Какво е изкривяване на вала? Причини, откриване и коригиране • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е изкривяване на вала? Причини, откриване и коригиране • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е извиване на вала? Причини, откриване и коригиране

Публикувано от admin на

Разбиране на извивката на вала във въртящи се машини

Определение: Какво е лък с вал?

Двигател на вала (наричано още огъване на вала, извиване на ротора или просто “извиване”) е състояние, при което ротор валът е развил постоянна или полупостоянна кривина, което води до отклонение от правата централна линия. За разлика от временните изтичане което може да е причинено от хлабав компонент или ексцентричен монтаж, извивката на вала представлява действителната деформация на самия материал на вала.

Валът на лъка произвежда вибрация симптоми, които повърхностно наподобяват дисбаланс, но това не може да се коригира чрез конвенционални методи балансиране процедури. Това прави правилната диагноза критична, за да се избегне загубата на време при опит за балансиране на извит вал.

Видове лъкове с вал

Извивката на вала може да бъде категоризирана въз основа на причината и продължителността ѝ:

1. Постоянен механичен лък

Това е пластична (трайна) деформация на материала на вала, причинена от:

  • Механично претоварване или удар
  • Неправилно повдигане или боравене по време на поддръжка
  • Изпускане на ротора
  • Прекомерно напрежение на огъване по време на работа
  • Производствени дефекти или неправилна термична обработка

След като валът се е огънал (трайно се е деформирал), дъгата остава непроменена, дори когато валът е в покой и всички товари са отстранени.

2. Термична дъга (преходна)

Нарича се още термична дъга или горещ лък, това е временно състояние, причинено от неравномерно нагряване на вала. Нагрятата страна се разширява повече от студената страна, създавайки временна извивка. Причините включват:

  • Асиметрични източници на топлина (горещ технологичен флуид от едната страна, охлаждащ въздух от другата)
  • Нагряване на лагера от триене от едната страна на вала
  • Роторът се трие, генерирайки локализирано нагряване
  • Слънчево отопление на външно оборудване
  • Неправилни процедури за загряване на големи турбини

Термичната извивка обикновено изчезва, когато валът се охлади равномерно или когато се достигне термично равновесие. Повтарящите се цикли на термична извивка обаче могат евентуално да доведат до трайно втвърдяване.

3. Лък за остатъчно напрежение

Вътрешните остатъчни напрежения от заваряване, термична обработка или производствени процеси могат да доведат до бавно извиване на вала с течение на времето, особено когато е подложен на работни температури или механични натоварвания, които водят до облекчаване на напрежението.

Причини за извиване на вала

Разбирането на първопричините помага за предотвратяване на изкривяването на вала и насочва коригиращи действия:

Механични причини

  • Претоварване: Работа при товари, надвишаващи проектните граници
  • Неправилно съхранение: Съхраняване на шахти хоризонтално без подходяща опора, което води до провисване с течение на времето
  • Неправилно боравене: Повдигане за шахтата, вместо за обозначените точки за повдигане
  • Инцидент или удар: Падане, сблъсък или повреда от чужд предмет
  • Заклинване на лагера: Заседнал лагер може да доведе до огъване на вала под действието на задвижващия момент

Термични причини

  • Неравномерно нагряване: Неравномерно разпределение на температурата по обиколката на вала
  • Бързи температурни промени: Термичен шок по време на стартиране или изключване
  • Горещи точки: Локализирано нагряване от триене, протриване или условия на процеса
  • Недостатъчно загряване: Твърде бързо стартиране на студени турбини или големи машини
  • Процедури за изключване: Спиране на въртенето на горещ вал преди охлаждане (термично провисване)

Материални и производствени причини

  • Лошо качество на материалите: Включвания, кухини или нееднородности на материала
  • Неправилна термична обработка: Остатъчни напрежения от закаляване или отпускане
  • Изкривяване при заваряване: Асиметрично заваряване, създаващо остатъчни напрежения
  • Напрежения при обработка: Напрежения, причинени по време на производството

Как валът причинява вибрации

Извитият вал създава вибрации чрез два механизма:

1. Геометричен дисбаланс

Когато извит вал се върти, извитата му централна линия очертава конус или друга некръгла траектория. Дори ако разпределението на масата на ротора е перфектно балансирано, извитата геометрия създава ексцентрично въртяща се маса, която генерира центробежни сили, произвеждайки 1X вибрация (вибрация с честотата на въртене на вала).

2. Моментно натоварване на лагерите

Кривината създава огъващи моменти, които се предават на лагерите, причинявайки колебания в натоварванията на лагерите и вибрации.

Откриване на вал с лък

Разграничаването на извивката на вала от истинския дисбаланс на масата е от решаващо значение за ефективното отстраняване на неизправности:

Сравнение на симптомите: Лък срещу Дисбаланс

Характеристика Дисбаланс Стрела с лък
Честота на вибрациите 1X скорост на бягане 1X скорост на бягане
Фазова връзка Последователен, един и същ по всяко време Може да се промени по време на загряване
Бавно търкаляне на вибрациите Настоящо (пропорционално на скоростта²) Присъства и често е значителен дори при много ниска скорост
Отговор на балансирането Намаляване на вибрациите чрез правилно балансиране Минимално или никакво подобрение; може да се влоши
Термична чувствителност Относително стабилен при промяна на температурата Значителни промени по време на загряване/охлаждане
Измерване на биене Ниско, когато роторът е в покой Високо биене дори в покой (постоянно извиване)

Диагностични тестове

1. Измерване на бавно търкаляне

Завъртете вала много бавно (обикновено 5-10% работна скорост) и измерете изтичане с датчик за близост или индикаторен часовник. Голямото биене при бавно търкаляне показва изкривяване на вала или механично биене, а не дисбаланс (който произвежда сила, пропорционална на квадрата на скоростта).

2. Фазово изместване при изключване

Вибрацията на монитора фазов ъгъл когато машината се изключи. Истинският дисбаланс поддържа постоянна фаза, независимо от скоростта. Извит вал може да показва фазови промени, особено когато се охлажда.

3. Тест с термична дъга

При съмнение за термична деформация, следете вибрациите по време на стартиране и загряване. Термичната деформация обикновено показва нарастващи вибрации с загряването на машината, след което може да се стабилизира или намали с достигане на термично равновесие.

4. Проверка за биене извън машината

Извадете ротора, подпрете го на V-образни блокове или струг и го завъртете бавно, докато измервате радиалното биене с индикаторен часовник. Значителното биене (обикновено > 0,001″ или 25 µm) потвърждава трайно изкривяване.

5. Визуална проверка

При големи шахти, визуалното наблюдение по дължината на шахтата или използването на оптични методи (лазерно центриране) може да разкрие видима извивка.

Методи за корекция

Подходящата корекция зависи от тежестта и вида на извивката:

За постоянен механичен лък

1. Изправяне на вал

За лек до умерен лък (обикновено < 0,005" или 125 µm), валът понякога може да бъде изправен на студено или горещо с помощта на хидравлични преси. Това изисква специализирано оборудване и квалифицирани техници. Валът се поддържа и внимателно се натоварва, за да се деформира пластично обратно към праволинейното си положение.

2. Облекчаване на термичното напрежение

Термично обработете вала, за да облекчите остатъчните напрежения, потенциално намалявайки или елиминирайки изкривяването, причинено от причини, свързани с напрежението. Това изисква подходящо оборудване на пещта и контрол на процеса.

3. Подмяна на вала

При силно изкривяване или в критични приложения, подмяната често е най-надеждното решение. Цената на нов вал трябва да се прецени спрямо времето на престой и риска от неуспешни опити за изправяне.

4. “Балансиране около лъка”

В някои случаи, особено за големи турбини, могат да се изчислят и монтират коригиращи тежести, за да се противодейства на ефекта на извивката. Това не поправя извивката, но минимизира вибрациите. Този подход има ограничения и обикновено е временно решение.

За термична лък

1. Промени в оперативната процедура

  • Прилагайте процедури за бавно загряване
  • Поддържайте непрекъсната работа на въртящото се зъбно колело по време на изключване, за да предотвратите термично провисване
  • Контролирайте по-внимателно подаването на пара или температурата на технологичните флуиди
  • Осигурете симетрично отопление/охлаждане

2. Модификации на дизайна

  • Добавете изолация, за да намалите температурните градиенти
  • Инсталирайте отоплителни ризи за равномерно загряване
  • Подобрете охладителната система, за да осигурите равномерно разпределение на температурата

3. Работа със завъртаща се предавка

При големи турбини, по време на загряване и охлаждане, задействайте въртящото се зъбно колело (задвижване с ниска скорост), за да завъртите вала и да предотвратите образуването на топлинна дъга.

Стратегии за превенция

Предотвратяването на изкривяването на вала е много по-лесно от коригирането му:

Проектиране и производство

  • Използвайте подходящи процедури за термична обработка, за да сведете до минимум остатъчните напрежения
  • Проектирайте адекватна твърдост на вала за приложението
  • Посочете подходящи материали за топлинната среда

Монтаж и поддръжка

  • Винаги повдигайте роторите, използвайки обозначените точки за повдигане, никога за вала
  • Съхранявайте резервните ротори с подходяща опора, за да предотвратите провисване
  • Избягвайте механични удари по време на работа
  • Проверявайте периодично праволинейността на вала (годишно или по график на производителя)

Операция

  • Следвайте процедурите на производителя за загряване и изключване
  • Избягвайте резки температурни промени
  • Следете за признаци на термична извивка по време на стартиране
  • Разследвайте всички необясними промени във фазата на вибрациите

Въздействие върху процедурите за балансиране

Опитът за балансиране на извита шахта обикновено е безполезен и може да бъде контрапродуктивен:

  • Неефективни корекции: Балансиращите тежести, изчислени за масов дисбаланс, няма да коригират геометричния извивка.
  • Маскиране на проблема: Частично успешното “балансиране” на извит вал може временно да намали вибрациите, но да остави основния проблем нерешен
  • Загубено време: Многократни итерации на балансиране без успех показват необходимостта от проверка за изкривяване
  • Потенциални щети: Добавянето на големи коригиращи тежести към извит вал може да увеличи напреженията и да причини допълнителни повреди.

Най-добра практика: Винаги проверявайте за изкривяване на вала, преди да започнете процедурите по балансиране, особено ако роторът има история на работа, термични събития или необясними проблеми с вибрациите.

← Обратно към основния индекс

Категории:
WhatsApp