הבנת קשת תרמית במכונות מסתובבות

מאזן נייד ומנתח רעידות Balanset-1A

חלקים

הגדרה: מהי קשת תרמית?

קשת תרמית (נקרא גם קשת חמה, כיפוף תרמי או קשת פיר המושרה על ידי טמפרטורה) היא עקמומיות זמנית המתפתחת ב רוטור פיר עקב פיזור טמפרטורה לא אחיד סביב היקף הפיר. כאשר צד אחד של הפיר חם יותר מהצד הנגדי, התפשטות תרמית גורמת לצד החם להתארך, מה שמאלץ את הפיר להתכופף לצורה מעוקלת כאשר הצד החם נמצא בצד הקמור (החיצוני) של העקומה.

שלא כמו קבוע קשת פיר כתוצאה מנזק מכני, קשת תרמית היא הפיכה - היא נעלמת כאשר הציר חוזר לטמפרטורה אחידה. עם זאת, קשת תרמית יוצרת השפעות משמעותיות. רֶטֶט במהלך תקופות החימום והקירור ויכול לגרום נזק קבוע אם הוא חמור או חוזר על עצמו לעתים קרובות.

מנגנון פיזי

הפרש התפשטות תרמית

הפיזיקה מאחורי קשת תרמית היא פשוטה:

מתכת מתרחבת בעת חימום (מקדם התפשטות תרמית בדרך כלל 10-15 מיקרומטר/מטר/°C עבור פלדה)
אם הטמפרטורה אחידה מסביב להיקף, ההתפשטות סימטרית (הציר מתארך אך נשאר ישר)
אם צד אחד חם יותר, צד זה מתרחב יותר מהצד הקר
התפשטות דיפרנציאלית גורמת לעקומה
גודל הקשת פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה ואורך הפיר

הפרשי טמפרטורה אופייניים

הפרש טמפרטורה של 10-20 מעלות צלזיוס בקוטר יכול ליצור קשת מדידה
בטורבינות גדולות, הפרש של 30-50 מעלות צלזיוס יכול לגרום לרעידות קשות
ההשפעה מצטברת לאורך אורך הציר - ציר ארוך יותר רגיש יותר

גורמים נפוצים לקשת תרמית

1. תנאי הפעלה (הנפוצים ביותר)

חימום אסימטרי: קיטור חם, גז או נוזל תהליך באים במגע עם החלק העליון של הפיר בעוד שהחלק התחתון נשאר קריר יותר
חימום קורן: חום ממעטפות או צנרת חמים המחממים את החלק העליון של הפיר
חיכוך מיסב: מיסב אחד שפועל חם יותר מאחרים מחמם את מקטע הציר המקומי
הפעלה מהירה: זמן חימום לא מספיק מאפשר התפתחות של גרדיאנטים תרמיים

2. תנאי כיבוי (שקיעה תרמית)

כיבוי חם: הציר מפסיק להסתובב כשהוא עדיין חם
שקיעה כבידה: החום עולה, וגורם לחלק העליון של הפיר האופקי להתקרר מהר יותר מהחלק התחתון
קשת שקיעה תרמית: הצד התחתון נשאר חם יותר זמן, הציר מתכופף כלפי מטה
תקופה קריטית: השעות הראשונות לאחר הסגירה

3. סיבות תפעוליות

שפשוף רוטור-סטטור: חיכוך ממגע יוצר חימום מקומי עז
קירור לא אחיד: זרימת אוויר קירור אסימטרית או ריסוס מים
חימום סולארי: ציוד חיצוני עם חשיפה לשמש בצד אחד
שיבושים בתהליך: שינויי טמפרטורה פתאומיים בנוזל העבודה

תסמינים וגילוי

מאפייני רטט

קשת תרמית מייצרת דפוסי רטט ייחודיים:

תֶדֶר: מהירות ריצה × 1 (רטט סינכרוני)
תִזמוּן: גבוה במהלך החימום, יורד ככל שמגיעים לשיווי משקל תרמי
שינויי פאזה: זווית פאזה עשוי להשתנות ככל שהקשת מתפתחת ונעלמת
רטט גלגול איטי: רעידות גבוהות אפילו במהירויות נמוכות מאוד (בניגוד לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל)
הוֹפָעָה: דומה לחוסר איזון אך תלוי טמפרטורה

הבחנה בין קשת תרמית לחוסר איזון

מְאַפיֵן	לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל	קשת תרמית
תֶדֶר	מהירות ריצה של × 1	מהירות ריצה של × 1
רגישות לטמפרטורה	יציב יחסית	גבוה במהלך חימום/קירור
גלגול איטי (50-200 סל"ד)	אמפליטודה נמוכה מאוד	משרעת גבוהה
פאזה לעומת טמפרטורה	קָבוּעַ	שינויים ככל שקשת מתפתחת
הַתמָדָה	קבוע בכל עת	זמני, מתמוסס בשיווי משקל תרמי
תגובה לאיזון	רטט מופחת	שיפור מינימלי או ללא שיפור כלל

בדיקות אבחון

1. בדיקת רטט גלגול איטי

סובב את הציר במהירות פעולה של 5-10%
מדוד רטט ו נגמר
רטט גבוה של גלגול איטי מעיד על קשת תרמית או מכנית, לא על חוסר איזון

2. ניטור טמפרטורה

ניטור טמפרטורות הציר או המיסב במהלך ההפעלה
מדוד טמפרטורה במספר מיקומים סביב היקף המיסב
קשר בין שינויי רטט לבין גרדיאנטים של טמפרטורה

3. מגמות רטט של סטארט-אפים

גרף את משרעת הרטט לעומת הזמן במהלך החימום
קשת תרמית: גבוהה בהתחלה, יורדת ככל שמתקרבים לשיווי משקל
חוסר איזון: עולה עם המהירות, ללא תלות בטמפרטורה

אסטרטגיות מניעה

נהלים תפעוליים

1. נהלי חימום נכונים

עלייה הדרגתית בטמפרטורה: אפשר לפיר להתחמם באופן אחיד
זמן חימום מורחב: טורבינות גדולות עשויות לדרוש 2-4 שעות
ניטור טמפרטורה: טמפרטורות מיסב ומארז המסלול
ניטור רעידות: ניטור במהלך החימום, עיכוב הגדלת המהירות אם הרטט גבוה

2. פעולת גלגל הסיבוב

עבור טורבינות גדולות, הפעילו את גלגל ההילוכים המסתובב (סיבוב איטי, ~3-10 סל"ד) במהלך החימום והקירור.
סיבוב רציף מונע קשת תרמית על ידי פיזור חום באופן שווה
תקן תעשייתי לטורבינות קיטור > 50 מגה-וואט
עשוי להפעיל ציוד סיבוב במשך 8-24 שעות במהלך הקירור

3. נהלי כיבוי

קירור הדרגתי: הפחת את העומס והטמפרטורה באיטיות לפני הכיבוי
ציוד סיבוב מורחב: שמור על סיבוב הרוטור בזמן שהוא מתקרר
הימנעו מכיבויים חמים: עצירות חירום משאירות את הפיר חם ונוטה לשקוע בקשת

אמצעי תכנון

בידוד תרמי: בידוד מעטפות לשמירה על טמפרטורה אחידה
מעילי חימום: תנורי חימום חיצוניים לחימום מקדים אחיד
בִּיוּב: מניעת הצטברות מעובה חם בתחתית הפיר
אוורור: ודא זרימת אוויר קירור סימטרית

השלכות של קשת תרמית

השפעות מיידיות

רטט גבוה: יכול להגיע לרמות נורמליות של פי 5-10 במהלך החימום
עומס מיסבים: קשת אסימטרית מגדילה את עומסי המיסב
שפשוף חותמות: סטיית הציר עלולה לגרום למגע עם אטמים או חלקים נייחים
עיכובי הפעלה: יש להמתין עד שהרטט ירד לפני הגברת המהירות

נזק לטווח ארוך

שחיקת מיסבים: רעידות גבוהות וחוזרות מאיצות את הידרדרות המיסב
נזק לאטם: שפשופים חוזרים ונשנים הורסים את רכיבי האטם
עייפות: מאמצי כיפוף מחזוריים במהלך כל הפעלה תורמים לעייפות
סט קבוע: כיפוף תרמי חמור או חוזר ונשנה עלול לגרום לעיוות פלסטי קבוע

תיקון והפחתת השפעת הנזקים

לקשת תרמית אקטיבית

אפשר זמן: יש להמתין לאיזון תרמי לפני הגברת המהירות
גלגול איטי: סובבו לאט כדי לפזר את החום במידת האפשר
אל תנסה לאזן: איזון לא יכול לתקן קשת תרמית ולא יהיה יעיל
כתובת מקור חום: זיהוי וסילוק של חימום אסימטרי

עבור קשת שקיעה תרמית (לאחר כיבוי)

ציוד סיבוב: שמרו על סיבוב איטי של הרוטור במהלך הקירור
זמן גלגול מורחב: ייתכן שיידרשו 12-24 שעות של פעולת ציוד סיבוב
ניטור טמפרטורה: המשך עד שטמפרטורת הפיר אחידה
הפעלה מחדש מושהית: אם התפתחה קשת, יש להמתין ליישור טבעי לפני חידוש הפעולה

שיקולים ספציפיים לתעשייה

טורבינות קיטור

הכי רגישים לקשת תרמית עקב טמפרטורות גבוהות ורוטורים מסיביים
פירוט נהלי חימום וקירור של נוהג סטנדרטי
חובה ציוד סיבוב עבור יחידות מעל 50 מגה-וואט
ייתכן שיידרשו 2-4 שעות חימום, 12-24 שעות קירור עם ציוד סיבוב

טורבינות גז

תגובה תרמית מהירה יותר עקב מסה קטנה יותר
קשת תרמית במהלך ההפעלה פחות שכיחה אך עדיין אפשרית
חימום בצד הבעירה יכול ליצור אסימטריות
בדרך כלל מחזורי חימום מהירים יותר מאשר טורבינות קיטור

מנועים חשמליים גדולים וגנרטורים

קשת תרמית מחום סליל הרוטור או חיכוך מיסבים
מתקנים חיצוניים הכפופים לחימום סולארי
ייתכן שיידרש הפעלה או חימום לפני ההפעלה

ניטור ואזעקה

פרמטרים מרכזיים לניטור

רטט גלגול איטי: מדוד במהירות נמוכה לפני הפעלה רגילה
הפרש טמפרטורת מיסב: השווה טמפרטורות בחלק העליון לעומת התחתון
רטט לעומת טמפרטורה: גרף אמפליטודת הרטט לעומת טמפרטורת המיסב
זווית פאזה: שינויי פאזה במסלול המצביעים על התפתחות הקשת

קריטריוני אזעקה

רטט גלגול איטי > פי 2 קו הבסיס מפעיל אזעקה
הפרש טמפרטורות > 15-20°C מצביע על חוסר איזון תרמי
שינויי פאזה מהירים (מעל 30° ב-10 דקות) מצביעים על התפתחות קשת
רעידות גוברות במהלך החימום במקום לרדת

אסטרטגיות סטארט-אפ מתקדמות

תאוצה מבוקרת

גלגול איטי ראשוני: ודא רטט מקובל ב-100-200 סל"ד
האצה מדורגת: הגבירו למהירויות ביניים (למשל, 30%, 50%, 70% מהרגיל) עם אחיזות
תקופות השרייה תרמית: שמרו על מהירות קבועה במשך 15-30 דקות בכל שלב
אימות רטט: בכל שלב, יש לוודא את הפחתת הרטט לפני שתמשיך
ניטור טמפרטורה: יש לוודא הפחתת גרדיאנטים תרמיים לאורך התהליך

מערכות הפעלה אוטומטיות

מערכות בקרה מודרניות יכולות להפוך את ניהול הקשת התרמית לאוטומטי:

רצפי חימום ניתנים לתכנות
זמני החזקה אוטומטיים אם חורגים ממגבלות הרטט או הטמפרטורה
חישוב בזמן אמת של גודל הקשת התרמית מרעידות וטמפרטורה
פרופילי מהירות אדפטיביים המבוססים על תנאים נמדדים

קשר לתופעות אחרות

קשת תרמית לעומת קשת קבועה

קשת תרמית: זמני, נעלם בשיווי משקל תרמי
קשת קבועה: דפורמציה פלסטית, נשארת גם כשהיא קרה
לְהִסְתָכֵּן: קיפוד תרמי חוזר ונשנה חמור עלול בסופו של דבר לגרום להתייצבות קבועה

קשת תרמית ואיזון

מנסה ל לְאַזֵן במהלך קשת תרמית זה חסר תועלת
משקלי תיקון שחושבו עבור תנאי קשת תרמיים יהיו שגויים לאחר שיגיע לשיווי משקל
יש לאפשר תמיד ייצוב תרמי לפני איזון
קשת תרמית יכולה להסוות מצב של חוסר איזון אמיתי

שיטות עבודה מומלצות למניעה

להתקנות חדשות

תכנון מערכות חימום וקירור סימטריות
התקנת ציוד סיבובי עבור ציוד מעל 100 קילוואט או מעל אורך פיר של 2 מטרים
יש לספק ניקוז נאות למניעת הצטברות נוזלים חמים
בידוד כדי למזער את העברת החום הקרינה

עבור ציוד קיים

לפתח ולפעול בקפדנות אחר נהלי חימום כתובים
הכשרת מפעילים על סיכונים ותסמינים של קשת תרמית
התקנת ניטור טמפרטורה במספר מיקומים
השתמש במגמות רטט במהלך אתחול כדי לזהות בעיות תרמיות
תיעוד נתונים היסטוריים כדי לייעל את ההליכים

נוהלי תחזוקה

ודא את פעולת גלגל הסיבוב לפני כל כיבוי
בדיקת כיול חיישני טמפרטורת המיסב
בדיקת מערכות ניקוז לאיתור סתימות
ודא את תקינות הבידוד
בדוק ונטרל כל מקור חימום אסימטרי

קשת תרמית, אמנם זמנית והפיכה, מהווה אתגר תפעולי משמעותי עבור מכונות מסתובבות גדולות. הבנת הגורמים לה, זיהוי הסימפטומים שלה ויישום נהלי חימום וקירור נכונים חיוניים להפעלה אמינה של טורבינות קיטור, טורבינות גז וציוד מסתובב אחר בטמפרטורה גבוהה.

← חזרה לאינדקס הראשי

מהי קשת תרמית? כיפוף פיר מושרה על ידי טמפרטורה

פורסם על ידי admin ב-אוקטובר 29, 2025 אוקטובר 29, 2025