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Balanceamento de Turbinas e Turbocompressores - In-Situ, na Velocidade de Operação
Turbinas a vapor, turbinas a gás, rodas hidráulicas, veios principais de turbinas eólicas e rotores de turbocompressores industriais giram tão depressa que até excentricidades de microgramas geram vibrações destrutivas. Equilibramo-los nos seus próprios rolamentos, à velocidade de funcionamento - sem desmontagem, sem envio para uma oficina - e documentar o resultado de acordo com as normas ISO 20816 e ISO 21940-11.
Em suma: Rotores de turbinas e de turbocompressores industriais são equilibrados no local na velocidade de operação utilizando o método do coeficiente de influência. Os sensores de vibração nas caixas dos rolamentos e um tacómetro a laser medem a amplitude e a fase; o Balanset-1A calcula a massa e o ângulo de correção exactos para um ou dois planos; após a instalação do peso, a vibração residual é verificada em relação aos limites da zona ISO 20816 para a classe específica da turbina e à classe ISO 21940-11 G para o rotor. Todo o processo - desde o primeiro ensaio até ao resultado documentado - demora normalmente menos de um turno de trabalho no local.
Sinais de desequilíbrio da turbina ou do turbocompressor
Os rotores de turbinas de alta velocidade amplificam drasticamente as consequências do desequilíbrio. Estes sinais de alerta nunca devem ser ignorados:
Porque é que as turbinas perdem o equilíbrio - e quanto custa
Os rotores das turbinas operam a velocidades em que se comportam como corpos flexíveis em vez de massas rígidas - dobram-se ligeiramente sob o seu próprio peso e sob carga aerodinâmica, pelo que o centro de massa efetivo se desloca entre modos. O desequilíbrio acumula-se através de erosão da lâmina e acumulação de depósitos em turbinas a vapor e a gás, danos por cavitação em rotores hidráulicos, acreção de gelo nas pás das turbinas eólicas, e desgaste dos vedantes que altera a massa rotativa. Nos turbocompressores, os depósitos de carbono e fuligem no rotor da turbina são a causa dominante e podem desenvolver-se em milhares de horas de funcionamento.
O custo do desequilíbrio ignorado de uma turbina vai muito além da substituição de rolamentos: as falhas por fadiga das pás obrigam a revisões prolongadas, as fricções dos vedantes exigem uma nova maquinação de precisão e uma única paragem forçada numa central elétrica de carga base custa múltiplos de todo o orçamento anual de manutenção. A medição das vibrações no terreno, de acordo com a família ISO 20816, fornece aos operadores os dados objetivos necessários para decidir entre uma intervenção imediata e a continuação do funcionamento monitorizado - a diferença entre uma correção planeada e uma paragem não planeada.
Porque é que a redução da vibração para metade multiplica a vida útil dos rolamentos
Como equilibramos uma turbina ou um turbocompressor - passo a passo
O equilíbrio de campo com o Balanset-1A segue o método do coeficiente de influência - o mesmo procedimento que pode ser executado pelo próprio utilizador com o dispositivo. Os requisitos de precisão para turbinas são mais rigorosos e os protocolos de segurança mais exigentes do que para a maioria dos outros rotores:
- Medir a linha de base. Os sensores de vibração são montados nas caixas das chumaceiras ou nos pedestais; um tacómetro laser capta o ângulo de fase do veio. Uma corrida a velocidade constante regista a amplitude e a fase da vibração para cada plano de medição e estabelece a posição da zona ISO 20816.
- Adicionar um peso de teste. Um peso de teste maquinado com precisão é colocado numa posição radial conhecida no plano de equilibragem - tipicamente uma ranhura do círculo do parafuso ou uma bolsa na ponta da lâmina. O rotor volta a funcionar à mesma velocidade para que o instrumento capte a resposta do sistema.
- Deixar o aparelho calcular. O Balanset-1A aplica a matriz do coeficiente de influência para determinar a massa de correção e a posição angular exactas para cada plano, visando o grau G ISO 21940-11 mais apertado que a geometria do rotor permite.
- Ajustar os pesos de correção. As massas de correção são instaladas na posição calculada e o peso de teste é removido. A alteração da massa líquida é registada para documentação e rastreabilidade do OEM.
- Verificar com base na norma ISO 20816. Uma execução final à velocidade de funcionamento confirma que o RMS de banda larga e a amplitude síncrona 1× estão dentro da zona de aceitação ISO 20816 aplicável. Os resultados são guardados no relatório de trabalho.
O que equilibramos
- Rotores de turbinas de vapor industriais (contrapressão e condensação)
- Secções de potência de turbinas a gás e rodas de compressor
- Corredores hidroeléctricos Francis, Kaplan e Pelton
- Conjuntos de veios principais de turbinas eólicas
- Rodas de turbina e de compressor de turbocompressores industriais (velocidades de funcionamento até ≈60 000 RPM)
- Rotores de micro-turbinas e expansores ORC
- Turboblower e impulsores de compressores de alta velocidade
- Rotores de turbinas axiais e radiais
Tolerâncias e normas — Família ISO 20816
ISO 20816 é a norma definitiva, composta por várias partes, para a avaliação das vibrações mecânicas de máquinas através de medições em partes não rotativas (caixas de rolamentos, pedestais). Cada parte abrange uma classe de turbina específica e define quatro zonas de severidade (A-D) para a velocidade ou deslocamento RMS de banda larga:
- ISO 20816-2 — Turbinas a vapor e geradores terrestres com mais de 50 MW. Os limiares da Zona A/B são normalmente 2,3 e 4,5 mm/s RMS; a Zona D (disparo) é normalmente 7,1 mm/s.
- ISO 20816-4 — Turbinas a gás com potências superiores a 3 MW, incluindo unidades industriais aeroderivadas. Estabelece limites separados para a vibração da caixa de rolamentos e para o deslocamento relativo do veio.
- ISO 20816-5 — Máquinas hidráulicas (bombas e turbinas) em centrais eléctricas, incluindo os rotores Francis, Kaplan e Pelton. As zonas de vibração têm em conta a excitação hidráulica, bem como o desequilíbrio mecânico.
- ISO 20816-21 — Turbinas eólicas onshore e offshore. Abrange as vibrações dos rolamentos principais, da caixa de velocidades e do gerador avaliadas durante o funcionamento normal.
As tolerâncias de equilíbrio do rotor para todos os tipos de turbinas são regidas por ISO 21940-11 Classes G. As turbinas de alta velocidade requerem normalmente G 1.0 ou G 2.5. A ISO 21940-11 lista os turbocompressores em G 6.3 entre os seus exemplos gerais de rotores e fornece o enquadramento de cálculo da classe G; as tolerâncias específicas dos turbocompressores são normalmente definidas pelo OEM e podem ser mais restritas do que os exemplos genéricos da ISO. As nossas medições com o Balanset-1A fornecem-lhe os dados para demonstrar, numa única sessão no local, a conformidade tanto com os limites de aceitação de vibração da ISO 20816 como com os limites de desequilíbrio residual da ISO 21940-11.
Para a segurança da ressonância das pás, as passagens a velocidades críticas são cartografadas utilizando a metodologia do diagrama de Campbell; a nossa calculadora da frequência das pás da turbina permite-lhe verificar se a frequência natural de uma lâmina se encontra dentro da gama de velocidades de funcionamento antes da colocação em funcionamento ou após uma nova lâmina.
O Balanset-1A — o seu kit completo de equilíbrio de campo para turbinas
Tudo nesta página é feito com um instrumento portátil: o Balanset-1A. É um equilibrador dinâmico de dois canais e um analisador de vibrações que equilibra rotores de turbinas e turbocompressores nos seus próprios rolamentos, à velocidade de funcionamento, utilizando o método dos coeficientes de influência em 3 corridas — o software calcula a massa e o ângulo de correção exatos e guarda um relatório. O seu canal de vibração abrange 5–1000 Hz, o que corresponde a velocidades de rotação 1× de aproximadamente 300–60 000 RPM (melhor precisão até ≈33 000 RPM / 550 Hz); rodas de turbocompressores do tipo automóvel que rodam a 100 000–300 000 RPM estão fora deste intervalo e requerem equipamento especializado de equilibragem a alta velocidade.
O que está incluído no kit completo
€1,975 - Kit completo, em stock, fatura com IVA
- Unidade de medição de interface (USB, 2 canais)
- Dois acelerómetros de vibração (cabo de 4 m, 10 m opcional)
- Tacómetro laser / sensor ótico de fase (50-500 mm)
- Suporte magnético para o sensor
- Balança digital para pesos de prova e correção
- Software de análise e equilíbrio do Windows
- Mala de transporte em plástico
Kit completo
Unidade · 2 sensores · tacómetro laser · suporte magnético · balança digital · software · mala de transporte. Tudo o que é necessário para começar a equilibrar turbinas, pronto a usar.
Conjunto OEM
Unidade - 2 sensores - tacómetro laser - software. Para integradores que já possuem um suporte, balança e caixa, ou que incorporam a unidade numa máquina de equilibrar.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Canais de medição | 2 (equilibragem num e em dois planos) |
| Faixa de velocidade de vibração | 0.2–80 mm/s RMS |
| Gama de frequências | 5–1000 Hz (≤10% amplitude error above 550 Hz) |
| Exatidão da medição | ±5% da escala completa |
| Método | Coeficiente de influência de 3 execuções (1 ou 2 planos) |
| Análise | Amplitude e fase a 1×, espetro FFT e forma de onda, relatórios guardados |
| Computador portátil | Não incluído (PC Windows, disponível a pedido) |
Equilibragem de turbinas e turbocompressores no terreno
Rotor na instalação de equilíbrio
Um turbo-rotor de alta velocidade instrumentado para a equilibragem de campo em dois planos com o Balanset-1A.
Medição de vibrações na chumaceira
O sensor e o tacómetro a laser no rolamento captam a amplitude e a fase 1× à velocidade de marcha.
Equilíbrio no terreno vs. máquina de equilibrar - qual é o correto?
| Critério | Equilíbrio de campo (Balanset-1A) | Máquina de equilibrar em oficina |
|---|---|---|
| É necessário remover o rotor | Não - equilibrado no local | Sim - desmontagem completa |
| Condições reais de funcionamento | Sim - velocidade real, rolamentos reais | Não - baixa velocidade, suportes diferentes |
| Tempo de inatividade | Horas para um turno | Dias a semanas |
| Captação dos efeitos do rotor flexível | Sim - Inclui dobragem à velocidade | Não a baixa velocidade na oficina |
| Verificação de vibrações ISO 20816 | Integrado no procedimento | Etapa separada após a remontagem |
| Correção em dois planos | Sim (ambos os planos em simultâneo) | Sim |
| Portátil - qualquer sítio | Sim - cabe numa mala de transporte | Apenas oficina fixa |
| Custo típico por trabalho | Baixo (sem transporte, sem grua) | Elevado (logística + tempo de oficina) |
Calculadoras de turbinas gratuitas
FAQ da equilibragem de turbinas
O rotor de uma turbina pode ser equilibrado no terreno ou é necessária uma máquina de equilibragem?
Que parte da norma ISO 20816 se aplica à minha turbina?
De que grau de equilíbrio necessita um turbocompressor?
A minha turbina dispara por sobrevibração após cada grande revisão — porquê?
O Balanset-1A pode medir a vibração da caixa de rolamentos de acordo com a norma ISO 20816?
Como é que sei se devo equilibrar num plano ou em dois?
Aprender a teoria
Avaliar e equilibrar a sua turbina - de acordo com a norma ISO
O Balanset-1A mede a vibração da caixa de rolamentos de acordo com a norma ISO 20816 e executa a equilibragem de campo em dois planos de acordo com a norma ISO 21940-11 — fornecendo o diagnóstico e a correção num único instrumento portátil, com um resultado documentado para cada trabalho.
