Hoe u de loodrechte verticale as bereikt met behulp van laseruitlijning

Traditioneel bestonden loodrechtmetingen op een verticale hydroturbine/generatoras uit het rijgen van een reeks draden langs de lengte van de schacht, het bevestigen van een gewicht aan het uiteinde van de draden en vervolgens het meten van de ruimte van de draad tot de schacht met behulp van een elektronische micrometer . Hoewel deze methode goedkoop was en al vele jaren wordt gebruikt, was toegang tot een grote lengte van de schacht nodig om een ​​nauwkeurige resolutie te bereiken. De metingen omvatten ook het fysiek meten van de afstand tussen de draad en de schacht op verschillende hoogten op de schacht, waardoor de hoeveelheid tijd en personeelsbehoefte voor de meting toeneemt.

Ludeca Inc. presenteert haar ervaring met een lasergebaseerd systeem dat de tijdrovende draadmethode vervangt. Metingen kunnen nu worden uitgevoerd in een fractie van de tijd die anders nodig zou zijn met de draadmeetmethode. Het meetsysteem van Ludeca, bekend als de PERMAPLUMB, maakt gebruik van een zelfinstellende mechanische spiegel, altijd loodrecht op de aarde, die een laserstraal van klasse 1 in een detector reflecteert. Het vereist slechts 14 inch axiale ruimte langs de as. De spiegel en transducer zijn bevestigd door een beugel die magneten op de turbine-as gebruikt. Op basis van een enkele asrotatie van 270 graden berekent en geeft het systeem de hoekigheid en corrigerende bewegingen weer en levert het een statistische kwaliteitsmeting van de gegevens. Een "verplaats"-functie maakt het mogelijk om correcties te volgen terwijl ze worden gemaakt. De resolutie is beter dan 0.00002 inch per voet, wat nauwkeuriger is dan vereist door NEMA. Aangrenzende turbines kunnen ook blijven werken omdat het systeem ongevoelig is voor trillingen.

Inleiding
Loodrecht is de relatie tussen een roterende middellijn en de zwaartekracht. Het kan worden gezien als de verticaliteit van een middellijn. In de praktijk wordt bij verticale meting van de hydro-schacht eigenlijk de "on-loodlijnigheid" gemeten, aangezien de gekwantificeerde factor het verschil is met perfect verticaal, zoals weergegeven in afbeelding

Figuur 1. Ashartlijn van rotatie in relatie tot de loodlijn

Loodrecht wordt uitgedrukt als een hoek. Omdat de hoek klein is, is een hoekhelling, of veranderingssnelheid, een meer geschikte vorm van uitdrukking dan graden of radialen. De meest gebruikelijke uitdrukkingseenheid voor deze parameter met betrekking tot verticale hydro-assen is duizendsten van een inch per voet of duizendsten van een inch per inch. Loodrecht wordt gemeten in twee vlakken. Als je op de schacht zou kijken, zouden de twee meetvlakken het vlak van nul tot 180 graden en het vlak van 90 tot 270 graden zijn.

Het bereiken van loodrechtheid in verticale hydro-schachttoepassingen is essentieel voor een goede werking. Nauwkeurig loodrecht helpt de lagertemperaturen te verlagen, de asbeweging te verminderen, trillingen te verminderen en de efficiëntie te verbeteren. Vanuit een planningsperspectief is het essentieel om dit in zo min mogelijk tijd nauwkeurig te bereiken om geld te besparen.

Ploodness meten
Voor het meten van loodrecht bestaan ​​verschillende methoden, waaronder het gebruik van strakke draden, lasers en optica. De tight-wire is de meest gebruikte methode en het is ook de goedkoopste methode.

Vier strakke draden zijn verticaal over de lengte van de verticale hydro-as gespannen. Meestal wordt een niet-magnetische roestvrijstalen variant gebruikt met een diameter van 0,020 tot 0,030 inch. Om een ​​minimaal vereist bereik op de schroefmaat te garanderen, worden de draden ongeveer op gelijke afstand van de schacht geplaatst. Elke draad is op een onderlinge afstand van 90 graden rond de hydro-as geplaatst. Aan het uiteinde van elke draad hangt een vinnengewicht van 20 tot 30 pond, waar het wordt ondergedompeld in een oliebad om beweging en trillingen in de draad te dempen.

Een elektrische micrometer meet de afstand tussen de hydro-as en de draad. De draad en hydro-as zijn elektrisch met elkaar verbonden op een zodanige manier dat een elektrisch circuit wordt voltooid wanneer de schroefmaat contact maakt. Dit activeert op zijn beurt een elektronische auditieve toon die de gebruiker laat weten wanneer hij moet stoppen met het vooruitschuiven van de micrometer. Er worden aflezingen gedaan op punten langs de schacht om de relatieve positie tussen de strakke draad en de hydro-schacht vast te stellen, zoals weergegeven in afbeelding 2.

Afbeelding 2. Concept voor het meten van loodrechte leidingen

De tight-wire-methode blinkt uit door zijn lage kosten en een nogal intuïtieve installatie. Het is echter een meting waarbij "aandacht voor detail" van het grootste belang is om de fout in het meetproces te verminderen.

Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat trillingen tijdens het meetproces vrijwel afwezig zijn. Verstoringen van de strakke draad tijdens de meting zullen de nauwkeurigheid van de metingen verstoren. In sommige gevallen worden aangrenzende hydro-eenheden in bedrijf gehouden terwijl het meetproces wordt uitgevoerd. Als de eenheden vanwege het meetproces genoodzaakt zouden moeten worden stilgelegd, zouden inkomsten uit de exploitatie van die turbines verloren gaan. Bovendien neemt de kans toe dat de draad fysiek wordt verstoord wanneer andere projecten worden uitgevoerd in de buurt van de meting, met name tijdens een reparatie of revisie.

De technicus moet ervoor zorgen dat de meting consistent en nauwkeurig wordt uitgevoerd. Aangenomen wordt dat het te meten oppervlak van hoge kwaliteit is en representatief is voor de concentriciteit van de as of koppeling. Schacht die niet rond is, putjes, roest of vuil kan de nauwkeurigheid van de meting beïnvloeden. Variaties van de schroefmaataflezing kunnen van persoon tot persoon verschillen, afhankelijk van wanneer ze stoppen met het voortbewegen van de schroefmaat om de strakke draad aan te raken.

Nauwkeurigheid in tight-wire-metingen neemt toe wanneer een grotere axiale lengte wordt gemeten. Dit betekent dat het wenselijk is om de strakke draad te rijgen tot de langste afstand die kan worden bereikt. Dit betekent ook dat een groter deel van de schacht is gewijd aan de meetprocedure. Dientengevolge moet de micrometeroperator grotere afstanden afleggen naar meetpunten op en neer langs de lengte van de as, of er moeten extra operators worden gebruikt. Zodra de metingen zijn gedaan, moeten de gegevens nauwkeurig worden geregistreerd door de operator of de persoon die verantwoordelijk is voor het evalueren van de gegevens.

Het is duidelijk dat er veel factoren zijn die betrokken zijn bij strakke-draadmetingen die fouten kunnen veroorzaken, uitsluitend door het meetproces, en ook door de hoeveelheid tijd en ruimte die nodig is om de metingen uit te voeren, te verlengen. Om een ​​verhoging van de productiviteit te bereiken, is het noodzakelijk om het menselijke element in het meetproces te verminderen, de hoeveelheid oppervlakte die op de as moet worden gemeten te verminderen en de hoeveelheid tijd die nodig is om metingen te verkrijgen en correcties uit te voeren, te verminderen.

Op laser gebaseerde meetmethode voor loodrechtheid
Het PERMAPLUMB-systeem is een lasergebaseerd meetinstrument voor loodrechtheid. Het omzeilt een groot aantal beperkingen van de tight-wire-methode door het menselijke element uit het meetproces te verwijderen door het gebruik van een laser en een computer voor data-acquisitie. Dit helpt ervoor te zorgen dat de nauwkeurigheid van de metingen niet gebruikersafhankelijk is. Bovendien biedt het PERMAPLUMB-systeem een ​​meetresolutie die een hele orde van grootte beter is dan die verkrijgbaar is met de tightwire/micrometer-methode. Het systeem is ook eenvoudig in te stellen en geeft snel uitlijningsmetingen op aanvraag, waardoor er minder tijd aan het meetproces hoeft te worden besteed.

Het systeem bestaat uit een laser en spiegel gemonteerd op een compacte magnetische beugel die slechts 14 inch lang is, zoals weergegeven in figuur 3.

Afbeelding 3. De PERMAPLUMB en 14-inch beugel

De lasertransducer wordt op de beugel gemonteerd zoals weergegeven in afbeelding 4.

Afbeelding 4. Lasertransducer gemonteerd op de Permaplumb-beugel

Een straal wordt door een zelfnivellerende spiegel aan de onderkant van de beugel teruggekaatst in een detector met een resolutie van 1 micron die zich in de lasertransducer bevindt. De twee-assige draaipunten van de spiegel zorgen ervoor dat het oppervlak van de spiegel altijd relatief loodrecht op de horizon blijft, zoals weergegeven in afbeelding 5.

Afbeelding 5. Zelfinstellende spiegelmontage

Het loodrecht wordt gemeten door het systeem eenvoudigweg aan de verticale as te bevestigen door middel van de geïntegreerde magnetische voetjes en de as in vier posities 90 graden uit elkaar te draaien, zoals weergegeven in afbeelding 6. Er wordt een meting gedaan bij elk van de de 90 graden posities. Nadat de laatste meting is uitgevoerd, kunnen de resultaten van de loodlijn via de computer worden weergegeven. Het corrigeren van loodrechtheid wordt meestal op twee manieren gedaan:het axiaal verplaatsen (opvullen) van het druklager of het transleren (horizontaal bewegen) van het druklager. PERMAPLUMB biedt u correctiewaarden en een live "verplaats" -functie waarmee u correcties in realtime kunt volgen voor een (of beide) van deze twee benaderingen.

Figuur 6. De PERMAPLUMB aan de hydro-as bevestigen

PERMAPLUMB gebruiken voor verticale hydro-asuitlijning
Het PERMAPLUMB-systeem kan gemakkelijk worden geïntegreerd in procedures die loodrechte metingen van de verticale schacht vereisen. Omdat de as zal worden geroteerd, is het noodzakelijk om rekening te houden met factoren die ervoor zorgen dat er geen obstakels of interferenties zijn tijdens de rotatie. Dit omvat het terugtrekken van eventuele verstelbare lagerschoenen, zodat de as kan worden gedraaid zonder te wrijven.

Voorafgaand aan het meetproces moeten altijd standaardcontroles en veiligheidsprocedures worden uitgevoerd. Dergelijke controles omvatten het verzekeren dat er geen "dogleg" of uitloop in de schacht bestaat. Meetklokken of naderingssondes kunnen op verschillende posities langs de schacht worden gemonteerd om snel te bepalen of dergelijke problemen bestaan ​​en of deze vóór en/of na de loodrechtmetingen en -correcties moeten worden verholpen. Nabijheidssondes bereiken een hoge nauwkeurigheid en zijn minder gevoelig voor onnauwkeurigheden in de oppervlakteafwerking van de as dan meetklokken. Gegevens kunnen in één slag van de schacht worden verkregen, waardoor het proces van het corrigeren en detecteren van "dogleg" en uitloopproblemen wordt versneld.

Er moet worden gezorgd voor een gelijke belasting van alle kussens van het druklager. Er bestaan ​​verschillende procedures, afhankelijk van het type druklager dat wordt gebruikt. De methoden variëren van de "slugged arc"-methode tot de meer geavanceerde en tijdbesparende methode om loadcellen in de verstelbare schoenen te integreren. In de meeste gevallen zullen het loodgieten van de schacht en het egaliseren van de belastingen hand in hand gaan tussen correcties.

Metingen beginnen met het monteren van het PERMAPLUMB-systeem op elk gebied langs de lengte van de hydro-as. Het gemakkelijkst toegankelijke gebied is meestal het dek boven de turbine, zoals weergegeven in figuur 7.

Figuur 7. Het PERMAPLUMB-systeem geïnstalleerd op de hydro-as

Het systeem wordt vervolgens aangesloten op een laptopcomputer en voeding.

Afmetingen en parameters worden ingevoerd in het WinPLUMB softwarepakket. Dergelijke afmetingen omvatten de gegevens van het druklager om correcties op het druklager aan te brengen, translatiegegevens om de positie van de as bij de bovenste en onderste geleidelagers te controleren, en toleranties om te helpen bepalen wanneer de as op tolerantie wordt gebracht, zoals weergegeven in figuur 8.

Figuur 8. Afmetingen, toleranties en doelen invoeren in de WinPLUMB-software

Nadat de afmetingen zijn ingevoerd, is het tijd om de metingen uit te voeren. Dit begint door het hogedruksmeersysteem in te schakelen en het gemonteerde PERMAPLUMB-systeem op de as naar de aangegeven "0"-positie te laten draaien. Het hogedruksmeersysteem wordt dan gedeactiveerd om de as te laten bezinken. Hier wordt het eerste meetpunt genomen. Het hogedruksmeersysteem wordt vervolgens opnieuw geactiveerd en het proces wordt herhaald voor de volgende drie punten over een asrotatie van 270 graden.

De behaalde resultaten (zie afbeelding 9) geven de resultaten van de loodlijn weer in mils per inch. De NEMA-tolerantie van 0,25 mils per voet wordt ingevoerd (als 0,0208 mils per inch) in de tolerantiefunctie, zodat het systeem kan aangeven of de tolerantie is bereikt. De meetresolutie is beter dan 0.00002 inch per voet, wat veel beter is dan de door NEMA vereiste tolerantie.

Figuur 9. Het resultatenscherm

Mochten er correcties nodig zijn op de druklagerkussens, dan geeft PERMAPLUMB aan hoeveel elk kussen omhoog (of omlaag) moet worden bewogen om tolerantie te bereiken, zoals weergegeven in afbeelding 10. Een speciale functie in de software maakt ook "Pad omhoog en omlaag" mogelijk. wat geoptimaliseerde correcties oplevert voor het optellen en aftrekken van de padhoogte om loodrecht te komen zonder de ashoogte te veranderen.

Afbeelding 10. Druklagercorrecties voor elke schoen

Correcties op de pads worden uitgevoerd en de as wordt opnieuw gemeten om de loodrechtheid te verifiëren. Het hele proces kan indien nodig “live” worden gemeten. Er wordt een speciale "live move"-modus geactiveerd om de loodrechte toestand van de hydro-as voortdurend bij te werken terwijl correcties worden uitgevoerd, zoals weergegeven in afbeelding 11. de aspositieverandering bij de bovenste en onderste geleidelagers. Loodrecht kan continu worden gecontroleerd op situaties waarin het druklager zelf moet worden vertaald.

De "live move"-modus is vooral handig om ervoor te zorgen dat correcties worden aangebracht zonder interferentie tijdens de verhuizing. Mocht de as in contact komen met de geleidingslagers of verstopt raken tijdens de herpositionering, dan wordt dit duidelijk in deze modus.

Afbeelding 11. "Live Move"-modus

Zekerheid van de meetnauwkeurigheid tijdens het meetproces is essentieel. Er moet worden vertrouwd op de verzamelde gegevens om correcties uit te voeren en resultaten te verifiëren. Tijdens het gegevensverzamelingsproces kan per meetpunt een steekproef van 32 metingen per seconde worden verzameld. De gebruiker kan selecteren hoeveel seconden aan gegevens er per meetpunt moeten worden verzameld, tot 204 seconden. Dit is uitermate handig wanneer trillingen een probleem kunnen worden tijdens het meten, wat meestal het geval is wanneer aangrenzende turbines draaien tijdens het meetproces.

Het "standaarddeviatie"-display zorgt ervoor dat de geselecteerde meetduur stabiele gegevens creëert om trillingsproblemen te overwinnen. Dit is handig om de optimale hoeveelheid tijd te vinden die nodig is voor het verzamelen van gegevens om een ​​stabiele meting te creëren en de meettijd tot een minimum te beperken.

De meetnauwkeurigheid wordt ook gegarandeerd door rotatie naar vier punten. Een speciale functie die bekend staat als "circulaire voltooiing" zorgt ervoor dat de hydro-as zonder interferentie rond een as wordt gedraaid. Het zorgt ervoor dat de metingen op de vier punten de vergelijking volgen dat de som van de nul-graden en 180-graden metingen gelijk moet zijn aan de som van de 90- en 270-graden metingen. Als die vergelijking tijdens de meting wordt geschonden, ontstaat er een cirkelvormige voltooiingsfout die de mate aangeeft waarin deze overtreding optreedt. Een waarde van 0,2 in de onbewerkte detectorgegevens of minder zou als een goede aflezing worden beschouwd. Deze functie geeft aan of er problemen met asinterferentie zijn opgetreden tijdens de meting

Herhaalbaarheid van de meting is essentieel als standaard meetproces. PERMAPLUMB heeft een herhaalbaarheidsfunctie waarmee eerdere metingen kunnen worden vergeleken met de huidige metingen. Herhaalbare metingen zorgen ervoor dat "wat u ziet, is wat het werkelijk is."

Herhaalbaarheidscontroles met de PERMAPLUMB kunnen ook worden gebruikt om de asstijfheid te verifiëren. Een perfect stijve as zorgt voor identieke loodrechte metingen met de PERMAPLUMB, ongeacht waar het systeem op de hydro-as is gemonteerd. Stijfheid kan worden geïnspecteerd tussen twee assen die zijn verbonden door een solide koppeling.

Vervolgens beschrijven we hoe dit wordt gedaan:Loodrecht wordt minimaal twee keer gemeten onder de koppeling om herhaalbaarheid vast te stellen. Het loodrecht wordt vervolgens boven de koppeling gemeten, nogmaals twee keer om herhaalbaarheid te garanderen. De resultaten tussen de metingen boven en onder de koppeling worden vervolgens vergeleken om de stijfheid vast te stellen. Elk verschil in de resultaten van meer dan 0,004 mils per inch zou worden beschouwd als een gebrek aan stijfheid.

Conclusie
De mogelijkheid om in de kortst mogelijke tijd een loodrechte meting uit te voeren met een hoge mate van nauwkeurigheid, profiteert zowel op de korte termijn, met meer tijdsbesparing, als op de lange termijn, met een verbeterde levensduur en efficiëntie. Snelle installatie, betrouwbaarheid, immuniteit voor trillingen, nauwkeurigheid en tijdbesparing zijn allemaal factoren die het PERMAPLUMB-systeem ideaal maken voor loodrechtmetingen.

Over de auteur
Daus Studenberg is een applicatie-ingenieur voor Ludeca Inc. in Miami, Florida. Hij heeft een bachelor in werktuigbouwkunde van de Universiteit van Florida. Zijn verantwoordelijkheden bij Ludeca omvatten buitendienst, technische ondersteuning, training en productontwikkeling. Vragen over dit artikel kunnen worden gestuurd naar [email protected].

Meer informatie over het PERMAPLUMB-systeem is te vinden op:

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

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