczny

Wzrost temperatury jest naturalnym skutkiem używania sprzętu obrotowego. Jednak jeśli temperatury rosną poza normalne bezpieczne temperatury robocze, może to wskazywać na problem, który należy rozwiązać za pomocą konserwacji maszyny.

W zależności od rodzaju sprzętu, poniżej przedstawiono kilka kroków, które mogą pomóc w ograniczeniu rozszerzalności cieplnej:

• Smarowanie:Odpowiednie smarowanie może pomóc w zmniejszeniu tarcia, które powoduje wzrost temperatury w obracających się urządzeniach.
• Wentylacja:Sprawdź otwory wentylacyjne i wentylatory, aby upewnić się, że działają prawidłowo i nie są zablokowane.
• Problemy elektryczne: Sprawdź, czy wszystkie elementy elektryczne działają prawidłowo. Nieregularności napięcia, słabe połączenia i wadliwe okablowanie mogą powodować przegrzanie.
• Uszkodzenie komponentów:Uszkodzone elementy, takie jak łożyska lub uszczelki, mogą powodować wzrost temperatury ze względu na większe tarcie.
• Wyrównanie wału:Upewnienie się, że urządzenia obrotowe są prawidłowo wyrównane, może również zmniejszyć tarcie i ciepło powstające w wyniku nadmiernego obciążenia podzespołów.

W jaki sposób narzędzia do ustawiania laserowego pomagają zredukować nadmiar wzrostu termicznego

Wyrównanie wału może pomóc zmniejszyć negatywne skutki wzrostu termicznego. Sam proces wyrównywania musi również uwzględniać wzrost termiczny.

Przykład przedstawiony powyżej jest uproszczony, aby wyjaśnić wzrost cieplny. W rzeczywistości uwzględnienie wzrostu cieplnego w urządzeniach obrotowych może być znacznie bardziej skomplikowane.

Obracający się sprzęt często składa się z więcej niż jednego rodzaju materiału. Sprzęt może również doświadczać nierównomiernego nagrzewania w całej maszynie, a wzrost temperatury nie ogranicza się do samego wału. Na przykład przód maszyny może mieć wentylator, który pomaga jej się chłodzić, więc nie osiąga tak wysokich temperatur jak tył maszyny. A żeby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, rozszerzalność cieplna występuje we wszystkich kierunkach, a nie tylko w jednym.

Wszystkie te czynniki sprawiają, że tradycyjne wyrównywanie sprzętu obrotowego jest niemal niemożliwe, gdy bierze się pod uwagę wzrost termiczny. Jednak metody wyrównywania laserowego automatycznie uwzględniają wzrost termiczny i oferują nowoczesną alternatywę.

Wyrównanie laserowe działa przy użyciu nadajnika i detektora. Są one montowane na maszynie nad wałami, gdy obracający się sprzęt jest zimny. Po zamontowaniu urządzeń, sprzęt jest włączany. Urządzenie rejestruje zmiany, które zachodzą pomiędzy obiema stronami wału, gdy temperatura nadal rośnie.

Gdy temperatura ustabilizuje się w najwyższym punkcie, dane mogą zostać wykorzystane do wykonania wyrównania. Bierze pod uwagę zarówno pionowy, jak i poziomy wzrost termiczny, który występuje podczas pracy urządzenia.

Uwzględnienie wzrostu termicznego podczas procesu wyrównywania zapewnia, że ​​obracający się sprzęt pozostaje prawidłowo wyrównany podczas użytkowania. Bez podjęcia tego kluczowego kroku wzrost termiczny doprowadzi do rozbieżności.

Studium przypadku: Wiodący producent turbin kontroluje wzrost cieplny

W przypadku maszyn szybkoobrotowych, takich jak turbiny, firmy niemal zawsze muszą monitorować rozszerzalność cieplną.

Zespół serwisowy PRÜFTECHNIK pomógł wiodącemu producentowi przemysłowych turbin gazowych dla globalnego rynku wytwarzania energii w precyzyjnym zmierzeniu rozszerzalności cieplnej zespołu turbiny przy użyciu urządzenia ROTALIGN® touch.

Mając tysiące jednostek gromadzących miliardy godzin pracy, ten producent rozumie znaczenie precyzyjnego ustawienia. Dlatego zwrócił się do PRUFTECHNIK, światowego lidera w laserowym ustawianiu wałów, o wykonanie pomiaru.

Czym jest wzrost cieplny? Jest to rozszerzanie się maszyny, gdy jej temperatura wzrasta w wyniku regularnej pracy. Celowanie termiczne prawidłowo ustawia wały, gdy nagrzewają się do temperatur roboczych.

Turbiny gazowe wytwarzają dużą ilość ciepła, a zatem podlegają znacznym ilościom wzrostu cieplnego. Nieuwzględnienie rozszerzalności cieplnej może skutkować niewspółosiowością wałów, co powoduje niepożądane drgania i uszkodzenia łożysk. Te skutki uboczne ostatecznie skracają żywotność maszyny i powodują przestoje maszyny.

Aby temu zapobiec, producent turbin wykorzystuje najnowsze dostępne technologie, uwzględniające rozszerzalność cieplną i umożliwiające prawidłowe ustawienie wałów turbin.

Rysunek 1: Przykład trendu wzrostu termicznego.

Producent turbin gazowych wybrał usługi osiowania firmy PRÜFTECHNIK i zaawansowaną platformę osiowania serii ROTALIGN®, aby precyzyjnie dostroić swoje turbiny gazowe w celu uzyskania najlepszej wydajności.

ROTALIGN touch to system laserowy, który obejmuje nadajnik i detektor. Są one zamontowane na turbinie gazowej i maszynie napędzanej w miejscu tuż nad wałami. Po stabilnym zamontowaniu urządzeń turbina osiąga prędkość roboczą.

W miarę jak temperatura turbiny rośnie, urządzenie rejestruje dane obrazujące związek ruchu pomiędzy maszyną napędową i napędzaną.

Rysunek 2: Przykład wyników rozszerzalności cieplnej.

Rejestrowanie danych jest zakończone po ustabilizowaniu się temperatury maszyny. Platforma wyrównująca serii ROTALIGN® jest wówczas w stanie automatycznie analizować dane w celu określenia poziomych i pionowych zmian niezbędnych w miejscach montażu turbiny gazowej, jak pokazano na rysunku 2.

Te zmiany umożliwiają prawidłowe ustawienie maszyny, gdy pracuje ona w temperaturach roboczych. Producent turbin gazowych wykorzystuje tę technologię, aby dostosować swoje turbiny do zwiększonej niezawodności i optymalnej wydajności. Dzięki produktom i usługom PRUFTECHNIK wzrost cieplny jego maszyn jest pod kontrolą.

Eric Elder jest kierownikiem serwisu PRUFTECHNIK w Ameryce w firmie Fluke Reliability.