Czym jest rozszerzalność cieplna podczas ustawiania wałów?

Rozszerzalność cieplna to pionowe rozszerzanie się wysokości osi maszyny w miarę nagrzewania się od temperatury otoczenia do temperatury roboczej. Wzór na to wynosi: ΔH = H × α × ΔT, gdzie H to wysokość od stopy do osi, α to współczynnik rozszerzalności cieplnej, a ΔT to wzrost temperatury.

Dlaczego wstępne offsetowanie na zimno jest konieczne?

Maszyny są wyrównywane na zimno, ale pracują na gorąco. Jeśli obie maszyny rosną w różnym tempie, idealne wyrównywanie na zimno skutkuje rozbieżnością w temperaturze roboczej. Wstępne skompensowanie wyrównywania na zimno przez oczekiwany, różnicowy wzrost zapewnia wyrównywanie na gorąco.

Jak określić temperaturę roboczą?

Temperatury robocze można mierzyć w działającym sprzęcie za pomocą termometrów na podczerwień lub sond stykowych umieszczonych na obudowie łożyska lub stopach maszyny. Typowe wartości: silniki elektryczne 60–90°C, pompy 40–70°C (w zależności od procesu), turbiny parowe 80–200°C.

Jakie są typowe temperatury dla silników i pomp?

Silniki elektryczne zazwyczaj pracują w temperaturze 60–90°C przy obudowie. Pompy odśrodkowe pracują w zakresie temperatur 40–70°C w przypadku zimnej wody, ale mogą być znacznie wyższe w przypadku gorących płynów procesowych. Turbiny parowe mogą osiągać temperaturę 150–300°C. Przekładnie zazwyczaj pracują w temperaturze 50–80°C.

Czym jest kontrola zbieżności na gorąco?

Kontrola osiowania na gorąco jest przeprowadzana, gdy maszyna jest w temperaturze roboczej (bezpośrednio po wyłączeniu). Potwierdza ona poprawność prognoz rozszerzalności cieplnej i prawidłowość osiowania maszyn w rzeczywistych warunkach pracy. Jest to złoty standard w walidacji osiowania.

Darmowe narzędzie inżynieryjne

Kompensacja wzrostu termicznego w celu wyrównania wału

Oblicz pionowy wzrost osi środkowej spowodowany rozszerzalnością cieplną dla maszyn napędzających i napędzanych. Określ docelowy offset ustawienia na zimno, aby uzyskać ustawienie w temperaturze roboczej.

Napęd + Napędzane ΔH = H × α × ΔT Cel zimnego offsetu

Temperatura otoczenia (°C)

Wprowadź dane dla obu maszyn poniżej. Różnica określa wstępne przesunięcie na zimno.

Napęd (np. silnik)

Typ maszyny

Materiał

Wysokość od stopy do linii środkowej H (mm)

Temperatura pracy (°C)

Napędzany (np. pompa)

Typ maszyny

Materiał

Wysokość od stopy do linii środkowej H (mm)

Temperatura pracy (°C)

Szybkie ustawienia wstępne

Wyniki

Zimny cel przed offsetem (wzrost różnicowy)

—

Wzrost termiczny napędu

—

Wzrost termiczny maszyny napędzanej

—

ΔT maszyny napędzającej

—

ΔT maszyny napędzanej

—

Wzór na wzrost termiczny

Gdy maszyna się nagrzewa, jej rama rozszerza się w pionie, podnosząc oś wału:

H — wysokość od stopy do linii środkowej (mm)
α — współczynnik rozszerzalności cieplnej (×10⁻⁶ /°C)
T_op — temperatura robocza (°C)
T_amb — temperatura otoczenia (°C)

Wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej materiału

Materiał	α (×10⁻⁶ /°C)
Stal węglowa	12.0
Żeliwo	10.5
Stal nierdzewna (304/316)	16.0
Aluminium	23.0

Typowe temperatury pracy

Typ maszyny	Typowa temperatura obudowy (°C)
Silnik elektryczny	60–90
Pompa odśrodkowa (zimna woda)	40–70
Turbina parowa	80–200
Przekładnia	50–80
Kompresor	60–120

Przykład praktyczny

Przykład — silnik + zespół pompy

Biorąc pod uwagę: Temperatura otoczenia = 20°C

Silnik: H = 200 mm, stal (α = 12×10⁻⁶), T_op = 80°C

Pompa: H = 250 mm, stal (α = 12×10⁻⁶), T_op = 60°C

ΔH_silnik = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm

ΔH_pompa = 250 × 12 × 10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 mm

Różnica = 0,144 − 0,120 = 0,024 mm

Silnik rozszerza się bardziej → ustaw silnik 0,024 mm PONIŻEJ podczas zimnego osiowania.

💡 Wskazówka: Maszyna, która rozszerza się bardziej termicznie, powinna być ustawiona PONIŻEJ przy zimnym osiowaniu. Gdy obie się nagrzeją, różnica w rozszerzalności cieplnej sprowadzi je do osiowania.

⚠️ Uwaga: Obliczenia te zakładają równomierną rozszerzalność cieplną ramy maszyny. W praktyce gradienty temperatury, naprężenia rurociągów i wpływ fundamentów mogą powodować dodatkowe przemieszczenia. Zawsze, gdy to możliwe, należy zweryfikować to kontrolą osiowania na gorąco.