Apa itu Thermal Bow? Pembengkokan Poros yang Diinduksi Suhu • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Thermal Bow? Pembengkokan Poros yang Diinduksi Suhu • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Thermal Bow? Pembengkokan Poros Akibat Suhu

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Thermal Bow pada Mesin Berputar

Definisi: Apa itu Thermal Bow?

Busur termal (juga disebut busur panas, pembengkokan termal, atau busur poros yang disebabkan oleh suhu) adalah kelengkungan sementara yang berkembang dalam rotor poros akibat distribusi suhu yang tidak merata di sekeliling poros. Ketika salah satu sisi poros lebih panas daripada sisi yang berlawanan, pemuaian termal menyebabkan sisi panas menjadi lebih panjang, memaksa poros melengkung menjadi bentuk lengkung dengan sisi panas berada di sisi cembung (luar) kurva.

Tidak seperti permanen busur poros dari kerusakan mekanis, busur termal bersifat reversibel—busur termal menghilang ketika poros kembali ke suhu seragam. Namun, busur termal menciptakan getaran selama periode pemanasan dan pendinginan dan dapat menyebabkan kerusakan permanen jika parah atau sering diulang.

Mekanisme Fisik

Diferensial Ekspansi Termal

Fisika di balik busur termal cukup mudah:

  • Logam memuai saat dipanaskan (koefisien ekspansi termal biasanya 10-15 µm/m/°C untuk baja)
  • Jika suhu seragam di sekitar keliling, pemuaian bersifat simetris (poros memanjang tetapi tetap lurus)
  • Jika salah satu sisi lebih panas, maka sisi tersebut akan lebih mengembang dibandingkan sisi yang dingin.
  • Ekspansi diferensial menyebabkan kelengkungan
  • Besarnya busur sebanding dengan perbedaan suhu dan panjang poros

Perbedaan Suhu yang Umum

  • Perbedaan suhu 10-20°C di seluruh diameter dapat menghasilkan busur yang terukur
  • Pada turbin besar, perbedaan 30-50°C dapat menghasilkan getaran yang parah
  • Efek terakumulasi sepanjang panjang poros—poros yang lebih panjang lebih rentan

Penyebab Umum Busur Termal

1. Kondisi Startup (Paling Umum)

  • Pemanasan Asimetris: Uap panas, gas, atau cairan proses bersentuhan dengan bagian atas poros sementara bagian bawah tetap dingin
  • Pemanasan Radiasi: Panas dari casing atau pipa panas yang menghangatkan bagian atas poros
  • Gesekan Bantalan: Satu bantalan yang berjalan lebih panas daripada yang lain memanaskan bagian poros lokal
  • Startup Cepat: Waktu pemanasan yang tidak mencukupi memungkinkan terjadinya gradien termal

2. Kondisi Shutdown (Thermal Sag)

  • Penutupan Panas: Poros berhenti berputar saat masih panas
  • Penurunan Gravitasi: Panas naik, menyebabkan bagian atas poros horizontal mendingin lebih cepat daripada bagian bawah
  • Busur Sag Termal: Sisi bawah tetap panas lebih lama, poros melengkung ke bawah
  • Periode Kritis: Beberapa jam pertama setelah penutupan

3. Penyebab Operasional

  • Gesekan Rotor-Stator: Gesekan akibat kontak menghasilkan pemanasan lokal yang intens
  • Pendinginan Tidak Merata: Aliran udara pendingin asimetris atau semprotan air
  • Pemanas Tenaga Surya: Peralatan luar ruangan dengan paparan sinar matahari di satu sisi
  • Gangguan Proses: Perubahan suhu mendadak pada fluida kerja

Gejala dan Deteksi

Karakteristik Getaran

Busur termal menghasilkan pola getaran yang khas:

  • Frekuensi: 1× kecepatan lari (getaran sinkron)
  • Waktu: Tinggi selama pemanasan, menurun saat keseimbangan termal tercapai
  • Perubahan Fase: Sudut fase dapat bergeser seiring perkembangan dan resolusi busur
  • Getaran Gulungan Lambat: Getaran tinggi bahkan pada kecepatan sangat rendah (tidak seperti ketidakseimbangan)
  • Penampilan: Mirip dengan ketidakseimbangan tetapi bergantung pada suhu

Membedakan Thermal Bow dari Unbalance

Ciri Ketidakseimbangan Busur Termal
Frekuensi 1× kecepatan lari 1× kecepatan lari
Sensitivitas Suhu Relatif stabil Tinggi saat pemanasan/pendinginan
Gulungan Lambat (50-200 RPM) Amplitudo sangat rendah Amplitudo tinggi
Fase vs. Suhu Konstan Perubahan seiring perkembangan busur
Kegigihan Konstan sepanjang waktu Sementara, teratasi pada kesetimbangan termal
Respon terhadap Penyeimbangan Getaran berkurang Perbaikan minimal atau tidak ada

Tes Diagnostik

1. Uji Getaran Gulungan Lambat

  • Putar poros pada kecepatan operasi 5-10%
  • Mengukur getaran dan kehabisan
  • Getaran lambat yang tinggi menunjukkan busur termal atau mekanis, bukan ketidakseimbangan

2. Pemantauan Suhu

  • Memantau suhu poros atau bantalan selama startup
  • Mengukur suhu di beberapa lokasi di sekitar lingkar bantalan
  • Mengkorelasikan perubahan getaran dengan gradien suhu

3. Getaran Startup yang Sedang Tren

  • Plot amplitudo getaran vs. waktu selama pemanasan
  • Busur termal: awalnya tinggi, menurun saat keseimbangan tercapai
  • Ketidakseimbangan: meningkat seiring dengan kecepatan, tidak bergantung pada suhu

Strategi Pencegahan

Prosedur Operasional

1. Prosedur Pemanasan yang Tepat

  • Peningkatan Suhu Secara Bertahap: Biarkan poros memanas secara merata
  • Waktu Pemanasan yang Diperpanjang: Turbin besar mungkin memerlukan waktu 2-4 jam
  • Pemantauan Suhu: Suhu bantalan lintasan dan casing
  • Pemantauan Getaran: Monitor selama pemanasan, tunda kecepatan meningkat jika getaran tinggi

2. Operasi Roda Gigi Putar

  • Untuk turbin besar, operasikan roda gigi putar (rotasi lambat, ~3-10 RPM) selama pemanasan dan pendinginan
  • Rotasi berkelanjutan mencegah busur termal dengan mendistribusikan panas secara merata
  • Standar industri untuk turbin uap > 50 MW
  • Dapat mengoperasikan gigi putar selama 8-24 jam selama pendinginan

3. Prosedur Penutupan

  • Pendinginan Bertahap: Kurangi beban dan suhu secara perlahan sebelum dimatikan
  • Gigi Putar yang Diperpanjang: Jaga agar rotor tetap berputar saat mendingin
  • Hindari Penutupan Panas: Pemberhentian darurat membuat poros panas dan rentan terhadap lengkungan kendur

Langkah-langkah Desain

  • Isolasi Termal: Isolasi casing untuk menjaga suhu tetap seragam
  • Jaket Pemanas: Pemanas eksternal untuk pemanasan awal yang seragam
  • Drainase: Mencegah akumulasi kondensat panas di bagian bawah poros
  • Ventilasi: Pastikan aliran udara pendingin simetris

Konsekuensi dari Thermal Bow

Efek Langsung

  • Getaran Tinggi: Dapat mencapai 5-10× tingkat normal selama pemanasan
  • Beban Bantalan: Busur asimetris meningkatkan beban bantalan
  • Gosok Segel: Defleksi poros dapat menyebabkan kontak dengan segel atau bagian stasioner
  • Penundaan Startup: Harus menunggu getaran berkurang sebelum meningkatkan kecepatan

Kerusakan Jangka Panjang

  • Keausan Bantalan: Getaran tinggi yang berulang mempercepat kerusakan bantalan
  • Kerusakan Segel: Gesekan berulang-ulang merusak komponen segel
  • Kelelahan: Tekanan lentur siklik selama setiap permulaan berkontribusi terhadap kelelahan
  • Set Permanen: Busur termal yang parah atau berulang dapat menyebabkan deformasi plastik permanen

Koreksi dan Mitigasi

Untuk Busur Termal Aktif

  • Berikan Waktu: Tunggu kesetimbangan termal sebelum meningkatkan kecepatan
  • Gulungan Lambat: Putar perlahan untuk mendistribusikan panas jika memungkinkan
  • Jangan Mencoba Menyeimbangkan: Penyeimbangan tidak dapat memperbaiki busur termal dan tidak akan efektif
  • Alamat Sumber Panas: Mengidentifikasi dan menghilangkan pemanasan asimetris

Untuk Thermal Sag Bow (Setelah Shutdown)

  • Gigi Putar: Jaga agar rotor berputar perlahan selama pendinginan
  • Waktu Putar yang Diperpanjang: Mungkin memerlukan 12-24 jam operasi putaran roda gigi
  • Pemantauan Suhu: Lanjutkan hingga suhu poros seragam
  • Restart Tertunda: Jika lengkungan telah terbentuk, tunggu hingga pelurusan alami sebelum memulai kembali

Pertimbangan Khusus Industri

Turbin Uap

  • Paling rentan terhadap busur termal karena suhu tinggi dan rotor besar
  • Prosedur pemanasan dan pendinginan yang rumit merupakan praktik standar
  • Pemutaran roda gigi wajib untuk unit > 50 MW
  • Mungkin memerlukan pemanasan 2-4 jam, pendinginan 12-24 jam dengan memutar gigi

Turbin Gas

  • Respon termal lebih cepat karena massa lebih kecil
  • Busur termal saat startup kurang umum tetapi masih mungkin terjadi
  • Pemanasan sisi pembakaran dapat menciptakan asimetri
  • Siklus pemanasan biasanya lebih cepat daripada turbin uap

Motor Listrik dan Generator Besar

  • Busur termal dari panas belitan rotor atau gesekan bantalan
  • Instalasi luar ruangan yang terkena pemanas surya
  • Mungkin memerlukan putaran atau pemanasan sebelum memulai

Pemantauan dan Peringatan

Parameter Pemantauan Utama

  • Getaran Gulungan Lambat: Ukur pada kecepatan rendah sebelum memulai normal
  • Perbedaan Suhu Bantalan: Bandingkan suhu di bagian atas dan bawah
  • Getaran vs. Suhu: Plot amplitudo getaran vs. suhu bantalan
  • Sudut Fase: Lacak perubahan fase yang menunjukkan perkembangan haluan

Kriteria Alarm

  • Getaran gulungan lambat > 2× pemicu dasar memicu alarm
  • Perbedaan suhu > 15-20°C menunjukkan ketidakseimbangan termal
  • Perubahan fase yang cepat (>30° dalam 10 menit) menunjukkan perkembangan busur
  • Getaran meningkat saat pemanasan daripada menurun

Strategi Startup Lanjutan

Akselerasi Terkendali

  1. Gulungan Lambat Awal: Verifikasi getaran yang dapat diterima pada 100-200 RPM
  2. Akselerasi Bertahap: Tingkatkan ke kecepatan menengah (misalnya, 30%, 50%, 70% normal) dengan menahan
  3. Periode Perendaman Termal: Pertahankan kecepatan konstan selama 15-30 menit pada setiap tahap
  4. Verifikasi Getaran: Pada setiap tahap, konfirmasikan penurunan getaran sebelum melanjutkan
  5. Pemantauan Suhu: Pastikan gradien termal berkurang selama proses

Sistem Startup Otomatis

Sistem kontrol modern dapat mengotomatiskan manajemen busur termal:

  • Urutan pemanasan yang dapat diprogram
  • Periode penahanan otomatis jika batas getaran atau suhu terlampaui
  • Perhitungan waktu nyata besarnya busur termal dari getaran dan suhu
  • Profil kecepatan adaptif berdasarkan kondisi terukur

Hubungan dengan Fenomena Lain

Busur Termal vs. Busur Permanen

  • Busur Termal: Sementara, menghilang pada kesetimbangan termal
  • Busur Permanen: Deformasi plastik, tetap ada bahkan saat dingin
  • Mempertaruhkan: Busur termal yang parah dan berulang pada akhirnya dapat menyebabkan set permanen

Busur Termal dan Penyeimbang

  • Mencoba untuk keseimbangan selama busur termal itu sia-sia
  • Bobot koreksi yang dihitung untuk kondisi busur termal akan salah setelah kesetimbangan tercapai
  • Selalu biarkan stabilisasi termal sebelum menyeimbangkan
  • Busur termal dapat menutupi kondisi ketidakseimbangan yang sebenarnya

Praktik Terbaik Pencegahan

Untuk Instalasi Baru

  • Merancang sistem pemanas dan pendingin yang simetris
  • Pasang roda gigi putar untuk peralatan > 100 kW atau panjang poros > 2 meter
  • Sediakan drainase yang memadai untuk mencegah akumulasi cairan panas
  • Isolasi untuk meminimalkan perpindahan panas radiasi

Untuk Peralatan yang Ada

  • Mengembangkan dan mengikuti prosedur pemanasan tertulis secara ketat
  • Melatih operator kereta api tentang risiko dan gejala busur termal
  • Pasang pemantauan suhu di beberapa lokasi
  • Gunakan tren getaran selama startup untuk mengidentifikasi masalah termal
  • Dokumentasikan data historis untuk mengoptimalkan prosedur

Praktik Pemeliharaan

  • Verifikasi pengoperasian roda gigi putar sebelum setiap penghentian
  • Periksa kalibrasi sensor suhu bantalan
  • Periksa sistem drainase untuk penyumbatan
  • Verifikasi integritas isolasi
  • Periksa dan hilangkan sumber pemanasan asimetris apa pun

Busur termal, meskipun bersifat sementara dan reversibel, merupakan tantangan operasional yang signifikan bagi mesin putar besar. Memahami penyebabnya, mengenali gejalanya, dan menerapkan prosedur pemanasan dan pendinginan yang tepat sangat penting untuk pengoperasian turbin uap, turbin gas, dan peralatan putar bersuhu tinggi lainnya yang andal.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp