Odc. 6. – Zabezpieczenie ślizgowego łożyska osiowego – może jakoś to będzie

​​

„Filozofia <> wskazuje na przewagę spontaniczności nad planowaniem. Taka mentalność była już Polakom w przeszłości przypisywana i wydaje się, że wielu Polaków było z tego zadowolonych, jakby zapominając, że w historii na takim podejściu niejednokrotnie przegrywaliśmy” – uważa dr hab. Mirosław Pęczak, prof. Uniwersytetu Warszawskiego. Ta wypowiedź z polskim kontekstem, na niwie techniki, jest prawdziwa także w stosunku do wielu (wszystkich?) innych narodowości.

Nadzór przesuwu osiowego wirników

Nadzór położenia osiowego wirnika łożyskowanego ślizgowo jest jednym z najważniejszych zabezpieczeń turbin, sprężarek, pomp, niektórych przekładni i innych maszyn łożyskowanych ślizgowo. Ten nadzór położenia osiowego służy ocenie stanu technicznego (=ST) łożyska oporowego. W odniesieniu do turbin wielokorpusowych innym równie ważnym pomiarem jest także nadzór wydłużeń względnych, tyle że nie jest on związany z bardzo szybką zmianą ST. Tak więc w niniejszym odcinku ograniczę się wyłącznie do dyskusji wybranych kwestii dotyczących położenia osiowego w rozumieniu zabezpieczenie ze względu na ST łożyska oporowego (lub w przypadku maszyn pionowych: łożyska nośnego).

Wykorzystywane pomiary

Do nadzoru pracy łożyska oporowego zasadniczo są wykorzystywane 2 podstawowe pomiary: położenie osiowe wirnika oraz temperatura segmentów łożyska. „Zasadniczo”,  bowiem czasami wykorzystuje się też pomiary dodatkowe, w tym m.in.: drgania względne na kierunku osiowym, pomiar grubości filmu olejowego między segmentem a tarczą oporową, ciśnienie oleju i inne.

W niniejszej publikacji skupię się na wymienionych w pierwszej kolejności pomiarach podstawowych.

Wymagania

Wymagania możemy podzielić na dwie kategorie: (i) techniczne i (ii) formalne.

Pierwszy ważnym wymogiem technicznym może być odległość lokalizacji czujnika wykorzystywanego w celu prowadzenia takiego nadzoru od tarczy łożyska oporowego. „Może być”, bowiem ograniczenie tej odległości jest wymagane w odniesieniu do maszyn, w których wał podlega znacznemu nagrzaniu. Takie zlimitowanie jest oczywiście bardzo ważne w przypadku turbin parowych. W ramce „Wymagania dla osiowej lokalizacji czujnika nadzoru położenia osiowego wirnika, który podlega znacznej zmianie temperatury”  pokazano zalecany scenariusz lokalizacji czujników nadzorujących położenie osiowe wału¹.

W maszynach jednokorpusowych, a więc także w przypadku mniejszych turbin parowych, łożysko oporowo-nośne jest na ogół łożyskiem skrajnym (w przypadku turbozespołów parowych: pierwszym łożyskiem turbiny). W przypadku turbin wielokorpusowych łożysko oporowe znajduje się na ogół między turbiną WP oraz SP².

Różne względy konstrukcyjne maszyny mogą rzutować na trudności przy wdrażaniu nadzoru łożyska oporowego. Mogą to być np. gabaryty łożyska, temperatura wirnika, w przypadku maszyn pracujących w obszarze O&G również wymagania ATEX-owe. Natomiast ze względu na fakt, że zerwanie filmu olejowego prowadzi najczęściej do bardzo szybkiego i znacznego nagrzania się elementów łożyska i w konsekwencji szybkiego zużycia ciernego jego powierzchni roboczych, zabezpieczenie to jest bardzo ważne. W konsekwencji, przy jego realizacji, na ogół jest wymagana redundancja torów pomiarowych.

Wykorzystywany w obszarze O&G standard API STD 670 [1] zaleca wykorzystywanie w celu nadzoru łożyska oporowego dwóch torów pomiarowych.

Podobne rozwiązanie w latach 90. było także wykorzystywane w przypadku systemów monitorowania i zabezpieczeń licznych dużych turbin parowych, a to najczęściej z tego względu, że dostępne do połowy lat 90. systemy miały na ogół monitory 2-kanałowe i w konsekwencji wykorzys...