Wyrównanie turbin: narzędzia i strategie zapewniające optymalną wydajność

Turbiny są kluczowym elementem wielu branż, takich jak energetyka czy przemysł naftowo-gazowy. W związku z tym utrzymanie ich sprawności jest priorytetem dla zespołów w tych branżach. Regularne ustawianie jest standardową praktyką konserwacji zapobiegawczej, ale duże, złożone maszyny, takie jak turbiny parowe i gazowe, mogą być szczególnie trudne do ustawienia.

W tym przewodniku omówimy znaczenie osiowania turbin i wyzwania, z jakimi borykają się zespoły podczas tego procesu. Omówimy również narzędzia i najlepsze praktyki, z których zespoły mogą korzystać, aby zapewnić precyzyjne osiowanie, nawet w trudnych warunkach.

Czym jest turbina?

Turbina to maszyna, która przetwarza energię z poruszającego się płynu (cieczy, gazu lub powietrza) na mechaniczną energię obrotową, która jest często wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej lub napędzania innych maszyn. Na przykład turbiny wiatrowe służą do przetwarzania energii wiatru na energię elektryczną. Turbiny parowe robią to samo, przetwarzając parę wodną wytwarzaną w kotle (ze źródeł takich jak paliwa kopalne, reakcje jądrowe lub ciepło geotermalne) na energię mechaniczną obrotową, która następnie może być przekształcona w energię elektryczną. Przemysłowe turbiny gazowe są również wykorzystywane do wytwarzania energii mechanicznej do napędzania generatorów, sprężarek lub pomp.

Aby energia mogła się sprawnie przemieszczać, niezależnie od tego, czy pochodzi z turbiny wiatrowej przetwarzającej energię elektryczną, czy z turbiny parowej wytwarzającej energię mechaniczną, wszystkie maszyny biorące udział w procesie muszą być prawidłowo ustawione wzdłuż tej samej osi obrotu.

Dlaczego wyrównywanie turbin jest ważne

Niewspółosiowość turbiny prowadzi do niskiej sprawności w procesie przenoszenia mocy. Niewspółosiowość turbin powoduje wzrost tarcia, przez co część wytworzonej energii jest tracona w postaci ciepła (energii cieplnej) zamiast być przekazywana do ośrodka docelowego. Może również wzrosnąć poziom wibracji, co jest formą marnotrawstwa energii mechanicznej.

Oprócz strat energii, nadmierne ciepło i wibracje mogą uszkodzić maszyny i podzespoły. Niewspółosiowość powoduje nierównomierne rozłożenie sił na podzespoły, takie jak uszczelnienia, łożyska i inne, skracając ich żywotność i zwiększając koszty konserwacji.

Niewspółosiowość jest główną przyczyną ponad połowy awarii urządzeń obrotowych, a w przypadku gigantycznych maszyn, takich jak turbiny, koszty naprawy tych usterek mogą gwałtownie wzrosnąć. Zwiększone nakłady na konserwację w celu wymiany uszkodzonych podzespołów prowadzą również do nadmiernych przestojów i wzrostu kosztów pracy, co wpływa na przychody i produkcję, gdy zespoły pracują nad wymianą podzespołów lub naprawą.

Im większa turbina, tym więcej energii może przetworzyć. Jednak ich większe rozmiary stwarzają również poważne problemy z ustawieniem turbiny.

Wyzwania związane z ustawieniem turbin

W mniejszych instalacjach do wyosiowania mogą być potrzebne tylko dwa wały. Jednak większe, bardziej złożone układy turbin wymagają wyosiowania całego zespołu maszyn, w tym turbin, generatorów, sprężarek i przekładni, aby spełnić wymagane tolerancje geometryczne.

Ale łatwiej powiedzieć niż zrobić, zwłaszcza w energetyce i innych gałęziach przemysłu ciężkiego, które wykorzystują ogromne turbiny. Kluczowe wyzwania związane z tego typu układem wielosprzęgłowym obejmują:

• Ograniczenia rozmiaruWirniki i obudowy turbin mogą być niezwykle duże i ciężkie. Na przykład, łopaty turbiny parowej mogą osiągać długość sześciu stóp (1.83 metra), podczas gdy łopaty turbiny wiatrowej mogą przekraczać 492 stopy (150 metrów), czyli być dłuższe niż boisko piłkarskie. Obudowy mogą ważyć tysiące ton. Te ogromne rozmiary mogą utrudniać zarówno pomiar, jak i osiągnięcie ustawienia.
• WagaTurbiny parowe są zamknięte w obudowie, którą należy zdemontować w celu prawidłowego wyosiowania. Jednak sam ciężar obudowy może zaburzyć wyosiowanie. Nawet jeśli wyosiowanie z odgięciem głowicy zostanie wykonane perfekcyjnie, ponowne założenie głowicy może spowodować przesunięcie elementów na tyle, że spowoduje rozosiowanie.
• Rozszerzalność cieplna:Osiowanie turbin parowych może być szczególnie trudne, ponieważ mogą one pracować w temperaturach przekraczających 1,093°C (2,000°F). Ponieważ materiały rozszerzają się z różną szybkością, a komponenty mogą osiągać ekstremalnie wysokie temperatury, rozszerzalność cieplna stanowi poważne wyzwanie w osiowaniu turbin parowych i gazowych. Komponenty mogą rozszerzać się o wiele milimetrów w temperaturze 1093°C (2,000°F), co wymaga predykcyjnych korekt podczas osiowania turbiny.
• Wzrost potencjalnych błędówZłożone, wielosprzęgłowe zespoły maszyn często składają się z wirnika, przekładni i generatora, które muszą być ze sobą współosiowe. Każde sprzęgło dodaje potencjalny punkt niewspółosiowości. Duże odległości między komponentami, a także liczne sprzęgła, dodatkowo komplikują proces osiowania turbiny.
• Ograniczony dostępTrudne warunki terenowe często prowadzą do ograniczonego dostępu i trudności w wykonywaniu pomiarów wyrównywania. Na przykład, maszyny mogą nie być w stanie w pełni obrócić się podczas procesu wyrównywania z powodu ograniczeń ruchu. Turbiny elektrowni jądrowych znajdują się w strefach kontrolowanych pod względem promieniowania, co ogranicza dostęp techników. Technicy mogą również mieć ograniczoną widoczność lub pracować w ciasnych pomieszczeniach.

Mimo tych wyzwań, wyrównywanie położenia turbiny jest możliwe przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi i metod konserwacji.

Najlepsze praktyki w zakresie wyrównywania turbin

Prawidłowe ustawienie turbiny ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia efektywnego przesyłu energii, minimalizacji zużycia i wydłużenia żywotności podzespołów w systemach energetycznych i przemysłowych. Poniżej przedstawiono najlepsze praktyki w zakresie osiągania i utrzymywania ustawienia, nawet w obliczu wyzwań takich jak ogromna skala, rozszerzalność cieplna i złożoność zespołów maszyn.

1. Wyrównanie podczas uruchomienia

Osiowanie rozpoczyna się w fazie rozruchu, kiedy turbina jest po raz pierwszy instalowana lub remontowana. To wstępne osiowanie stanowi punkt odniesienia dla wydajności i trwałości. Na przykład wirnik turbiny parowej, który może ważyć nawet 40 ton, musi być osiowany z dokładnością do 0.02 mm, aby zapewnić płynną pracę z generatorami lub sprężarkami. Do pomiaru osi wałów na dużych odległościach, takich jak 20–30 metrów typowego ciągu maszyn, należy używać precyzyjnych narzędzi, takich jak laserowe systemy osiowania. Prawidłowe osiowanie podczas rozruchu redukuje początkowe drgania i zapobiega kumulacji zużycia, obniżając koszty konserwacji w całym okresie eksploatacji turbiny.

2. Kompensacja wzrostu termicznego

Adresować rozszerzalność cieplna, wykorzystaj dostarczone przez producenta dane dotyczące rozszerzalności cieplnej lub modele oprogramowania do przewidywania szybkości rozszerzalności materiałów takich jak stal lub stopy tytanu.

3. Wykorzystaj zaawansowane możliwości do wyrównywania zestawów maszyn

Nowoczesne systemy laserowego osiowania, takie jak te firmy Pruftechnik, umożliwiają „ruch na żywo”, pozwalając technikom regulować komponenty w czasie rzeczywistym, jednocześnie monitorując ustawienie wszystkich sprzęgów. Narzędzia do ruchu na żywo zapewniają wizualne informacje zwrotne, gwarantując, że regulacje w całym pociągu mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Jest to szczególnie istotne w warunkach terenowych, gdzie ograniczony dostęp utrudnia regulację.

4. Rutynowe kontrole i dane dotyczące dopasowania trendów

Osiowanie nie jest zadaniem jednorazowym. Regularne kontrole są niezbędne do utrzymania wydajności w miarę starzenia się turbin lub zmiany warunków pracy. Zaplanuj kontrole osiowania podczas planowanych przeglądów lub po istotnych zdarzeniach, takich jak ponowna instalacja obudowy. Wykorzystaj monitorowanie drgań i czujniki osiowania do analizy danych w czasie, identyfikując stopniowe odchylenia osi, zanim spowodują one uszkodzenia. Przechowuj dane osiowania w oprogramowaniu do konserwacji, aby śledzić trendy, takie jak wzrost drgań lub zużycie łożysk, i przewidywać, kiedy konieczna będzie ponowna geometria.

Jak systemy laserowego ustawiania upraszczają ustawianie turbin

Wyrównywanie turbin tradycyjnymi metodami, takimi jak czujniki zegarowe, jest niezwykle trudne ze względu na rozmiar i złożoność maszyn. Jednak systemy do wyrównywania z wykorzystaniem pojedynczego lasera, takie jak ObróćWyrównaj, OptAlign, Wyrównanie wału są zbudowane tak, aby dostosować się do trudnych warunków panujących przy ustawianiu współosiowości wałów turbin i posiadają szereg cech, które umożliwiają osiągnięcie idealnego ustawienia.

Rozmiar turbin sprawia, że ​​nie obracają się one swobodnie podczas procesu osiowania bez pomocy dźwigów, lin łańcuchowych lub podnośników hydraulicznych. Funkcje takie jak tryb pomiaru IntelliPoint rejestrują osiowanie w wielu punktach zatrzymania, eliminując błędy spowodowane nierównomiernym obrotem lub osiadaniem wału.

LiveTrend to kolejna funkcja oprogramowania Pruftechnik, która mierzy i rejestruje w czasie rzeczywistym zmiany położenia spowodowane rozszerzalnością cieplną podczas pracy, mierząc przemieszczenia równoległe i kątowe. Zespoły mogą następnie wykorzystać te informacje podczas ustawiania na zimno, aby ustawić wałki turbiny tak, aby były one ustawione współosiowo po osiągnięciu pełnej temperatury roboczej.

Nawet ustawianie złożonych, wielosprzęgłowych zespołów maszyn jest łatwiejsze dzięki narzędziom laserowym. RotAlign Touch może wyrównywać układ maszyn składający się z maksymalnie 14 maszyn. W trybie wielosprzęgłowym, jeden obrót wału umożliwia odczyt każdego sprzęgła w układzie, bez konieczności przesuwania czujników między sprzęgłami. System następnie dostarcza wyniki pokazujące, o ile każda maszyna w układzie musi się przesunąć, aby osiągnąć wyrównywanie, zapewniając gotowe do pracy procesy, które upraszczają nawet najbardziej skomplikowane wyrównywanie maszyn.

Wszystkie systemy laserowego osiowania firmy Pruftechnik umożliwiają przesyłanie dokumentacji cyfrowej bezpośrednio do chmury, co zapewnia łatwy dostęp, raportowanie i długoterminową identyfikowalność. Dzięki temu każde ustawienie jest rejestrowane, przeglądane i przechowywane, co pomaga zespołom wykazać zgodność i usprawnić przyszłą konserwację.

Systemy laserowego ustawiania umożliwiają cięcie wyrównanie turbiny parowej czas na pół. Z Systemy laserowego ustawiania firmy Pruftechnik, wyrównanie turbin staje się nie tylko osiągalne, ale także wydajne, dokładne i powtarzalne.