Como obter o prumo do eixo vertical usando alinhamento a laser

Tradicionalmente, as medições de prumo em uma hidro-turbina vertical / eixo do gerador envolviam amarrar uma série de fios ao longo do comprimento do eixo, anexar um peso à extremidade dos fios e, em seguida, medir o espaço do fio ao eixo usando um micrômetro eletrônico . Embora esse método fosse barato e tenha sido usado por muitos anos, ele exigia acesso a um longo comprimento do eixo para obter uma resolução precisa. Além disso, as medições envolvem medir fisicamente a distância entre o fio e o eixo em várias elevações no eixo, aumentando a quantidade de tempo e a necessidade de pessoal para a medição.

Ludeca Inc. apresenta sua experiência com um sistema baseado em laser que substitui o demorado método do fio. As medições agora podem ser realizadas em uma fração do tempo que levaria com o método de medição com fio. O sistema de medição da Ludeca, conhecido como PERMAPLUMB, usa um espelho mecânico autoajustável, sempre ligado à terra, que reflete um feixe de laser Classe 1 em um detector. Requer apenas 14 polegadas de espaço axial ao longo do eixo. O espelho e o transdutor são presos por um suporte que usa ímãs no eixo da turbina. A partir de uma única rotação de eixo de 270 graus, o sistema calcula e exibe angularidade e movimentos corretivos e fornece uma medição estatística da qualidade dos dados. Uma função “mover” permite monitorar as correções à medida que são feitas. A resolução é melhor do que 0,00002 polegada por pé, que é mais precisa do que o exigido pela NEMA. As turbinas adjacentes também podem continuar a operar, uma vez que o sistema é insensível à vibração.

Introdução
Plumbness é a relação de uma linha central em rotação com a gravidade. Pode ser considerada a verticalidade de uma linha central. Na prática, com a medição de poço hidráulico vertical, é na verdade "desplumbamento" que está sendo medido, uma vez que o fator quantificado é a diferença de perfeitamente vertical como mostrado na Figura

Figura 1. Linha central de rotação do eixo em relação ao fio de prumo

O encanamento é expresso como um ângulo. Como o ângulo é pequeno, uma inclinação angular, ou taxa de variação, é uma forma de expressão mais apropriada do que graus ou radianos. A unidade de expressão mais comum para este parâmetro em relação aos eixos hidráulicos verticais é milésimos de polegada por pé ou milésimos de polegada por polegada. O encanamento é medido em dois planos. Se você estivesse olhando para baixo no eixo, os dois planos de medidas seriam o plano de zero a 180 graus e o plano de 90 a 270 graus.

Alcançar o encanamento em aplicações de poços hidráulicos verticais é essencial para a operação adequada. O encanamento de precisão ajuda a reduzir as temperaturas dos rolamentos, reduz o movimento do eixo, reduz a vibração e melhora a eficiência. De uma perspectiva de programação, conseguir isso com precisão no mínimo de tempo é essencial para economizar dinheiro.

Medindo o encanamento
Na medição do prumo, existem vários métodos, incluindo o uso de fios rígidos, lasers e ótica. O tight-wire é o método mais comumente usado e também o menos caro.

Quatro fios apertados são amarrados verticalmente ao longo do comprimento do eixo hidráulico vertical. Normalmente, uma variedade de aço inoxidável não magnético é usada com 0,020 a 0,030 polegadas de diâmetro. Para garantir uma faixa mínima exigida no micrômetro, os fios são colocados aproximadamente equidistantes do eixo. Cada fio é espaçado em intervalos de 90 graus um do outro em torno do eixo hidráulico. Um peso aletado de 20 a 30 libras é suspenso na extremidade de cada fio, onde é submerso em um banho de óleo para ajudar a amortecer o movimento e a vibração no fio.

Um micrômetro elétrico mede a distância entre o eixo hidráulico e o fio. O fio e o eixo hidráulico são eletricamente conectados um ao outro de forma a completar um circuito elétrico quando o micrômetro faz contato. Isso, por sua vez, ativa um tom auditivo eletrônico que permite ao usuário saber quando parar de avançar o micrômetro. As leituras são feitas em pontos ao longo do eixo para estabelecer a posição relativa entre o cabo tenso e o eixo hidráulico, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2. Conceito de medição de encanamento de fio rígido

O método de fio rígido se destaca por ser de baixo custo e ter uma configuração bastante intuitiva. No entanto, é uma medição onde a “atenção aos detalhes” é fundamental para reduzir o erro envolvido no processo de medição.

É importante garantir que a vibração seja virtualmente inexistente durante o processo de medição. Perturbações do fio rígido durante a medição irão distorcer a precisão das leituras. Em alguns casos, unidades hidrelétricas vizinhas são mantidas em operação enquanto o processo de medição está sendo realizado. Se as unidades fossem forçadas a desligar por causa do processo de medição, resultaria em perda de receita com a operação dessas turbinas. Além disso, aumentam as chances de o fio ser fisicamente perturbado quando outros projetos estão sendo executados nas proximidades da medição, particularmente durante um reparo ou revisão.

O técnico deve ter cuidado para que a medição seja realizada de forma consistente e precisa. Supõe-se que a superfície a ser medida é de alta qualidade e que é representativa da concentricidade do eixo ou do acoplamento. A irregularidade do eixo, poços, ferrugem ou sujeira podem afetar a precisão da leitura. As variações da leitura do micrômetro podem variar de pessoa para pessoa, dependendo de quando eles param de avançar o micrômetro para tocar o fio tenso.

A precisão nas leituras de fio rígido aumenta quando um comprimento axial maior é medido. Isso significa que é desejável amarrar o fio tenso à maior distância possível. Isso também significa que uma parte maior do eixo é dedicada ao procedimento de medição. Conseqüentemente, o operador do micrômetro deve viajar distâncias maiores até os pontos de medição para cima e para baixo ao longo do comprimento do eixo, ou operadores adicionais devem ser empregados. Depois de feitas as leituras, os dados precisam ser registrados com precisão pelo operador ou pela pessoa responsável pela avaliação dos dados.

É evidente que há muitos fatores envolvidos nas medições com fio rígido que podem induzir erros estritamente no processo de medição, bem como prolongar a quantidade de tempo e espaço necessários para fazer as medições. Para aumentar a produtividade, é necessário reduzir o elemento humano do processo de medição, reduzir a quantidade de área necessária a ser medida no eixo e reduzir o tempo necessário para obter medições e realizar correções.

Método de medição de encanamento baseado em laser
O sistema PERMAPLUMB é uma ferramenta de medição de prumo baseada em laser. Ele contorna um grande número das limitações do método do fio rígido, removendo o elemento humano do processo de medição por meio do uso de um laser e um computador para aquisição de dados. Isso ajuda a garantir que a precisão das medições não dependa do usuário. Além disso, o sistema PERMAPLUMB oferece uma resolução de medição em toda uma ordem de magnitude melhor do que a obtida com o método de fio-rígido / micrômetro. O sistema também é facilmente configurado e fornece leituras de alinhamento rapidamente sob demanda, reduzindo a quantidade de tempo dedicada ao processo de medição.

O sistema consiste em um laser e espelho montados em um suporte magnético compacto de apenas 14 polegadas de comprimento, conforme mostrado na Figura 3.

Figura 3. O PERMAPLUMB e o suporte de 14 polegadas

O transdutor de laser é montado no suporte, conforme mostrado na Figura 4.

Figura 4. Transdutor de laser montado sobre o suporte permaplumb

Um feixe é refletido de um espelho autonivelante na parte inferior do suporte para um detector de resolução de 1 mícron localizado dentro do transdutor de laser. Os pontos de articulação de dois eixos do espelho garantem que a superfície do espelho sempre manterá o prumo relativo ao horizonte, como mostrado na Figura 5.

Figura 5. Conjunto de espelho autoajustável

O encanamento é medido simplesmente conectando o sistema ao eixo vertical por meio de seus pés magnéticos integrados e girando o eixo em quatro posições afastadas 90 graus, conforme mostrado na Figura 6. Uma medição é feita em cada um dos as posições de 90 graus. Depois que a última medição é feita, os resultados de prumo podem ser exibidos no computador. A correção do prumo geralmente é feita de uma das duas maneiras:movendo axialmente (calçando) o rolamento de impulso ou transladando (movendo horizontalmente) o rolamento de impulso. O PERMAPLUMB fornecerá valores de correção e uma função “mover” ao vivo com a qual monitorar as correções em tempo real para uma (ou ambas) dessas duas abordagens.

Figura 6. Conectando o PERMAPLUMB ao Hydro Shaft

Usando PERMAPLUMB para alinhamento vertical do eixo hidráulico
O sistema PERMAPLUMB pode ser facilmente integrado em procedimentos que requerem medições de prumo de eixo vertical. Como o eixo será girado, é necessário levar em consideração fatores que irão garantir que não haja obstruções ou interferências durante a rotação. Isso inclui o recuo de quaisquer sapatas de rolamento ajustáveis ​​para que o eixo possa ser girado sem qualquer atrito.

Verificações padrão e procedimentos de segurança sempre devem ser realizados antes do processo de medição. Essas verificações incluem garantir que nenhuma “perna de cachorro” ou desvio exista no eixo. Indicadores de mostrador ou sondas de proximidade podem ser montados em várias posições ao longo do eixo para determinar rapidamente se tais problemas existem e se eles precisam ser resolvidos antes e / ou após as medições e correções de prumo. As sondas de proximidade alcançam alta precisão e são menos suscetíveis a imprecisões no acabamento da superfície do eixo do que comparadores. Os dados podem ser adquiridos em uma volta do eixo, acelerando assim o processo de correção e detecção de "perna de cachorro" e problemas de desvio.

O carregamento igual de todas as almofadas do mancal de impulso deve ser garantido. Existem vários procedimentos, dependendo do tipo de mancal de impulso que está sendo usado. Os métodos variam desde o método de “arco retentor” até o método mais avançado e que economiza tempo de integração de células de carga nas sapatas ajustáveis. Na maioria dos casos, o encanamento do eixo e a equalização das cargas ocorrerão de mãos dadas entre as correções.

As medições começam com a montagem do sistema PERMAPLUMB em qualquer área ao longo do comprimento do poço hidráulico. A área de acesso mais fácil normalmente seria o convés acima da turbina, conforme mostrado na Figura 7.

Figura 7. Sistema PERMAPLUMB instalado no poço hidráulico

O sistema é então conectado a um laptop e fonte de alimentação.

Dimensões e parâmetros são inseridos no pacote de software WinPLUMB. Essas dimensões incluem os dados do mancal de escora para fazer correções no mancal de escora, dados de translação para monitorar a posição do eixo nos mancais de guia superior e inferior e tolerâncias para ajudar a determinar quando o eixo está ligado à tolerância, como mostrado na Figura 8.

Figura 8. Inserindo dimensões, tolerâncias e alvos no software WinPLUMB

Depois de inserir as dimensões, é hora de fazer as medições. Isso começa ligando o sistema de lubrificação de alta pressão e fazendo com que o sistema PERMAPLUMB montado no eixo seja girado para a posição de grau “0” designada. O sistema de lubrificação de alta pressão é então desativado para permitir que o eixo se estabilize. É aqui que o primeiro ponto de medição será feito. O sistema de lubrificação de alta pressão é então reativado e o processo é repetido para os próximos três pontos em 270 graus de rotação do eixo.

Os resultados obtidos (consulte a Figura 9) exibirão os resultados do encanamento em mils por polegada. A tolerância NEMA de 0,25 mils por pé é inserida (como 0,0208 mils por polegada) na função de tolerância para que o sistema possa indicar se a tolerância foi alcançada. A resolução da medição é melhor do que 0,00002 polegada por pé, que é muito melhor do que a tolerância exigida pelo NEMA.

Figura 9. A tela de resultados

Caso sejam necessárias correções nas almofadas do mancal de impulso, o PERMAPLUMB fornece a quantidade que cada almofada deve ser movida para cima (ou para baixo) para atingir a tolerância, conforme mostrado na Figura 10. Um recurso especial no software também permite "Almofada para cima e para baixo", que produz correções otimizadas para adicionar e subtrair à altura da almofada, a fim de atingir o prumo sem alterar a elevação do poço.

Figura 10. Correções do rolamento de impulso para cada sapata

As correções nas almofadas são realizadas e o eixo é medido novamente para verificar o prumo. Todo o processo pode ser medido “ao vivo”, se necessário. Um modo especial de "movimento ao vivo" é ativado para atualizar continuamente a condição de prumo do poço hidráulico conforme as correções estão sendo feitas, conforme mostrado na Figura 11. Isso não apenas atualiza o valor de prumo real, mas atualiza continuamente as correções previstas da almofada do mancal de impulso, bem como a mudança de posição do eixo nos mancais de guia superior e inferior. O encanamento pode ser monitorado continuamente para situações em que o próprio mancal de impulso precise ser transladado.

O modo “movimento ao vivo” é particularmente útil para garantir que as correções sejam feitas sem interferência durante o movimento. Caso o eixo entre em contato com os mancais da guia ou seja obstruído durante o reposicionamento, isso se tornaria evidente neste modo.

Figura 11. Modo “Live Move”

A garantia da precisão da medição durante o processo de medição é vital. Os dados coletados precisam ser confiáveis ​​para realizar correções e verificar os resultados. Durante o processo de coleta de dados, uma amostra de 32 leituras por segundo pode ser coletada por ponto de medição. O usuário pode selecionar quantos segundos de dados serão coletados por ponto de medição, até 204 segundos. Isso é extremamente útil quando a vibração pode se tornar um problema durante a medição, o que geralmente é o caso quando turbinas adjacentes estão funcionando durante o processo de medição.

A exibição de “desvio padrão” garante que a duração da medição selecionada crie dados estáveis ​​para superar os problemas de vibração. Isso é útil para encontrar a quantidade ideal de tempo necessária para a coleta de dados para criar uma medição estável enquanto reduz o tempo de medição ao mínimo possível.

A precisão da medição também é garantida por meio da rotação em quatro pontos. Um recurso especial conhecido como “completação circular” garante que o eixo hidráulico seja girado em torno de um eixo com interferência zero. Ele garante que as leituras nos quatro pontos sigam a equação de que a soma das leituras de zero grau e 180 graus deve ser igual à soma das leituras de 90 e 270 graus. Se essa equação for violada durante a medição, um erro de conclusão circular resultará, mostrando o grau em que essa violação ocorre. Um valor de 0,2 nos dados brutos do detector ou menos seria considerado uma boa leitura. Este recurso indica se os problemas de interferência do eixo ocorreram durante a medição

A repetibilidade da medição é essencial como um processo de medição padrão. O PERMAPLUMB apresenta uma função de repetibilidade para permitir que as medições anteriores sejam comparadas com as medições atuais. Medições repetíveis garantem que “o que você vê é o que realmente é”.

As verificações de repetibilidade com o PERMAPLUMB também podem ser usadas para verificar a rigidez do eixo. Um eixo perfeitamente rígido criará leituras de prumo idênticas às do PERMAPLUMB, não importa onde o sistema esteja montado no eixo hidráulico. A rigidez pode ser inspecionada entre dois eixos que são conectados por um acoplamento sólido.

A seguir, descrevemos como isso é feito:O encanamento é medido abaixo do acoplamento pelo menos duas vezes para estabelecer a repetibilidade. O encanamento é então medido acima do acoplamento, novamente duas vezes para garantir a repetibilidade. Os resultados entre as medições feitas acima e abaixo do acoplamento são então comparados para estabelecer a rigidez. Qualquer diferença nos resultados de mais de 0,004 mils por polegada seria considerada uma falta de rigidez.

Conclusão
A capacidade de realizar uma medição de encanamento no menor tempo possível com um alto grau de precisão beneficia tanto a curto prazo, com maior economia de tempo, quanto a longo prazo, com maior vida útil e eficiência. Configuração rápida, confiabilidade, imunidade a vibrações, precisão e economia de tempo são fatores que tornam o sistema PERMAPLUMB ideal para medições de plumbum.

Sobre o autor
Daus Studenberg é engenheiro de aplicações da Ludeca Inc. em Miami, Flórida. Ele é bacharel em engenharia mecânica pela Universidade da Flórida. Suas responsabilidades na Ludeca incluem serviço de campo, suporte técnico, treinamento e desenvolvimento de produtos. Perguntas sobre este artigo podem ser enviadas para [email protected].

Mais informações sobre o sistema PERMAPLUMB podem ser encontradas em:

http://www.ludeca.com/prod_permaplumb.php

http://www.ludeca.com/prod_winplumb.php