Pochopení prasklých rotorů

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to prasklý rotor?

A prasklý rotor je rotor nebo rotující hřídel, u které se vyvinula únavová trhlina – lom šířící se materiálem v důsledku cyklického namáhání. To je v podstatě totéž jako prasklina v hřídeli ale klade důraz na celou sestavu rotoru, nikoli pouze na hřídelový prvek. Prasklé rotory jsou extrémně nebezpečné, protože se trhlina může šířit z malé, nedetekovatelné vady do úplného katastrofického zlomu během několika dní nebo týdnů po odhalení. vibrace monitorování.

Charakteristickým vibračním projevem prasklého rotoru je výrazný 2× (druhá harmonická) složka, která roste s šířením trhliny a je výsledkem dvojnásobné změny tuhosti hřídele za otáčku, když se trhlina během otáčení otevírá a zavírá.

Jak vznikají trhliny v rotorech

Místa iniciace trhlin

Trhliny téměř vždy začínají při koncentracích napětí:

• Drážky pro pera: Ostré rohy na koncích drážek pro pero (nejčastější místo vzniku)
• Změny průměru: Ramena, kroky nebo přechody
• Závitové sekce: Kořeny závitů vytvářející koncentraci napětí
• Otvory a křížové vrtání: Pro olejové kanály nebo montáž
• Lisovací okraje: Přesahové uložení vytvářející zbytkové napětí
• Svary: Tepelně ovlivněné zóny a paty svarů
• Korozní jámy: Povrchové vady z koroze
• Značky obrábění: Stopy po nástroji, zejména pokud jsou kolmé k namáhání

Proces růstu trhlin

1. Tvorba mikrotrhlin: Zahájeno při koncentraci napětí, obvykle < 1 mm
2. Pomalé šíření: Trhlina se s každým cyklem napětí postupně zvětšuje (může to trvat roky)
3. Akcelerace: S růstem trhliny se zvyšuje intenzita napětí, rychlost růstu se zrychluje
4. Detekovatelná fáze: Trhlina 10-30% skrz průměr, objevuje se 2× vibrace
5. Kritická velikost: Zbývající materiál nedostatečný k unesení nákladu
6. Katastrofická zlomenina: Náhlé, úplné selhání hřídele

Charakteristický vibrační podpis 2X

Proč praskliny způsobují dvojnásobné vibrace

Mechanismus dýchacích trhlin:

• Uzavřená trhlina (komprese): Když je oblast trhliny v tlaku (spodní část otáčení pro horizontální hřídel), plochy trhliny se dotýkají, tuhost hřídele je vyšší.
• Otevření trhliny (napětí): Když je trhlina v tahu (vrchol otáčení), trhlina se otevře, tuhost hřídele se sníží
• Dvakrát za revoluci: Tuhost se mění dvakrát za otáčku (jednou, když je trhlina orientována nahoru, jednou, když je orientována dolů)
• 2× Vynucení: Změna tuhosti při 2× frekvenci vytváří 2× vibrační odezvu
• Růst amplitudy: S růstem trhliny se zvyšuje asymetrie tuhosti, zvyšuje se 2× amplituda

Vibrační charakteristiky

• Primární indikátor: 2× složka se objevuje a v průběhu času roste
• 1× Změny: Vibrace 1× se mohou také zvýšit, protože trhlina vytváří zbytkové prohnutí
• Vyšší harmonické: 3×, 4× se může objevit, jakmile se trhlina stává silnější
• Fáze Chování: Fázové úhly se mohou během rozjezdu/dojezdu měnit jinak než u nevyváženost
• Teplotní citlivost: 2× amplituda se může měnit s teplotou hřídele (což ovlivňuje otevření trhliny)

Detekce a diagnostika

Monitorování vibrací

Trendový poměr 2X/1X

• Monitorujte poměr 2× amplitudy k 1× amplitudě
• Normální strojní zařízení: 2×/1× < 0.2-0.3
• Podezření na trhlinu: 2×/1× > 0,5 a rostoucí
• Potvrzená trhlina: 2×/1× blížící se nebo přesahující 1,0
• Nouzový stav: 2×/1× > 2,0, doporučuje se okamžité vypnutí

Testování přechodových jevů

• Bodeho grafy během rozjezdu/dojezdu
• Prasklý rotor vykazuje neobvyklé chování 2×
• Může dojít k pozorování dvou vrcholů v polovině každého z nich kritická rychlost
• Fázové změny se liší od normální odezvy na nevyváženost

Nedestruktivní zkoumání

• Magnetická prášková kontrola (MPI): Detekuje povrchové a blízkopovrchové trhliny
• Penetrační barvivo: Vizuální detekce povrchových trhlin
• Ultrazvukové testování (UT): Detekuje vnitřní trhliny
• Vířivé proudy: Detekce povrchových trhlin bez kontaktu
• Radiografie: Detekce vnitřních trhlin v kritických součástech

Reakce na mimořádné události

Při detekci podezření na trhlinu

1. Zvýšení monitorování: Od měsíčního po denní nebo nepřetržitý
2. Snížení provozní náročnosti: Pokud je to možné, snižte rychlost nebo zatížení
3. Naplánujte okamžitou inspekci: Naplánujte si NDT vyšetření co nejdříve
4. Příprava na vypnutí: Mějte objednanou náhradní hřídel, naplánujte postup opravy
5. Posouzení rizik: Vypočítejte dobu do potenciálního selhání na základě rychlosti růstu

Pokud se crack potvrdí

• Okamžité vypnutí: Pokud posouzení rizik neprokáže bezpečné pokračování provozu po stanovenou dobu
• Bez restartu: Dokud se hřídel nevymění nebo neopraví
• Výměna hřídele: Nejspolehlivější řešení
• Analýza hlavní příčiny: Zjistěte, proč vznikla trhlina, aby se zabránilo jejímu opětovnému výskytu.

Preventivní strategie

Design

• Eliminujte nebo minimalizujte koncentrace stresu
• Použijte velké poloměry zaoblení (R > 0,1 × průměr)
• Pokud je to možné, vyhněte se drážkám pro pero; použijte přesahové uložení
• Správný výběr materiálu a tepelné zpracování
• Povrchové úpravy (kuličkování, nitridace) pro zlepšení odolnosti proti únavě

Operace

• Udržujte si dobré kvalita rovnováhy (minimalizace cyklického ohybového napětí)
• Přesnost zarovnání (snížení ohybových momentů)
• Vyhněte se provozu při kritických rychlostech
• Zabraňte překročení rychlosti
• Kontrolujte tepelné namáhání správným zahříváním/ochlazováním

Údržba

• Pravidelné monitorování vibrací s 2× sledováním trendů
• Pravidelná NDT kontrola (ročně nebo dle posouzení rizik)
• Zabraňte korozi (chrání před vznikem bodové koroze)
• Udržujte nízké vibrace (snižuje cyklické namáhání)

Prasklé rotory představují jeden z nejkritičtějších režimů selhání u rotačních strojů. Kombinace monitorování vibrací (detekce charakteristického 2× nárůstu signature) a pravidelné nedestruktivní kontroly poskytuje nezbytnou ochranu, která umožňuje detekci před katastrofickým selháním a plánovanou výměnu hřídele, která zabraňuje rozsáhlému sekundárnímu poškození a bezpečnostním rizikům.

---

← Zpět na hlavní index