Rüzgâr türbinlerinde ekipman hizalamanın titreşim değerlerine etkisi

Rüzgâr türbinlerinin tahrik organlarındaki hizasızlık, dişlilerin ve jeneratörlerin servis ömrünü ve verimliliğini azaltacak titreşime neden olurlar. Bu hataları tespit etmek için titreşim ölçümleri ya da durum izleme sistemleri kullanılabilir.

Jeneratör ve dişli kutusundan alınan titreşim ölçümlerinin analizi sonucunda, hizasızlık belirtileri tespit edilirse, en son yapılan hizalama ölçüm raporu kontrol edilmeli ve gerektiği takdirde jeneratör ile dişli kutusu arasında,  şaft hizalama işlemi yapılmalıdır.

Rüzgâr Türbinleri Aktarma Organlarındaki Hizalama

Rüzgâr türbinlerinde jeneratör şaftı ve dişli kutusu çıkış şaftı arasındaki hizalama, jeneratör ve dişli kutusu bağlantılarının esnek olduğu kabulü ile yapılmalıdır. Ayrıca kaplin tipinin etkisi de göz önüne alınmalıdır. Hizalamanın amacı, kaplinin çalışma koşulları içerisinde aşınma ya da zorlayıcı kuvvete maruz kalmadan yatay ve dikey pozisyonunda paralel ve açısal kaçıklık değerinin düşürülmesidir. Hizalama toleransları, kullanılan kaplin tipine ve dönme devrine göre değişiklik gösterir. Şekil 2’de bir mafsallı kaplinin hizlama işlemi görülmektedir. Bu tür bir kaplin, yüksek açısal kaçıklığı tolere edebilmesine rağmen, bu durum kaplin ve yataklara gelen zorlayıcı kuvvetin artmasına neden olacaktır.  Bundan dolayı kaplin kataloglarında belirtilen hizasızlık toleransları kesinlikle aşılmamalıdır.

Tesislerdeki makinelerin bakım ihtiyacı olmadan uzun süre çalışabilmeleri için, kaplin üreticileri de kaplin tolerans değerlerini mümkün oldukça düşük tutmaktadırlar. Eğer bu durum gerçekleşmezse, kapline gelecek olan zorlayıcı kuvvet artacağından titreşim, sıcaklık ve aşınma artacaktır. Makineler, komparatör ya da lazerli optik hizalama teknolojileri kullanılarak hizalanabilirler. Lazerli optik hizalama cihazları, hızlı ve güvenilir olmakla beraber, ölçüm basamaklarının kaydedilebilir olması nedeniyle raporlama yapabilmektedirler. Özellikle rüzgâr türbinlerinde, hizalama işlemi hangi yöntemle yapılırsa yapılsın, ölçüm ve hizalama basamaklarının raporlanabilir ve kaydedilebilir olması büyük önem taşımaktadır.  Böylece bu raporlar arşivlenebilir ve gelecek ölçümler için referans kabul edilebilir. Şekil 3’te, komparatör ve lazerli hizalama yöntemleriyle alınan ölçümlerin ‘Alignment Center’ yazılımı kullanılarak oluşturulan raporları görülmektedir.

Ölçülen Hizasızlıkların Düzeltilmesi

Hizalama işleminden önce, jeneratörün ve bağlı olduğu dişli kutusunun mevcut durumu ölçülmelidir. Örneğin jeneratör dişli kutusuna göre geometrik olarak aşağıda ya da yukarıda, aynı şekilde yatayda sağ tarafta ya da sol tarafta duruyor olabilir. Şekil 4’de görüldüğü gibi, PRÜFTECHNIK cihaz ve yazılımlarında bu hizasızlık değerleri kolay bir şekilde artı (+) ve eksi (-) işaretleriyle gösterilmektedir.

Rüzgâr türbinlerinin çoğunda jeneratör ve dişli kutusunun esnek bir şekilde bağlanmasından dolayı şaft pozisyonları, farklı yük ve dönme devirlerinde birbirlerine göre oldukça değişiklik göstermektedir. Bu durum, makinelerin çalışma ve durma şartlarındaki geometrik pozisyonlarında farklılık olmasına neden olmaktadır. Bundan dolayı ekipmanlar çalışma şartlarında düzgün bir şekilde çalışabilmesi için durdurulup,  belli hedefler dahilinde kasten geometrik olarak kaçık bir şekilde hizalanmaktadırlar. Örneğin, ağırlık merkezi arka tarafa yakın olan jeneratörlerde, esnek kauçuk takviyeli metal parçalarda zamanla yorulma olmaması için ilk hizalama esnasında birkaç milimetre yüksekte bırakılması yaygın bir durumdur. Bu hizalama hedef değerleri, jeneratörün bağlandığı yapının rijitliğine de bağlıdır.  İdeal olarak bu hedef değerler, türbin üreticileri tarafından belirlenmeli ve türbin sistemini işleten firmaya bildirilmelidir. Böylece bu hedefler şekil 4’te görüldüğü gibi cihaza girilebilir ve bunlar gözetilerek hizalama işlemi yapılabilir.

Hizalamada Hedef Değerler

Hizalamada hedef değerler analitik olarak hesaplanabilir ve/veya ölçümlerle belirlenebilir. Alman mühendisler odasının (VDI) yayınlamış olduğu kılavuzlarda (VDI 2726 [1] )açık bir şekilde belirtildiği gibi, bu hedef değerlerin özellikle dişli kutuları üzerindeki etkileri dikkate alınmalıdır. Aşağıda belirtilmiş olan hizalama şartları, kılavuzlarda farklılığa neden olmaktadır:

•Makine parçalarında, kurulum ve çalışma şartları sırasında oluşan sıcaklık farkları kaynaklı ısıl genleşme.

•Makine zemini, şaft yatağı ve şaftların çalışma esnasındaki esnek deformasyonları.

•Kurulum ve çalışma şartları arasında, rulman hareketleri, dişlilerdeki dişlere gelen kuvvet ve hidrodinamik yağlama nedeniyle oluşan farklılıklar ve bundan kaynaklı şaft hareketleri.

•Dişli şaftlarının dıştan uygulanan kuvvetler (kaplin, fren diskleri) nedeniyle oluşan eğilme.

•Flanşın aşınması ile oluşan radyal ve eksenel hizasızlık.

•Bağlayıcı kaplinin radyal ve eksenel rijitliği.

Yukarıda listelenen etkilerin haricinde aktarma organları, jeneratör ve dişli kutularının yumuşak bir şekilde bağlanması nedeniyle, ciddi yer değiştirmelere maruz kalabilirler. Her rüzgâr türbini üreticisi, kendi tasarımı gereği çok çeşitli zemin çerçevesi, aktarma organları ve kauçuk izolatörleri kullanmaktadır. Bundan dolayı, her üretici ve sistem için farklı hizalama hedef değeri seçilmelidir.

Hizalama Hedef Değerlerinin Ölçüm Yoluyla Belirlenmesi 

Hizalama hedefleri, durum izleme sistemleri kullanılarak belirlenebilir. Bu işlem, jeneratör ve dişli kutusuna yerleştirilen iki Permalign seti yardımıyla, ekipmanların yatay ve dikey yöndeki pozisyonlarının sürekli olarak ölçülmesi ile yapılmaktadır. Şekil1’de lazer/sensor ünitelerin dişli kutusuna montajı gösterilmiştir. Kaydedilen radyal ve açısal X-Y pozisyonları sonradan şaft hizasızlığı  cinsinden hesaplanabilir. Böylece makinenin yatayda ne kadar kaydırılması ya da makine ayaklarına ne kadar ayar takozu eklenmesi gerektiği belirlenebilir. Online sistem olarak, VIBROWEB XP ya da VIBGUARD gibi ürünlerden birine sahip müşteriler, bu sistemler yardımıyla ölçüm alarak kendi hizalama hedef değerlerini hesaplayabilirler.

PERMALIGN sensör seti kullanılarak ölçülen makine pozisyonları, RS232 gibi haberleşme platformları yardımıyla, halihazırda var olan online durum izleme sistemine aktarılabilmektedir. PERMALIGN ölçümleri yapılırken her rüzgar durumu (rüzgarsız ve az-orta-çok rüzgarlı hava şartlarında) göz önüne alınarak farklı ölçümler alınmalıdır böylece tüm çalışma şartları için veri toplanmış olur. Şekil 6’da farklı hava şartlarında alınan ölçümler görülmektedir. PRUFTECHNIK tarafından yapılan ölçümler, rüzgar türbini lokasyonu ve rüzgar şartları göz önüne alınarak, 1 ila 4 hafta arasında sürmektedir. Eğer titreşim verileri ile birlikte diğer çalışma parametreleri de toplanırsa, bu veriler analiz edilerek sistemin tüm karakteristiği belirlenmiş olur. Ölçüm sonuçlarının PRÜFTECHNIK bünyesindeki “Monitoring Center”a gönderilmesi ile profesyonel bir analiz hizmeti yardımıyla gerekli hizalama hedefleri belirlenebilir. Rüzgar türbininde farklı bir online durum izleme sistemi bulunuyor olsa dahi, PRÜFTECHNIK sistemleri kiralanarak bu ölçümler gerçekleştirilebilir. Kiralama ve hizmetler için lütfen PRÜFTECHNIK Türkiye ofisine başvurunuz.

Son Söz

Kaplinlerin mevcut kataloglarındaki müsaade edilebilir hizasızlık değerlerinden dolayı hizalama işleminin bir önem arz etmediği yönünde genel bir düşünce mevcuttur. Kataloglardaki kaplin çalışma aralık değerlerinin, hizalama toleransı olmadığına dikkat edilmesi gerekmektedir. Kural olarak hizalama toleransı, kaplin çalışma aralığının en az 1/3 oranında olmalıdır. Böylece, tüm çalışma süresi boyunca kaplinin müsaade edilen yer değiştirme oranı, çalışma oranının sadece 2/3’ü olmaktadır. Rekabet ortamından dolayı, kaplin üreticileri kendi kaplinlerinin çalışma aralıklarını paralel ve açısal ofsetlerinin artmasına bağlı olarak artacak tepki kuvvetini dâhil etmeden çalışma aralıklarını belirtirler. Fakat tepki kuvvetinin 0 olduğu tek durum hizasızlığın hiç olmadığı durumdur.

PRÜFTECHNIK