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Verificación de
Alineación láser
En el lugar de la Turbina
de Gas más grande en los Estados Unidos
Por Alan
Luedeking
Este artículo fue publicado originalmente en
Uptime
Magazine en su edición Oct/Nov del 2005.
Recientemente, Ludeca, Inc. fue contratado para realizar una
verificación de alineación láser en una Turbina de gas de 250 MW, 3600
RPM modelo W501G marca Siemens-Westinghouse, la turbina de gas en
funcionamiento más grande de los Estados Unidos, si no en el mundo. Los
principales objetivos eran medir la alineación del eje entre la turbina
de gas y el generador, y evaluarla si cualquier realineación de la
turbina era necesaria. Realizamos el procedimiento durante una
interrupción del mantenimiento en la cual la turbina de gas estaba
desapilada, su rotor reparado, y vuelto a montar con por lo menos el 90%
de la carga estática en la base.
La turbina operada por gas mas grande de los
Estados Unidos
La
turbina de gas fue requerida para ser fijada con respecto al generador
por un objetivo compensado de la vertical positiva especificada por el
cliente, sin oblicuidad vertical, y ninguna compensación u oblicuidad
horizontal. Entramos los datos de las especificaciones del objetivo en
el sistema de alineación láser del eje ROTALIGN® ULTRA que decidimos
utilizar para este trabajo, en parte para aprovecharnos de la función
automática de la evaluación de la tolerancia del sistema.
El
cliente nos había informado por adelantado que los ejes de la turbina y
del generador de gas no podrían ser rotados.
Las
máquinas fueron unidas por un acoplador de acero apto-para-la-ranura
que tenía 36” de diámetro, así que decidíamos realizar las medidas de la
alineación utilizando soportes magnéticos de deslizamiento especial de
acero inoxidable, que son diseñados para deslizar o para moverse
alrededor de la circunferencia de los acoples de masa sólida. Por
supuesto, cuando los ejes no pueden ser rotados, la calidad de las
superficies del acoplador llega a ser extremadamente importante porque
afecta directamente la calidad de cualquier lectura de la alineación
obtenida. El desafío primario que hace frente el alineador en la
búsqueda para obtener buenos datos es superar cualquier excentricidad o
fuera-de-redondez en la superficie del acoplador. Antes de que
llegáramos, el cliente nos dijo que los acoples de masa sólida fueran
desacoplados y que las superficies respectivas del acoplador (axial y
radial) estaban en condiciones excelentes. De acuerdo con la
información dada a nosotros, formulamos nuestro plan de acción. Llámela
el plan A.
Cuando
llegamos al sitio de trabajo, encontramos que los acoples de masa sólida
estaban desacoplados y separados por exactamente 0.5”, para permitir que
la barbilla desuna su asiento. Golpeamos ligeramente una cuña de cobre
amarillo en el boquete superior para preservar la separación axial entre
los acoples. Cuando examinamos las superficies del acoplador, vimos que
no eran `excelente' como habíamos esperado, y preocupados de que esto
pudiera afectar la calidad de lecturas que obtuviéramos. El personal en
sitio ofreció limpiar y levantar las ralladuras y las rebabas de la
superficie del acoplador que entraría en contacto con los soportes de
deslizamiento magnéticos. Desafortunadamente, incluso después de
trabajar por alrededor de una hora, no vimos mucha mejora a las
superficies del acoplador. Decidíamos instalar y procurar tomar una
lectura inicial de todos modos, para ver si podríamos conseguir algunos
datos significativos.
Superficie del acoplamiento
Instalamos los componentes del sistema de alineación láser, incluyendo
los soportes magnéticos de deslizamiento. Puesto que ambos soportes
tendrían que ser deslizados o ser movidos individualmente a mano a cada
posición de la medida, decidíamos utilizar el modo manual de múltiples
puntos de la medida, en vez del modo automático del paso para los ejes
desacoplados.
Soportes
laterales magnéticos
Tomamos
dos sistemas de lecturas con esta disposición, dando por resultado la
capacidad de repetición pobre, que confirmó nuestros miedos sobre las
condiciones superficiales pobres del acoplador. Ambos sistemas de
lecturas también exhibieron un valor Estándar de Desviación muy alto
(sobre 20 mili pulgadas), que considerábamos totalmente inaceptable.
Esencialmente, incluso después de la limpieza y de la limadura, la
superficie del acoplador era demasiado áspera para recoger cualquier
dato significativo. Era hora para el plan B.
PLAN B
Después
de discutir nuestro dilema con personal en sitio, nos dijeron que el eje
del generador podría, de hecho, ser rotado independientemente, pero que
el eje de la turbina de gas probablemente no podría. Esta nueva
información mejoró nuestra perspectiva considerablemente. Decidíamos
tomar lecturas desacopladas dejando al emisor del láser viajar con el
eje del generador mientras que daba la vuelta, mientras que movimos
manualmente el soporte que se deslizaba del receptor alrededor acople de
masa sólida de la turbina de gas a cada posición de la medida. Esto
sería una mejora extensa que el plan excesivo A porque cualquier
imperfección superficial no afectaría el rayo láser emitido, y,
esperanzadamente, daría lugar a mejores datos recabados. Continuamos
utilizando el modo de múltiples puntos de medida para estas lecturas
puesto que nos llevó media hora detener el eje del generador liberado y
rotarlo en una rotación completa. Otra razón que elegimos para
permanecer con el modo de múltiples puntos era porque puede aumentar la
taza promedio del muestreo para compensar el aire caliente o inestable
que rodea el acoplador en el sol brillante.
El
primer obstáculo a superar en rotar el eje del generador era liberarlo
de la fricción estática. Una vez liberado y que subiera el aceite
podría ser rotado muy lentamente y suavemente, sin fuerza indebida.
Logramos esto tirando en él con 3 toneladas de cadenas ancladas a una
columna del edificio y unido a un cable envuelto alrededor del acople de
masa sólida del generador y asegurado en un perno que daba vuelta
insertada en uno de los agujeros de perno del acoplador. Éste era un
trabajo extremadamente arduo en un ambiente muy caliente del verano; una
rotación completa del eje requirió por lo menos tres re-posiciones de la
honda y del perno, con pausas frecuentes para el descanso y la
hidratación de parte del personal de Millwright.
Esta
tercera medida también requeriría cambiar la disposición de medida para
mover el emisor del láser lejos del acople de masa sólida externo donde
podría ser topado por el mecanismo que daba vuelta. Decidíamos entonces
unirlo contra la cara del acoplador del generador, detrás y fuera de la
manera de daño, usando los soportes magnéticos compactos especiales.
Esto
también significó traer el soporte abajo radialmente, mucho más cercano
a la superficie del eje. Así no tendríamos que utilizar los postes
realmente largos de ayuda para subir sobre el acoplador, nosotros
optamos por disparar el rayo láser a través de uno de los agujeros de
perno desocupados del acoplador. Esto, alternadamente, requiere mover
la parte posterior del soporte del receptor y abajo en el acoplador de
la turbina de gas de manera similar, así que nosotros podíamos bajarla
bastante para recibir el rayo láser a través del agujero del perno. En
este momento, también decidimos cambiar de una conexión de cables entre
el receptor del láser del sistema de la alineación y la computadora a
una conexión inalámbrica, utilizando el módulo de comunicaciones de
Bluetooth®. Esto liberaría al operador de tener que estar al pendiente
del cable.
Soporte
compacto magnético
Después
de que todo el trabajo implicado para reposicionar los componentes de la
alineación, nosotros fuimos desalentados cuando la tercera medida que
obtuvimos tenia una inaceptablemente alta Desviación Standard (sobre 8
mili pulgadas). Sin embargo, necesitábamos continuar con un plan que
funcionara, así que surgió el Plan C.
PLAN C
Una vez
más discutimos el dilema que hacíamos frente con el personal de sitio.
En estas discusiones, dijeron que había una posibilidad de rotar el eje
de la turbina de gas, pero solamente usando una grúa muy grande con un
arreglo de la honda. Debido a las lecturas inaceptables obtenidas hasta
ahora, decidíamos solicitar que ambos ejes fueran rotados, sin importar
las dificultades implicadas. Cuando la dirección de la Planta aprobó la
petición, rodábamos con el plan C.
comunicación inalámbrica
Ensamblamos los acoples de masa sólida con tres pernos de acero
insertados a través de tres de los agujeros de perno del acoplador,
teniendo aproximadamente un 0.010” o mayor separación. Después de
algunas conversaciones algo intensas entre el personal de Millwright,
decidieron la mejor manera de proceder a liberar el eje de la turbina
de gas, haciéndola subir en el aceite. Puesto que ningún sistema de
aceite de elevación existe en esta turbina de gas, ellos vertieron un
aceite lubricante resistente directamente en los cojinetes de la
turbina. Como en el pasado ya se había ocupado la grúa ocasionando que
el eje de la turbina de gas repentinamente se liberara y rotara muy
rápidamente antes de parar otra vez, decidimos al primer intento dar
vuelta a los ejes con nuestro mecanismo previamente instalado de cadena.
Dar
vuelta a ambos ejes sería una ventaja enorme al tomar las lecturas de la
alineación. Sin embargo, esto ahora sujetaría el receptor de golpear
una línea de drenado de aceite así como otra obstrucción a la rotación,
una radial y una axial. Superamos esta dificultad usando los soportes
magnéticos compactos con los postes de ayuda, para permitir despejar las
obstrucciones mientras que todavía permitían que el receptor fuera
llevado abajo lo bastante para recibir el rayo láser a través del
agujero del perno del acoplador.
Ahora
para la primera tentativa en rotar ambos ejes juntos. Aplicamos la
carga máxima a la caída de cadena, pero el eje de la turbina de gas no
se libro. Después de que esta tentativa fallara, decidíamos utilizar un
gato hidráulico de 5 toneladas para empujar hacia arriba contra uno de
los pernos que daban vuelta apalancados con una barra de acero muy
pesada, además de las 3 toneladas de la cadena envuelta alrededor de
otro de los pernos que daban vuelta. Para el alivio de todos, esta
tentativa combinada tuvo éxito y el eje de la turbina de gas finalmente
se libero y comenzó a dar vuelta muy lentamente. Habíamos solicitado
anteriormente que los ejes estuvieran rotados por lo menos dos
rotaciones completas antes de tomar lecturas, para permitir la mayor
parte de la holgura del rotor en el eje de la turbina de gas se purgara
hacia fuera y permitir que en el eje de la turbina subiera el aceite.
Sin embargo, considerando que estábamos exhaustos, teníamos apremios de
tiempo y que nos tomó alrededor de una hora para terminar la primera
rotación completa de ambos ejes, decidíamos comenzar a tomar lecturas
inmediatamente con la segunda rotación.
Para
esta lectura (no 4 en la tabla de la medida) decidíamos continuar
utilizando el modo de múltiples puntos de la medida. Habríamos podido
utilizar el modo continuo del barrido, que habría necesitado solamente
una rotación de 70 grados para conseguir resultados exactos. Preferimos
rotar los ejes una vuelta completa, aunque ésta tomo más tiempo para
terminar. Estábamos consternados de que la separación en el ajuste de
los pernos pudiera ser más grande de lo esperado, y pudiera permitir el
suficiente juego rotatorio para que afectara levemente la exactitud de
las lecturas. Esto era poco probable, pero aún posible. En todo caso,
el modo de múltiples puntos de la medida permitiría utilizar un muestreo
más alto del promedio del índice que fuera posible en modo continuo del
barrido y también permitiría prolongar la gama de la medida durante las
lecturas en el acontecimiento improbable en caso de ser necesario.
El eje
de la turbina de gas tenía que liberarse otra vez, y procedimos a tomar
lecturas tan pronto como la segunda rotación comenzara. Para estas
lecturas el módulo de las comunicaciones de Bluetooth® era un don del
cielo, puesto que una conexión convencional haría que por lo menos ocho
pies de cable se enrollaran alrededor del acople en cada rotación
completa. También, la computadora del láser del sistema de la
alineación se podía enlazar y tomar las lecturas hasta 30 pies de
distancia, permitiendo que el operador permaneciera apartado del equipo
para rotar los ejes.
RESULTADOS – PLAN C FUNCIONA
Vimos
inmediatamente una dramática gota en los valores de la Desviación
Estándar (abajo a 1.37 mili pulgadas) y considerábamos esta cuarta toma
de lecturas ser enteramente exacta y confiable. Sin embargo, algunos
problemas de coordinación entre comenzar y parar de los puntos de la
rotación y una medición temprana en las lecturas nos condujeron a creer
que la calidad de las lecturas podría ser mejorada, y considerábamos
imprescindible establecer la capacidad de repetición. Decidimos hacer
una revolución completa de los ejes y tomar nuevamente las lecturas.
Este sistema el quinto y final de lecturas tomó menos tiempo para
terminar puesto que los ejes de la turbina y del generador de gas ahora
se habían levantado completamente en el aceite. Observamos otra mejora
significativa en la Desviación Estándar de las lecturas (abajo a apenas
0.72 mili pulgadas). Considerábamos esto excelente, y los resultados
también probaron consistencia con la cuarta toma de lecturas.
Ensamble
exitoso
Presentamos esto a la dirección de la Planta y aceptaron los resultados
como satisfactorios. Puesto que estos valores bajaron dentro de las
tolerancias cliente-especificadas de la alineación en lo que respecta a
la especificación del objetivo, la dirección de la planta decidió que no
requería de ningún movimiento de realineación en la turbina de gas.
LECCIÓN APRENDIDA
La
lección más interesante de este trabajo es la prueba de cómo es esencial
en si, si en todo posible, rotar los ejes al tomar lecturas de la
alineación, no importa que tan difícil o el tiempo que tarde en llevar a
cabo esta tarea. Aunque las condiciones superficiales del acoplamiento
sean excelentes, los resultados nunca serán tan buenos como los que sean
obtenidas al realmente rotar los ejes. Rotar los ejes permite que la
alineación relativa verdadera de las líneas centrales actuales de la
rotación sea establecida.
Tabla de medidas
Otra
lección aprendida es que cuando la maquinaria crítica y compleja debe
ser alineada, es extremadamente importante tener un buen plan, sólido
que entre en el proyecto. Cuando los contratistas de la alineación
llegan al lugar, deben saber exactamente lo que desean hacer. Pero,
igualmente importante para el éxito de un proyecto, es la capacidad de
adaptarse, de ser flexible, y solamente solucionar problemas. Un buen
equipo de alineación láser es esencial. Una tabla de medidas que
permite la comparación de los resultados para la capacidad de repetición
y exactitud, así como hacer un promedio de resultados, es también
imperativo. En este proyecto particular, los soportes y el hardware de
la especialidad, la capacidad inalámbrica de comunicación y un modo de
múltiples puntos verdadero de la medida con el reconocimiento automático
del ángulo desempeñaron todo un papel vital en capturar datos
significativos.
Después
de que la revisión de la alineación fuera concluido, el proceso del
nuevo ensamble de la turbina de gas fue terminado y el tren del
turbogenerador se puso de nuevo en servicio, hubo una aportación
significativa en valores totales de la vibración.
Alan es
Gerente de Capacitación y Soporte Técnico en Ludeca. El tiene una
licenciatura de la Universidad de Colorado en Boulder y con más de 20
años de experiencia de campo en alineación del eje en maquinaria y
capacitación. El disfruta de escribir y editar cuestiones técnicas
además habla cuatro idiomas. Esta casado y tiene cuatro hijos jóvenes y
su pasatiempo favorito es la numismática. Alan puede ser contactado al
305-591-8935 o por correo electrónico en
alan@ludeca.com. |
