Разбиране на пукнатините във валовете на въртящи се машини

Устройства

Преносим балансьор и виброанализатор Balanset-1A

$2,358.31

Части

Сензор за вибрации

$107.47

Части

Оптичен сензор (лазерен тахометър)

$148.07

Устройства

Balanset-4

$8,123.32

Части

Магнитна стойка с размер 60 kgf

$54.93

Части

Рефлективна лента

$11.94

Устройства

Динамичен балансьор "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Определение: Какво е пукнатина във вала?

A пукнатина на вала е фрактура или прекъсване във въртящ се вал, което се развива от умора, концентрация на напрежение или дефекти на материала. Пукнатините обикновено започват от повърхността и се разпространяват навътре, перпендикулярно на посоката на максималното напрежение на опън. При въртящите се машини пукнатините във валовете са изключително опасни, защото могат да прогресират от малък, неоткриваем дефект до пълно счупване на вала за часове или дни, което потенциално може да причини катастрофална повреда на оборудването.

Пукнатините на вала създават отличителни вибрация сигнатури, особено характерен 2× (два пъти на оборот) компонент, който се появява с развитието на пукнатината. Ранно откриване чрез анализ на вибрациите е от решаващо значение за предотвратяване на пълна повреда на вала и свързаните с това рискове за безопасността.

Чести причини за пукнатини във валовете

1. Умора от циклични натоварвания

Най-честата причина, особено при въртящи се машини:

• Умора от огъване: Въртящият се вал с неравномерна твърдост или натоварвания създава циклично напрежение на огъване
• Торсионна умора: Осцилиращ въртящ момент в валовете за предаване на мощност
• Високоциклична умора: Милиони цикли на напрежение се натрупват през годините на експлоатация
• Концентрация на стрес: Шпонкови канали, отвори, заоблени части и геометрични прекъсвания концентрират напрежението

2. Условия на работа

• Прекомерно Дисбаланс: Високите центробежни сили създават напрежение на огъване
• Несъответствие: Огъващите моменти от несъосност ускоряват умората
• Резонансна операция: Работещи на или близо до критични скорости създава големи отклонения
• Претоварване: Работа извън проектните граници
• Термично напрежение: Бързи цикли на нагряване/охлаждане или термични градиенти

3. Материални и производствени дефекти

• Включени материали: Шлака, кухини или чужди материали в материала на вала
• Неправилна термична обработка: Недостатъчно закаляване или отпускане
• Дефекти при обработката: Следи от инструменти, вдлъбнатини или драскотини, създаващи повишаване на напрежението
• Корозионна точкова корозионна ... Повърхностна корозия, създаваща места за образуване на пукнатини
• Фретиране: При пресовани интерфейси или шпонкови канали

4. Оперативни събития

• Събития с превишаване на скоростта: Аварийно или случайно превишаване на скоростта, създаващо високи напрежения
• Силни триене: Контакт, генериращ топлина и локална концентрация на напрежение
• Ударно натоварване: Внезапни натоварвания от технологични смущения или механични удари
• Предишни ремонти: Заваряване или машинна обработка, въвеждащи остатъчни напрежения

Вибрационни симптоми на пукнат вал

Характеристичният 2× компонент

Отличителната вибрационна сигнатура на пукнат вал е ясно изразен 2× (втора хармонична) компонент:

Защо се развива 2× вибрация

• Пукнатина се отваря и затваря два пъти на оборот, докато валът се върти
• Когато пукнатината е под налягане (дъното на въртене), коравината е по-висока
• Когато пукнатината е под напрежение (в горната част на въртене), пукнатината се отваря, коравината е по-ниска
• Тази промяна на твърдостта два пъти на оборот създава 2× форсиране
• 2× амплитудата се увеличава с разпространението на пукнатината и нарастването на асиметрията на коравината

Допълнителни индикатори за вибрации

• 1× Промени: Постепенно увеличаване на 1× вибрациите от променената твърдост и остатъчната извивка
• По-високи хармоници: 3×, 4× може да се появи с увеличаване на тежестта на пукнатините
• Фазови промени: Фазовият ъгъл се променя по време на стартиране/инерция или при различни скорости
• Поведение, зависимо от скоростта: Вибрацията може да се променя нелинейно със скоростта
• Температурна чувствителност: Вибрацията може да е свързана с термично разширение при отваряне/затваряне на пукнатина

Характеристики на стартиране/износване

• 2× компонентът показва необичайно поведение по време на преходни процеси
• Може да покаже два пика в Диаграма на Боде (при 1/2 от всяка критична скорост)
• Фазовите промени на 1× компонента могат да се различават от нормалната реакция на дисбаланс

Методи за откриване

Мониторинг на вибрациите

Анализ на тенденциите

• Следете съотношението 2X/1X с течение на времето
• Постепенното увеличаване на амплитудата 2× е предупредителен знак
• Съотношение 2X/1X > 0,5 налага разследване
• Внезапни промени във вибрационния модел са подозрителни

Спектрален анализ

• Редовен Бързо преобразуване (FFT) анализ, показващ хармоници
• Сравнете текущите с историческите базови спектри
• Следете за поява или растеж на 2× пик

Анализ на преходни процеси

• Водопадни парцели по време на стартиране/инерция
• Диаграми на Боде, показващи амплитуда и фаза спрямо скоростта
• Необичайно поведение при критични скорости

Невибрационни методи

1. Магнитно-прашкова инспекция (MPI)

• Открива повърхностни и почти повърхностни пукнатини
• Изисква достъпна повърхност на вала
• Висока надеждност за откриване на пукнатини
• Част от рутинните проверки по поддръжката

2. Ултразвуково изпитване (UT)

• Открива вътрешни и повърхностни пукнатини
• Може да открие пукнатини, преди да причинят вибрационни симптоми
• Изисква специализирано оборудване и обучен персонал
• Препоръчва се за критични шахти

3. Инспекция с проникващо багрило

• Прост метод за откриване на повърхностни пукнатини
• Изисква почистване и подготовка на повърхността
• Полезно за достъпни зони по време на прекъсвания

4. Тестване с вихрови токове

• Безконтактно откриване на повърхностни пукнатини
• Подходящ за автоматизирана инспекция
• Ефективен върху немагнитни и магнитни материали

Реакция и коригиращи действия

Незабавни действия при откриване

1. Увеличете честотата на мониторинг: От месечно до седмично или ежедневно
2. Намалете оперативната тежест: Намалете скоростта или натоварването, ако е възможно
3. Прекратяване на плана: Планирайте ремонт или подмяна при първа безопасна възможност
4. Извършете безразборно изследване (NDE): Потвърдете наличието на пукнатина и оценете тежестта ѝ
5. Оценка на риска: Определете дали продължаването на работата е безопасно

Дългосрочни решения

• Подмяна на вал: Най-надеждното решение за потвърдени пукнатини
• Ремонт (ограничени случаи): Някои пукнатини могат да бъдат отстранени чрез машинна обработка и заваряване (изисква се експертна оценка)
• Анализ на първопричините: Определете защо се е развила пукнатина, за да предотвратите повторно появяване
• Модификации на дизайна: Справяне с концентрациите на напрежение, подобряване на избора на материали, промяна на работните условия

Стратегии за превенция

Фаза на проектиране

• Премахнете острите ъгли и концентрациите на напрежение
• Използвайте големи радиуси на заобляне при промени в диаметъра
• Посочете подходящи материали за нивата на напрежение и околната среда
• Извършете анализ на напреженията с крайни елементи
• Приложете повърхностни обработки (дробеструйка, азотиране) за подобряване на устойчивостта на умора

Оперативна фаза

• Поддържайте добро балансирано качество за минимизиране на цикличното напрежение на огъване
• Осигурете прецизно подравняване
• Избягвайте работа при критични скорости
• Предотвратяване на превишаване на скоростта
• Контролирайте термичните напрежения чрез правилно загряване/охлаждане

Фаза на поддръжка

• Редовни инспекции с използване на подходящи методи за безразрушителен контрол (NDE)
• Програми за отчитане на вибрациите за ранно откриване на симптоми
• Периодично балансиране за минимизиране на напреженията от умора
• Предотвратяване на корозия и поддръжка на покритията

Пукнатините във валовете представляват една от най-сериозните потенциални повреди във въртящите се машини. Комбинацията от мониторинг на вибрациите (за откриване на характерни 2× сигнатури) и периодичен безразрушителен контрол осигурява най-добрата стратегия за ранно откриване на пукнатини, което позволява планирана поддръжка преди настъпване на катастрофална повреда.

---

← Обратно към основния индекс