Как добиться вертикального отвеса вала с помощью лазерной центровки

Традиционно, измерения отвеса на вертикальном валу гидротурбины / генератора включали натягивание ряда проводов по длине вала, прикрепление груза к концу проводов и затем измерение расстояния от провода до вала с помощью электронного микрометра. . Хотя этот метод был недорогим и использовался в течение многих лет, для достижения точного разрешения требовался доступ к валу большой длины. Кроме того, измерения включают физическое измерение расстояния между тросом и валом на разной высоте вала, что увеличивает время и потребность в персонале для измерения.

Ludeca Inc. представляет свой опыт с лазерной системой, которая заменяет трудоемкий проволочный метод. Теперь измерения можно проводить быстрее, чем при использовании метода измерения с помощью проволоки. В измерительной системе Ludeca, известной как PERMAPLUMB, используется саморегулирующееся механическое зеркало, которое всегда вертикально расположено по вертикали и которое отражает лазерный луч класса 1 в детектор. Для этого требуется всего 14 дюймов осевого пространства вдоль вала. Зеркало и преобразователь крепятся кронштейном, который использует магниты на валу турбины. За один оборот вала на 270 градусов система рассчитывает и отображает угловые и корректирующие перемещения, а также обеспечивает статистическое измерение качества данных. Функция «переместить» позволяет отслеживать корректировки по мере их внесения. Разрешение лучше, чем 0,00002 дюйма на фут, что более точно, чем требуется NEMA. Соседние турбины также могут продолжать работать, поскольку система нечувствительна к вибрации.

Введение
Вертикальность - это отношение оси вращения к силе тяжести. Это можно представить как вертикальность средней линии. На практике, при измерении вертикального вала гидросистемы, фактически измеряется «неровность», поскольку количественно определяемый коэффициент представляет собой разницу от идеального вертикального положения, как показано на рисунке

Рис. 1. Осевая линия вращения вала относительно линии отвеса

Отвес выражается углом. Поскольку угол небольшой, угловой наклон или скорость изменения является более подходящей формой выражения, чем градусы или радианы. Наиболее распространенная единица измерения этого параметра в отношении вертикальных валов гидросистемы - тысячные доли дюйма на фут или тысячные доли дюйма на дюйм. Отвес измеряется в двух плоскостях. Если бы вы смотрели вниз на шахту, двумя плоскостями измерения были бы плоскость от 0 до 180 градусов и плоскость от 90 до 270 градусов.

Достижение вертикального положения вала гидросистемы имеет важное значение для правильной работы. Прецизионная отвесность помогает снизить температуру подшипников, уменьшить перемещение вала, уменьшить вибрацию и повысить эффективность. С точки зрения планирования, точное достижение этой цели за минимальное время имеет важное значение для экономии денег.

Измерение вертикальности .
Существуют различные методы измерения вертикальности, в том числе использование натянутых проводов, лазеров и оптики. Натяжная проволока - это наиболее часто используемый метод, а также наименее затратный метод.

Четыре натянутых троса нанизаны вертикально по длине вертикального гидровала. Обычно используется немагнитная нержавеющая сталь диаметром от 0,020 до 0,030 дюйма. Чтобы обеспечить минимальный требуемый диапазон на микрометре, провода расположены примерно на одинаковом расстоянии от вала. Каждый провод расположен на расстоянии 90 градусов друг от друга вокруг вала гидросистемы. Ребристый груз весом от 20 до 30 фунтов подвешен на конце каждой проволоки, где ее погружают в масляную ванну, чтобы помочь гасить движение и вибрацию проволоки.

Электрический микрометр измеряет расстояние между гидровалом и проводом. Провод и гидровал электрически соединены друг с другом таким образом, чтобы замкнуть электрическую цепь при контакте микрометра. Это, в свою очередь, активирует электронный звуковой сигнал, который позволяет пользователю узнать, когда прекратить продвижение микрометра. Показания снимаются в точках вдоль вала, чтобы установить относительное положение между натяжным тросом и гидровалом, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Концепция измерения вертикальной проводки

Метод натянутой проволоки отличается низкой стоимостью и довольно интуитивно понятной настройкой. Однако это измерение, в котором «внимание к деталям» имеет первостепенное значение для уменьшения ошибки, связанной с процессом измерения.

Важно убедиться, что во время измерения практически не возникает вибрации. Нарушения натянутого провода во время измерения искажают точность показаний. В некоторых случаях соседние гидроагрегаты продолжают работать, пока выполняется процесс измерения. Если бы блоки были принудительно остановлены для проведения измерений, это привело бы к потере доходов от эксплуатации этих турбин. Кроме того, повышается вероятность физического повреждения провода, когда поблизости от места измерения выполняются другие проекты, особенно во время ремонта или капитального ремонта.

Техник должен следить за тем, чтобы измерения проводились последовательно и точно. Предполагается, что измеряемая поверхность имеет высокое качество и отражает концентричность вала или муфты. Искривление вала, ямки, ржавчина или грязь могут повлиять на точность показаний. Вариации показаний микрометра могут варьироваться от человека к человеку в зависимости от того, когда они перестают продвигать микрометр, чтобы коснуться натянутого провода.

Точность показаний натянутого провода увеличивается при измерении большей осевой длины. Это означает, что желательно натянуть натянутую проволоку на максимально возможное расстояние. Это также означает, что большая часть вала предназначена для процедуры измерения. Следовательно, оператор микрометра должен перемещаться на большее расстояние к точкам измерения вверх и вниз по длине вала, или должны быть задействованы дополнительные операторы. После снятия показаний оператор или лицо, отвечающее за их оценку, должны точно записать данные.

Очевидно, что существует множество факторов, связанных с измерениями с натянутым проводом, которые могут вызвать ошибку как в процессе измерения, так и в увеличении количества времени и пространства, необходимого для проведения измерений. Чтобы добиться увеличения производительности, необходимо уменьшить участие человека в процессе измерения, уменьшить площадь измеряемой площади на валу и сократить время, необходимое для получения измерений и выполнения корректировок.

Лазерный метод измерения вертикальности
Система PERMAPLUMB - это лазерный инструмент для измерения отвесы. Он позволяет обойти множество ограничений метода натянутой проволоки, исключив человеческий фактор из процесса измерения за счет использования лазера и компьютера для сбора данных. Это помогает гарантировать, что точность измерений не зависит от пользователя. Кроме того, система PERMAPLUMB предлагает разрешение измерения на целый порядок лучше, чем то, которое можно получить с помощью метода натянутой проволоки / микрометра. Система также легко настраивается и быстро выдает показания центровки по запросу, сокращая время, затрачиваемое на процесс измерения.

Система состоит из лазера и зеркала, установленных на компактном магнитном кронштейне длиной всего 14 дюймов, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. PERMAPLUMB и 14-дюймовый кронштейн

Лазерный преобразователь устанавливается на кронштейн, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Лазерный преобразователь, установленный на кронштейне Permaplumb

Луч отражается от самовыравнивающегося зеркала в нижней части кронштейна обратно в детектор с разрешением 1 микрон, расположенный внутри лазерного преобразователя. Две точки поворота зеркала по двум осям гарантируют, что поверхность зеркала всегда будет сохранять относительную вертикальность к горизонту, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Саморегулирующееся зеркало в сборе

Вертикальность измеряется простым прикреплением системы к вертикальному валу с помощью встроенных магнитных ножек и поворотом вала в четыре положения на 90 градусов друг от друга, как показано на рисунке 6. Измерения проводятся в каждом из позиции под углом 90 градусов. После того, как будет выполнено последнее измерение, результаты измерения отвесы могут быть отображены на компьютере. Корректировка отвеса обычно выполняется одним из двух способов:смещением в осевом направлении (регулировкой) упорного подшипника или смещением (перемещением по горизонтали) упорного подшипника. PERMAPLUMB предоставит вам значения коррекции и функцию «перемещения» в реальном времени, с помощью которой можно будет отслеживать коррекции в реальном времени для любого (или обоих) из этих двух подходов.

Рис. 6. Крепление PERMAPLUMB к гидровалу

Использование PERMAPLUMB для вертикальной центровки вала гидросистемы
Система PERMAPLUMB может быть легко интегрирована в процедуры, требующие измерения вертикального отвеса вала. Поскольку вал будет вращаться, необходимо учитывать факторы, которые гарантируют отсутствие препятствий или помех во время вращения. Сюда входит снятие любых регулируемых башмаков подшипников, чтобы вал мог вращаться без трения.

Стандартные проверки и процедуры безопасности всегда должны выполняться до процесса измерения. Такие проверки включают в себя обеспечение отсутствия «перегиба» или биения вала. Циферблатные индикаторы или датчики приближения могут быть установлены в различных положениях вдоль вала, чтобы быстро определить, существуют ли такие проблемы и нужно ли их решать до и / или после измерений и корректировок отвеса. Бесконтактные датчики достигают высокой точности и менее подвержены неточностям обработки поверхности вала, чем индикаторы часового типа. Данные могут быть получены за один оборот вала, что ускоряет процесс исправления и обнаружения проблем, связанных с «изгибом» и биением.

Необходимо обеспечить одинаковую нагрузку на все колодки упорного подшипника. Существуют различные процедуры в зависимости от типа используемого упорного подшипника. Способы варьируются от метода «медленной дуги» до более совершенного и экономящего время метода интеграции весоизмерительных датчиков в регулируемые башмаки. В большинстве случаев установка вала и выравнивание нагрузок выполняются параллельно между корректировками.

Измерения начинаются с установки системы PERMAPLUMB на любую область по длине гидровала. Самым легким доступом обычно является площадка над турбиной, как показано на Рисунке 7.

Рис. 7. Система PERMAPLUMB, установленная на гидровале

Затем система подключается к портативному компьютеру и источнику питания.

Размеры и параметры вводятся в программный пакет WinPLUMB. Такие размеры включают данные упорного подшипника для корректировки упорного подшипника, данные о перемещении для контроля положения вала на верхнем и нижнем направляющих подшипниках, а также допуски, помогающие определить, когда вал установлен с допуском, как показано на рисунке 8.

Рис. 8. Ввод размеров, допусков и целей в программное обеспечение WinPLUMB

После того, как размеры введены, пора проводить измерения. Это начинается с включения системы смазки под высоким давлением и поворота установленной системы PERMAPLUMB на вал в обозначенное положение «0» градусов. После этого система смазки под высоким давлением отключается, чтобы вал успел успокоиться. Здесь будет сделана первая точка измерения. Затем снова включается система смазки под высоким давлением, и процесс повторяется для следующих трех точек при повороте вала на 270 градусов.

Достигнутые результаты (см. Рисунок 9) будут отображать результаты измерения вертикальности в мил на дюйм. Допуск NEMA 0,25 мил на фут вводится (как 0,0208 мил на дюйм) в функцию допуска, чтобы система могла указать, был ли достигнут допуск. Разрешение измерения лучше 0,00002 дюйма на фут, что намного лучше, чем допуск, требуемый NEMA.

Рис. 9. Экран результатов

Если требуются корректировки подушек упорного подшипника, PERMAPLUMB указывает величину, на которую каждая подушечка должна быть перемещена вверх (или вниз) для достижения допуска, как показано на Рисунке 10. Специальная функция в программном обеспечении также позволяет использовать «Pad Up &Down», который дает оптимизированные поправки на добавление и вычитание высоты колодки для достижения вертикальности без изменения высоты шахты.

Рис. 10. Корректировка упорного подшипника для каждой колодки

Выполняются корректировки колодок и повторный замер вала для проверки вертикальности. При необходимости весь процесс можно измерить «вживую». Активируется специальный режим «движения в реальном времени», чтобы постоянно обновлять состояние вертикальности гидровала по мере внесения поправок, как показано на Рисунке 11. Это не только обновляет фактическое значение вертикальности, но и постоянно обновляет прогнозируемые поправки на подушку упорного подшипника, а также изменение положения вала у верхнего и нижнего направляющих подшипников. Можно постоянно контролировать вертикальность в ситуациях, когда может потребоваться смещение самого упорного подшипника.

Режим «живого движения» особенно полезен для обеспечения того, чтобы исправления производились без помех во время движения. Если вал соприкасается с направляющими подшипниками или будет заблокирован во время изменения положения, это станет очевидным в этом режиме.

Рис. 11. Режим «Живое перемещение»

Гарантия точности измерения в процессе измерения жизненно важна. Собранные данные необходимо использовать для внесения исправлений и проверки результатов. В процессе сбора данных для каждой точки измерения может быть получена выборка из 32 показаний в секунду. Пользователь может выбрать, сколько секунд данных нужно собирать для каждой точки измерения, до 204 секунд. Это чрезвычайно полезно, когда вибрация может стать проблемой во время измерения, что обычно имеет место, когда соседние турбины работают во время процесса измерения.

Дисплей «стандартного отклонения» гарантирует, что выбранная продолжительность измерения создает стабильные данные для устранения проблем с вибрацией. Это полезно для определения оптимального количества времени, необходимого для сбора данных для создания стабильного измерения, при одновременном сокращении времени измерения до минимально возможного.

Точность измерения также обеспечивается поворотом на четыре точки. Специальная функция, известная как «круговое завершение», гарантирует, что гидровал вращается вокруг оси с нулевым натягом. Это гарантирует, что показания в четырех точках соответствуют уравнению, согласно которому сумма показаний под углом 0 и 180 градусов должна равняться сумме показаний под 90 и 270 градусов. Если это уравнение нарушается во время измерения, круговая ошибка завершения покажет степень, в которой происходит это нарушение. Значение 0,2 в исходных данных детектора или меньше будет считаться хорошим показанием. Эта функция указывает, возникли ли проблемы с натягом вала во время измерения

Повторяемость измерения важна как стандартный процесс измерения. PERMAPLUMB имеет функцию повторяемости, позволяющую сравнивать предыдущие измерения с текущими. Повторяющиеся измерения гарантируют, что «вы видите то, что есть на самом деле».

Проверка повторяемости с помощью PERMAPLUMB также может использоваться для проверки жесткости вала. Совершенно жесткий вал будет создавать идентичные показания вертикальности с PERMAPLUMB независимо от того, где система установлена ​​на гидровале. Жесткость можно проверить между двумя валами, соединенными прочной муфтой.

Далее мы опишем, как это делается:вертикальное расстояние ниже муфты измеряется не менее двух раз, чтобы обеспечить повторяемость. Затем снова дважды измеряют отвес над муфтой для обеспечения повторяемости. Затем результаты измерений, проведенных над и под муфтой, сравниваются для определения жесткости. Любая разница в результатах, превышающая 0,004 мил на дюйм, будет считаться недостаточной жесткостью.

Заключение
Возможность выполнять измерение вертикального положения за минимальное время с высокой степенью точности дает преимущества как в краткосрочной перспективе, с улучшенной экономией времени, так и в долгосрочной перспективе, благодаря увеличению срока службы и эффективности. Быстрая установка, надежность, устойчивость к вибрациям, точность и экономия времени - все это факторы, которые делают систему PERMAPLUMB идеальной для измерения отвесов.

Об авторе
Даус Студенберг - инженер по приложениям в компании Ludeca Inc. в Майами, Флорида. Он имеет степень бакалавра машиностроения в Университете Флориды. В его обязанности в Ludeca входит обслуживание на месте, техническая поддержка, обучение и разработка продукции. Вопросы по этой статье можно отправлять по адресу [email protected].

Более подробную информацию о системе PERMAPLUMB можно найти по адресу:

http://www.ludeca.com/prod_permaplumb.php

http://www.ludeca.com/prod_winplumb.php