Cân bằng tuabin và bộ tăng áp — Tại chỗ, ở tốc độ vận hành

Tuabin hơi, tuabin khí, bánh công tác thủy điện, trục chính tuabin gió và rôto turbocharger công nghiệp quay nhanh đến mức ngay cả độ lệch tâm cỡ microgam cũng tạo ra rung động phá hoại. Chúng tôi cân bằng chúng theo hướng của riêng mình, ở tốc độ chạy — không cần tháo dỡ, không cần vận chuyển đến xưởng — và lập hồ sơ kết quả theo tiêu chuẩn ISO 20816 và ISO 21940-11.

Mua Balanset-1A Hãy hỏi kỹ sư của chúng tôi

Cân bằng động cơ tuabin và bộ tăng áp tại hiện trường bằng cách đo rung động tại vỏ ổ trục

Tóm lại: Rôto tuabin và turbocharger công nghiệp được cân bằng đang được áp dụng tại tốc độ vận hành bằng phương pháp hệ số ảnh hưởng. Các cảm biến rung trên vỏ ổ trục và máy đo tốc độ laser đo biên độ và pha; thiết bị Balanset-1A tính toán chính xác khối lượng và góc cân bằng cho một hoặc hai mặt phẳng; sau khi lắp đặt khối cân bằng, mức rung dư được kiểm tra so với giới hạn vùng theo tiêu chuẩn ISO 20816 dành cho loại tuabin cụ thể và cấp độ G theo tiêu chuẩn ISO 21940-11 dành cho rô-to. Toàn bộ quy trình — từ lần chạy đầu tiên đến kết quả được ghi chép — thường mất ít hơn một ca làm việc tại hiện trường.

Các dấu hiệu cho thấy tuabin hoặc bộ tăng áp của bạn bị mất cân bằng

Các cánh quạt tuabin tốc độ cao làm gia tăng đáng kể hậu quả của tình trạng mất cân bằng. Không bao giờ được bỏ qua các tín hiệu cảnh báo sau đây:

1× dao động trục Một thành phần dao động chủ đạo ở tần số hoạt động là dấu hiệu phổ trực tiếp của sự mất cân bằng dư của rôto và phải được đánh giá dựa trên các giới hạn vùng theo tiêu chuẩn ISO 20816.

Sự tăng nhiệt độ của ổ trục Tải trọng mất cân bằng động làm nóng trục và ổ bi vượt quá giới hạn thiết kế, dẫn đến quá trình phân hủy dầu diễn ra nhanh hơn và làm giảm tần suất bảo dưỡng.

Kích thích cộng hưởng lưỡi dao Dao động trục do mất cân bằng truyền sang dãy cánh quạt; nếu đường giao nhau trên đồ thị Campbell trùng với tần số tự nhiên của cánh quạt, cánh quạt có thể bị gãy.

Vết mòn phớt và rò rỉ dầu Một rô-to quay lệch tâm sẽ làm thu hẹp khe hở ở một bên của vòng đệm, gây ra vết trầy xước trên các phớt mê cung hoặc phớt than, từ đó khiến dầu hoặc hơi nước rò rỉ ra ngoài.

Sự cố do rung quá mức Các hệ thống bảo vệ tuabin hiện đại sẽ ngắt máy khi độ rung vượt quá ngưỡng của Vùng D theo tiêu chuẩn ISO 20816. Các trường hợp ngắt máy lặp đi lặp lại trong khi máy vẫn hoạt động bình thường thường là do sự mất cân bằng tích tụ dần dần.

Máy rung mạnh sau khi bảo dưỡng Việc thay lưỡi dao, vệ sinh hoặc lắp ráp lại sẽ làm thay đổi phân bố khối lượng, do đó phải tiến hành kiểm tra cân bằng trước khi đưa thiết bị trở lại hoạt động.

Tại sao tuabin bị mất cân bằng — và hậu quả là gì

Các cánh tuabin hoạt động ở tốc độ khiến chúng hành xử như các vật thể dẻo chứ không phải các khối cứng — chúng uốn cong nhẹ dưới tác động của trọng lượng riêng và tải trọng khí động học, do đó tâm khối lượng hiệu dụng thay đổi giữa các chế độ. Sự mất cân bằng tích tụ qua Sự mài mòn lưỡi dao và sự tích tụ cặn bẩn trong các tuabin hơi nước và tuabin khí, hư hỏng do hiện tượng xâm thực trong các ống dẫn thủy lực, sự tích tụ băng trên các cánh quạt tuabin gió, và mòn vòng đệm điều này làm thay đổi khối lượng quay. Trong các bộ tăng áp, cặn carbon và bồ hóng bám trên bánh tuabin là nguyên nhân chính và có thể hình thành sau hàng nghìn giờ hoạt động.

Chi phí do tình trạng mất cân bằng tuabin bị bỏ qua gây ra không chỉ dừng lại ở việc thay thế ổ trục: các sự cố mỏi cánh quạt buộc phải tiến hành đại tu kéo dài, hiện tượng ma sát phớt đòi hỏi phải gia công lại với độ chính xác cao, và chỉ một lần ngừng hoạt động bất ngờ tại nhà máy điện tải cơ bản cũng đã tiêu tốn gấp nhiều lần ngân sách bảo trì hàng năm. Việc đo đạc rung động tại hiện trường theo tiêu chuẩn ISO 20816 cung cấp cho các nhà vận hành dữ liệu khách quan cần thiết để quyết định giữa việc can thiệp ngay lập tức và tiếp tục vận hành có giám sát — đó chính là sự khác biệt giữa việc khắc phục theo kế hoạch và việc ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.

×10Tuổi thọ vòng bi khi độ rung giảm một nửa

−70%Mức giảm độ rung thông thường sau khi cân bằng

2cân bằng máy bay trong một lần kiểm tra

<1 caThời gian làm việc tại công trường thông thường

Tại sao việc giảm một nửa mức độ rung lại giúp kéo dài tuổi thọ của ổ trục

ISO 281 định nghĩa tuổi thọ định mức của ổ lăn là L₁₀ = (C/P)^p, trong đó P là tải trọng động mà ổ trục phải chịu, và hàm mũ p = 3 đối với ổ bi và 10/3 đối với ổ lăn. Sự mất cân bằng dư là Tải trọng quay P đó, và biên độ dao động tỷ lệ thuận với nó — do đó, việc giảm một nửa dao động sẽ làm giảm một nửa P và tăng gấp đôi tuổi thọ của ổ trục^p: về 8 lần đối với ổ bi và khoảng 10 lần đối với ổ lăn (2^10/3 ≈ 10). Hãy tự tính toán trên trang web của chúng tôi Công cụ tính tuổi thọ vòng bi.

Cách cân bằng tuabin hoặc bộ tăng áp — từng bước một

Việc cân bằng tại hiện trường bằng thiết bị Balanset-1A được thực hiện theo phương pháp hệ số ảnh hưởng — quy trình này bạn cũng có thể tự thực hiện với thiết bị. Các yêu cầu về độ chính xác đối với tuabin khắt khe hơn và các quy trình an toàn cũng nghiêm ngặt hơn so với hầu hết các loại cánh quạt khác:

Đo đường cơ sở. Các cảm biến rung được lắp đặt trên vỏ ổ trục hoặc bệ đỡ; một máy đo tốc độ bằng laser ghi lại góc pha của trục. Quá trình vận hành ở tốc độ ổn định ghi lại biên độ và pha rung cho từng mặt phẳng đo và xác định vị trí vùng theo tiêu chuẩn ISO 20816.
Thêm một quả tạ thử. Một khối cân thử được gia công chính xác được lắp vào một vị trí bán kính đã biết trên mặt cân bằng — thường là rãnh vòng bu-lông hoặc hốc đầu cánh. Rô-to lại quay với cùng tốc độ để thiết bị ghi lại phản ứng của hệ thống.
Hãy để thiết bị tính toán. Balanset-1A sử dụng ma trận hệ số ảnh hưởng để xác định khối lượng hiệu chỉnh và vị trí góc chính xác cho từng mặt phẳng, nhằm đạt được mức độ chính xác cao nhất theo tiêu chuẩn G của ISO 21940-11 mà hình học của rô-to cho phép.
Điều chỉnh các hệ số hiệu chỉnh. Các khối cân chỉnh được lắp đặt tại vị trí đã tính toán và khối lượng thử nghiệm được tháo ra. Sự thay đổi khối lượng ròng được ghi lại để phục vụ cho hồ sơ của nhà sản xuất gốc (OEM) và việc truy xuất nguồn gốc.
Kiểm tra theo tiêu chuẩn ISO 20816. Một lần chạy thử cuối cùng ở tốc độ vận hành xác nhận rằng giá trị RMS băng rộng và biên độ đồng bộ 1× đều nằm trong vùng chấp nhận theo tiêu chuẩn ISO 20816. Kết quả được lưu trong báo cáo công việc.

Những gì chúng tôi cân bằng

Rôto tuabin hơi công nghiệp (loại áp suất ngược và loại ngưng tụ)
Các bộ phận phát điện của tuabin khí và các bánh nén
Các tuabin thủy điện kiểu Francis, Kaplan và Pelton
Các cụm trục chính của tuabin gió
Bánh tuabin và bánh nén của turbocharger công nghiệp (tốc độ làm việc lên tới ≈60 000 RPM)
Rôto của tuabin vi mô và bộ giãn nở ORC
Quạt tăng áp và cánh quạt máy nén tốc độ cao
Các rô-to của thiết bị thử nghiệm tuabin trục và tuabin hướng tâm

Dung sai và tiêu chuẩn — Hệ tiêu chuẩn ISO 20816

Tiêu chuẩn ISO 20816 là tiêu chuẩn nhiều phần mang tính chuẩn mực để đánh giá dao động cơ học của máy móc thông qua các phép đo trên các bộ phận không quay (vỏ ổ trục, đế máy). Mỗi phần áp dụng cho một loại tuabin cụ thể và xác định bốn vùng mức độ nghiêm trọng (A–D) đối với giá trị RMS băng thông rộng của vận tốc hoặc độ dịch chuyển:

ISO 20816-2 — Tuabin hơi và máy phát điện đặt trên đất liền có công suất trên 50 MW. Các ngưỡng của Vùng A/B thường là 2,3 và 4,5 mm/s RMS; Vùng D (ngưỡng ngắt) thường là 7,1 mm/s.
ISO 20816-4 — Tuabin khí có công suất trên 3 MW, bao gồm cả các tổ máy tuabin khí công nghiệp. Quy định các giới hạn riêng biệt đối với độ rung của vỏ ổ trục và độ dịch chuyển tương đối của trục.
ISO 20816-5 — Máy thủy lực (máy bơm và tuabin) trong các nhà máy điện, bao gồm các loại tuabin Francis, Kaplan và Pelton. Các vùng rung động là do cả kích thích thủy lực lẫn sự mất cân bằng cơ học gây ra.
ISO 20816-21 — Tuabin gió trên đất liền và ngoài khơi. Bao gồm việc đánh giá độ rung của ổ trục chính, hộp số và máy phát điện trong quá trình vận hành bình thường.

Dung sai cân bằng rôto cho mọi loại tuabin được quy định bởi Tiêu chuẩn ISO 21940-11 Các cấp G. Tuabin tốc độ cao thường yêu cầu G 1.0 hoặc G 2.5. ISO 21940-11 liệt kê turbocharger ở G 6.3 trong số các ví dụ rôto tổng quát và cung cấp khung tính toán cấp G; dung sai turbocharger cụ thể thường do OEM đặt ra và có thể nghiêm ngặt hơn các ví dụ ISO tổng quát. Các phép đo Balanset-1A của chúng tôi cung cấp dữ liệu để chứng minh tuân thủ đồng thời cả giới hạn chấp nhận rung động của ISO 20816 và giới hạn mất cân bằng dư của ISO 21940-11 trong một phiên làm việc tại hiện trường.

Để đảm bảo an toàn về hiện tượng cộng hưởng cánh quạt, các điểm vượt qua tốc độ giới hạn được xác định bằng phương pháp sơ đồ Campbell; của chúng tôi Công cụ tính tần số cánh tuabin cho phép bạn kiểm tra xem tần số tự nhiên của bất kỳ cánh quạt nào có nằm trong dải tốc độ hoạt động hay không trước khi đưa vào vận hành hoặc sau khi thay cánh quạt.

Balanset-1A — bộ dụng cụ cân bằng tại hiện trường hoàn chỉnh dành cho tuabin

Tất cả nội dung trên trang này đều được thực hiện bằng một thiết bị di động duy nhất: Balanset-1A. Đây là một thiết bị cân bằng động và phân tích rung động hai kênh, dùng để cân bằng các rô-to của tuabin và bộ tăng áp theo hướng của riêng chúng, ở tốc độ vận hành, sử dụng phương pháp hệ số ảnh hưởng 3 lần chạy — phần mềm tính chính xác khối lượng và góc hiệu chỉnh rồi lưu báo cáo. Kênh rung của nó bao phủ 5–1000 Hz, tương ứng với tốc độ chạy 1× khoảng 300–60 000 RPM (độ chính xác tốt nhất đến ≈33 000 RPM / 550 Hz); các bánh turbocharger kiểu ô tô quay ở 100 000–300 000 RPM nằm ngoài dải này và cần thiết bị cân bằng tốc độ cao chuyên dụng.

Bộ cân bằng Balanset-1A đầy đủ bao gồm cảm biến, máy đo tốc độ laser, cân và hộp đựng

Bộ sản phẩm đầy đủ bao gồm những gì

€1,975 · Bộ sản phẩm đầy đủ, có sẵn hàng, hóa đơn có thuế GTGT

Bộ đo giao diện (USB, 2 kênh)
Hai cảm biến gia tốc rung (dây cáp 4 m, có thể chọn dây cáp 10 m)
Máy đo tốc độ bằng laser / cảm biến pha quang học (50–500 mm)
Giá đỡ từ tính cho cảm biến
Cân điện tử dùng cho trọng lượng thử nghiệm và hiệu chuẩn
Phần mềm cân bằng và phân tích hệ thống Windows
Hộp đựng bằng nhựa

Xem Balanset-1A Hãy hỏi kỹ sư của chúng tôi

khuyến khích

Bộ đầy đủ

Bộ sản phẩm · 2 cảm biến · máy đo tốc độ bằng laser · giá đỡ từ tính · cân điện tử · phần mềm · hộp đựng chuyên dụng. Tất cả những gì cần thiết để bắt đầu cân bằng tuabin ngay khi mở hộp.

Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM)

Bộ sản phẩm OEM

Thiết bị · 2 cảm biến · máy đo tốc độ bằng laser · phần mềm. Dành cho các nhà tích hợp hệ thống đã có sẵn giá đỡ, cân và hộp đựng, hoặc những người lắp đặt thiết bị này vào máy cân bằng.

Các thông số kỹ thuật chính
Tham số	Giá trị
Kênh đo lường	2 (cân bằng một mặt phẳng và hai mặt phẳng)
Phạm vi vận tốc rung	0.2–80 mm/s RMS
Dải tần số	5–1000 Hz (≤10% sai số biên độ trên 550 Hz)
Độ chính xác của phép đo	±5% của thang đo đầy đủ
Phương pháp	Hệ số ảnh hưởng 3 chu kỳ (1 hoặc 2 mặt phẳng)
Phân tích	Biên độ và pha ở tần số 1×, phổ FFT và dạng sóng, báo cáo đã lưu
Máy tính xách tay	Không bao gồm (máy tính Windows, có sẵn theo yêu cầu)

✓ Có sẵn✓ DHL Bồ Đào Nha 35 €✓ DHL toàn cầu 110 €✓ Bảo hành 2 năm✓ Hóa đơn VAT✓ Hỗ trợ kỹ thuật

Cân bằng tuabin và bộ tăng áp tại hiện trường

Rô-to của bộ tăng áp đã được chuẩn bị để cân bằng tại hiện trường bằng thiết bị Balanset-1A

Rôto trên đồ gá cân bằng

Một rôto turbo tốc độ cao được gắn cảm biến để cân bằng tại hiện trường hai mặt phẳng bằng Balanset-1A.

Đo độ rung của cánh quạt tuabin tại vỏ ổ trục

Đo độ rung tại ổ trục

Cảm biến và bộ đo tốc độ bằng laser tại ổ trục ghi lại 1 lần giá trị biên độ và pha ở tốc độ vận hành.

Cân bằng tại chỗ hay máy cân bằng — phương pháp nào là phù hợp?

So sánh: cân bằng tại chỗ so với máy cân bằng trong xưởng
Tiêu chuẩn	Cân bằng trường (Balanset-1A)	Xưởng máy cân bằng
Cần tháo rôto	Không — giữ nguyên vị trí	Đúng — tháo rời hoàn toàn
Điều kiện vận hành thực tế	Đúng vậy — tốc độ thực sự, vòng bi thực sự	Không — tốc độ thấp, các loại giá đỡ khác nhau
Thời gian chết	Số giờ trong một ca làm việc	Ngày đến tuần
Các hiệu ứng của rô-to linh hoạt đã được ghi lại	Đúng vậy — bao gồm cả việc uốn cong khi đang di chuyển	Không áp dụng cho các chuyến chạy thử ở tốc độ thấp
Xác minh rung động theo tiêu chuẩn ISO 20816	Được tích hợp sẵn trong quy trình	Bước riêng biệt sau khi lắp ráp lại
Điều chỉnh hai mặt phẳng	Có (cả hai mặt phẳng cùng lúc)	Đúng
Di động — mọi địa điểm	Đúng vậy — vừa vặn trong túi đựng	Chỉ dành cho các buổi hội thảo cố định
Chi phí trung bình cho mỗi công việc	Thấp (không cần phương tiện vận chuyển, không cần cần cẩu)	Cao (chi phí hậu cần + thời gian tại cửa hàng)

Các công cụ tính toán tuabin miễn phí

Tiêu chuẩn ISO 20816-2 về rung động của tuabin hơi nước Tiêu chuẩn ISO 20816-4 về rung động của tuabin khí Tiêu chuẩn ISO 20816-5 về rung động của máy thủy lực Tiêu chuẩn ISO 20816-21 về rung động của tuabin gió Tần số cánh tuabin (Campbell) Sự mất cân bằng dư (ISO 1940) Công cụ tính tuổi thọ vòng bi

Câu hỏi thường gặp về cân bằng tuabin

Có thể cân bằng rôto tuabin tại hiện trường hay cần dùng máy cân bằng?

Nhiều rô-to tuabin công nghiệp có thể được cân bằng tại chỗ bằng phương pháp hệ số ảnh hưởng. Việc cân bằng tại hiện trường được thực hiện ở tốc độ vận hành thực tế và trong điều kiện ổ trục thực tế, điều này thường mang tính đại diện cao hơn so với việc cân bằng trong xưởng ở tốc độ thấp trên các giá đỡ khác nhau. Balanset-1A xử lý các tính toán hai mặt phẳng và tạo ra kết quả tuân thủ tiêu chuẩn ISO. Đối với các rôto tốc độ rất cao, có tốc độ đầu cánh trên vài trăm mét mỗi giây, có thể cần phải cân bằng bổ sung ở tốc độ thấp trong hố chân không — nhưng cân bằng chính xác tại hiện trường sau khi lắp ráp là thực hành tiêu chuẩn.

Phần nào của tiêu chuẩn ISO 20816 áp dụng cho tuabin của tôi?

Áp dụng tiêu chuẩn ISO 20816-2 cho các tuabin hơi và máy phát điện cỡ lớn đặt trên đất liền có công suất trên 50 MW. Tiêu chuẩn ISO 20816-4 áp dụng cho các tuabin khí công nghiệp có công suất trên 3 MW. Tiêu chuẩn ISO 20816-5 áp dụng cho các tuabin thủy lực và tuabin bơm trong các nhà máy điện. ISO 20816-21 quy định về rung động của hệ truyền động tuabin gió. Đối với các máy móc nhỏ hơn không được đề cập cụ thể, ISO 20816-3 (máy móc công nghiệp 15–300 kW) hoặc ISO 20816-1 (chung) cung cấp khung tham chiếu. Năm công cụ tính toán của chúng tôi áp dụng trực tiếp các ngưỡng vùng của từng phần.

Một bộ tăng áp cần mức cân bằng nào?

ISO 21940-11 liệt kê turbocharger ở G 6.3 trong các ví dụ rôto tổng quát và cung cấp khung tính toán; dung sai thực tế cho các bánh kiểu ô tô quay ở 100 000–300 000 RPM do OEM quy định và thường nghiêm ngặt hơn nhiều so với các ví dụ ISO tổng quát — việc cân bằng ở các tốc độ như vậy cũng đòi hỏi thiết bị tốc độ cao chuyên dụng. Turbocharger công nghiệp chạy ở tốc độ thấp hơn thường được cân bằng đến G 1.0 hoặc G 2.5. Thiết bị Công cụ tính toán sai lệch dư chuyển đổi khối lượng và tốc độ của rô-to thành một giá trị chính xác tính bằng g·mm cho bất kỳ cấp độ G nào.

Tại sao tuabin của tôi lại ngắt do rung quá mức sau mỗi lần đại tu?

Việc lắp ráp lại sau đại tu hầu như luôn làm thay đổi tâm khối lượng của rôto, vì cánh thay thế, phớt mới và các bu-lông được siết lại đều làm thay đổi trạng thái cân bằng. Kiểm tra cân bằng — và hiệu chỉnh nếu cần — là bước đưa vào vận hành bắt buộc sau bất kỳ đợt đại tu tuabin lớn nào, chứ không phải tùy chọn. Các ranh giới vùng của ISO 20816 cho bạn tiêu chí chấp nhận rõ ràng trước khi đưa máy trở lại vận hành.

Balanset-1A có thể đo độ rung của vỏ ổ trục theo tiêu chuẩn ISO 20816 không?

Đúng vậy. Thiết bị Balanset-1A ghi lại mức độ rung động theo đơn vị mm/s RMS, đây chính là thông số mà tiêu chuẩn ISO 20816 sử dụng để phân loại vùng trên vỏ ổ trục. Hãy gắn cảm biến rung động vào vỏ ổ trục, vận hành máy ở tốc độ hoạt động bình thường và đối chiếu kết quả với bảng phân loại vùng của bộ phận tương ứng — hoặc sử dụng một trong năm công cụ tính toán dành cho tuabin trên trang này để thực hiện so sánh tự động.

Làm thế nào để biết nên cân bằng trên một mặt phẳng hay hai mặt phẳng?

Các rôto có chiều dài trục nhỏ hơn khoảng một nửa đường kính (kiểu đĩa) thường được cân bằng trong một mặt phẳng duy nhất. Các rôto dài hơn — bao gồm hầu hết các tuabin, máy nén nhiều cấp và cụm bộ tăng áp có cả bánh tuabin và bánh nén — cần hiệu chỉnh hai mặt phẳng để loại bỏ cả sự mất cân bằng tĩnh và động. Thiết bị Balanset-1A hỗ trợ cả hai chế độ này; hãy chọn chế độ hai mặt phẳng nếu bạn nhận thấy pha rung động có sự chênh lệch đáng kể giữa hai vị trí ổ trục.

Học lý thuyết

cân bằng trường Cân bằng các cấp chất lượng Cân bằng động Cộng hưởng lưỡi dao Sự mất cân bằng còn lại Cân bằng hai mặt phẳng

Kiểm tra và cân bằng tuabin của bạn — theo tiêu chuẩn ISO

Thiết bị Balanset-1A đo độ rung của vỏ ổ trục theo tiêu chuẩn ISO 20816 và thực hiện cân bằng hai mặt phẳng tại hiện trường theo tiêu chuẩn ISO 21940-11 — giúp bạn vừa chẩn đoán vừa khắc phục sự cố chỉ với một thiết bị cầm tay duy nhất, đồng thời cung cấp kết quả được ghi chép đầy đủ cho mỗi công việc.

Xem Balanset-1A Hỏi câu hỏi trên diễn đàn