Pochopení nesouososti hřídelí u rotačních strojů

Definice: Co je to nesouosost?

Nesouosost hřídele je stav, kdy středové osy otáčení dvou nebo více spřažených hřídelí nejsou kolineární, když stroj běží za normálních provozních podmínek. Spolu s nevyvážeností je to jedna z nejčastějších příčin předčasného selhání strojů, která vede ke zvýšeným vibracím, poškození ložisek a těsnění a nadměrné spotřebě energie. Cílem přesného ustavení je co nejpřesnější zarovnání středových os hřídelí v rámci stanovených tolerancí.

Typy nesouososti

Nesprávné zarovnání se dělí na dva hlavní typy, ačkoli ve většině reálných případů je přítomna kombinace obou.

1. Rovnoběžné vychýlení (nebo odsazení)

K rovnoběžnému vychýlení dochází, když jsou středové osy dvou hřídelí vzájemně rovnoběžné, ale jsou posunuty o určitou vzdálenost. To lze znázornit tak, že jedna hřídel je výše nebo níže (vertikální posunutí) nebo dále na jednu stranu (horizontální posunutí) než druhá.

2. Úhlové vychýlení

K úhlovému vychýlení dochází, když jsou dva hřídele vůči sobě v úhlu. Jejich středové osy se protínají v bodě spojení, ale nejsou ve stejné linii. To vytváří „mezeru“ ve spojení, která je na jedné straně širší než na druhé.

3. Kombinované nesouosost

Toto je nejběžnější scénář, kdy hřídele trpí současně paralelním i úhlovým nesouosím.

Vibrační podpis nesouososti

Nesprávné zarovnání generuje velmi zřetelný vibrační podpis, který lze identifikovat ve spektru FFT:

• Primární indikátor (2x): Nejběžnějším a klasickým znakem nesouososti je vibrační vrchol s vysokou amplitudou přesně v 2x rychlost otáčení (2. řád)Je to proto, že síly způsobené nesouosostí vystavují hřídele a spojku dvěma ohybovým cyklům na otáčku.
• Vysoké axiální vibrace: Nesprávné vyrovnání často způsobuje silné vibrace v axiální směru (rovnoběžně s hřídelí). Vysoký 2x vrchol v axiálním směru je velmi silným indikátorem nesouososti.
• Ostatní harmonické (1x, 3x, 4x): I když je primárním indikátorem 2x, nesouosost může také vyvolat frekvenci provozní rychlosti 1x. Vážná nesouosost, zejména paralelní posun, může také generovat vyšší harmonické, jako jsou 3x a 4x.
• Specifické frekvence pro vazbu: Některé typy spojek mohou při opotřebení nebo namáhání v důsledku nesouososti generovat vibrace na svých charakteristických frekvencích.

Vibrační spektrum vykazující vrchol 2x, který je 50% nebo více než vrchol 1x, zejména je-li doprovázen vysokými axiálními vibracemi, je učebnicovým případem nesouososti.

Časté příčiny nesouososti

Nesprávné vyrovnání může být přítomno již od počáteční instalace nebo se může vyvinout v průběhu času.

• Nesprávná instalace: Nejčastější příčinou je nedostatečné přesné ustavení během počátečního nastavení stroje.
• Tepelný růst: Jak se stroje zahřívají z pokojové teploty na provozní teplotu, jejich součásti se roztahují. Motor se může zvýšit nebo se může roztáhnout skříň čerpadla, což může vést k vychýlení hřídelí z osy. Přesné ustavení musí tento tepelný nárůst zohledňovat.
• Napětí potrubí: Síly z nesprávně podepřeného vstupního nebo výstupního potrubí mohou vychýlit čerpadlo nebo kompresor z osy s jeho pohonem. To je velmi častý problém v procesním průmyslu.
• Problémy s nadací: Slabý nebo prasklý základ nebo uvolněné kotevní šrouby mohou časem způsobit posun stroje.
• Měkká noha: Stav, kdy jedna z montážních nohou stroje nedoléhá rovnou na základní desku, což způsobuje zkroucení nebo deformaci rámu stroje při přišroubování.

Proč je oprava nesouososti zásadní

Provoz stroje s nesprávným seřízením má vážné následky:

• Selhání ložiska a těsnění: Vysoké cyklické zatížení hřídelí se přenáší přímo na ložiska a těsnění, což způsobuje jejich předčasné selhání.
• Selhání spojky: Spojky jsou navrženy tak, aby zvládly malé nesouososti, ale nadměrná nesouosost způsobí jejich opotřebení a rychlé selhání.
• Únava hřídele: Opakované ohýbání hřídelí může vést k únavovým trhlinám a nakonec k jejich selhání.
• Zvýšená spotřeba energie: Značné množství energie se plýtvá ve formě tepla a vibrací místo vykonávání užitečné práce.

Přesné ustavení s využitím nástrojů, jako jsou úchylkoměry nebo laserové systémy, je základem každého efektivního programu spolehlivosti a údržby.

← Zpět na hlavní index