So erreichen Sie mit Laserausrichtung eine senkrechte Welle im Lot

Herkömmlicherweise wurden bei Lotmessungen an einer vertikalen Wasserturbinen-/Generatorwelle eine Reihe von Drähten entlang der Länge der Welle aufgereiht, ein Gewicht am Ende der Drähte angebracht und dann der Abstand zwischen dem Draht und der Welle mit einem elektronischen Mikrometer gemessen . Obwohl dieses Verfahren kostengünstig war und viele Jahre verwendet wurde, erforderte es Zugang zu einer großen Länge des Schafts, um eine genaue Auflösung zu erreichen. Messungen beinhalten auch die physische Messung des Abstands zwischen dem Draht und der Welle in verschiedenen Höhen auf der Welle, was den Zeit- und Personalaufwand für die Messung erhöht.

Ludeca Inc. präsentiert seine Erfahrungen mit einem laserbasierten System, das das zeitaufwendige Drahtverfahren ersetzt. Messungen können jetzt in einem Bruchteil der Zeit durchgeführt werden, die sonst mit dem Drahtmessverfahren benötigt würde. Das Messsystem von Ludeca, bekannt als PERMAPLUMB, verwendet einen selbstjustierenden mechanischen Spiegel, der immer senkrecht zur Erde steht und einen Laserstrahl der Klasse 1 in einen Detektor reflektiert. Es erfordert nur 14 Zoll axialen Raum entlang der Welle. Spiegel und Wandler werden durch eine Halterung mit Magneten an der Turbinenwelle befestigt. Aus einer einzigen 270-Grad-Wellendrehung berechnet und zeigt das System Winkligkeit und Korrekturbewegungen an und liefert eine statistische Qualitätsmessung der Daten. Eine „move“-Funktion ermöglicht die Überwachung von Korrekturen während der Ausführung. Die Auflösung ist besser als 0,00002 Zoll pro Fuß, was genauer ist als von NEMA gefordert. Auch benachbarte Turbinen können weiter betrieben werden, da das System vibrationsunempfindlich ist.

Einführung
Plumbness ist das Verhältnis einer rotierenden Mittellinie zur Schwerkraft. Man kann es sich als die Vertikalität einer Mittellinie vorstellen. In der Praxis wird bei der vertikalen Hydrowellenmessung tatsächlich die „Unsenkrechtheit“ gemessen, da der quantifizierte Faktor die Abweichung von der vollkommen vertikalen ist, wie in Abbildung

. gezeigt

Abbildung 1. Wellenmittellinie der Rotation im Verhältnis zur Lotlinie

Das Lot wird als Winkel ausgedrückt. Da der Winkel klein ist, ist eine Winkelsteigung oder Änderungsrate eine geeignetere Ausdrucksform als Grad oder Bogenmaß. Die gebräuchlichste Ausdruckseinheit für diesen Parameter in Bezug auf vertikale Hydrowellen ist Tausendstel Zoll pro Fuß oder Tausendstel Zoll pro Zoll. Das Lot wird in zwei Ebenen gemessen. Wenn Sie auf die Welle nach unten schauen, wären die beiden Messebenen die Null-bis-180-Grad-Ebene und die 90-bis-270-Grad-Ebene.

Das Erreichen der Lotgenauigkeit bei vertikalen Hydrowellenanwendungen ist für den ordnungsgemäßen Betrieb unerlässlich. Präzisionslotion hilft, Lagertemperaturen zu senken, Wellenbewegungen zu reduzieren, Vibrationen zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern. Aus terminlicher Sicht ist es wichtig, dies in kürzester Zeit genau zu erreichen, um Geld zu sparen.

Plumbness messen
Bei der Messung von Loten gibt es verschiedene Methoden, einschließlich der Verwendung von dichten Drähten, Lasern und Optiken. Der Festdraht ist die am häufigsten verwendete Methode und auch die kostengünstigste Methode.

Vier Spanndrähte sind vertikal entlang der vertikalen Hydrowelle aufgereiht. Typischerweise wird eine nichtmagnetische Edelstahlsorte mit einem Durchmesser von 0,020 bis 0,030 Zoll verwendet. Um einen minimal erforderlichen Messbereich auf dem Mikrometer zu gewährleisten, werden die Drähte ungefähr äquidistant zum Schaft platziert. Jeder Draht ist um die Hydrowelle herum in 90-Grad-Intervallen voneinander beabstandet. Am Ende jedes Drahts hängt ein Rippengewicht von 20 bis 30 Pfund, wo es in ein Ölbad getaucht wird, um Bewegungen und Vibrationen im Draht zu dämpfen.

Ein elektrisches Mikrometer misst den Abstand zwischen der Hydrowelle und dem Draht. Draht und Hydrowelle sind elektrisch so miteinander verbunden, dass sie bei Kontakt des Mikrometers einen Stromkreis schließen. Dies wiederum aktiviert einen elektronischen Hörton, der dem Benutzer mitteilt, wann er mit dem Vorschieben des Mikrometers aufhören muss. An Punkten entlang der Welle werden Ablesungen vorgenommen, um die relative Position zwischen dem Spanndraht und der Hydrowelle zu bestimmen, wie in Abbildung 2 gezeigt.

Abbildung 2. Konzept der engmaschigen Messung des Lots

Die Tight-Wire-Methode zeichnet sich durch geringe Kosten und eine ziemlich intuitive Einrichtung aus. Es handelt sich jedoch um eine Messung, bei der die „Aufmerksamkeit zum Detail“ von größter Bedeutung ist, um den Fehler im Messprozess zu reduzieren.

Es ist wichtig sicherzustellen, dass während des Messvorgangs praktisch keine Vibrationen auftreten. Störungen des Festdrahts während der Messung verfälschen die Genauigkeit der Messwerte. Teilweise werden benachbarte Hydroaggregate während des Messvorgangs in Betrieb gehalten. Sollten die Anlagen aufgrund des Messvorgangs zwangsweise abgeschaltet werden, würden Einnahmen aus dem Betrieb dieser Turbinen entgangen. Darüber hinaus erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass der Draht physisch gestört wird, wenn andere Projekte in der Nähe der Messung durchgeführt werden, insbesondere während einer Reparatur oder Überholung.

Der Techniker muss darauf achten, dass die Messung konsistent und genau durchgeführt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die zu messende Oberfläche von hoher Qualität ist und für den Rundlauf der Welle oder Kupplung repräsentativ ist. Wellenunrundheit, Grübchen, Rost oder Schmutz können die Genauigkeit der Ablesung beeinträchtigen. Abweichungen des Mikrometermesswerts können von Person zu Person variieren, je nachdem, wann sie aufhören, den Mikrometer vorzuschieben, um den Drahtseil zu berühren.

Die Genauigkeit bei Messungen mit festem Draht erhöht sich, wenn eine größere axiale Länge gemessen wird. Dies bedeutet, dass es wünschenswert ist, den straffen Draht auf die längste erreichbare Distanz zu fädeln. Dies bedeutet auch, dass mehr von der Welle dem Messverfahren gewidmet ist. Folglich muss der Mikrometer-Bediener weitere Entfernungen zu Messpunkten entlang der Länge der Welle zurücklegen, oder es müssen zusätzliche Bediener eingesetzt werden. Nach der Messung müssen die Daten vom Bediener oder der für die Auswertung verantwortlichen Person genau erfasst werden.

Es ist offensichtlich, dass bei engmaschigen Messungen viele Faktoren eine Rolle spielen, die zu Fehlern aufgrund des Messvorgangs führen können sowie den Zeit- und Raumbedarf für die Durchführung der Messungen verlängern. Um die Produktivität zu steigern, ist es notwendig, den menschlichen Anteil aus dem Messprozess zu reduzieren, den zu messenden Bereich auf der Welle zu reduzieren und den Zeitaufwand für die Erfassung von Messungen und die Durchführung von Korrekturen zu reduzieren.

Laserbasiertes Verfahren zur Messung der Lottiefe
Das PERMAPLUMB-System ist ein laserbasiertes Lotmessinstrument. Es umgeht eine Vielzahl der Beschränkungen der Seilzugmethode, indem der Mensch durch den Einsatz eines Lasers und eines Computers zur Datenerfassung aus dem Messprozess entfernt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Genauigkeit der Messungen nicht vom Benutzer abhängig ist. Darüber hinaus bietet das PERMAPLUMB-System eine um eine ganze Größenordnung bessere Messauflösung als die mit der Tightwire/Mikrometer-Methode erreichbare. Das System lässt sich auch einfach einrichten und liefert bei Bedarf schnell Ausrichtungsmesswerte, wodurch der Zeitaufwand für den Messvorgang reduziert wird.

Das System besteht aus einem Laser und einem Spiegel, die auf einer kompakten magnetischen Halterung montiert sind, die nur 45 cm lang ist, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Abbildung 3. Der PERMAPLUMB und die 14-Zoll-Halterung

Der Laserwandler wird an der Halterung montiert, wie in Abbildung 4 gezeigt.

Abbildung 4. Auf der Permaplumb-Halterung montierter Laserwandler

Ein Strahl wird von einem selbstnivellierenden Spiegel an der Unterseite der Halterung zurück in einen Detektor mit einer Auflösung von 1 Mikrometer im Inneren des Laserwandlers reflektiert. Die zweiachsigen Drehpunkte des Spiegels stellen sicher, dass die Spiegeloberfläche immer relativ lotrecht zum Horizont bleibt, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Abbildung 5. Selbstjustierende Spiegelbaugruppe

Die Lottiefe wird gemessen, indem das System einfach mit seinen integrierten Magnetfüßen an der vertikalen Welle befestigt und die Welle in vier Positionen um 90 Grad auseinander gedreht wird, wie in Abbildung 6 gezeigt die 90-Grad-Positionen. Nach der letzten Messung können die Lotergebnisse über den Computer angezeigt werden. Das Korrigieren des Lots erfolgt normalerweise auf zwei Arten:axiales Bewegen (Unterlegen) des Drucklagers oder Verschieben (horizontales Bewegen) des Drucklagers. PERMAPLUMB bietet Ihnen Korrekturwerte und eine Live-"Move"-Funktion, mit der Sie die Korrekturen für einen (oder beide) dieser beiden Ansätze in Echtzeit überwachen können.

Abbildung 6. Anbringen des PERMAPLUMB an der Hydrowelle

Verwendung von PERMAPLUMB für die vertikale Ausrichtung von Hydrowellen
Das PERMAPLUMB-System lässt sich problemlos in Verfahren integrieren, die vertikale Schachtlotmessungen erfordern. Da die Welle gedreht wird, müssen Faktoren berücksichtigt werden, die sicherstellen, dass während der Drehung keine Hindernisse oder Störungen auftreten. Dazu gehört das Abdrehen von einstellbaren Lagerschuhen, damit die Welle ohne Reibung gedreht werden kann.

Vor dem Messvorgang sollten immer Standardprüfungen und Sicherheitsverfahren durchgeführt werden. Zu diesen Kontrollen gehört die Sicherstellung, dass kein „Klauenbein“ oder Rundlauf in der Welle vorhanden ist. Messuhren oder Näherungssensoren können an verschiedenen Positionen entlang der Welle montiert werden, um schnell festzustellen, ob solche Probleme bestehen und ob sie vor und/oder nach den Lotmessungen und -korrekturen behoben werden müssen. Näherungsmesstaster erreichen hohe Genauigkeiten und sind weniger anfällig für Ungenauigkeiten der Wellenoberflächengüte als Messuhren. Die Daten können in einer Umdrehung der Welle erfasst werden, wodurch der Prozess der Korrektur und Erkennung von „Dog-Leg“- und Rundlaufproblemen beschleunigt wird.

Die gleichmäßige Belastung aller Pads des Axiallagers muss gewährleistet sein. Abhängig von der Art des verwendeten Axiallagers gibt es verschiedene Verfahren. Die Methoden reichen von der „Slugged Arc“-Methode bis hin zur fortschrittlicheren und zeitsparenderen Methode der Integration von Wägezellen in die verstellbaren Schuhe. In den meisten Fällen gehen das Loten der Welle und der Lastausgleich zwischen den Korrekturen Hand in Hand.

Die Messungen beginnen mit der Montage des PERMAPLUMB-Systems an einem beliebigen Bereich entlang der Länge der Hydrowelle. Der am leichtesten zugängliche Bereich ist normalerweise das Deck über der Turbine, wie in Abbildung 7 gezeigt.

Abbildung 7. Das auf der Hydrowelle installierte PERMAPLUMB-System

Das System wird dann an einen Laptop-Computer und eine Stromversorgung angeschlossen.

Abmessungen und Parameter werden in das Softwarepaket WinPLUMB eingetragen. Zu diesen Abmessungen gehören die Axiallagerdaten, um Korrekturen am Axiallager vorzunehmen, Translationsdaten zur Überwachung der Wellenposition an den oberen und unteren Führungslagern und Toleranzen, um festzustellen, wann die Welle auf Toleranz eingestellt ist, wie in Abbildung 8 gezeigt.

Abbildung 8. Eingabe von Abmessungen, Toleranzen und Zielen in die WinPLUMB-Software

Sobald die Maße eingegeben sind, ist es Zeit, die Maße zu nehmen. Dies beginnt mit dem Einschalten des Hochdruckschmiersystems und dem Drehen des montierten PERMAPLUMB-Systems auf der Welle in die angegebene Position „0“ Grad. Anschließend wird das Hochdruckschmiersystem deaktiviert, um die Welle zur Ruhe zu bringen. Hier wird der erste Messpunkt genommen. Anschließend wird das Hochdruckschmiersystem reaktiviert und der Vorgang für die nächsten drei Punkte über 270 Grad Wellendrehung wiederholt.

Die erzielten Ergebnisse (siehe Abbildung 9) zeigen die Lotgenauigkeitsergebnisse in mils per inch an. Die NEMA-Toleranz von 0,25 mil pro Fuß wird (als 0,0208 mil pro Zoll) in die Toleranzfunktion eingegeben, damit das System anzeigen kann, ob die Toleranz erreicht wurde. Die Messauflösung ist besser als 0,00002 Zoll pro Fuß, was weit besser ist als die von NEMA geforderte Toleranz.

Abbildung 9. Der Ergebnisbildschirm

Sollten Korrekturen an den Drucklagerbelägen erforderlich sein, liefert PERMAPLUMB den Betrag, um den jeder Belag nach oben (oder unten) verschoben werden sollte, um die Toleranz zu erreichen, wie in Abbildung 10 gezeigt. Eine spezielle Funktion in der Software ermöglicht auch „Pad Up &Down“, Dies führt zu optimierten Korrekturen zum Addieren und Subtrahieren der Padhöhe, um eine Lotgenauigkeit zu erreichen, ohne die Schafthöhe zu ändern.

Abbildung 10. Axiallagerkorrekturen für jeden Schuh

Korrekturen an den Pads werden durchgeführt und die Welle wird erneut gemessen, um die Lotgenauigkeit zu überprüfen. Der gesamte Prozess kann bei Bedarf „live“ gemessen werden. Ein spezieller „Live-Move“-Modus wird aktiviert, um den Lotzustand der Hydrowelle während der Korrekturen kontinuierlich zu aktualisieren, wie in Abbildung 11 gezeigt. Dadurch wird nicht nur der tatsächliche Lotrechtwert aktualisiert, sondern auch die vorhergesagten Korrekturen der Drucklagersegmente sowie die Wellenpositionsänderung am oberen und unteren Führungslager. Die Lotgenauigkeit kann kontinuierlich auf Situationen überwacht werden, in denen das Axiallager selbst möglicherweise verschoben werden muss.

Der „Live-Move“-Modus ist besonders nützlich, um sicherzustellen, dass Korrekturen während des Umzugs störungsfrei vorgenommen werden. Sollte die Welle beim Umsetzen die Führungslager berühren oder blockiert werden, wird dies in diesem Modus deutlich.

Abbildung 11. "Live Move"-Modus

Die Gewährleistung der Messgenauigkeit während des Messvorgangs ist von entscheidender Bedeutung. Auf die gesammelten Daten muss man sich verlassen, um Korrekturen durchzuführen und die Ergebnisse zu überprüfen. Während des Datenerfassungsprozesses kann pro Messpunkt eine Stichprobe von 32 Messwerten pro Sekunde erfasst werden. Der Benutzer kann wählen, wie viele Sekunden an Daten pro Messpunkt gesammelt werden sollen, bis zu 204 Sekunden. Dies ist äußerst nützlich, wenn während der Messung Vibrationen zu einem Problem werden könnten, was normalerweise der Fall ist, wenn benachbarte Turbinen während des Messvorgangs laufen.

Die „Standardabweichung“-Anzeige stellt sicher, dass die ausgewählte Messdauer stabile Daten erzeugt, um Vibrationsprobleme zu überwinden. Dies ist nützlich, um die optimale Zeitdauer für die Datenerfassung zu finden, um eine stabile Messung zu erstellen und gleichzeitig die Messzeit auf das Minimum zu reduzieren.

Die Messgenauigkeit wird auch durch die Drehung um vier Punkte gewährleistet. Ein spezielles Feature namens „Circular Completion“ sorgt dafür, dass die Hydrowelle störungsfrei um eine Achse gedreht wird. Es stellt sicher, dass die Messwerte an den vier Punkten der Gleichung folgen, dass die Summe der Null- und 180-Grad-Messwerte der Summe der 90- und 270-Grad-Messwerte entsprechen sollte. Wenn diese Gleichung während der Messung verletzt wird, ergibt sich ein kreisförmiger Abschlussfehler, der den Grad anzeigt, in dem diese Verletzung auftritt. Ein Wert von 0,2 in den Detektorrohdaten oder weniger wird als guter Messwert angesehen. Diese Funktion zeigt an, ob während der Messung Welleninterferenzprobleme aufgetreten sind

Als Standardmessverfahren ist die Wiederholbarkeit der Messung unabdingbar. PERMAPLUMB verfügt über eine Wiederholbarkeitsfunktion, mit der frühere Messungen mit den aktuellen Messungen verglichen werden können. Wiederholbare Messungen stellen sicher, dass „das, was Sie sehen, das ist, was es wirklich ist.“

Wiederholbarkeitsprüfungen mit dem PERMAPLUMB können auch verwendet werden, um die Wellensteifigkeit zu überprüfen. Eine perfekt steife Welle erzeugt mit dem PERMAPLUMB identische Lotwerte, egal wo das System auf der Hydrowelle montiert ist. Die Steifigkeit kann zwischen zwei Wellen geprüft werden, die durch eine feste Kupplung verbunden sind.

Als nächstes beschreiben wir, wie dies geschieht:Die Lotgenauigkeit wird mindestens zweimal unterhalb der Kupplung gemessen, um die Wiederholbarkeit zu ermitteln. Das Lot wird dann oberhalb der Kupplung gemessen, wiederum zweimal, um die Wiederholbarkeit zu gewährleisten. Die Ergebnisse zwischen den Messungen oberhalb und unterhalb der Kupplung werden dann verglichen, um die Steifigkeit zu ermitteln. Jeder Unterschied in den Ergebnissen von mehr als 0,004 mil pro Zoll würde als Mangel an Steifigkeit angesehen.

Schlussfolgerung
Die Möglichkeit, eine Lotmessung in kürzester Zeit mit hoher Genauigkeit durchzuführen, bringt sowohl kurzfristige Vorteile mit verbesserter Zeitersparnis als auch langfristige Vorteile mit verbesserter Lebensdauer und Effizienz. Schnelle Einrichtung, Zuverlässigkeit, Vibrationsfestigkeit, Genauigkeit und Zeitersparnis sind alles Faktoren, die das PERMAPLUMB-System ideal für Lotmessungen machen.

Über den Autor
Daus Studenberg ist Anwendungsingenieur bei Ludeca Inc. in Miami, Florida. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau der University of Florida. Zu seinen Verantwortlichkeiten bei Ludeca gehören der Außendienst, der technische Support, die Schulung und die Produktentwicklung. Fragen zu diesem Artikel können an [email protected] gesendet werden.

Weitere Informationen zum PERMAPLUMB-System finden Sie unter:

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

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