Tăng trưởng nhiệt (Thermal growth) ở các máy quay: cách xác định, định lượng và xử lý các tác động của nó

Tác giả:

David Atehortua, là kỹ sư ứng dụng của Ludeca, Inc., nhà cung cấp thiết bị cân bằng động, phân tích độ rung và căn chỉnh, được sản xuất bởi Prueftechnik. 

Thanh Sơn biên dịch, bản quyền thuộc về baoduongcokhi.com

Xem thêm:

Các dạng hư hỏng ở các máy quay (turbomachines)

Hệ thống Giám sát dòng điện trục tua bin hơi (VCM)

Hiện tượng surge ở máy nén và các yếu tố ảnh hưởng.

Tăng trưởng nhiệt (Thermal growth), đã được sử dụng trong lĩnh vực cân tâm máy móc (alignment), là sự giãn nở khung bệ máy, do sự sinh nhiệt. Tất nhiên, việc sinh ra nhiệt, là do các quá trình hoạt động của máy, và các lực gây ra. Vật liệu chịu sự thay đổi nhiệt độ do sinh nhiệt, sẽ giãn nở ra theo một lượng chính xác, được xác định bởi các tính chất vật liệu của chúng.

Trong các máy quay (turbomachines), sự tăng trưởng nhiệt, là kết quả của sự chênh lệch nhiệt độ, xảy ra giữa điều kiện dừng, và điều kiện vận hành. Nói chung, chênh lệch nhiệt độ càng lớn, thì sự tăng trưởng nhiệt càng lớn. Mức độ tăng trưởng nhiệt, có thể được tính toán từ ba biến số sau:

∆ T (chênh lệch nhiệt độ).

C (hệ số giãn nở nhiệt).

L (khoảng cách giữa đường tâm trục và các bệ đỡ của máy).

Khi máy móc bắt đầu sinh nhiệt, sự chênh lệch nhiệt độ giữa điều kiện dừng, và điều kiện chạy, sẽ gây ra sự giãn nở nhiệt của khung máy, do đó dẫn đến chuyển động của các đường tâm trục. Điều này, có thể tạo ra những thay đổi đến sự đồng tâm 2 trục máy kết nối, ảnh hưởng đến sai lệch song song (offset), và sai lệch góc (angularity) giữa hai trục máy.

Nếu sự sai lệch vượt quá dung sai cho phép xảy ra trong điều kiện đang chạy, có thể quan sát thấy cả rung động cao, và tiêu thụ điện năng quá mức. Vận hành máy bị tăng nhiệt, mà không tính đến ảnh hưởng của nó, sẽ dẫn đến giảm năng suất, hiệu suất, và giảm tuổi thọ của máy móc, hoặc linh kiện.

Chỉ dựa vào bảng dữ liệu của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) có thể không đủ, vì các tính toán của họ, được thực hiện trên thiết bị thử nghiệm, trong các điều kiện vận hành, tải, và điều kiện hiện trường cụ thể, có thể khác với điều kiện vận hành tại nhà máy của bạn. Những khác biệt này, có thể ảnh hưởng đến lượng tăng trưởng nhiệt quan sát được, trên một thiết bị đang hoạt động.

Việc định lượng tăng trưởng nhiệt một cách chính xác trên máy quay, để xác định lượng thay đổi vị trí giữa các máy, đòi hỏi phải có chuyên môn, và sử dụng các hệ thống đo lường. Ví dụ, máy đo nhiệt độ, có thể cung cấp biểu đồ profile nhiệt độ của máy móc.

Từ biểu đồ nhiệt đó, có thể nhập các phép đo nhiệt độ khác nhau vào một công thức đơn giản hóa, để tính ra lượng tăng trưởng nhiệt gần đúng. Ví dụ, đối với tăng trưởng nhiệt tại các bệ đỡ của máy, có thể sử dụng công thức trong Hình 1.

Hình 1:

T x L x C = tăng trưởng nhiệt tại bất kỳ điểm nào đo được dọc theo đường tâm trục, tính bằng mils (1mils = 1/1000 inch = 0,0254mm).

Trong đó:

T = sự thay đổi nhiệt độ tính bằng °F (∆t).

L = khoảng cách giữa đường tâm trục và các bệ đỡ của máy ứng với vật liệu liên quan, tính bằng inch (xem hình minh họa).

C = hệ số giãn nở nhiệt, tính bằng mils/inch của vật liệu trên mỗi thay đổi nhiệt độ °F.

 Dưới đây là một số hệ số giãn nở nhiệt của 1 số vật liệu sau:

Vật liệu	Hệ số giãn nở (C)
Nhôm	0,0126
Đồng	0,0100
Gang xám	0,0059
Thép không gỉ	0,0074
Thép Carbon thấp, gang dẻo	0,0063

Stationary (STAT): máy cố định.

M.T.B.M (Machine To Be Moved): máy được di chuyển.

Khi các giá trị tăng trưởng nhiệt tại các vị trí bệ đỡ đã được tính toán, có thể thu được các giá trị tại khớp nối, bằng cách sử dụng các công thức chuyển đổi trong Hình 2:

Trong đó:

Ga = Tăng trưởng ở chân sau (phía ngoài) của máy cố định, mils

Gsf = Tăng trưởng ở chân trước (bên trong) của máy cố định, mils

Gmf = Tăng trưởng ở chân trước (phía trong) của máy di chuyển, mils

Gmb= Tăng trưởng ở chân sau (phía ngoài) của máy di chuyển, mils

a = Khoảng cách 2 chân của máy cố định, inch

b = Khoảng cách chân trước máy cố định đến tâm khớp nối, inch

c = Khoảng cách chân trước máy di chuyển đến tâm khớp nối, inch

d = Khoảng cách 2 chân của máy di chuyển, inch

Dia = Đường kính bích khớp nối (10")

Tính giá trị sai lệch song song theo phương đứng theo công thức hình 2.

Tính giá trị sai lệch góc theo phương đứng theo công thức hình2.

Sử dụng các công thức này, có thể là một cách nhanh chóng, dễ dàng, và tiết kiệm chi phí để xác định hiệu ứng nhiệt của máy.

Sự đơn giản của nó, sẽ bổ sung giá trị to lớn cho nhóm kỹ thuật, hoặc bảo trì, bằng cách cho phép lấy ra dữ liệu tăng trưởng nhiệt gần đúng, nhưng hữu ích, mà không cần sự phức tạp của phân tích truyền nhiệt 3 chiều thực sự, có thể đòi hỏi kiến ​​thức nâng cao, trong lĩnh vực này, cùng với phần mềm hiện đại.

Tuy nhiên, việc tính toán tăng trưởng nhiệt thông qua các công thức đơn giản, không phải lúc nào cũng chính xác. Nỗ lực hướng tới đơn giản hóa, bỏ qua một số thông số như: Sự tăng trưởng nhiệt của đường ống được kết nối; biến đổi nhiệt độ phía hạ lưu; thành phần vật liệu phi bản chất; mặt cắt ngang máy móc không đồng nhất; sự gia nhiệt không đều của vật liệu; sự thay đổi nhiệt độ môi trường trong quá trình hoạt động; sự thay đổi của tải trọng; hiệu ứng quá trình công nghệ; biến dạng khung máy do mômen xoắn; vấn đề nền móng; và độ lỏng cơ học.

Một cách chính xác hơn, để tính toán sự tăng trưởng nhiệt, là thông qua  theo dõi thời gian thực các thay đổi vị trí của máy, sử dụng công nghệ giám sát laser (Hình 3). Việc giám sát một đơn vị cụ thể như vậy, chính xác hơn, so với tính toán lý thuyết, vì người ta quan sát trực tiếp hoạt động thực tế của  máy móc được đề cập.

Tùy thuộc vào thiết bị đo, và phương pháp đo được lựa chọn, người ta có thể xác định chuyển động tuyệt đối của máy, chuyển động tương đối giữa các máy, và cho biết chuyển động của máy do từ các nguồn khác, ngoài sự tăng trưởng nhiệt, chẳng hạn như, tác dụng của quá trình dây chuyền công nghệ, thay đổi tải do lực động học, máy biến dạng khung nền hoặc chân đế, các vấn đề về nền móng, hoặc độ lỏng cơ học. Giám sát các thay đổi vị trí trong thời gian thực, cho phép người ta định lượng tác động đến việc căn chỉnh trục.

Tất cả các máy móc, bất kể hiệu quả như thế nào, sẽ sinh ra nhiệt, và mất nhiệt, và trải qua quá trình giãn nở nhiệt, (hoặc co lại) của khung máy.

Bởi vì, tất cả các máy móc đều có sự tăng trưởng nhiệt, nên các máy móc khi căn chỉnh phải tính đến các hiệu ứng nhiệt.

Điều này, có thể được thực hiện, bằng cách sử dụng các thông số kỹ thuật mục tiêu (target) hay yêu cầu, các giá trị sai lệch cho phép sẽ được qiy định tại vị trí khớp nối giữa các máy ở trạng thái dừng và ở điều kiện chạy không tải, hoặc cho sẵn các thông số tăng trưởng nhiệt, và lượng thay đổi vị trí dự kiến ​​cho đường tâm trục, cho các điều kiện dừng, và chạy tại các bệ đỡ của máy.

Tăng trưởng nhiệt, hoặc các thông số kỹ thuật yêu cầu của máy, phải được xác định trước (có sẵn), khi bắt đầu thực hiện căn chỉnh, để đảm bảo hoạt động trơn tru giữa các máy được kết nối.

Nguồn:

https://www.maintenance4.com/2021/11/thermal-growth-how-to-identify-quantify.html

Related Posts by Categories