Turbiinien kunto selviää värähtelymittauksella

Turbiinien kunto selviää värähtelymittauksella

Turbiinien ja generaattorien laiteviat pyritään selvittämään värähtelymittauksessa. 32-kanavaisella laitteella voidaan ennakoida viat, jotka huolletaan suunnitellun seisokin aikana.

Värähtelymittauslaitteiden avulla voidaan mitata yhä suurempia kokonaisuuksia. Teknisiä tarkastuksia tekevän Inspectan asiantuntija Toni Hult kertoo, että kun värähtelymittauslaitteessa yli 30 mittauskanavaa, aikasynkronoidut, eli samanaikaiset mittaukset ovat mahdollisia koko konesuoralta.

– Monikanavalaitteistolla voidaan mitata muun muassa voimalaitosten suuria laiteyhdistelmiä ja niiden rakenteiden värähtelyä, Hult sanoo.

Pyörivien laitteiden kunnonvalvonta perustuu pääasiassa värähtelymittaukseen. Muita kunnonvalvonnan menetelmiä ovat esimerkiksi öljyanalyysit ja lämpökuvaus. Kun tarkastukseen yhdistetään esimerkiksi lämpömittauksia, analyysiin saatava tietomäärä laajenee entisestään.

Värähtelymittauksiin on usein kaksi syytä: koneen kunnonvalvonta ja ongelmien syiden selvittäminen.
– Yleensä normaalissa kunnonvalvonnassa saadaan selville pyörivien komponenttien viat. Esimerkiksi jos tehtaalla oma mittausorganisaatio havaitsee nousevaa trendiä jossain, esimerkiksi toistuvasti saman laakeroinnin vikataajuuksissa, voimme selvittää sen vikaantumisen syyn ja teemme korjausehdotuksen, Hult kertoo.

Värähtelymittaus voi estää yllättävät viat

32 anturilla varustettu monikanavainen mittauslaite on omiaan mittaamaan suurien tuotantolaitosten koneita. Hult kertoo, että siirrettävää, monikanavaista mittauslaitteistoa tarvitaan muun muassa sähköntuotantolaitosten turbiini-generaattorien ja niihin liittyvien staattisten rakenteiden mittaukseen.

– Pyörivien koneiden lisäksi värähtelymittauslaitteella voidaan mitata myös konepetejä tai putkistoja, joiden päälle esimerkiksi pumppuyhdistelmät tulevat.

Hult kertoo, että pyörivissä koneissa tulee vastaan myös usein resonanssiongelmia. Tavallisia ovat myös linjausviat.

– Vaikka yksiselitteistä syytä ei aina vialle löytyisikään, mittausten avulla voidaan haarukoida muutama mahdollinen syy ilmiölle ja antaa korjaussuositukset niiden perusteella. Mittauksen ansiosta tiedämme, mitä seuraavassa seisokissa tarvitsee tarkastaa ja voimme suunnitella tulevat korjaukset jo etukäteen.

Vianselvitystapauksissa laaditaan aluksi testausohjelma, ja mittaukset suoritetaan sen mukaan. Kun koneen toimintaa selvitetään eri käyttötilanteissa, tarkastellaan muun muassa lämpölaajenemisen tai virtaavien aineiden vaikutusta koneen värähtelyyn.

Koska mittaus voidaan tehdä ilman koneen käyttökatkoa, sen käyttöaste pysyy koko ajan korkeala tasolla. Suunnittelemattomat seisokit jäävät värähtelymittauslaitteen avulla historiaan.

Mittaus kestää muutamasta tunnista vuorokauteen

Käytännössä monikanavainen tiedonkeruuyksikkö on salkun kokoinen laite, jota voi kantaa mukana. Vaikka laite itsessään on pienikokoinen, kokonaisvaltaiseen analyysiin tarvitaan lisäksi ohjelmistoja ja apulaitteita, kuten antureita, kaapeleita ja kannettavia analysaattoreita.

– Kun lähtee keikalle, kalustoa tulee nopeasti auton peräkontillinen, Hult kertoo.

Värähtelymittauslaitteet ovat kehittyneet erittäin paljon. Esimerkiksi monikanavalaitteet ovat muuttuneet pienemmiksi
ja nopeammiksi. Kaikki tiedot saadaan kätevästi kannettavan tiedonkeruuyksikön kautta. Enää ei tarvitse erillisiä
nauhureita tai vahvistimia mukaan keikoille, kuten 1980- ja 1990-luvuilla.

– Myös laitteiden muisti ja akunkesto ovat kehittyneet. Oikeastaan kaikki parannukset ovat tehneet mittaustyöstä
helpompaa.

Tuotantolaitoksen laitemittaus aloitetaan tutustumalla koneen perustietoihin. Laakereiden tyypin, määrän ja sijainnin
perusteella päätetään anturien sijainnit. Sen jälkeen ne kytketään käyttökuntoon ja aloitetaan mittaus. Tietoa kerätään niin pitkään, kuin on tarpeellista. Tavallisesti normaali mittaus kestää muutamasta tunnista vuorokauteen.

– Jos mittaus tehdään esimerkiksi vastapainelaitoksessa, joka tekee kaukolämpöä, mittausta pidetään vuorokauden
ajan päällä. Tällöin nähdään, miten turbiini käyttäytyy eri tehoilla, kuten aamuhuippujen aikaan ja yön rauhallisimpina
tunteina, Hult sanoo.

Suurin osa työstä on analyysiä

Värähtelylaitteeseen tulee mittaushetkellä monenlaista tietoa: anturista kulkeutuu aluksi sähköinen signaali. Signaalin
käsittelyn jälkeen laitteeseen saadaan aikataso, josta saadaan erilaisia tunnuslukuja. Aikatasosta saadaan myös värähtelyn spektri, josta voidaan päätellä signaalissa olevat taajuudet. Aikatasoa ja spektriä analysoimalla mittaaja saa selville muun muassa linjausviat, väljyydet ja lisääntyneen epätasapainon.

– Esimerkiksi vierintälaakeriviat saadaan näkymään kyseisen komponentin vikataajuuden funktioina, Hult selventää.

Itsessään värähtelymittauslaite ei kerro suoria vastauksia, vaan spektrin, tunnuslukujen ja aikatason avulla mittaaja tekee analyysin, jonka avulla viat ja niiden syyt selvitetään.

– Mittaus voi kestää muutaman tunnin, mutta huolellinen tutkinta ja raportointi useita päiviä, Hult sanoo.

Työläimmät värähtelymittaustapaukset ovat Hultin mukaan sellaisia, joissa tutkitaan liukulaakeroitujen, ylikriittisillä pyörimisnopeuksilla toimivien laitteiden värähtelyongelmia. Käytännössä nämä ovat useimmiten nopeasti pyöriviä turbiineja tai moniportaisia vaihdelaatikoita.

– Liukulaakeroiduissa koneissa akseli on aina erossa öljykalvon kanssa muista rakenteista. Kun öljykalvo erottaa roottorin laakereista, se vaimentaa roottorin ilmiöitä. Tällaisessa tilanteessa on paljon enemmän asioita tutkittavana. Pitää huomioida esimerkiksi roottorin dynaamisia ominaisuuksia enemmän, Hult kertoo.

Suomessa vain yhdeksän CAT IV -tason mittaajaa

Hult kertoo, että värähtelymittauslaitteet ovat kehittyneet erittäin paljon. Esimerkiksi monikanavalaitteet ovat muuttuneet pienemmiksi ja nopeammiksi. Kaikki tiedot saadaan kätevästi kannettavan tiedonkeruuyksikön kautta. Enää ei tarvitse erillisiä nauhureita tai vahvistimia mukaan keikoille, kuten 1980- ja 1990-luvuilla.

– Myös laitteiden muisti ja akunkesto ovat kehittyneet. Oikeastaan kaikki parannukset ovat tehneet mittaustyöstä helpompaa. 

Hult on yksi yhdeksästä suomalaisesta, jolla on korkeimman tason analysoijan pätevyys. Yhteensä pätevyysluokkia on 4. Korkeimmalla CAT IV -pätevyystasolla keskitytään roottoridynamiikkaan.

– Koko maailmassa korkeimman tason pätevyyksiä on alle sata, Hult kertoo. Hän kehuu, että Suomessa seurataan kiitettävästi laitosten koneiden kuntoa. Maailmalla öljyteollisuus ja metalliteollisuus ovat olleet edelläkävijöitä värähtelymittauksessa.

– Mittauksien kiistattomana etuna on se, että niillä voidaan oleellisesti pienentää yllättävien konerikkojen määrää, Hult tiivistää.
Samoilla laitteilla voidaan mitata suurien teollisuuslaitteiden lisäksi kiinteistöjen värähtelyjä.

– Kohteeksi käyvät lämmönkierrätys- ja jäähdytysvesipumput. Lämpöpumppujen aiheuttamat tärinät tai jopa liikennetärinätkin, jota vavisuttavat taloa, voidaan mitata värähtelymittauslaitteen avulla. Hultin mukaan käyttökohteissa vain mielikuvitus on rajana. Periaatteessa laitteella voidaan mitata kaikkea, mikä värähtelee.

Alkuperäinen uutinen on julkaistu Promaint 3/2017 -lehdessä 20.5.2017. Lue koko lehti tästä.

Teksti: Elina Kirvesniemi