Cómo lograr la plomada vertical del eje usando la alineación láser

Tradicionalmente, las mediciones de la plomada en un eje vertical de turbina / generador implicaban tender una serie de cables a lo largo del eje, unir un peso al extremo de los cables y luego medir el espacio desde el cable hasta el eje utilizando un micrómetro electrónico. . Aunque este método era económico y se ha utilizado durante muchos años, requirió acceso a una gran longitud del eje para lograr una resolución precisa. Además, las mediciones implican medir físicamente la distancia entre el cable y el eje a varias elevaciones en el eje, lo que aumenta la cantidad de tiempo y los requisitos de personal para la medición.

Ludeca Inc. presenta su experiencia con un sistema basado en láser que reemplaza el método de alambre que consume mucho tiempo. Las mediciones ahora se pueden realizar en una fracción del tiempo que tomaría con el método de medición por cable. El sistema de medición de Ludeca, conocido como PERMAPLUMB, utiliza un espejo mecánico autoajustable, siempre a plomo a tierra, que refleja un rayo láser de Clase 1 en un detector. Requiere solo 14 pulgadas de espacio axial a lo largo del eje. El espejo y el transductor están unidos por un soporte que usa imanes en el eje de la turbina. A partir de una sola rotación del eje de 270 grados, el sistema calcula y muestra la angularidad y los movimientos correctivos y proporciona una medición de calidad estadística de los datos. Una función de “mover” permite monitorear las correcciones a medida que se realizan. La resolución es mejor que 0.00002 pulgadas por pie, que es más precisa que la requerida por NEMA. Las turbinas adyacentes también pueden seguir funcionando ya que el sistema es insensible a las vibraciones.

Introducción
La plomada es la relación entre una línea central giratoria y la gravedad. Se puede pensar en la verticalidad de una línea central. En la práctica, con la medición vertical del eje hidráulico, en realidad es la "falta de plomada" lo que se está midiendo, ya que el factor cuantificado es la diferencia con respecto a perfectamente vertical como se muestra en la Figura

Figura 1. Línea central de rotación del eje en relación con la línea vertical

La plomada se expresa como un ángulo. Dado que el ángulo es pequeño, una pendiente angular, o tasa de cambio, es una forma de expresión más apropiada que grados o radianes. La unidad de expresión más común para este parámetro en relación con los ejes hidráulicos verticales es milésimas de pulgada por pie o milésimas de pulgada por pulgada. La plomada se mide en dos planos. Si estuviera mirando hacia abajo en el eje, los dos planos de medidas serían el plano de cero a 180 grados y el plano de 90 a 270 grados.

Lograr la plomada en aplicaciones de ejes hidráulicos verticales es esencial para un funcionamiento adecuado. La plomada de precisión ayuda a reducir la temperatura de los cojinetes, reduce el movimiento del eje, reduce la vibración y mejora la eficiencia. Desde una perspectiva de programación, lograr esto con precisión en la menor cantidad de tiempo es esencial para ahorrar dinero.

Medir la plomada
Para medir la plomada, existen varios métodos, incluido el uso de cables ajustados, láseres y ópticas. El cable apretado es el método más comúnmente utilizado y también es el método menos costoso.

Cuatro alambres tensos se colocan verticalmente a lo largo del eje hidráulico vertical. Por lo general, se usa una variedad de acero inoxidable no magnético que tiene un diámetro de 0.020 a 0.030 pulgadas. Para asegurar un rango mínimo requerido en el micrómetro, los cables se colocan aproximadamente equidistantes del eje. Cada cable está espaciado a intervalos de 90 grados entre sí alrededor del eje hidráulico. Un peso con aletas de 20 a 30 libras se suspende al final de cada cable donde se sumerge en un baño de aceite para ayudar a amortiguar el movimiento y la vibración en el cable.

Un micrómetro eléctrico mide la distancia entre el eje hidráulico y el cable. El cable y el eje hidráulico están conectados eléctricamente entre sí de tal manera que completan un circuito eléctrico cuando el micrómetro hace contacto. Esto, a su vez, activa un tono auditivo electrónico que le permite al usuario saber cuándo dejar de avanzar el micrómetro. Las lecturas se toman en puntos a lo largo del eje para establecer la posición relativa entre el cable apretado y el eje hidráulico, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Concepto de medición de la plomería con cables ajustados

El método de cable estrecho se destaca por ser de bajo costo y tener una configuración bastante intuitiva. Sin embargo, es una medida donde la "atención al detalle" es primordial para reducir el error involucrado en el proceso de medición.

Es importante asegurarse de que la vibración sea prácticamente inexistente durante el proceso de medición. Las perturbaciones del cable apretado durante la medición distorsionarán la precisión de las lecturas. En algunos casos, las unidades hidroeléctricas vecinas se mantienen en funcionamiento mientras se realiza el proceso de medición. Si se obligara a apagar las unidades por el bien del proceso de medición, se produciría una pérdida de ingresos por la operación de esas turbinas. Además, aumentan las posibilidades de que el cable se altere físicamente cuando se están realizando otros proyectos cerca de la vecindad de la medición, particularmente durante una reparación o revisión.

El técnico debe tener cuidado de que la medición se realice de forma coherente y precisa. Se asume que la superficie que se mide es de alta calidad y que es representativa de la concentricidad del eje o acoplamiento. La falta de redondez del eje, las picaduras, el óxido o la suciedad pueden afectar la precisión de la lectura. Las variaciones de la lectura del micrómetro pueden variar de persona a persona dependiendo de cuándo dejan de hacer avanzar el micrómetro para tocar el cable apretado.

La precisión en las lecturas de cables ajustados aumenta cuando se mide una longitud axial mayor. Esto significa que es conveniente ensartar el cable apretado a la distancia más larga que se pueda lograr. Esto también significa que una mayor parte del eje se dedica al procedimiento de medición. En consecuencia, el operador del micrómetro debe viajar distancias mayores a los puntos de medición hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje, o se deben emplear operadores adicionales. Una vez que se toman las lecturas, los datos deben ser registrados con precisión por el operador o la persona a cargo de evaluar los datos.

Es evidente que hay muchos factores involucrados en las mediciones de cable estrecho que pueden inducir errores estrictamente en el proceso de medición, así como también prolongar la cantidad de tiempo y espacio necesarios para tomar las mediciones. Para lograr un aumento en la productividad, es necesario reducir el elemento humano del proceso de medición, reducir la cantidad de área necesaria para medir en el eje y reducir la cantidad de tiempo requerido para obtener mediciones y realizar correcciones.

Método de medición de la plomada basado en láser
El sistema PERMAPLUMB es una herramienta de medición de plomada basada en láser. Elude una gran cantidad de limitaciones del método de cable apretado al eliminar el elemento humano del proceso de medición mediante el uso de un láser y una computadora para la adquisición de datos. Esto ayuda a garantizar que la precisión de las mediciones no dependa del usuario. Además, el sistema PERMAPLUMB ofrece una resolución de medición de un orden de magnitud completo mejor que la que se puede obtener con el método de alambre apretado / micrómetro. El sistema también se configura fácilmente y proporciona lecturas de alineación rápidamente a pedido, lo que reduce la cantidad de tiempo dedicado al proceso de medición.

El sistema consta de un láser y un espejo montados en un soporte magnético compacto de solo 14 pulgadas de largo, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. El PERMAPLUMB y el soporte de 14 pulgadas

El transductor láser se monta sobre el soporte como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Transductor láser montado en el soporte de permaplumb

Un rayo se refleja desde un espejo autonivelante en la parte inferior del soporte hacia un detector de 1 micrón de resolución ubicado dentro del transductor láser. Los puntos de pivote de dos ejes del espejo aseguran que la superficie del espejo siempre mantendrá la plomada relativa al horizonte, como se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Ensamblaje del espejo autoajustable

La plomada se mide simplemente conectando el sistema al eje vertical por medio de sus pies magnéticos integrados y girando el eje a cuatro posiciones con 90 grados de separación como se muestra en la Figura 6. Se toma una medición en cada uno de las posiciones de 90 grados. Después de tomar la última medición, los resultados de la plomada se pueden mostrar a través de la computadora. La corrección de la plomada generalmente se realiza de dos maneras:moviendo axialmente (calzando) el cojinete de empuje o trasladando (moviendo horizontalmente) el cojinete de empuje. PERMAPLUMB le proporcionará valores de corrección y una función de "movimiento" en vivo con la que monitorear las correcciones en tiempo real para cualquiera (o ambos) de estos dos enfoques.

Figura 6. Fijación del PERMAPLUMB al Hydro Shaft

Uso de PERMAPLUMB para la alineación vertical del eje hidráulico
El sistema PERMAPLUMB se puede integrar fácilmente en procedimientos que requieren mediciones de la plomada del eje vertical. Debido a que el eje se rotará, es necesario tener en cuenta factores que garantizarán que no haya obstrucciones o interferencias durante la rotación. Esto incluye retroceder cualquier zapata de cojinete ajustable para que el eje pueda girar sin rozar.

Los controles estándar y los procedimientos de seguridad siempre deben realizarse antes del proceso de medición. Tales comprobaciones incluyen asegurarse de que no exista ninguna "pata de perro" o desviación en el eje. Los indicadores de cuadrante o las sondas de proximidad se pueden montar en varias posiciones a lo largo del eje para determinar rápidamente si existen tales problemas y si es necesario abordarlos antes y / o después de las mediciones y correcciones de la plomada. Las sondas de proximidad logran altas precisiones y son menos susceptibles a inexactitudes en el acabado de la superficie del eje que los indicadores de cuadrante. Los datos se pueden adquirir en una vuelta del eje, lo que acelera el proceso de corrección y detección de problemas de "patas de perro" y de excentricidad.

Debe garantizarse la carga igual de todas las pastillas del cojinete de empuje. Existen varios procedimientos según el tipo de cojinete de empuje que se esté utilizando. Los métodos van desde el método de "arco inclinado" hasta el método más avanzado y que ahorra tiempo de integrar celdas de carga en las zapatas ajustables. En la mayoría de los casos, la plomería del eje y la compensación de las cargas irán de la mano entre las correcciones.

Las mediciones comienzan montando el sistema PERMAPLUMB en cualquier área a lo largo del eje hidráulico. El área de acceso más fácil suele ser la plataforma sobre la turbina, como se muestra en la Figura 7.

Figura 7. El sistema PERMAPLUMB instalado en el eje hidráulico

Luego, el sistema se conecta a una computadora portátil y a una fuente de alimentación.

Las dimensiones y los parámetros se ingresan en el paquete de software WinPLUMB. Dichas dimensiones incluyen los datos del cojinete de empuje para hacer correcciones en el cojinete de empuje, datos de traslación para monitorear la posición del eje en los cojinetes guía superior e inferior, y tolerancias para ayudar a determinar cuándo el eje está conectado a la tolerancia, como se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Introducción de dimensiones, tolerancias y objetivos en el software WinPLUMB

Una vez que se ingresan las dimensiones, es el momento de tomar las medidas. Esto comienza encendiendo el sistema de lubricación de alta presión y haciendo girar el sistema PERMAPLUMB montado en el eje a la posición designada de "0" grados. A continuación, se desactiva el sistema de lubricación de alta presión para permitir que el eje se asiente. Aquí es donde se tomará el primer punto de medición. Luego, el sistema de lubricación de alta presión se reactiva y el proceso se repite para los siguientes tres puntos en 270 grados de rotación del eje.

Los resultados obtenidos (ver Figura 9) mostrarán los resultados de la plomada en milésimas de pulgada por pulgada. La tolerancia NEMA de 0.25 milésimas de pulgada por pie se ingresa (como 0.0208 milésimas de pulgada por pulgada) en la función de tolerancia para que el sistema pueda indicar si se logró la tolerancia. La resolución de la medición es mejor que 0.00002 pulgadas por pie, que es mucho mejor que la tolerancia requerida por NEMA.

Figura 9. La pantalla de resultados

Si se requieren correcciones en las almohadillas de los cojinetes de empuje, PERMAPLUMB proporciona la cantidad que cada almohadilla debe moverse hacia arriba (o hacia abajo) para lograr la tolerancia, como se muestra en la Figura 10. Una característica especial en el software también permite "Pad Up &Down", que produce correcciones optimizadas para sumar y restar a la altura de la plataforma con el fin de lograr la plomada sin cambiar la elevación del eje.

Figura 10. Correcciones del cojinete de empuje para cada zapato

Se realizan correcciones en las almohadillas y se vuelve a medir el eje para verificar la plomada. Todo el proceso se puede medir "en vivo", si es necesario. Se activa un modo especial de "movimiento en vivo" para actualizar continuamente la condición de plomada del eje hidráulico a medida que se realizan las correcciones, como se muestra en la Figura 11. Esto no solo actualiza el valor de plomada real, sino que actualiza continuamente las correcciones de la almohadilla del cojinete de empuje pronosticadas, así como la posición del eje cambia en los cojinetes guía superior e inferior. La plomada se puede monitorear continuamente para situaciones en las que el propio cojinete de empuje pueda necesitar ser trasladado.

El modo de "movimiento en vivo" es particularmente útil para garantizar que las correcciones se realicen sin interferencias durante el movimiento. Si el eje entra en contacto con los cojinetes guía o se obstruye durante el reposicionamiento, esto se haría evidente en este modo.

Figura 11. Modo "Movimiento en vivo"

La garantía de la precisión de la medición durante el proceso de medición es vital. Es necesario confiar en los datos recopilados para realizar correcciones y verificar los resultados. Durante el proceso de recopilación de datos, se puede recopilar una muestra de 32 lecturas por segundo por punto de medición. El usuario puede seleccionar cuántos segundos de datos se recopilarán por punto de medición, hasta 204 segundos. Esto es extremadamente útil cuando la vibración podría convertirse en un problema durante la medición, que suele ser el caso cuando las turbinas adyacentes están en funcionamiento durante el proceso de medición.

La pantalla de "desviación estándar" asegura que la duración de la medición seleccionada crea datos estables para superar los problemas de vibración. Esto es útil para encontrar la cantidad de tiempo óptima necesaria para la recopilación de datos para crear una medición estable y, al mismo tiempo, reducir el tiempo de medición al mínimo posible.

La precisión de la medición también se garantiza mediante la rotación en cuatro puntos. Una característica especial conocida como "terminación circular" asegura que el eje hidráulico gire alrededor de un eje sin interferencia. Asegura que las lecturas en los cuatro puntos sigan la ecuación de que la suma de las lecturas de cero grados y 180 grados debe ser igual a la suma de las lecturas de 90 y 270 grados. Si esa ecuación se viola durante la medición, se producirá un error de finalización circular que mostrará el grado en que ocurre esta violación. Un valor de 0,2 en los datos brutos del detector o menos se consideraría una buena lectura. Esta característica indica si se han producido problemas de interferencia del eje durante la medición

La repetibilidad de la medición es esencial como proceso de medición estándar. PERMAPLUMB cuenta con una función de repetibilidad para permitir que las mediciones anteriores se comparen con las mediciones actuales. Las mediciones repetibles aseguran que "lo que ves es lo que realmente es".

Los controles de repetibilidad con PERMAPLUMB también se pueden utilizar para verificar la rigidez del eje. Un eje perfectamente rígido creará lecturas de plomada idénticas con el PERMAPLUMB sin importar dónde se monte el sistema en el eje hidráulico. La rigidez se puede inspeccionar entre dos ejes que están conectados por un acoplamiento sólido.

A continuación, describimos cómo se hace esto:la plomada se mide debajo del acoplamiento al menos dos veces para establecer la repetibilidad. Luego se mide la plomada por encima del acoplamiento, nuevamente dos veces para garantizar la repetibilidad. A continuación, se comparan los resultados entre las medidas tomadas por encima y por debajo del acoplamiento para establecer la rigidez. Cualquier diferencia en los resultados de más de 0,004 milésimas de pulgada por pulgada se consideraría una falta de rigidez.

Conclusión
La capacidad de realizar una medición de la plomada en la menor cantidad de tiempo con un alto grado de precisión beneficia tanto a corto plazo, con un mayor ahorro de tiempo, como a largo plazo, con una mayor vida útil y eficiencia. La configuración rápida, la confiabilidad, la inmunidad a las vibraciones, la precisión y el ahorro de tiempo son factores que hacen que el sistema PERMAPLUMB sea ideal para las mediciones de plomería.

Acerca del autor
Daus Studenberg es ingeniero de aplicaciones de Ludeca Inc. en Miami, Florida. Tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad de Florida. Sus responsabilidades en Ludeca incluyen servicio de campo, soporte técnico, capacitación y desarrollo de productos. Las preguntas sobre este artículo se pueden enviar a [email protected].

Puede encontrar más información sobre el sistema PERMAPLUMB en:

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

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