了解旋转机械中的“热膨胀”

2023-04-19 778

在谈论旋转机械中机器的热膨胀以及它如何影响机器在联轴器处的对准时,我们还应该注意其他问题。影响机械对准的一个主要因素是热膨胀引起的动态管道应变。然而,有两种类型的管道应变,另一种类型也很重要。当机器甚至不运行时,管道会产生静态应变。静态管道应变是机器故障的主要原因,是由于制造和/或安装不当、支撑不足或缺失,或管道连接后机器移动造成的。它的影响测量起来相对简单,但它经常被忽视,因为维修或返工被认为成本高昂,但情况并非总是如此。


动态管道应变更难测量,因为它只有在机器和管道处于工作条件下才会出现。“动态”一词的特征是不断的变化或运动(生长或收缩),这种运动大部分是由于温度变化引起的——热的或冷的。如果您参与了公司机械维护和维修或状态监测计划,您可能会看到一些严重的机器温度升高或降低的情况。例如,压缩机的入口(吸入)管道可能结冰,而出口(排出)管道通常太热,甚至无法接触。因此,一些管道会增长,另一些管道可能会收缩。这是动态管道应变,它会对机器产生很大影响。


管道中的巨大温度变化将对其所连接的机器产生重大影响,通常会导致这些机器错位。OEM可以为您提供其机器的预期增长量,但在管道方面,您可以自行决定。这就是为什么明智的选择是在管道系统和机组之间使用柔性管接头(见下图)。1.jpg

在下面的例子中,我们在中心线正下方泵的轴承箱上读取温度读数。如左下图所示,我们可以看到激光指示器的位置,用于显示温度读数。读数为171华氏度。

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我们知道环境温度是70华氏度,所以温差是101华氏度(T)。泵腿长16英寸(L),即从脚部到轴中心的高度。因此,如果我们想知道这个泵的热膨胀,我们还需要知道一件事:膨胀系数(“/F)。在这个例子中,软钢的膨胀系数是0.0000063(”/F)(C)。我们将其乘以腿的长度(高度)(16英寸),得到0.0001。现在,我们将其乘以温差(101华氏度),我们有0.010英寸(1000)的生长。是的,当该泵的偏移公差为2千(0.002英寸)时,10千是一个很大的数


如果我们把它们加在一起,除以四4,我们得到148华氏度的平均值。当我们去掉环境温度时,得到78华氏度的温差。如果我们把这些数字代入本文第2部分的热膨胀公式,它看起来像这样:

长x宽x高

= 78 F x 16″ x 0.0000063″ / F
= 0.007″ (7000)

7000(使用四个温度读数的平均值)和10000(使用最高读数)只给我们带来3000的差异。不是很多,但当2你是宽容的时候,可以有所作为。

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我们读取每台机器大约四英尺的温度读数并取平均值。在我们将信息输入到热增长膨胀计算(T x L x C)中后,结果显示:

外侧泵足–0.007英寸(7000)的生长量。

内侧泵足–0.006英寸(6000)的生长量。

内侧马达脚–0.004英寸(4000)的生长量。

外侧马达脚–0.002英寸(2千)的增长。

如果我画出这些投影,你可以通过每个轴的黑色虚线看到(下图),偏移和角度都很好,所以我们处于公差范围内。

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重要的是,如果把结果建立在一个最高读数的基础上,就会超出容忍度。然而,从平均水平来看,我很适合上场。不采取正确的温度读数是一个常见的错误,它确实会产生影响。


让我们看看另一个例子。如果我们在吹风机出口的脚平面上读取温度读数(如下图所示),我们会得到150华氏度、150华氏度,149华氏度和146华氏度。这些读数的平均值变成aprrox。148华氏度。环境温度为75华氏度,相差73华氏度。如果我们使用软钢的膨胀系数0.0000063(“/F)(C),并将其乘以18英寸(L)——从底部到轴中心的高度——和温度变化(T x L x C),我们应该在出口处有0.008英寸(8000)的热膨胀/增长。


入口的读数要低得多,分别为67华氏度、69华氏度、78华氏度和84华氏度。平均值为74华氏度。除去环境温度,我们得到的差值为-1华氏度。如果我们进行热膨胀计算(T x L x C),我们没有增长。在对电机进行热膨胀计算后,我们发现内侧脚部的生长结果为0.003英寸(3000),外侧脚部的生长为0.002英寸(2000)。这意味着鼓风机的出口会增长,使联轴器处的轴向下倾斜,使机器无法对准。

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附在机器上的是OEM指南,用于补偿鼓风机的热增长。经过一些预对准检查后,在#5处,它表示将驱动轴(电机)与鼓风机轴(从动)平行对准。

然后在#5A,它说要在所有提升它的电机脚上添加0.008英寸(8000)的垫片。

在#5B处,它说在鼓风机的入口端加上.012英寸(12千)。

最后,在#5C,它说必须在机器运行到完全工作温度后进行热对准测量和校正。


为了直观地看到这一点,我们可以制作一个简单的图表。我们使用的比例是水平面上的每个小方框(穿过页面)代表2英寸。对于垂直平面,每个小方框(在页面上下移动)代表0.002英寸(2千)。

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在OEM指南上,#5说要对齐轴,我们已经使用红色虚线上的两个黑色轴显示了这一点。

然后#5A和5B表示,将0.008〃(8000)添加到电机的所有脚部,将0.012〃(12000)添加到鼓风机的入口脚部。您可以看到,这是由每台机器的红色轴表示的。


一旦机组启动并运行到完全工作温度,我们就可以进行测量,然后根据这些测量计算热增长。我们在出口处得到0.008英寸(8千),在入口处得到0.000英寸(0千),发动机前脚部得到0.003英寸(3千),后脚部得到0.002英寸(2千)。这些增长数字由绿色轴表示,正如你所看到的,它非常接近公差范围。


通过进行热对准,我们将能够对其进行微调,使其成为精确对准。我们认为这是原始设备制造商提供的很好的信息。由于环境温度或进入进气口的空气温度等原因,您并不总能获得与本指南保持良好一致所需的所有信息。然而,根据机械师对这台机器的经验,指南可以给你一个很好的估计,这样你在启动时就会很接近。


我们一直在做的是让您对热增长有一个实际的了解。如何能够使用一个简单的公式来测量和计算它将增长多少。图形是直观地查看到机器生长的一种有用方式。然而,这不是一门精确的科学,它会让你非常接近。它之所以不准确,是因为与机器单元相关的所有变量都可能产生影响。我们已经经历了其中的一些问题,包括管道应变、不正确的温度测量读数,以及遵循正确的OEM指南。其他一些因素包括机器脚部的尺寸、外壳的设计以及机器内部和周围的气流。由于所有这些变量都会影响机组,测量热增长可能很困难,但这比忽略它的替代方案要好得多!


我们的专业水平轴对准系统可以通过连接在机器上的专用支架测量机器的实时运动。当安装在管道上时,它还可以在水平面和垂直面上提供实时读数,如下图所示。

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我们所有的轴系统都可以提供实时读数,可用于测量管道应力;例如在连接或断开管道时。事实上,由于热膨胀和机器外壳应力的原因,有很多方法可以测量机器运动,例如光学仪器,甚至内部微米和工具球设置。我们也可以使用几何激光进行测量(如下图)。然而,设置这种类型的设备既耗时又昂贵。如果机器出现问题是合理的,但对于普通机器来说,这是不合理的。这就是为什么我们建议进行热增长计算以及热对准测量。

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许多OEM建议将热对准检查作为其初始安装程序的一部分。然而,一些公司倾向于不这样做,因为这被认为是不安全的。这是因为应在机器装置关闭后尽快进行测量。这并不意味着你必须以不安全的方式工作。这确实意味着应该精心规划,并以可控的方式遵守所有安全要求。是的,机器会很热,所以必须小心——但作为维护专业人员,这就是我们所做的!我想指出的是,在尝试这类工作之前,应该由安全委员会进行审查,以便所有人都了解要求、程序等。



同样,进行热校准并不是一门精确的科学,因为有很多变量。我知道一些公司会在机器达到工作温度后立即进行一次,然后在一天后再进行一次确认。例如,齿轮箱中的热变化可能很难计算。许多大型齿轮箱将在水平面和垂直面上生长。因此,热对准将被视为完成这项工作的最佳方式。


本文旨在向您介绍热膨胀的一些概念,以及如何测量热膨胀、绘制热膨胀图以及了解导致热膨胀的主要因素的一些简单方法。这是为了更好地了解这个问题,以及使用一些简单的技巧,例如在使用平均值的同时在哪里进行正确的温度测量,并注意OEM指南,如何有助于整个校准过程。这些都是我们不常考虑的事情。它并不是为了涵盖一些操作温度非常高的机器上存在的一些更复杂的挑战而写的。人们可能会期望机器制造商会为这种机器制定一个有文件记录的程序。如果没有,将进行激光实时测量,以查看机器的实际运动。


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