Vad är termisk böjning? Temperaturinducerad axelböjning • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer Vad är termisk böjning? Temperaturinducerad axelböjning • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer

Vad är termisk böjning? Temperaturinducerad axelböjning

Publicerad av admin på

Förstå termisk båge i roterande maskiner

Definition: Vad är termisk båge?

Termisk rosett (även kallad varm böjning, termisk böjning eller temperaturinducerad axelböjning) är en tillfällig krökning som utvecklas i en rotor axeln på grund av ojämn temperaturfördelning runt axelns omkrets. När ena sidan av axeln är varmare än den motsatta sidan, orsakar termisk expansion att den heta sidan blir längre, vilket tvingar axeln att böjas till en krökt form med den heta sidan på den konvexa (yttre) sidan av kurvan.

Till skillnad från permanent axelbåge från mekanisk skada är termisk böjning reversibel – den försvinner när axeln återgår till jämn temperatur. Termisk böjning skapar dock betydande vibration under uppvärmnings- och nedvarvningsperioder och kan orsaka permanenta skador om de är allvarliga eller upprepas ofta.

Fysisk mekanism

Termisk expansionsdifferential

Fysiken bakom termisk båge är enkel:

  • Metall expanderar vid uppvärmning (värmeutvidgningskoefficient vanligtvis 10–15 µm/m/°C för stål)
  • Om temperaturen är jämn runt omkretsen är expansionen symmetrisk (axeln förlängs men förblir rak)
  • Om ena sidan är varmare, expanderar den sidan mer än den kalla sidan
  • Differentiell expansion orsakar krökning
  • Böjstorlek proportionell mot temperaturskillnad och axellängd

Typiska temperaturskillnader

  • Temperaturskillnad på 10–20 °C över diametern kan skapa mätbar böjning
  • I stora turbiner kan en temperaturskillnad på 30–50 °C orsaka kraftiga vibrationer.
  • Effekten ackumuleras längs skaftets längd – längre skaft är mer mottagliga

Vanliga orsaker till termisk böjning

1. Startförhållanden (vanligast)

  • Asymmetrisk uppvärmning: Het ånga, gas eller processvätska kommer i kontakt med axelns ovansida medan botten förblir kallare
  • Strålningsvärme: Värme från varma höljen eller rörledningar som värmer upp den övre delen av axeln
  • Lagerfriktion: Ett lager som går varmare än andra värmer upp den lokala axelsektionen
  • Snabb uppstart: Otillräcklig uppvärmningstid gör att termiska gradienter kan utvecklas

2. Avstängningsförhållanden (termisk sänkning)

  • Avstängning under drift: Axeln slutar rotera medan den fortfarande är varm
  • Gravitationsnedgång: Värmen stiger, vilket gör att toppen av den horisontella axeln kyls ner snabbare än botten
  • Termisk sänkning: Undersidan förblir varmare längre, axeln böjs nedåt
  • Kritisk period: Första timmarna efter avstängningen

3. Operativa orsaker

  • Rotor-stator-gnidning: Friktion från kontakt genererar intensiv lokal uppvärmning
  • Ojämn kylning: Asymmetrisk kylluftström eller vattenspray
  • Solvärme: Utomhusutrustning med solexponering på ena sidan
  • Processtörningar: Plötsliga temperaturförändringar i arbetsvätskan

Symtom och upptäckt

Vibrationsegenskaper

Termisk båge producerar distinkta vibrationsmönster:

  • Frekvens: 1× körhastighet (synkron vibration)
  • Tidpunkt: Hög under uppvärmning, minskar när termisk jämvikt uppnås
  • Fasförändringar: Fasvinkel kan förändras allt eftersom bågen utvecklas och läker
  • Långsam rullningsvibration: Hög vibration även vid mycket låga hastigheter (till skillnad från obalans)
  • Utseende: Liknar obalans men temperaturberoende

Att skilja termisk båge från obalans

Karakteristisk Obalans Termisk rosett
Frekvens 1× körhastighet 1× körhastighet
Temperaturkänslighet Relativt stabil Hög under uppvärmning/nedvarvning
Långsam rulle (50–200 varv/min) Mycket låg amplitud Hög amplitud
Fas kontra temperatur Konstant Förändringar allt eftersom bågen utvecklas
Uthållighet Konstant hela tiden Tillfällig, upplöses vid termisk jämvikt
Svar på balansering Vibrationsreducerad Minimal eller ingen förbättring

Diagnostiska tester

1. Vibrationstest vid långsam rullning

  • Rotera axeln med 5-10% driftshastighet
  • Mät vibrationer och slutkörning
  • Hög vibration i långsam rullning indikerar termisk eller mekanisk böjning, inte obalans

2. Temperaturövervakning

  • Övervaka axel- eller lagertemperaturer under uppstart
  • Mät temperaturen på flera ställen runt lagrets omkrets
  • Korrelera vibrationsförändringar med temperaturgradienter

3. Trendande vibrationer vid start

  • Diagram över vibrationsamplitud kontra tid under uppvärmning
  • Termisk böjning: hög initialt, minskar när jämvikt närmar sig
  • Obalans: ökar med hastigheten, oberoende av temperaturen

Förebyggande strategier

Operativa procedurer

1. Korrekt uppvärmningsrutiner

  • Gradvis temperaturökning: Låt axeln värmas jämnt
  • Förlängd uppvärmningstid: Stora turbiner kan behöva 2–4 timmar
  • Temperaturövervakning: Temperaturer på bandlager och hölje
  • Vibrationsövervakning: Övervaka under uppvärmning, fördröj hastighetsökningen om vibrationerna är höga

2. Vridväxelns drift

  • För stora turbiner, använd roterande växel (långsam rotation, ~3-10 varv/min) under uppvärmning och nedkylning.
  • Kontinuerlig rotation förhindrar termisk böjning genom att fördela värmen jämnt
  • Industristandard för ångturbiner > 50 MW
  • Kan använda vridanordningen i 8–24 timmar under avkylning

3. Avstängningsprocedurer

  • Gradvis nedkylning: Minska belastning och temperatur långsamt före avstängning
  • Förlängd vridväxel: Håll rotorn roterande medan den svalnar
  • Undvik avstängningar vid höga temperaturer: Nödstopp gör axeln varm och benägen att hänga

Designåtgärder

  • Värmeisolering: Isolera höljen för att bibehålla jämn temperatur
  • Värmejackor: Externa värmare för jämn förvärmning
  • Dränering: Förhindra ansamling av varmt kondensvatten på axelns botten
  • Ventilation: Säkerställ symmetriskt kylluftflöde

Konsekvenser av termisk böjning

Omedelbara effekter

  • Hög vibration: Kan nå 5–10 gånger normala nivåer under uppvärmning
  • Lagerbelastning: Asymmetrisk böjning ökar lagerbelastningen
  • Tätningsgnidningar: Axelns nedböjning kan orsaka kontakt med tätningar eller stationära delar
  • Startfördröjningar: Måste vänta tills vibrationerna minskat innan hastigheten ökas

Långsiktiga skador

  • Lagerslitage: Upprepad hög vibration accelererar lagerförsämring
  • Tätningsskador: Upprepad gnuggning förstör tätningskomponenter
  • Trötthet: Cykliska böjspänningar under varje uppstart bidrar till utmattning
  • Permanent uppsättning: Svår eller upprepad termisk böjning kan orsaka permanent plastisk deformation

Korrigering och begränsning

För aktiv termisk båge

  • Tillåt tid: Vänta på termisk jämvikt innan du ökar hastigheten
  • Långsam rulle: Rotera långsamt för att fördela värmen om möjligt
  • Försök inte balansera: Balansering kan inte korrigera termisk böjning och kommer att vara ineffektiv
  • Adress värmekälla: Identifiera och eliminera asymmetrisk uppvärmning

För termisk nedsänkning (efter avstängning)

  • Vridväxel: Håll rotorn långsamt roterande under nedkylningen
  • Förlängd rullningstid: Kan behöva 12–24 timmars drift av vridväxeln
  • Temperaturövervakning: Fortsätt tills axeltemperaturen är jämn
  • Fördröjd omstart: Om en böjning har utvecklats, vänta tills naturlig uträtning har skett innan du återupptar behandlingen.

Branschspecifika överväganden

Ångturbiner

  • Mest känslig för termisk böjning på grund av höga temperaturer och massiva rotorer
  • Utarbeta uppvärmnings- och nedvarvningsprocedurer som standardpraxis
  • Vändställ obligatoriskt för enheter > 50 MW
  • Kan kräva 2–4 timmars uppvärmning och 12–24 timmars nedvarvning med vändutrustning

Gasturbiner

  • Snabbare termisk respons på grund av mindre massa
  • Termisk böjning under uppstart mindre vanligt men fortfarande möjligt
  • Uppvärmning på förbränningssidan kan skapa asymmetrier
  • Vanligtvis snabbare uppvärmningscykler än ångturbiner

Stora elmotorer och generatorer

  • Termisk böjning från rotorlindningsvärme eller lagerfriktion
  • Utomhusinstallationer som utsätts för solvärme
  • Kan kräva vridning eller uppvärmning före uppstart

Övervakning och larm

Viktiga övervakningsparametrar

  • Långsam rullningsvibration: Mät vid låg hastighet före normal start
  • Lagertemperaturskillnad: Jämför temperaturer högst upp kontra längst ner
  • Vibration kontra temperatur: Diagram över vibrationsamplitud kontra lagertemperatur
  • Fasvinkel: Spårfasförändringar som indikerar bågens utveckling

Larmkriterier

  • Långsam rullningsvibration > 2× baslinjen utlöser larm
  • Temperaturskillnad > 15–20 °C indikerar termisk obalans
  • Snabba fasförändringar (> 30° på 10 minuter) tyder på att böjning utvecklas
  • Vibrationer ökar snarare än minskar under uppvärmning

Avancerade startupstrategier

Kontrollerad acceleration

  1. Inledande långsam rulle: Verifiera acceptabel vibration vid 100–200 varv/min
  2. Stegvis acceleration: Öka till mellanhastigheter (t.ex. 30%, 50%, 70% eller normal) med håll
  3. Termisk blötläggningsperioder: Håll konstant hastighet i 15–30 minuter i varje steg
  4. Vibrationsverifiering: Bekräfta att vibrationsminskningen minskar i varje steg innan du fortsätter.
  5. Temperaturövervakning: Säkerställ att termiska gradienter minskar genom hela processen

Automatiserade startsystem

Moderna styrsystem kan automatisera hanteringen av termisk båge:

  • Programmerbara uppvärmningssekvenser
  • Automatiska hållperioder om vibrations- eller temperaturgränser överskrids
  • Realtidsberäkning av termisk bågstorlek från vibration och temperatur
  • Adaptiva hastighetsprofiler baserade på uppmätta förhållanden

Förhållande till andra fenomen

Termisk båge kontra permanent båge

  • Termisk rosett: Tillfällig, försvinner vid termisk jämvikt
  • Permanent båge: Plastisk deformation, kvarstår även vid kallt tillstånd
  • Risk: Svår upprepad termisk böjning kan så småningom orsaka permanent stelning

Termisk båge och balansering

  • Försöker balans under termisk båge är meningslös
  • Korrektionsvikter beräknade för termiskt böjningsförhållande kommer att vara felaktiga när jämvikt uppnåtts
  • Låt alltid termisk stabilisering ske innan balansering
  • Termisk båge kan maskera verkliga obalansförhållanden

Bästa praxis för förebyggande åtgärder

För nya installationer

  • Designa symmetriska värme- och kylsystem
  • Installera vriddon för utrustning > 100 kW eller > 2 meter axellängd
  • Säkerställ tillräcklig dränering för att förhindra ansamling av varm vätska
  • Isolera för att minimera värmeöverföring

För befintlig utrustning

  • Utveckla och följ strikt skriftliga uppvärmningsrutiner
  • Utbilda operatörer om risker och symtom på termisk böjning
  • Installera temperaturövervakning på flera platser
  • Använd vibrationstrender under uppstarter för att identifiera termiska problem
  • Dokumentera historiska data för att optimera rutiner

Underhållspraxis

  • Kontrollera svängmekanismens funktion före varje avstängning
  • Kontrollera kalibreringen av lagertemperaturgivarna
  • Kontrollera dräneringssystem för blockeringar
  • Verifiera isoleringens integritet
  • Kontrollera och eliminera eventuella källor till asymmetrisk uppvärmning

Termisk böjning, även om den är tillfällig och reversibel, är en betydande driftsutmaning för stora roterande maskiner. Att förstå dess orsaker, känna igen dess symtom och implementera korrekta uppvärmnings- och nedkylningsprocedurer är avgörande för tillförlitlig drift av ångturbiner, gasturbiner och annan roterande utrustning med hög temperatur.

← Tillbaka till huvudmenyn

Kategorier:
WhatsApp