Sou o Dimitri Favvas um especialista segundo a minha definição em medido peças grandes. Vou me referir especificamente às seguintes questões:
- Quem sou
- Ferramentas e as praticas de medir em geral com mais atenção nas peças grandes
- O setup das peças grandes para usinagem e medir
- Os efeitos da temperatura nas grandes peças
- Tolerâncias geométricas, problemas e soluções
- Possibilidade de medir a plenitude de uma peça no chão e o alinhamento vertical dos bores
- Medindo a conicidade de uma peça grande
- Os espigões. Solução simples para medir com precisão
- O histórico de fabricação de rotores Francis nos meus tempos
- Como eu poderia contribuir efeticamente na fabricação de um rotor Francis sem utilizar gabaritos durante a fabricação ou na obra
1.Quem sou
Nasci na Grécia em 1940. Formado de uma escola de engenharia marítima em 1959 na Grécia (ΑΣΜΕΝ) emigrei para o Brasil no ano 1960 e mais tarde (1963) para o Canadá. Nunca trabalhei no mar mas passei a minha inteira vida trabalhando em indústrias de fabricação, usinagem e instalações industriais. Nos últimos 30 anos antes de me aposentar trabalhei pour GE HYDRO (Dominion Engineering Works era o nome original que passou a ser GE Canada e mais tarde GE Hydro). Sobre as funções de inspetor de qualidade e diretor técnico trabalhei ou representei a companhia no Canadá, os Estados unidos, no Brasil, na China e na Coreia do Sul. Sempre procuro o porquê, a diferença e novos caminhos. Estou aqui porque com a mais de 30 anos de experiência com peças grandes acredito que poderei contribuir em geral na melhoria da qualidade e no custo de fabricação de componentes grandes e em medido estes componentes em particular. Aprendi muito dos outros. Mas isto também se torna perigoso as vezes porquê oque uma outra pessoa tem te ensinado pode ser errado. Um exemplo: Um Americano na cidade Salt Lake city, era no ano 1986 montou um comparador numa base magnética em cima de um pedaço de tubo. Colocou o comparador para mostrar 0 em cima do tubo. Depois virou o tubo 180 graus e o comparador, agora em baixo do tubo não mostrava mais zero mesmo que todas as partes foram bem apertadas. Ate aquele tempo eu tinha alinhado motores no Brasil e no Canadá sempre de fação errada.O meu conselho. Escuta e faça a sua própria evaluição. Duas frases tem movido a minha vida inteira, Procura porquê do meu supervisor Domingo Dias na Mecânica Pesada em Taubaté, Brasil no ano 1961 e a segunda do Alec Karoum em Vancouver, Canadá em 1969 que me disse: Se alguém tem algo para te dizer escuta lo mesmo se você pensa que ele é estupido. Ele pode saber algo que você não sabe.
2.Ferramentas e as praticas de medir em geral com mais atenção nas peças grandes.
As grandes peças são sujeitas à um tratamento especial em comparação com as pequenas e as de um tamanho médio. As razões por isto são as máquinas de usinar que são mais grandes, o set-up nas maquinas os instrumentos para medir a maneira de medir a temperatura e sobre tudo a experiência da pessoa envolvida para evaluir as condições e tomar decisões para diminuir a possibilidade de errores.
Os instrumentos e a maneira de medir.
As ferramentas destas fotos são normalmente para medir peças de tamanhos pequenos mas tem similaridades com aquelas que se utilizam nas peças grandes e são aqui somente para se referir nas pates aplicadas nos instrumentos grandes que são iguais.
Os micrômetros para medir peças grandes
Os micrômetros para medir no exterior ou no interior de uma peça trabalhem da mesma maneira que os pequenos. A diferença nos micrômetros para medir dimensões exteriores é que em vez do frame que nos micrômetros de tamanho limitado é fixo, tem uma barra rectangular muito leve de cumprimento necessário ou um pouco mais grande às extremidades da qual são colocadas duas peças uma com o anvil e a outra com o spindle. Estas peças são ajustadas dentro do alcance necessário para medir. As que eu tenho usado tem uma largura de meia polegada e uma altura de uma. O problema com elas é que são flexíveis e as faces to anvil e do spindle não são paralelas por isso devem se usar com muito cuidado. Porque é absolutamente necessário de fazer o ajustamento na seção de ferramentas da mesma maneira que vão se usar para medir, isto as vezes se torna difícil.
Os micrômetros para medir no interior das peças são bem parecidos dos outros. Uma quantidade de peças de tamanho necessário são usadas para chegar o comprimento desirable e ser ajustadas no tamanho preciso. A que eu tenho usado são compostas de barras de uma polegada de diâmetro. Nas medidas verticais sofrem um pouco por causa da deflexão. Nas medidas horizontais um suporte é normalmente utilizado no meio para compensar o efeito da flexibilidade. Tenho visto na China um micrometro interior para diâmetros grandes que parece ter salvo o problema de deflexão, Parece ser composto de tubos o diâmetro dos quais é mais grande no centro e continua se diminuído ao chegar nas extremidades. No interior dos tubos, imagino que deve ter suporte com chapas verticais.
Uma outra maneira de medir diâmetros grandes com a fita π. Segundo a minha experiencia é muito difícil medir com uma destas fitas um diâmetro grande do alcance de 8 á 10 metros por exemplo com a precisão que especifica o fornecedor. A precisão depende do acabamento da surface á ser medida, da experiencia da pessoa tomando a medida e o estado atual da fita mesmo. Porquê este tipo de fita é muito vulnerable e pode se estragar facilmente.
3.O setup para usinagem e medir
Aqui vou entrar em detalhe todos os fatos que na minha opinião estão contribuindo para que prestamos mais atenção quando as peças são grandes.
Em primeiro lugar a maquina deve ser inspecionada periodicamente e se conformar aos standards que existem para esta razão. Mesmo assim e mesmo se a credibilidade da inspeção está fora de qualquer dúvida pode ter acontecido um evento como um objeto grande suspendido pela ponte rolante batido nela ou algumas placas de suporte ser gastadas ou qualquer outra razão. Todavia aqui estamos mais interessados em medir e conseguir resultados nos quails podemos confiar. Fatores importantes por isso são: O set-up na maquina ou no chão instrumentos próprios para medir, a temperatura e a qualificação e habilidade da pessoa tomado as medidas, incluído a maneira de medir. Porquê nos temos aprendido a maior parte do que nos fazemos dos outros, a pessoa terá de perguntar em si, e estar seguro que compreende o processo e estar sem dúvidas.
O setup para medir. A maneira ideal para medir uma peça será na posição como a peça será montada ou como ela trabalha. Como na maioria das vezes isto será impossível especialmente durante a usinagem e tomando conta da flexibilidade da peça com mais atenção se ela é uma fabricação de partes metálicas soldadas, muita atenção é necessária durante o setup para diminuir as deflexões por caso do peso. Como um exemplo vou citar aqui umas instruções que eu tenho lido ha muitos anos mas que nunca foram implementadas.”Deixe o eixo restando nas suas duas extremidades. Coloca três bases magnéticas no chão com comparadores apontado no eixo, um deles no centro a os outros dois nas extremidades. Com um macaco começa levantado o eixo na parte do centro aonde o comparador está montado ate que um dos comparadores das extremidades começa registrado movimento. Depois baixa a parte do centro a metade da distância que ele tem corrido e coloca um suporte no centro naquela altura”.
Neste princípio se pode colocar qualquer peça para usinar ou medir Cuidado em puxando a peça na direção lateral porque a fricção é um obstáculo para que deixa a peça livremente mover.
Aconteceu que nos fomos chamados na obra para investigar o diâmetro de oma peça cilíndrica (um anel) que o diâmetro dela foi encontrado abaixo do mínimo especificado. Esta peça não estava restando no mesmo nível. Depois de fazer a correção do nível o diâmetro mostrou se dentro da tolerância especificada.
4. Os efeitos da temperatura em medido peças grandes: A temperatura é um sujeito muito delicado quando se trata de peças grandes. Especialmente num environmento inestavel não ha tempo para que a temperatura viaje e fica igual em toda a peça Aqui são alguns exemplos que eu mesmo testemunhei:
a) O eixo entre o rotor da turbina e o gerador é feito em duas partes que se juntem por meio de espigões. Este é um recesso (fêmea) e uma protrusão (macho) ambos com tolerâncias muito próximas assim que depois de ser montadas vão preservar um aligamento quase perfeito. Uma parte do eixo era feita em Montreal e a outra no Japão. Ao chegar na obra não era possível de montar as duas partes porquê a parte do espigão macho não entrava na parte fêmea do outro eixo mesmo que nos havíamos usado a mesma peça para a comparação da medida com os Japoneses. Eu fiz a seguinte investigação: Na parte interior de um eixo (o eixo não era solido para diminuir seu peso) deixei um micrometro interior de 17 polegadas e tomava a medida do diâmetro cada manhã e cada tarde por alguns dias. Era sempre uma variação constante de 0,0007 da polegada. Conclusão: Um tempo de 8 horas não era suficiente para que a temperatura se equaliza por toda a parte do eixo.
b) Duas peças idênticas foram usinadas na nossa usina. O nosso cliente não aceitava deviações fora das tolerâncias indicadas no desenho que eram também muito apertadas secundo as especificações dele. Um diâmetro exterior se encontrou na obra com uma variação de 0,003” em cada peça menos do que mostrava no nosso relatório. Não me lembro o numero exato do diâmetro mas deveria ser no redor de 45”. Eu tinha medido uma das peças e um outro inspetor a outra. Eu fui no lugar do cliente para investigar os diâmetros e acabei com as mesmas medidas que o cliente tinha encontrado. O cliente tinha armazenando as peças num lugar de temperatura constante por alguns dias Eu penso somente numa possibilidade. A mesa do torno vertical onde as peças foram usinadas ficava sempre quente. O exterior da peça era mais frio por caso do liquido que se usa para esfriar durante a usinagem. Isto explica porquê o diâmetro se encontrou mais pequeno.
c) Na montagem de turbina na obra nos informaram que os bores (20) do anel superior não se alinhavam com os correspondentes do anel inferior e que tinham uma diferencia radial de 0.020”. Depois de investigação na obra se encontrou que esta diferencia era por caso da temperatura. Como era inverno e esquentavam a instalação, a diferencia da altura entre o anel superior e inferior e da temperatura neste nível, e o raio dos bores que era grande justificavam o que foi encontrado.
As minhas soluções, oque tenho feito, oque posso fazer, oque tenho de oferecer, porquê eu estou aqui.
5.Tolerâncias geométricas, problemas, exemplos e soluções.
A maneira mais comum de verificar as tolerâncias geométricas é por meio do comparador da régua e das placas de precisão. Aqui se deve notar que o conceito de alguns que concentricidade significa a distancia do centro real versus o centro datum do desenho é errado. Na realidade o valor da concentricidade significa que o centro actual deve estar dentro de um circulo que tem origem o centro datum e diâmetro o valor especificado. O valor total da leitura do comparador sera o valor de concentricidade portanto que o datum de comparação (axis) está no zero. Vou mostrar mais para baixo que numa peça grande não se pode confiar na leitura de um comparador so. Numa maquina grande que a parte girante está se suportada com oleo tem imperfeiçoes como desalinhamento do axis da peça a ser usinada com o axis de cortar. O mesmo se pode acontecer com uma maquina horizontal (i.e. um torno horizontal). Quando na usinagem da peça a ferramenta sendo fixa corta como recebe o material. Em colocado um comparador no mesmo lugar da ferramenta de cortar a leitura vai ser 0. Em colocando o no lado oposto como é a pratica de alguns, oque se mede é somente a ovalidade do diâmetro uma vez que a distancia entre a ferramenta de cortar e o comparador do lado oposto é fixa. Esta será uma area que eu poderei contribuir. Vou tentar fazer lo por meio de exemplos.
O caso de Beauharnois.
Na face de cima do rotor de turbina tem um espigão, neste caso uma protrusão masculina. O eixo a ser montado aqui ten um espigão (recesso fêmeo) Estes espigões servem para o alinhamento do axis do rotor com o axis do eixo. A leitura do comparador no espigão da turbina mostrava que era dentro da tolerância especificada mesmo colocado no lugar oposto da ferramenta de usinar e o diâmetro do espigão media o mesmo á qualquer posição.
Um gabarito era utilizado para a correspondência exata dos furos da turbina com os furos do eixo. Quando o gabarito foi montado na face da turbina mostrou uma abertura em três lugares equidistantes entre o espigão do rotor e a parte correspondendo no gabarito. cm abertura máxima, mais ou menus 0.25mm prova que o diâmetro não era bem redondo e não se poderia saber somente com um comparador e um micrometro.
o “lower bracket” na China
No ano 2004 eu estava supervisado a fabricação de componentes hidráulicos para o projeto de Trés Gargantas na China de concepção Norte-americana. Um dos componentes, o “lower bracket” uma estrutura pesando 296 toneladas. O deposito de solda nuns filetes verticais foi encontrado insuficiente. Foram peças soldadas ao redor de um tubo bem grosso. O fabricante ficou de acordo de reparar a solda mas insistia de não colocar a peça outra vez na maquina de usinar para re-verificar a plenitude da uma parte usinada que da maneira que a peça estava restando no soalho estava na parte de cima. Eu tinha a preocupação de uma distorção ter acontecido porquê a plenitude especificada era de 0.05mm.
Eu ofereci um compromisso que foi aceitado. O diâmetro interior de um tubo soldado em cima da placa em questão era para se medir em quatro posições antes e depois da reparação. Se depois da reparação as medidas eram diferentes, significaria que distorção teria ocorrido. No fato a deviação máxima era de 2.3 milímetros.Não me lembro o diâmetro interior daquele tubo mas faço uma estimação que era ao redor de 5 metros.
6.Possibilidade de medir a plenitude o chão e alinhamento vertical dos bores. (Com referencia ao sujeito anterior) Mais) tarde eu pensei de um modo de medir a plenitude de uma peça fora da maquina de usinar por meio de um aparelho fabricado que poderia medir a plenitude daquela peça mas que também poderia se servir na montagem na obra entre o anel inferior e superior da turbina,sendo mais eficiente e mais rápido.
Um outro aparelho que devera primeiro ser testado poderá alinhar os furos no sentido vertical.
7.Medindo a conicidade de uma peça grande
Segundo o meu livro de metrologia para medir a conicidade exterior de uma peça colocamos a peça no sentido vertical na mesa de inspeção e medimos o diâmetro com um micrometro restando em blocos de precisão em duas alturas diferentes. E como medir a conicidade de uma peça grande? No passado, na nossa divisão de papel nos usávamos uma placa de um angulo preciso e amarávamos esta placa na peça cônica da maneira que se a conicidade fosse como deveria, as medidas entre as duas extremidades da placa angular e a parte oposta da peça seriam iguais.
Na década de 1980 viajei para o Arkansas para medir uma peça la porquê nos teríamos de fazer a correspondente em Montreal.
Aconteceu que a conicidade daquela peça, sendo fabricada por uma usina que utilizava diferentes standards não correspondia com as nossas. O trabalho foi feito porquê a pratica do primeiro fornecedor era de usinar duas ranhuras sobre a pare cônica á uma distancia precisa de uma á outra.Voltando em Montreal eu comecei pensar numa maneira para medir a conicidade de qualquer peça grande
A oportunidade de materializar a minha ideia chegou com o eixo da foto. Mandei soldar duas esferas de um diâmetro preciso nas extremidades de um tubo de um diâmetro inferior que o das esferas. Em sabendo o comprimido preciso from esfera á esfera eu alinhei as duas esferas de maneira que o centro das duas era coaxial com o axis do eixo.
Falta um conhecimento de trigonometria elementar e as medidas de esfera ao lado oposto da parte cônica de fação perpendicular para poder medir a conicidade e o diâmetro preciso á qualquer altura. Em utilizado o mesmo principio era possível medir a conicidade interior (parte do rotor correspondente ao eixo). Assim quando mais tarde numa ordem de um numero de eixos e rotores que se montavam por meio de conicidade conseguimos bons resultados e ganhamos tempo porquê o contato entre as surfaces era quase perfeito e não precisou muito trabalho como antes para conseguir o contacto 95% especificado.
Mais tarde eu ganhei um patente de U.S. 4,777,731 em Oct. 18 e um Canadense 1278678 em Jan. 8 1991.
8. Os espigões. Solução simples para medir com precisão.
Os espigões são protrusões ou recessos de pequena altura ou profundidade que normalmente facilitem a montagem entre as peças envolvidas (i.e entre eixos ou eixo e rotor de turbina ou rotor de gerador) para conservar o alinhamento entre estas peças Por isso também tem tolerâncias muito apertadas mas por caso da altura ou a profundidade do espigão é difícil para medir los especialmente durante a usinagem no torno horizontal. Ja renho a solução simples.
Falta somente fabricar um simples aparelho para tomar a medida.
9.A historia de fabricação do rotor da turbina Francis.
Poderia construir a historia de fabricação de rotores desde 1977 que eu fui envolvido neles. Se fabricavam inteiros de ferro fundido ou em duas partes que eram soldadas entre elas e nos mais grandes rotores as pas eram independentes e se soldavam numa montagem de rotor aonde a corona e a cinta eram pre-usinadas e independentes.Nos primeiros dois casos as pas eram fundidas mais longas no bordo de saída da água. Depois de uma inspeção visual fazíamos de reparações necessárias, mediamos as aberturas no bordo de saída e a espessura e decidíamos cortar o necessário para conseguir a abertura calculada e fazíamos uma reparação preliminar da passagem da água antes de fazer um tratamento térmico e a usinagem preliminar. Depois verificávamos o bordo de entrada das pas com gabaritos e fazíamos o acabamento final das aberturas no bordo de saída o angulo no bordo da entrada e o acabamento final na passagem da água segundo as especificações. Em todas as pas no bordo da entrada aonde a água fazia mais dano havia um recesso aonde se depositava um layer de aço inoxidável.
Nos rotores mais grandes as pas eram independentes, feitas de ferro fundido e a surface delas era controladas por meio de um gabarito. A corona e a cinta eram pre-usinadas e se colocavam num setup concêntricas e na própria altura. As pas se inseriam no setup entre limites predeterminados e se controlavam também com uma assemblagem de dois gabaritos, um no bordo de saída (vertical) e o outro no distributor de baixo (horizontal). Estes dois gabaritos eram numa posição idêntica de dois das cinco chapas do gabarito de controle do perfil das pas quando eram independentes. Depois de soldar as pas o processo era o mesmo como a etapa anterior. Nesta segunda parte que se pode considerar mais precisa que a primeira, a precisão ainda sofria porquê as pas não eram idênticas e a posição da pa no bordo de entrada se media em usando uma linha imaginaria como a linha actual da pa no bordo de entrada.
Nas duas últimas décadas do seculo passado começamos com as pas completamente usinadas. As pas, completamente de aço inoxidável se usinavam num perfil quase perfeito por meio de um programa de computador. O processo de fabricação, pelo menos ate os meus dias de serviço la, era o mesmo como antes. (marcado os limites da posição da pa, imaginar a linha correspondente da pa no bordo da entrada, utilizar o gabarito nas duas posições, imperfeição dos gabaritos especialmente nos rotores muito grandes).
10. como eu poderia contribuir efeticamente na fabricação de um roto Francis e excluir os gabaritos na fabricação e na obra.Eu poderia contribuir nesta area em utilizando um sistema óptico de medir de coordenadas (teodolito), sem gabaritos, colocar as pas com mais precisão de fação uniforme. isto é mais preciso, talvez mais barato e com um pouco de imaginação poderia se utilizar para reparar as pas no lugar de funcionamento, sem gabaritos em utilizado o braço robótico.