Döner Makinelerde Termal Yaylanmayı Anlamak

Cihazlar

Taşınabilir dengeleyici ve Titreşim analizörü Balanset-1A

$2,353.83

Parçalar

Titreşim sensörü

$107.26

Parçalar

Optik Sensör (Lazer Takometre)

$147.78

Cihazlar

Balanset-4

$8,107.90

Parçalar

Manyetik Stand Insize-60-kgf

$54.82

Parçalar

Yansıtıcı bant

$11.92

Cihazlar

Dinamik dengeleyici "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Tanım: Termal Yay Nedir?

Termal yay (ayrıca sıcak yay, termal bükülme veya sıcaklık kaynaklı şaft yayı olarak da adlandırılır) bir şaftta gelişen geçici bir eğriliktir rotor Milin çevresi boyunca eşit olmayan sıcaklık dağılımı nedeniyle şaftın şekli değişir. Milin bir tarafı diğer tarafından daha sıcak olduğunda, termal genleşme sıcak tarafın uzamasına neden olur ve bu da şaftın, sıcak tarafı eğrinin dışbükey (dış) tarafında kalacak şekilde kavisli bir şekle girmesine neden olur.

Kalıcı olanın aksine şaft yayı Mekanik hasardan kaynaklanan termal yaylanma, şaftın homojen sıcaklığına geri dönmesiyle ortadan kalkarak geri döndürülebilir. Ancak termal yaylanma, önemli ölçüde titreşim Isınma ve soğuma dönemlerinde ortaya çıkar ve şiddetli veya sık tekrarlanırsa kalıcı hasara yol açabilir.

Fiziksel Mekanizma

Termal Genleşme Farkı

Termal yayın arkasındaki fizik basittir:

• Metal ısıtıldığında genleşir (çelik için termal genleşme katsayısı genellikle 10-15 µm/m/°C'dir)
• Sıcaklık çevre boyunca eşitse, genişleme simetriktir (mil uzar ancak düz kalır)
• Eğer bir taraf daha sıcaksa, o taraf soğuk taraftan daha fazla genişler
• Diferansiyel genişleme eğriliğe neden olur
• Yay büyüklüğü sıcaklık farkına ve şaft uzunluğuna orantılıdır

Tipik Sıcaklık Farkları

• Çap boyunca 10-20°C'lik sıcaklık farkı ölçülebilir yay oluşturabilir
• Büyük türbinlerde 30-50°C'lik fark ciddi titreşimlere neden olabilir
• Etki, şaft uzunluğu boyunca birikir; daha uzun şaftlar daha hassastır

Termal Yaylanmanın Yaygın Nedenleri

1. Başlangıç Koşulları (En Yaygın)

• Asimetrik Isıtma: Sıcak buhar, gaz veya işlem sıvısı şaftın üst kısmıyla temas ederken alt kısmı daha soğuk kalır
• Radyant Isıtma: Sıcak muhafazalardan veya borulardan gelen ısı, şaftın üst kısmını ısıtıyor
• Rulman Sürtünmesi: Diğerlerinden daha sıcak çalışan bir yatak, yerel şaft bölümünü ısıtır
• Hızlı Başlatma: Yetersiz ısınma süresi, termal gradyanların oluşmasına olanak tanır

2. Kapatma Koşulları (Termal Çökme)

• Sıcak Kapatma: Mil hala sıcakken dönmeyi durdurur
• Yerçekimi Yayılması: Isı yükselir ve yatay şaftın üst kısmının alt kısmından daha hızlı soğumasına neden olur
• Termal Yay: Alt taraf daha uzun süre sıcak kalır, şaft aşağı doğru eğilir
• Kritik Dönem: Kapatıldıktan sonraki ilk birkaç saat

3. Operasyonel Nedenler

• Rotor-Stator Sürtünmesi: Temas sonucu oluşan sürtünme, yoğun yerel ısınmaya neden olur
• Eşit Olmayan Soğutma: Asimetrik soğutma hava akışı veya su püskürtme
• Güneş Enerjisiyle Isıtma: Bir tarafı güneşe maruz kalan açık hava ekipmanı
• Süreç aksaklıkları: Çalışma sıvısında ani sıcaklık değişiklikleri

Belirtiler ve Tespit

Titreşim Özellikleri

Termal yay, kendine özgü titreşim desenleri üretir:

• Sıklık: 1× çalışma hızı (senkron titreşim)
• Zamanlama: Isınma sırasında yüksek, termal dengeye ulaşıldığında azalır
• Faz Değişimleri: Faz açısı yay gelişip çözüldükçe değişebilir
• Yavaş Rulo Titreşimi: Çok düşük hızlarda bile yüksek titreşim (aksine) dengesizlik)
• Dış görünüş: Dengesizliğe benzer ancak sıcaklığa bağlıdır

Termal Yay'ı Dengesizlikten Ayırt Etme

Özellik	Dengesizlik	Termal Yay
Sıklık	1× koşu hızı	1× koşu hızı
Sıcaklık Hassasiyeti	Nispeten istikrarlı	Isınma/soğuma sırasında yüksek
Yavaş Dönüş (50-200 RPM)	Çok düşük genlik	Yüksek genlik
Faz ve Sıcaklık	Devamlı	Yay geliştikçe değişir
Azim	Her zaman sabit	Geçici, termal dengede çözülür
Dengelemeye Yanıt	Titreşim azaltıldı	Minimum veya hiç iyileşme yok

Tanı Testleri

1. Yavaş Rulo Titreşim Testi

• Şaftı 5-10% çalışma hızında döndürün
• Titreşimi ölçün ve tükeniş
• Yüksek yavaş yuvarlanma titreşimi dengesizliği değil, termal veya mekanik yaylanmayı gösterir

2. Sıcaklık İzleme

• Başlatma sırasında mil veya yatak sıcaklıklarını izleyin
• Yatak çevresinin birden fazla noktasında sıcaklığı ölçün
• Titreşim değişikliklerini sıcaklık gradyanlarıyla ilişkilendirin

3. Başlangıç Titreşimi Trendi

• Isınma sırasında titreşim genliğini zamana göre çizin
• Termal yay: başlangıçta yüksek, dengeye yaklaştıkça azalır
• Dengesizlik: Hızla artar, sıcaklıktan bağımsızdır

Önleme Stratejileri

Operasyonel Prosedürler

1. Uygun Isınma Prosedürleri

• Kademeli Sıcaklık Artışı: Milin eşit şekilde ısınmasına izin verin
• Uzatılmış Isınma Süresi: Büyük türbinler 2-4 saat sürebilir
• Sıcaklık İzleme: Ray yatağı ve muhafaza sıcaklıkları
• Titreşim İzleme: Isınma sırasında monitör, titreşim yüksekse hızı artırmayı geciktirin

2. Dönme Dişlisinin Çalışması

• Büyük türbinler için, ısınma ve soğuma sırasında dönüş dişlisini (yavaş dönüş, ~3-10 RPM) çalıştırın
• Sürekli dönüş, ısıyı eşit şekilde dağıtarak termal yaylanmayı önler
• 50 MW'tan büyük buhar türbinleri için endüstri standardı
• Soğuma sırasında 8-24 saat boyunca dönüş tertibatını çalıştırabilir

3. Kapatma Prosedürleri

• Kademeli Soğuma: Kapatmadan önce yükü ve sıcaklığı yavaşça azaltın
• Uzatılmış Dönüş Dişlisi: Soğurken rotoru döndürmeye devam edin
• Sıcak Kapatmalardan Kaçının: Acil durdurmalar şaftı sıcak bırakır ve sarkmaya eğilimli hale getirir

Tasarım Ölçüleri

• Isı Yalıtımı: Sabit sıcaklığı korumak için kasaları yalıtın
• Isıtma Ceketleri: Eşit ön ısıtma için harici ısıtıcılar
• Drenaj: Milin tabanında sıcak kondensat birikmesini önleyin
• Havalandırma: Simetrik soğutma hava akışını sağlayın

Termal Yay'ın Sonuçları

Anında Etkiler

• Yüksek Titreşim: Isınma sırasında normal seviyelerin 5-10 katına ulaşabilir
• Yatak Yükü: Asimetrik yay, yatak yüklerini artırır
• Fok Sürtünmeleri: Mil sapması contalarla veya sabit parçalarla temas oluşmasına neden olabilir
• Başlatma Gecikmeleri: Hızı artırmadan önce titreşimin azalmasını beklemelisiniz

Uzun Vadeli Hasar

• Yatak Aşınması: Tekrarlanan yüksek titreşim, rulman bozulmasını hızlandırır
• Mühür Hasarı: Tekrarlanan sürtünmeler conta bileşenlerini tahrip eder
• Tükenmişlik: Her başlatma sırasında oluşan döngüsel eğilme gerilmeleri yorgunluğa katkıda bulunur
• Kalıcı Set: Şiddetli veya tekrarlanan termal yaylanma kalıcı plastik deformasyona neden olabilir

Düzeltme ve Azaltma

Aktif Termal Yay İçin

• Zaman Ayırın: Hızı artırmadan önce termal dengeyi bekleyin
• Yavaş Yuvarlanma: Mümkünse ısıyı dağıtmak için yavaşça döndürün
• Dengelemeye çalışmayın: Dengeleme termal yayı düzeltemez ve etkisiz olacaktır
• Adres Isı Kaynağı: Asimetrik ısıtmayı tespit edin ve ortadan kaldırın

Termal Sarkma Yayı İçin (Kapatıldıktan Sonra)

• Dönme Dişlisi: Soğuma sırasında rotoru yavaşça döndürmeye devam edin
• Uzatılmış Rulo Süresi: 12-24 saat torna tezgahı çalışmasına ihtiyaç duyulabilir
• Sıcaklık İzleme: Mil sıcaklığı homojen hale gelene kadar devam edin
• Gecikmeli Yeniden Başlatma: Yay oluşmuşsa, yeniden başlatmadan önce doğal düzleşmeyi bekleyin

Sektöre Özel Hususlar

Buhar Türbinleri

• Yüksek sıcaklıklar ve büyük rotorlar nedeniyle termal yaylanmaya en yatkın olanıdır
• Isınma ve soğuma prosedürlerini standart uygulamaya göre ayrıntılı olarak açıklayın
• 50 MW'tan büyük üniteler için dönüş tertibatı zorunludur
• Dönüş ekipmanıyla 2-4 saat ısınma, 12-24 saat soğuma gerekebilir

Gaz Türbinleri

• Daha küçük kütle nedeniyle daha hızlı termal tepki
• Başlatma sırasında termal yaylanma daha az yaygındır ancak yine de mümkündür
• Yanma tarafındaki ısıtma asimetrilere neden olabilir
• Tipik olarak buhar türbinlerinden daha hızlı ısınma döngüleri

Büyük Elektrik Motorları ve Jeneratörleri

• Rotor sargı ısısından veya yatak sürtünmesinden kaynaklanan termal yay
• Güneş enerjisiyle ısıtmaya tabi dış mekan kurulumları
• Çalıştırmadan önce çevirme veya ısıtma gerekebilir

İzleme ve Alarm

Temel İzleme Parametreleri

• Yavaş Rulo Titreşimi: Normal başlatmadan önce düşük hızda ölçüm yapın
• Yatak Sıcaklık Farkı: Üst ve alt kısımlardaki sıcaklıkları karşılaştırın
• Titreşim ve Sıcaklık: Titreşim genliğini yatak sıcaklığına göre çizin
• Faz Açısı: Yay gelişimini gösteren parça fazı değişiklikleri

Alarm Kriterleri

• Yavaş yuvarlanma titreşimi > 2× temel değer alarmı tetikler
• Sıcaklık farkı > 15-20°C termal dengesizliği gösterir
• Hızlı faz değişiklikleri (10 dakikada 30°'den fazla) yaylanmanın geliştiğini gösterir
• Isınma sırasında titreşim azalmak yerine artıyor

Gelişmiş Başlangıç Stratejileri

Kontrollü Hızlanma

1. İlk Yavaş Dönüş: 100-200 RPM'de kabul edilebilir titreşimi doğrulayın
2. Aşamalı Hızlandırma: Bekletmelerle orta hızlara (örneğin, normalin 30%, 50%, 70%) yükseltin
3. Termal Islatma Süreleri: Her aşamada 15-30 dakika boyunca sabit hızı koruyun
4. Titreşim Doğrulaması: Her aşamada, devam etmeden önce titreşimin azaldığını onaylayın
5. Sıcaklık İzleme: İşlem boyunca termal gradyanların azalmasını sağlayın

Otomatik Başlatma Sistemleri

Modern kontrol sistemleri termal yay yönetimini otomatikleştirebilir:

• Programlanabilir ısınma dizileri
• Titreşim veya sıcaklık sınırları aşıldığında otomatik bekleme süreleri
• Titreşim ve sıcaklıktan termal yay büyüklüğünün gerçek zamanlı hesaplanması
• Ölçülen koşullara dayalı uyarlanabilir hız profilleri

Diğer Olaylarla İlişkisi

Termal Yay ve Kalıcı Yay

• Termal Yay: Geçici, termal dengede kaybolur
• Kalıcı Yay: Plastik deformasyon, soğukta bile kalır
• Risk: Şiddetli tekrarlanan termal yaylanma sonunda kalıcı bir sete neden olabilir

Termal Yay ve Dengeleme

• Denemek denge termal yay sırasında boşunadır
• Termal yay durumu için hesaplanan düzeltme ağırlıkları dengeye ulaşıldığında yanlış olacaktır
• Dengelemeden önce her zaman termal stabilizasyona izin verin
• Termal yay gerçek dengesizlik durumunu maskeleyebilir

Önleme En İyi Uygulamaları

Yeni Kurulumlar İçin

• Simetrik ısıtma ve soğutma sistemleri tasarımı
• > 100 kW veya > 2 metre şaft uzunluğuna sahip ekipmanlar için dönüş tertibatı takın
• Sıcak sıvı birikimini önlemek için yeterli drenaj sağlayın
• Radyant ısı transferini en aza indirmek için yalıtım yapın

Mevcut Ekipman İçin

• Yazılı ısınma prosedürlerini geliştirin ve sıkı bir şekilde uygulayın
• Tren operatörleri termal yay riskleri ve belirtileri hakkında
• Birden fazla konuma sıcaklık izleme sistemi kurun
• Termal sorunları belirlemek için başlatmalar sırasında titreşim eğilimini kullanın
• Prosedürleri optimize etmek için geçmiş verileri belgelendirin

Bakım Uygulamaları

• Her kapatmadan önce dönüş dişlisinin çalışmasını doğrulayın
• Yatak sıcaklık sensörlerinin kalibrasyonunu kontrol edin
• Drenaj sistemlerinde tıkanıklık olup olmadığını kontrol edin
• Yalıtım bütünlüğünü doğrulayın
• Asimetrik ısıtma kaynaklarını kontrol edin ve ortadan kaldırın

Termal yaylanma, geçici ve geri döndürülebilir olsa da, büyük döner makineler için önemli bir operasyonel zorluktur. Nedenlerini anlamak, semptomlarını tanımak ve uygun ısınma ve soğuma prosedürlerini uygulamak, buhar türbinlerinin, gaz türbinlerinin ve diğer yüksek sıcaklıklı döner ekipmanların güvenilir çalışması için çok önemlidir.

---

← Ana Dizin'e Geri Dön