Vermessen der Lagerbohrung für geringere Betriebs

Vermessen der Lagerbohrung
für geringere Betriebsund Wartungskosten
VLADIMIR ALEXANDER CABRERA
SULZER TURBO SERVICES
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SULZER TECHNICAL REVIEW 2/2005
Das dynamische Verhalten eines mit KippsegmentRadiallagern ausgestatteten Turbosatzes hängt
zum Teil vom Preload-Wert ab. Sulzer Hickham, ein
Unternehmen von Sulzer Turbo Services, hat ein
System zur präzisen Messung des Nennbohrungsdurchmessers und des auf den Durchmesser
bezogenen Lagerspiels der Kippsegmente neuer
und überholter Kippsegment-Radiallager entwickelt.
Damit stellt Sulzer Hickham sicher, dass das
dynamische Ansprechverhalten des Lagersystems
für den Rotor exakt der Auslegung entspricht.
Diese Genauigkeit bewirkt einen stabilen,
zuverlässigen Lauf der Turbomaschinen, womit die
Betriebs- und Wartungskosten gesenkt werden.
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Beim Anfahren einer Turbine
durchläuft der Rotor eine
oder mehrere so genannte primäre
und sekundäre biegekritische
Drehzahlen. Dies sind Drehzahlen, bei denen die Welle in
Resonanz tritt und die radiale
Auslenkung sowie die Schwingungen Spitzenwerte erreichen.
Die kritische Drehzahl einer Welle
hängt in großem Maße von Position und Steifigkeit der Lager ab.
Werden hier die genauen Werte
bestimmt, führt dies zu wesentlichen Verbesserungen im gesamten Schwingungsverhalten eines
Turbosatzes.
Das Lagerspiel zwischen Welle/
Achse und den Segmenten (Cpad)
1 Die Steifigkeit von Lagern ist ein
wichtiger Faktor bei Turbinenrotoren,
wenn diese kritische Drehzahlbereiche
sicher durchlaufen sollen. Dieses
Gerät zur Messung des Nennbohrungsdurchmessers von KippsegmentRadiallagern gewährleistet, dass die
von Sulzer Hickham verwendeten
Lager allerhöchsten Qualitätsanforderungen genügen.
ist ein wichtiger Parameter eines
Kippsegment-Radiallagers. Cpad
ist gleich Bohrungsdurchmesser
des Segmentlagers minus Zapfendurchmesser. Weil sich Cpad nach
dem bearbeiteten Durchmesser
(oder Nenndurchmesser) richtet,
wird dieser Wert bei der Herstellung festgelegt und kann beim
Einbau der Kippsegment-Radiallager nicht mehr geändert werden.
Das Messen der Bohrung einzelner
Radial-Kippsegmente ist ein wichtiger Beitrag zur Qualitätskontrolle und stellt sicher, dass die
Lager gemäß der Auslegung gefertigt werden (Bild 1). Das auf den
Durchmesser bezogene Lagerspiel
(Cbrg) einer Lagerbaugruppe und
der Wert für Cpad bestimmen den
Preload-Wert des Lagers (siehe
STR 2/2004, S. 4–6) (Bild 2).
Hohe Präzision
Sulzer Hickham setzte das System
zur Messung des Nennbohrungsdurchmessers erstmals 1999 ein.
Ursprünglich war es dazu gedacht, den bearbeiteten Bohrungsdurchmesser von KippsegmentRadiallagern und vor den Auswuchtarbeiten das mittlere Lagerspiel für die Höchstdrehzahlen zu
ermitteln. Es wurde jedoch schnell
zu einem Werkzeug zur Prüfung
von Nennbohrungsdurchmesser
und Lagerspiel bei Lagern, die von
Sulzer Kunden gekauft wurden,
und bei Lagern, die in der technischen Abteilung von Sulzer
Hickham überarbeitet werden
sollten.
Das Messgerät besteht aus einem
speziell gefertigten Sockel aus
Aluminium, der mit einer Reihe
runder Befestigungsvorrichtungen
bestückt werden kann, um möglichst viele Lagergrößen aufzunehmen. Das Messsystem, das eine
Rj
Rj
Rbfg
Rpad
Kippsegment
Lagerschale
= Zapfendurchmesser
Rpad = Bearbeiteter
Bohrungsradius
am Radial-Kippsegment
Rbfg = Nennbohrungsradius des Lagers
Cpad = Rpad – Rj
Cbfg = Rbfg – Rj
Preload-Wert:
C
M = 1– bfg
Cpad
2 Der Preload-Wert leistet einen wichtigen Beitrag zur Steifigkeit und Dämpfung des Systems Lager/Rotor. Er ist eine
Funktion der Lagerbaugruppe (Cbfg) und des Lagerspiels
zwischen Welle/Achse und den Segmenten (Cpad). Der Wert
Cpad hängt von der Fertigungsgenauigkeit des Lagers ab,
wohingegen das auf den Durchmesser bezogene Lagerspiel
Cbrg während des Einbaus eingestellt werden kann.
Genauigkeit von ±3,29 µm erreicht
und
mit
einer
linearen
Digitalskala sowie einer Digitalanzeige ausgestattet ist, genügt
höchsten Ansprüchen. Der Messbereich beträgt 300 mm.
3 Der Heißgasexpander war ursprünglich mit einfachen
Gleitlagern ausgestattet. Diese Lager erwiesen sich als
außerordentlich instabil. Die Expander wiesen oft unzulässig
große Schwingungsamplituden auf.
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4 Dieses Modell vom Rotor eines Heißgasexpanders wird
für rotordynamische Analysen verwendet. Die Darstellung
zeigt die axialen Positionen der beiden Lager und der beiden an der Welle angebrachten Wegfühler.
Wellenradius (Inch)
20
10
1
1
0
1
-10
2
2
3
3
-20
0
10
20
30
40
50
Axiale Position (Inch)
60
70
Wichtige Messgrößen
Aus dem Gehäusedurchmesser
der Kippsegment-Radiallager und
der Dicke jedes einzelnen RadialKippsegments im Lagergehäuse
ergibt sich der Nennbohrungsdurchmesser des Segmentlagers.
Beide Werte können mit dem
Gerät gemessen werden. Mit diesen Werten bestimmt der Prüfer
die Ist-Position jedes der RadialKippsegmente relativ zum gemessenen Nennbohrungsdurchmesser
(des Segmentlagers) und dem
mittleren Lagerspiel. Weist die Position eines Radial-Kippsegments
relativ zum Nennbohrungsdurchmesser (des Segmentlagers) eine
Abweichung von mehr als
±12,7 µm von den Herstellungsspezifikationen für das Lager auf
oder entspricht der Nennbohrungsdurchmesser nicht den
5 Präzise gefertigte Kippsegment-Radiallager sorgen für
eine deutliche Verbesserung des dynamischen Verhaltens
eines Gasexpanders. Das Unwuchtverhalten des Rotors mit
Kippsegment-Radiallagern zeigt, dass der Rotor die primäre
biegekritische Drehzahl bei 4800 min-1 sicher durchläuft.
Versatz (Milli-Inch, p-p)
0,8
Hauptamplitude
Horizontale Amplitude
Vertikale Amplitude
0,6
0,4
0,2
0
16
1000
3000
5000
7000
Drehzahl (Umdrehungen/Minute)
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9000
X-Y-Wegfühler
Endlager an der Abgabeseite
Kupplungsseitiges Endlager
Werksvorgaben, ist das Lager Ausschuss. Damit wird sichergestellt,
dass nur solche Lager eingebaut
werden, die die Herstellungsnormen exakt einhalten.
Dynamisches Verhalten
verbessert
Sulzer Hickham hat sich einen
Namen durch Qualitätsleistungen
bei seinen Reparaturen an Heißgasexpandern aus den USA
gemacht (Bild 3). Die Lagerkonstruktion dieser Maschinen führte
zu unerwarteten Abschaltungen.
Die Lebensdauer von Maschinenkomponenten – wie Lagern oder
Kupplungen – wurde dadurch
drastisch vermindert, und die
Zeitspanne zwischen zwei Generalüberholungen war nicht akzeptabel.
Untersuchungen der Rotordynamik ergaben, dass der Einbau von
Kippsegment-Radiallagern zu einer deutlichen Verbesserung des
dynamischen Ansprechverhaltens
und der Laufstabilität dieser
Maschinen führt (Bild 4). Sulzer
Hickham empfiehlt für diesen Maschinentyp mittlerweile standardmäßig den Einsatz von Kippsegment-Radiallagern. Hierdurch
kann eine deutliche Verringerung
der Schwingungsamplitude bei
höherer Zuverlässigkeit der Maschine im Dauerbetrieb erreicht
werden (Bild 5). Viele Kunden
haben diese Maschinen inzwi-
schen mit Kippsegment-Radiallagern ausgerüstet.
Lange Wartungsintervalle
Hohe Qualitätsstandards sind die
Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Überholung von Turbinensätzen. Das Messsystem von
Sulzer Hickham für Nennbohrungsdurchmesser stellt sicher,
dass Kippsegment-Radiallager
entsprechend der konstruktiven
Auslegung gefertigt worden. Das
ist ein wesentlicher Beitrag zu
einem stabilen Betrieb, weniger
Schwingungen und längeren Wartungsintervallen. Verfügen Turbosätze über qualitativ hochwertige
Lager, können Kunden Reparaturzeiten an den Maschinen besser
planen und damit die Wartungssowie Betriebskosten erheblich
senken.
KONTAKT
Sulzer Hickham Inc.
Vladimir Alexander Cabrera
11518 Old La Porte Rd.
La Porte, TX 77571
USA
Telefon +1(1)713 567 2780
Telefax +1(1)713 567 2841
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