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.
Wyniki
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)
- Top — temperatura robocza (°C)
- Tamb — 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
Biorąc pod uwagę: Temperatura otoczenia = 20°C
Silnik: H = 200 mm, stal (α = 12×10⁻⁶), Top = 80°C
Pompa: H = 250 mm, stal (α = 12×10⁻⁶), Top = 60°C
ΔHsilnik = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm
ΔHpompa = 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.
Rozszerzalność cieplna (wzrost termiczny) to pionowa zmiana wysokości osi wału maszyny podczas jej nagrzewania od temperatury otoczenia do temperatury roboczej. Wszystkie materiały rozszerzają się pod wpływem ciepła, co w przypadku maszyn wirnikowych oznacza uniesienie osi wału.
Wzrost ten oblicza się ze wzoru: ΔH = H × α × (Top − Tamb), gdzie H to wysokość od płaszczyzny łap do osi wału, α to współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej, a temperatury są wyrażone w °C.
Maszyny osiuje się w stanie zimnym (podczas postoju), ale pracują one w stanie gorącym. Jeśli maszyna napędzająca i napędzana wydłużają się w pionie o różne wartości, idealne wyosiowanie na zimno doprowadzi do powstania niewspółosiowości w temperaturze roboczej.
Poprzez celowe wprowadzenie poprawki (offsetu wstępnego) podczas osiowania na zimno, równej przewidywanej różnicy rozszerzalności cieplnej, maszyny osiągają prawidłową współosiowość po rozgrzaniu do temperatury roboczej. Maszynę o większym przyroście termicznym ustawia się podczas osiowania na zimno niżej.
Temperatury robocze można zmierzyć na pracującym urządzeniu za pomocą:
- Pirometru (termometru na podczerwień) — szybki pomiar bezdotykowy na łapach maszyny lub oprawach łożyskowych
- Dotykowych sond termoparowych — dokładniejszy pomiar temperatury powierzchni
- Czujników RTD / termopar — czujników zainstalowanych na stałe
Pomiar należy wykonywać na łapach lub podstawie maszyny, a nie na górze korpusu, ponieważ najlepiej odzwierciedla to temperaturę decydującą o pionowym wzroście termicznym. Przed pomiarem należy odczekać do osiągnięcia stanu równowagi cieplnej (zazwyczaj 2–4 godziny).
Typowe temperatury korpusu/łap dla popularnych maszyn:
- Silniki elektryczne: 60–90°C (w zależności od wielkości mechanicznej i obciążenia)
- Pompy odśrodkowe: 40–70°C (zimna woda), do 200°C+ (gorące media procesowe)
- Turbiny parowe: 80–200°C
- Przekładnie zębate: 50–80°C
- Sprężarki: 60–120°C
Są to wartości orientacyjne. W miarę możliwości zawsze należy wykonywać pomiary na rzeczywistym urządzeniu.
Kontrola osiowania na gorąco jest wykonywana natychmiast po zatrzymaniu urządzenia, które pracowało w normalnej temperaturze roboczej. Pomiar osiowania przeprowadza się zanim nastąpi znaczne ostygnięcie maszyny (zazwyczaj w ciągu 15–30 minut od zatrzymania).
Kontrola ta pozwala zweryfikować, czy:
- Obliczone wartości rozszerzalności cieplnej były dokładne
- Wstępna poprawka na zimno została dobrana prawidłowo
- Inne czynniki (naprężenia od rurociągów, osiadanie fundamentu) nie wpływają na osiowanie
Pomiar kontrolny na gorąco stanowi najwyższy standard weryfikacji osiowania wałów i powinien być wykonywany zawsze, gdy jest to praktycznie możliwe, zwłaszcza na maszynach krytycznych.
Procedury opisane na tej stronie zostały opracowane i przetestowane w warunkach terenowych przez zespół Vibromera przy użyciu urządzenia Balanset-1A, przenośnego dwukanałowego balansera i analizatora drgań do wyważania wirników na miejscu.
Profesjonalne urządzenia do laserowego ustawiania i analizy drgań. Precyzyjne ustawianie z kompensacją wzrostu termicznego na miejscu. Używane w ponad 50 krajach.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko jest inżynierem analizy wibracji oraz założycielem i prezesem firmy Vibromera. Od ponad 15 lat wyważa maszyny wirujące w terenie, a nie na stanowisku badawczym: mulczery, wentylatory przemysłowe, kruszarki, wirówki, wały i wrzeciona. To właśnie z tej pracy wyrosły przyrządy Balanset — zaprojektowano je jako narzędzie, które specjalista może zabrać do maszyny i obsłużyć samodzielnie, na miejscu, a nie jako sprzęt laboratoryjny. Vibromera powstała w 2017 roku, a od 2023 roku ma siedzibę w Porto w Portugalii. Tutaj odbywają się prace rozwojowe, montaż i wsparcie linii Balanset. Flagowym przyrządem jest Balanset-1A, przenośny analizator do wyważania w jednej i w dwóch płaszczyznach oraz do diagnostyki wibracji. Nikolai osobiście uczestniczy we wsparciu klientów, w rozwiązywaniu trudnych przypadków wyważania i w rozwoju oprogramowania. Pracuje z klientami na całym świecie, w każdym języku.
