1. Основи и описания

1.1. Описание

Центровката на валове е техническа дисциплина, която не е обща за професии свързани с обслужването и ремонта на оборудването, а се определя преди всичко като специализирана. За достигане на добри резултати при големите високоскоростни и високо температурни агрегати, за центровката са нужни уникални и скъпоструващи средства за измерване, наличие на изчислителни възможности и в голяма степен зависят от опита на специалиста. Засега няма някакви универсално приети стандарти отнасящи се за резултатите от центровката.

Кога е необходимо да се провери центровката?

• При монтиране на ново оборудване
• Преди пуск след ремонтни работи свързани с вала или лагерите
• Ако вибродиагностиката показва наличие на разцентровка
• Периодично при високо отговорно оборудване.

1.2. Термини и определения

Ос на въртене Всички валове било те прави или огънати се въртят около ос наричаща се ос на въртене
Съосност Два или повече валове са съостни, когато осите им на въртене съвпадат
Несъосност. Два или повече валове са съостни, когато осите им на въртене не съвпадат по време на работа
Стационарна и подвижна машина. Когато центроваме две машини, обикновено една от тях се приема за стационарна, а другата за подвижна. Обикновено задвижващите машини се приемат за подвижни, а задвижваните за стационарни. Затова центровката се определя, като разположение на стационарната спрямо подвижната машина.
Ос на въртене на стационарната машина. Това е опорната линия, приета за нулева. Несъосността се определя от положението на оста на въртене на подвижната машина относно стационарната в две равнини хоризонтална(X) и вертикална(Y).
Хоризонтална разцентровка Състоянието на разцентровка проектирано върху хоризонталната равнина.
Вертикална разцентровка Състоянието на разцентровка проектирано върху вертикална равнина.
Паралелна несъосност Успоредното изместване на осите една спрямо друга. Измерва се обикновено в хоризонтално и вертикално направление.
Ъглова несъосност Ъгловото изместване на осите една спрямо друга. Измерва се обикновено в хоризонтално и вертикално направление.

1.3. Инструменти и методи

Съществуват много различни инструменти за измерване на разцентровка на валове и изчисления на преместванията. Има два основни метода за извършване на центровка: метод на обратните индикатори и радиално осевия метод, с някои вариации за специфични машини.

По принцип стандартите не определят инструментите и методите за работа. Стандарта трябва да определя само резултатите от измерването. Стандарт, които описва инструмента които трябва да се използва, ще бъде несправедливо отхвърлен от тези които не използват такива инструменти. Стандарт описващ специфичен метод, ще ограничава специалиста и ще възпрепятства творческия подход. Може да съществува по-добър метод, но специалиста ще работи само с дадения в стандарта.

Изисквания към измерителната система. Основно изискване за всяка измерителна система за центровка на валове е повторяемост на измерванията. Това се оценя, чрез тест за повторяемост на показанията при кръгови повторения. Измерителна система, която не се връща на нула (с допуск 0,05 мм) след завъртане на 360 градуса трябва да бъде отхвърлена. Това е един добър тест за оценка на крепежната система. Не трябва да се доверяваме на пластични скоби или други елементи от закрепването с недостатъчна твърдост.

Избора на измерителната система и метода е дело на специалиста. Основни варианти – индикатори или лазери. Индикаторните часовници са полезни когато трябва да се измери биенето на вала, центровката на лагерите и непосредствена проверка на “мека лапа”. Всички тези измервания са необходими за гарантирането на добра работа на машината. Но индикаторите часовници, не могат да достигнат точността на лазера. Лазерите изискват акумулатори и ако не са обезопасени не могат да работят във взривоопасна среда. Лазерите не работят с радиално осевия метод.

Трябва да взимат под влияние и множество други фактори влияещи на машината в условията на експлоатация. Това са: аксиалното разстояние между полусъединителите, деформация на корпуса, монтажа на лагерите (ако са сменяни), плоскостта на базите, топлинните разширения, изкривяване на вала, напрегнатостта на закрепването и огъване на измерителните приспособления. Специалиста по центровката трябва да вземе под влияние всички тези фактори и да направи съответните корекции.

Вибрациите не трябва да бъдат използвани в качеството на отхвърлящ критерии, но може да бъдат използвани като критерий за приемане. При идеална центровка множество други неизправности могат да причинят увеличение на вибрациите (напр.: дебаланс или резонанс). Затова не трябва да се използват повишените вибрации като симптом за неправилна центровка. Но ако машината няма вибрации, то очевидно центровката е добра и може да се приеме.

В края на работата е необходим отчет. На клиента трябва да бъде показано какво е измерено и какви корекции са направени. Трябва да бъдат предостави данните, показващи началното положение на валовете и измерената окончателната центровка за оценката й.

Себестойност на центровката

Работата по центровката трябва да бъде оценена на материално временна основа. Обикновено условията на работата са неизвестни, докато не бъдат направени първите измервания, така че специалиста не знае обема на работата за необходимите корекции. Диапазона на цени за работата по центровката варира между 20 и 80 евро на час за човек. Повечето от работите по центровката се изпълняват от един човек или един специалист и няколко помощника.

2. Центровка на машини

2.1. Цел

Цел – да се гарантира надеждност на механичното оборудване при първоначалното вкарване в експлоатация и след ремонта. Той определя условията за центровката намаляване на вибрациите и минимизиране на износването.

Задачи на центровката – намаление на динамичните сили, действащи в механичните съединения. Нивата на вибрациите не трябва да се използват като критерии за качеството на центровката. Други дефекти в това число фундамента и останалите възли могат да предизвикат вибрации. Стандарта не ограничава изпълнителя на центровката за използваните инструменти или методи. Той само определя окончателното положение. При това обаче се изисква да бъдат предварително разгледани някои фактори и направени допълнителни измервания за да бъдем уверени, че механичната система не е подложена на деформиращи натоварвания. Както точната центровка, така и допълнителните мероприятия се явяват съществени части от общия процес на центровка. Важно е да се обърне внимание, така че тези фактори да не бъдат пропуснати.

Специалиста по центровка е задължен да документира извършената работа. Като минимум положението на механизма преди и след центровката трябва да бъде включено в отчета, заедно с промените които са направени. Вибрациите при пуска след центровката не се отнасят директно към качеството на центровката. Ако окончателното положение, определено от статическите измервания е в допустимите граници и механичната система не е подложена на деформациони сили, то центровката се счита за допустима. Целта на стандарта е да гарантира, че механичното оборудване установено така че да минимизира динамичните сили и износването. Оборудването трябва да бъде в такова положение, което да обезпечи тези условия. Втората задача – да се намерят някои дефекти, такива като изкривяване на вала или неравнинност на фундамента, които трудно се откриват с само със стационарни измервания за положението на вала. Някои от тези недостатъци могат да бъдат поправени. Намирането на такива дефекти, ако те влияят на надеждността и тяхната корекция влиза в задълженията на специалиста по центровката.

2.2. Област на приложение

Настоящия стандарт определя допустимия интервал на стойностите за центровката на машини. Пределните стойности са зададени във вид на пределни максимално изместване и пречупване. Също така се дава осевото изместване при различни осеви натоварвания. Указан е и допустимия материал за изработка на центровъчните пластини. Разгледани са въпросите за безопасност и правилата за преместване на машините без да се причиняват допълнителни повреди.

Дадени са следните фактори влияещи на процеса на центровка с цел тяхното отстраняване до приемливи стойности: неравна основа, резонанси, топлинни разширения, огъване на валовете, ограничения при преместването, напрегнатост на свързаните тръбопроводи, усукване на корпуса и огъване на измерителните приспособления. При съосяването на валовете, за обезпечаване на нормална работа на машините са важни и други геометрични параметри, като: перпендикулярност, паралелност, праволинейност, овалност, равнинност , ексцентритет и биене. В процеса на центровка специалиста е длъжен да определи и коригира отклоненията на всеки от тези параметри влияещи на надеждността. Окончателната центровка се прави тогава, когато машината е готова за пуск. Допълнителна проверка на състоянието на центровката може да бъде направена след прогряване на механизма. Преди пускането на която и да е машина е необходимо да се провери състоянието на центровката на валовете и да се убедим в това, че центровката е в допуска.

В приложенията е дадено центровка на лагери и ремъчни предавки.

2.3. Нормативни източници.

• Victor Wowk, P.E., Machine Dinamics, Inc.
• V.R. Dodd, Total Alignment, PetroleumPublishing Company, Tulsa, Oklahoma, 1975.
• Malcolm G. Murray, Jr., Alignment Manual forHorizontal, Flexibly-Coupled Rotating Machines, Third Edition, Murray &Garig Tool Works,Baytown,Texas, 1983.
• Michael Neale, PaulNeedham, and Roger Horrell, Couplings and ShaftAlignment, Mechanical Engineering Publications Limited, London, 1991.
• John Piotrowski, ShaftAlignment Handbook, Second Edition, Marcel Dekker,1995.
• Erik Oberg, Franklin D. Jones, Holbrook L. Horton,Machinery’s Handbook, Twenty-first Edition, Industrial Press, New York,1979 (first printing 1914).
• Joseph E. Shigley,Charles R. Mischke, Standard Handbook of MachineDesign, McGraw-Hill , New York,1986.
• Alignmentof Rotating Machinery, Vibration InstituteProceedings, Houston, Texas, 1991.
• Falk Alignment Correction System, Operating Manual, The Falk Corporation.
• Machinery Alignment Handbook, Vibralign, 1994.
• Optical Alignment Manual, Cubic Precision, 1986.
• Piranha Shaft Alignment System, Instruction Manual, Mechanical MaintenanceProducts, Inc., 1995.
• John C. Robertson, maintenance reliability specialist, Is Your Equipment Feeling a Little Out of Kilter? Here’s a Little Lesson on Soft Foot

2.4. Изисквания към измерителните прибори и методите на измерване.

Няма изисквания към типа на инструмента или методите, използвани за извършване на центровката. Целта е да бъдат определени окончателните измервания. Специалиста по центровка може да използува различна измервателна апаратура която е най-подходяща за текущата работа.

Повторяемостта на показанията на измерителната система трябва да бъде в рамките на 0.05 мм при повтаряне на измерването на един оборот. Повторяемостта се явява значителна характеристика която гарантира съответствието на техническите изисквания. Измервателната система трябва да се проверява на повторяемост в началото преди центровката. Трябва да се направи измерване на един оборот, като се сравни първоначалното с последното измерване ( на 360° ). Показанията на измерителната система не трябва да се отличават с повече от 0.05 мм. Ако показанията са по лоши, то закрепването на измерителните прибори не е достатъчно стабилно и трябва да се подобри. Ако въпреки това показанията не се подобряват, то тази измерителна система следва да се счита за непригодна за работа.

Към измерителната система няма изисква за точност или еталонна калибровка. Но, тъй като допустимите пределни стойности се определят в стотни от милиметъра, то измерителната система трябва да има точност не по-малка от 0.01 мм. Изчислителните възможности на системата също трябва да съответстват на такова ниво на точност, че изчисленията да се извършват с точност 0.01 мм.

Ако грешката при провисването на измервателната система е по-голямо от 0.05 мм, то тази грешка трябва да бъде да бъде отчетена. Специалиста по центровка трябва да докаже, че провисването е отчетено по време на центровката.

Механичните индикаторни часовници, при правилен монтаж, могат да се приемат като измерителни устройства.

2.5. Безопасност

Всички източници на енергия трябва да бъдат блокирани срещу включване, за да се предотвратят опасности при включване на механичната система трябва да бъдат обезопасени за специалиста по центровка. Включително трябва да бъдат блокирани системите за предотвратяване на въртене в процеса на центровка.

След физическа блокировка на източника на енергия, е необходимо да се извърши опит за пускане на машината, за да бъдем уверени че блокировката работи и е точно за тази машина.

2.6. Предварителни стъпки

Центровката на валовете е част от общия монтаж на машините. С цел обезпечаването на дълговременна надежност по време на центровката трябва да бъдат предвидени и корегирани и други фактори, като по време на предварителния преглед трябва да бъдат направени някои допълнителни измервания. Важно е да бъдат разпознати тези фактори и да бъде реагирано по съответния начин. При възможност е необходимо да се отстранят всички проблеми, оказващи влияние на центровката.

2.6.1. Време на извършване на центровката

Окончателната центровка обикновено се извършва непосредствено преди пуска, когато са извършени всички съединително-монтажни работи, особено свързване на тръбните връзки. Възможно е да бъде необходима предварителна центровка за грубо установяване на машината, но след всички премествания и действия, внасящи механични напрежения е необходима окончателна проверка и корекция.

2.6.2. Напрегнатост на тръбните връзки.

Свързаните наново тръбни връзки, трябва да имат лесно свързващи се фланци, без да се използват големи сили при присъединяването им. При присъединяване на фланците с болтове един към друг е необходимо силата с която се присъединяват да не превишава 90 кгс.

Машини обработващи тежести, трябва да бъдат проверени за остатъчни напрежения в тръбопрпводната система. Двата стрелкови индикатора или други измерителни прибори, трябва да бъдат закрепени в ортогонално направление към всеки край на машината и занулени. Всички натегнати болтове трябва да бъдат напълно разхлабени. Показания над 0.1 мм показват наличието на вътрешни напрежения действащи на машината. Това напрежение трябва да бъде премахнато преди извършването на центровката.

2.6.3. Полусъединители

Полусъединителите трябва да бъдат присъединени съгластно предписанията на производителя. В тези инструкции обикновено се указва аксиалния луфт и изискванията за смазването, ако има такива. При машини с плъзгаши лагери аксиалния луфт трябва да бъде от страна на опората на вала, както е в работни условия. За електрически машини с плъзгащи лагери, аксиалния луфт се настройва след извършване на центровката ротор-статор на електродвигателя.

Ако съединителя е присъединен, трябва да се провери правилното му присъединяване съгласно писаното по-горе. Болтовете на полусъединителите трабва да бъдат затегнати равномерно с един и същ въртящ момент, регламентиран от производителя.

Типа на съединителя и неговия производител могат да бъдат променени, ако съответстват на номиналната скорост и мощност на машината. Съединители за възвратно постъпателни машини не трябва да се заменят с различни по тип без извършването на анализ на силите при въртенето. Торсионен анализ трябва да потвърди, че собственната честота на въртене се различава поне с 20% от основната чистота на въртене.

2.6.4. Основа и фундамент

Основата и фундаментът трябва да бъдат визуално проверени за наличие на пукнатини и неравности на контактните повърхности.

По-големите неравности на контактните повърхности трябва да се отстранят с шлифоване или друга механична обработка. При разместване на фундамента или основата, опорните лапи на машината трябва да имат петно на контакт не по-малко от 90%. При разхлабване на анкерните болтове под коя да е лапа не трябва да може да мине пластина от 0.075 мм. Ако има такъв проблем, то той трябва да бъде отстранен по начин описан в т. 2.6.5. Деформация на корпуса.

Фундамент или основа изпадащи в резонанс се явява динамичен дефект на структурата. Това предизвика повишаване на вибрациите при определена честота. Определянето на наличието на резонанс по време на статичните измерванията на центровката не е възможно. Така, че този проблем не касае центровката на машината.

2.6.5. Деформация на корпуса - „мека пета”.

Индикаторния часовник или друго измерително средство, трябва да бъде закрепено на всяка лапа за измерване на вертикалното отклонение при разхлабване на анкерния болт. При това всички други болтове трябва да бъдат затегнати. Измереното отклонение не трябва да превишава 0.05 мм.

След добавяне на необходимата пластина, трябва пак да бъде повторена проверката и ако и добавената пластина не дава необходимия ефект, е необходимо да се извърши шлифоване или друга механична обработка на контактните пластини.

Разновидности „мека лапа”

Меката лапа е един сериозен проблем, който много често се пренебрегва при центровката на машини. Той може да предизвика деформации в корпуса на машината създавайки напрегнато състояние което предизвиква дефекти в лагерите, механично износване на зъбните предавки и други детайли.

Състоянието на „мека лапа” се проявява в различни видове:

· Паралелен луфт – Едната лапа е по-къса от останалите или има неравност на фундаментната плоча под една от лапите. Това може да се получи и ако имаме неправилно разпределени дебелини на поставените планки

· Огъната лапа – повърхността на една от лапите не е успоредна на плоскостта на фундамента.

· Разхлабена лапа – Наличието на мръсотия, смазка, боя или ръжда огънати пластини или със за усенъци по краищата, както и големия брой пластини под една лапа са причини за разхлабване на лапата.

· Паралелна „мека лапа” – Две меки лапи са разположени от едната страна или единия край на машината, като се получава паралелен или почти паралелен луфт.

· Луфт без мека лапа – видимо съществуващ луфт преди затягане на лапата и отсъствието на такъв след затягането. Измерителния лазар може да покаже сравнително малки луфтове, които не могат да се коригират с пластини. За отстраняването им е необходима подходяща механична обработка.

2.6.6. Пластини

Необходимо е да се използват само щамповани пластини от неръждаема стомана. Медни, пластични, алуминиеви или пластини от ниско въглеродна стомана без покрития и под 5 мм не трябва да бъдат използвани. Дебели пластини над 5 мм могат да се бъдат и от такъв материал.

2.6.7. Биене в свободния край на вала.

Необходимо е да бъде измерено биенето на вала. Показанията на индикатора трябва да бъдат не повече от 0.025 мм. При по-големи значения, трябва да има указания от производителя.

2.6.8. Топлинни разширения.

Трябва да бъдат оценени и предвидени механичните и топлинни измененията в машината при применаване от студено в работно състояние. Почти задължително е да бъде извършена корекция при топлинни изменения над 100° С.

2.6.9. Лагери.

Лагерите трябва да бъдат ревизирани за разхлабвания, износвания или задиряния. Обикновено това се проверява при бавно въртене на лагера. При забелязани проблеми трябва да се вземат необходимите мерки.

Неуспореден монтаж („перекос”) на лагерите има вибрационно проявление идентично с това при влошена центровка. Ако монтажа на лагерите е част от задачата на центровката, то е необходимо да се провери правилния монтаж на лагера съгласно Приложение А.

2.6.10. Работни инструменти.

Преди започване на работата по центровката трябва да разполагаме с всички необходими инструменти за безопасно и ефективно преместване на машината и измерване на центровката. Работните инструменти включват подемни приспособления, гаечни ключове, динамометър, пластини и измерителен прибор.

2.7. Преместване на механизмите.

Всяка машина може да се разглежда като подвижна, даже я да има твърдо присъединена тръбопроводна система. Някой машини по-лесно се придвижват от други. Специалиста трябва да избере коя машина да бъде преместана или да се преместват и двете машини.

Преместването на машините е необходимо да стане с малки, внимателни измествания. Трябва да бъдат избегнати големи усилия, които могат да причинят вътрешни или външни повреди. Недопостими са удари със стоманен чук непосредствено по корпуса на машината. Необходимо е използването на дървени греди при удари с чук. Препоръчителния начин за преместване е с помощта на трешчотки или винтови крикове.

Хоризонталните премествания е необходимо да се отчитат с помощта на индикаторни часовници или други измерителни инструменти, за да бъде отчетено кога да се спре преместването.

Ситуацията „опора в болт” може да бъде избягната по различни начини в зависимост от конкретната ситуация. Може да се използват следните действия:

· Преместване на двете машини.

· Намаляне диаметъра на болта.

· Замяна на болта с друг болт с по-ситна резба.

· Разширяване на отворите, ако това не влияе неблагоприятно на конструкцията.

· Накланяне на машината с помощта на различни по дебелина пластини.

След всяко преместване е необходимо да бъдат затегнати анкерните болтове с усилие дадено от производителя. Ако няма инструкция от производителя трябва да се използва таблицата за динамо метричните значения.

Окончателното измерване на центровката се извършва при затегнати анкерни болтове.

2.8. Допустими нива на центровката.

Допустима се явява такава несъосност при която точката на пресичане на осите на въртене се намира в областта на съединителя и ъгъла между осевите линии е малък. Тези два критерия се използват в две перпендикулярни направления, обикновено за удобство във вертикално и хоризонтално положение и се нормират в зависимост от скоростта на въртене.

Изискванията за центровката на високооборотни машини са по-големи в сравнение с тези на бавнооборотните.

Точката на пресичане на осите на двата вала се счита в областта на съединителя, ако разстоянието между осевите линии на вала в центъра на съединителя е по-малко от допустимите значения дадени в Табл.1.

Таблица 1. Максимално допустимо изместване.

Допустимите стойности в табл. 1 могат да бъдат интерполирани за произволни скорости на въртене.

Центровката е в допуск, ако измереното изместването е не по-голямо дадените в таблиците допустими стойности.

За машини с няколко съединителя, допуските се приемат за всеки съединител поотделно.

Допустимите значения в табл.1 се явяват примерни стандартни допустими стойности на базата на общоприет и производствен опит. Целта на тези допуски е да се минимизира износването и да се обезпечи безотказна работа.

Допустимите значения от табл.1 се приемат за измервания в две перпендикулярни равнини, като обикновено се използва хоризонтално и вертикално направление. Значенията съответстват за прогрято работно състояние. Машините могат да бъдат оставени е недопустими граници, ако очакваното разширение или друго преместване в работно състояние доведе съостността в допустимите граници.

2.9. Документиране

След извършване на центровката е необходимо да бъде направен отчет, който като минимум трябва да съдържа началното и крайното положение положение на валовете и направените измервания. Отчета трябва да съдържа също и условията при които е направена центровката:

· След окончателен монтаж на фундамента

· След монтаж преди присъединяване на тръбопровода

· След присъединяване на тръбопровода и преди пуск

· След определен период работа

· Възстановяване след ремонт

В отчета трябва да са указани проборите, инструментите и методите използвани за измерване и пресмятане при центровката. Всички допълнителни процедури и отстранени отклонения трябва да бъдат включени, например:

· Биене на вала

· Неравниност на фундаментната рамата

· Корекция на мека лапа

Ако се отчитат топлинните разширения, то те трябва също да бъдат включени в отчета.