Разбиране на несъосността на валовете във въртящи се машини
Несъосност на вала е състояние, при което осите на въртене на два или повече свързани вала не са на една линия, когато машината работи при нормални експлоатационни условия. Наред с дисбаланс, това е една от най-честите причини за преждевременна повреда на машините, което води до вибрация, което води до повреда на лагерите и уплътненията и до загуба на енергия. Целта на прецизното центриране е да се доближат осевите линии на валовете колкото се може повече до една линия, в рамките на определена допусната грешка, при температурата и натоварването, при които машината действително работи.
1. Видове несъосност
Несъответствието се категоризира в два основни типа, въпреки че в повечето реални случаи е налице комбинация от двата.
Паралелно несъосност (отклонение)
Паралелно несъосност възниква, когато осите на двата вала са успоредни една на друга, но са разместени на известно разстояние. Представете си, че единият вал е разположен по-високо или по-ниско от другия (вертикално разместване) или е изместен встрани (хоризонтално разместване). Осите никога не се пресичат; те просто минават една до друга.
Ъглово несъответствие
Ъглово несъосност възниква, когато двата вала са разположени под ъгъл един спрямо друг. Техните оси се пресичат в съединителя, но не лежат на една и съща линия, което води до образуването на „пролука“ в съединителя, която е по-широка от едната страна в сравнение с другата.
Комбинирано несъосност
Това е най-често срещаният случай на практика: валовете страдат едновременно от успоредно и ъглово несъосност. При реалните машини почти никога не се наблюдава само един от двата вида несъосност, поради което изравняването се извършва едновременно както във вертикалната, така и в хоризонталната равнина.
2. Характерните вибрации при несъосност
Неправилното подреждане създава много характерна следа, която анализаторът може да разпознае в Бързо преобразуване (FFT) спектър:
- Основен показател (2×): типичният признак е връх с голяма амплитуда точно при 2× скоростта на въртене (втори ред). Силите, причинени от несъосността, въздействат върху валовете и съединител до два цикъла на огъване на оборот, така че енергията се концентрира двойно работна скорост.
- Силни аксиални вибрации: неправилното подреждане често води до силни аксиални вибрации (успоредно на вала). Високият 2× пик в аксиална посока е един от най-силно изразените показатели.
- Други хармоници (1×, 3×, 4×): макар че 2× е основният фактор, несъосността може да повлияе и на компонента 1×, а при тежки случаи — особено при успоредно отклонение — се получават по-високи хармоници като например 3× и 4×.
- Честоти, характерни за съединителя: Някои съединители, когато са износени или подложени на натоварване поради несъосност, генерират вибрации при своите характерни честоти.
Спектър, показващ 2× пик, който е 50% или повече от 1× пика, особено когато е съпътстван от силни аксиални вибрации, е типичен пример за несъосност. Тъй като 1× компонентът също може да бъде повишен, несъосността лесно може да бъде объркана с дисбаланс; решаващите признаци са относителният размер на 2× пика и силата на аксиалното отклонение. Потвърждаване на диагнозата с фаза измерванията по цялата дължина на съединителя премахват неяснотата — при несъосно поставени машини обикновено се наблюдава аксиална фазова разлика от около 180° между двете страни на съединителя.
3. Чести причини за неправилно подреждане
Неправилното подреждане може да е налице още от деня на монтажа или да се появи постепенно по време на експлоатацията.
- Неправилен монтаж: най-честата причина е просто липсата на прецизно центриране при първоначалната настройка на машината.
- Топлинен растеж: когато машините се загряват от стайна до работна температура, техните компоненти се разширяват. Двигателят може да се издигне нагоре, а корпусът на помпата – да се разшири, което води до изкривяване на валовете. При доброто изравняване на студено машините се разполагат умишлено под ъгъл, така че при загряване в изравняване при нагряване — ето защо компенсация на термичното разширение е заложено в целевите показатели.
- Напрежение на тръбите: Силите, възникващи в резултат на недостатъчно подкрепени входни или изходни тръбопроводи, могат да нарушат успоредното разположение на помпата или компресора спрямо задвижващия механизъм — проблем, който често среща в преработвателната промишленост.
- Основни въпроси: слаб или напукан фундамент или разхлабени анкерни болтове позволяват на машината да се измести с течение на времето. Неадекватни твърдост на основата също така позволява изместване на успоредността при натоварване.
- Меко стъпало: състояние, при което една от опорите не стои плътно върху основата, което води до изкривяване или деформиране на рамката на машината при затягане на болтовете. Меко стъпало трябва да бъде коригирано, за да може подравняването да се запази.
4. Защо е от решаващо значение да се коригира неправилното подреждане
Работата с неправилно центрирана машина води до сериозни последствия:
- Отказ на лагера и уплътнението: високите циклични натоварвания върху валовете се прехвърлят директно върху лагерите и уплътненията, което води до преждевременната им повреда — често срещана основна причина за повтарящи се дефекти на лагерите.
- Отказ на съединителя: Съединителите са конструирани така, че да понасят леко несъосност, но прекомерната несъосност води до износване и бърза повреда.
- Умора на вала: повторното огъване на валовете може да доведе до умора да се появят пукнатини и в крайна сметка да доведе до повреда на вала.
- Повишено потребление на енергия: значителна част от енергията се губи под формата на топлина и вибрации, вместо да се използва за полезна работа.
5. Коригиране и проверка на изравняването
Прецизно центриране — с помощта на индикатори с циферблат или лазерно центриране на валове системите — е в основата на всяка ефективна програма за надеждност и поддръжка. Корекцията обикновено се извършва чрез добавяне или премахване на калибрирани подложки под краката и чрез хоризонтално преместване на машината, като необходимите премествания се изчисляват въз основа на измереното отклонение и ъгловата деформация; а калкулатор за дебелината на подложките превръща показанията на индикатора в точния набор от подложки за всеки фут, както и допустимо отклонение при центриране Сравнението потвърждава дали резултатът е приемлив за дадената скорост.
Работата не приключва със съединяването. След центрирането машината трябва да бъде проверена отново чрез вибрационно измерване, за да се потвърди, че нивата на 2× пиковата и аксиалната вибрация са спаднали. Тук се използва преносим двуканален анализатор на вибрации като например Балансет-1а е безценен: той улавя спектъра „преди и след“ и фазата на кръстосано взаимодействие, като потвърждава, че корекцията действително е намалила силите на несъосността, а не просто ги е преместила. Тъй като дисбалансът и несъосността често съпътстват един друг, същият уред може след това да коригира всяко останало 1× чрез балансиране на полето когато връзката е вярна — като общата тежест се оценява спрямо съвременните ISO 20816-3 граници (стандартът, който замени ISO 10816-3).
