Что такое тепловое расширение? Как ведущий производитель турбин контролирует тепловое расширение

Эрик Элдер

Тепловой рост — это расширение материи, вызванное повышением температуры. Во вращающемся оборудовании это происходит во время использования машины, поскольку тепло накапливается, когда отдельные части внутри актива движутся и взаимодействуют друг с другом.

Такие факторы, как трение, вызывают повышение температуры оборудования. Повышение температуры приводит к расширению металла, что приводит к тепловому расширению, которое, если не учитывать его в процессе выравнивания, может привести к несоосности. Даже небольшое количество теплового расширения может вызвать серьезные проблемы с выравниванием и, как следствие, каскад проблем во вращающемся оборудовании.

В этой статье вы узнаете о причинах теплового расширения, о том, как его уменьшить и почему лазерная центровка может помочь вам контролировать тепловое расширение, как это было сделано ведущим производителем турбин.

Как рассчитать тепловое расширение?

Чтобы рассчитать тепловое расширение вращающегося оборудования, вам необходимо знать три ключевых элемента информации.

Во-первых, вам нужно знать дифференциальную температуру T материала. Это разница температур между материалом, когда вращающееся оборудование холодное в состоянии покоя, и самой высокой температурой, которой оборудование достигает во время использования.

Пример: Температура машины, когда она не используется, составляет 70 °F. Оборудование достигает 130 °F, когда оно используется. В этом случае, Т = 60 °F.

Далее вам необходимо знать линейный размер рассчитываемого материала. Линейный размер — это длина материала в дюймах (in).

Пример: Вращающийся вал имеет длину 10 дюймов. В этом случае, Д = 10 дюймов.

Наконец, вам нужно знать коэффициент линейного теплового расширения для рассматриваемого материала. Это константа, которая зависит от используемого материала. Вот таблица с коэффициентом линейного теплового расширения для распространенных типов металла, используемых во вращающемся оборудовании:

Пример: Рассматриваемый вал изготовлен из нержавеющей стали. Коэффициент равен .0000074..

Перемножьте три числа, чтобы найти тепловое расширение оборудования.

T x L x C = Тепловое расширение в дюймах

Пример: 60 °F x 10 дюймов x .0000074 = 0.00444. Вал будет расти .00444 дюймов.

Причины термического роста

Тепловое расширение вызвано повышением рабочей температуры вращающегося оборудования при использовании. Повышение температуры может иметь много причин, некоторые из которых являются нормальными и не являются причиной для беспокойства.

Даже при надлежащей смазке трение, вызванное движущимися частями машины, может привести к повышению температуры. Электрические компоненты, такие как двигатели и трансформаторы, могут генерировать тепло из-за сопротивления в своих обмотках и цепях, а такие процессы, как преобразование энергии из электрической в ​​механическую, также могут вызывать повышение температуры.

Важно отслеживать, насколько актив испытывает тепловой рост на регулярной основе, чтобы установить базовый уровень. Когда машины генерируют больше тепла, чем обычно, это может быть признаком того, что ваше вращающееся оборудование может иметь скрытые проблемы.

Как уменьшить тепловое расширение

Тепловое расширение является естественным результатом использования вращающегося оборудования. Однако, если температура превышает ожидаемые нормальные безопасные рабочие температуры, это может указывать на проблему, которую необходимо решить с помощью технического обслуживания машины.

В зависимости от типа оборудования, вот несколько шагов, которые могут контролировать тепловое расширение:

• Смазка: Правильная смазка может помочь уменьшить трение, которое приводит к повышению температуры вращающегося оборудования.
• Вентиляция: Проверьте вентиляционные отверстия и вентиляторы, чтобы убедиться, что они работают правильно и не заблокированы.
• Проблемы с электричеством: Проверьте, что все электрические компоненты работают правильно. Неравномерность напряжения, плохие соединения и неисправная проводка могут привести к перегреву.
• Компонент поврежден: Поврежденные компоненты, такие как подшипники или уплотнения, могут стать причиной повышения температуры из-за повышенного трения.
• Выравнивание вала: Правильное выравнивание вращающегося оборудования также может снизить трение и нагрев, возникающие из-за чрезмерной нагрузки на компоненты.

Как инструменты лазерной центровки помогают снизить избыточное тепловое расширение

Центровка валов может помочь снизить негативные эффекты теплового расширения. Сам процесс центровки также должен учитывать тепловое расширение.

Представленный выше пример упрощен для объяснения теплового расширения. В реальности учет теплового расширения во вращающемся оборудовании может быть гораздо сложнее.

Вращающееся оборудование часто состоит из более чем одного типа материала. Оборудование также может испытывать неравномерный нагрев по всей машине, и тепловое расширение не ограничивается самим валом. Например, передняя часть машины может иметь вентилятор, который помогает ей охлаждаться, поэтому она не достигает таких высоких температур, как задняя часть машины. И чтобы еще больше усложнить ситуацию, тепловое расширение происходит во всех направлениях, а не только в одном.

Все эти факторы делают традиционную центровку вращающегося оборудования практически невозможной, если учесть тепловое расширение. Однако лазерные методы центровки автоматически учитывают тепловое расширение и предлагают современную альтернативу.

Лазерная центровка работает с использованием передатчика и детектора. Они устанавливаются на машине над валами, пока вращающееся оборудование холодное. После установки устройств оборудование включается. Устройство регистрирует изменения, которые происходят между обеими сторонами вала по мере того, как температура продолжает расти.

После того, как температура стабилизируется в своей наивысшей точке, данные можно использовать для выполнения выравнивания. При этом учитывается как вертикальное, так и горизонтальное тепловое расширение, которое происходит во время работы оборудования.

Учет теплового расширения в процессе выравнивания гарантирует, что вращающееся оборудование будет оставаться правильно выровненным во время использования. Без выполнения этого ключевого шага тепловое расширение приведет к нарушению выравнивания.

Пример из практики: ведущий производитель турбин контролирует тепловое расширение

Когда речь идет о высокоскоростных машинах, таких как турбины, компании почти всегда должны контролировать тепловое расширение.

Сервисная группа PRÜFTECHNIK помогла ведущему производителю промышленных газовых турбин для мирового рынка генерации электроэнергии точно измерить тепловое расширение турбинного агрегата с помощью ROTALIGN® touch.

С тысячами единиц, наработавших миллиарды часов, этот производитель понимает важность точной центровки. Вот почему он обратился к PRUFTECHNIK, мировому лидеру в области лазерной центровки валов, для проведения измерений.

Что такое тепловое расширение? Это расширение машины по мере повышения ее температуры из-за регулярной эксплуатации. Тепловое нацеливание правильно выравнивает валы, когда они нагреваются до рабочих температур.

Газовые турбины вырабатывают большое количество тепла и, таким образом, подвержены значительному тепловому расширению. Неучет теплового расширения может привести к несоосности валов, что приводит к нежелательным вибрациям и повреждению подшипников. Эти побочные эффекты в конечном итоге сокращают срок службы машины и приводят к ее простою.

Чтобы предотвратить это, производитель турбин использует новейшие технологии для учета теплового расширения и правильного выравнивания валов своих турбин.

 

Рисунок 1: Пример тенденции теплового роста.

Производитель газовых турбин выбрал услуги по центровке PRÜFTECHNIK и передовую платформу центровки серии ROTALIGN® для точной настройки своих газовых турбин для достижения наилучших эксплуатационных характеристик.

ROTALIGN touch представляет собой лазерную систему, которая включает передатчик и детектор. Они монтируются на газовой турбине и ведомой машине в месте, расположенном чуть выше валов. После того, как устройства надежно закреплены, турбина набирает обороты до рабочих скоростей.

По мере повышения температуры турбины устройство регистрирует данные, показывающие взаимосвязь движения как ведущей, так и ведомой машины.

 

Рисунок 2: Пример результатов термического роста.

Регистрация данных завершается после стабилизации температуры машины. Затем платформа выравнивания серии ROTALIGN® способна автоматически анализировать данные для определения горизонтальных и вертикальных изменений, необходимых в местах установки газовой турбины, как показано на рисунке 2.

Эти изменения позволяют правильно выровнять машину при работе при рабочих температурах. Производитель газовых турбин использует эту технологию для повышения надежности и оптимальной производительности своих турбин. Благодаря продуктам и услугам PRUFTECHNIK тепловой рост ее машин находится под контролем.

Эрик Элдер — менеджер по обслуживанию PRUFTECHNIK в Северной и Южной Америке в компании Fluke Reliability.