Forståelse af akselrevner i roterende maskiner

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er en akselrevne?

A aksel revne er en brud eller diskontinuitet i en roterende aksel, der opstår på grund af træthed, spændingskoncentration eller materialefejl. Revner starter typisk ved overfladen og forplanter sig indad vinkelret på retningen af den maksimale trækspænding. I roterende maskiner er akselrevner ekstremt farlige, fordi de kan udvikle sig fra en lille, uopdagelig fejl til et komplet akselbrud i løbet af få timer eller dage, hvilket potentielt kan forårsage katastrofale udstyrsfejl.

Skaktrevner producerer karakteristiske vibrationer signaturer, især en karakteristisk 2× (to gange pr. omdrejning) komponent, der opstår, når revnen udvikler sig. Tidlig detektion gennem Vibrationsanalyse er afgørende for at forhindre fuldstændigt akselsvigt og tilhørende sikkerhedsfarer.

Almindelige årsager til akselrevner

1. Træthed fra cykliske stressfaktorer

Den mest almindelige årsag, især i roterende maskiner:

• Bøjningstræthed: Roterende aksel med ujævn stivhed eller belastninger skaber cyklisk bøjningsspænding
• Torsionstræthed: Oscillerende drejningsmoment i kraftoverføringsaksler
• Højcyklustræthed: Millioner af stresscyklusser akkumuleres over års drift
• Stresskoncentration: Kilespor, huller, fileter og geometriske diskontinuiteter koncentrerer spændinger

2. Driftsforhold

• Overdreven Ubalance: Høje centrifugalkræfter skaber bøjningsspændinger
• Forskydning: Bøjningsmomenter fra forkert justering fremskynder træthed
• Resonansoperation: Opererer ved eller i nærheden af kritiske hastigheder skaber høje afbøjninger
• Overbelaste: Drift ud over designgrænserne
• Termisk stress: Hurtige opvarmnings-/kølecyklusser eller termiske gradienter

3. Materiale- og produktionsfejl

• Materialeindhold: Slagge, hulrum eller fremmedlegemer i skaktmateriale
• Forkert varmebehandling: Utilstrækkelig hærdning eller anløbning
• Bearbejdningsfejl: Værktøjsmærker, hulninger eller ridser, der skaber spændingsstigninger
• Korrosionsgruber: Overfladekorrosion, der skaber revnedannelsessteder
• Fretting: Ved prespassningsgrænseflader eller kilespor

4. Operationelle begivenheder

• Overhastighedshændelser: Nød- eller utilsigtet overhastighed, der skaber høje belastninger
• Alvorlige gnidninger: Kontaktgenererende varme og lokal spændingskoncentration
• Stødbelastning: Pludselige belastninger fra procesforstyrrelser eller mekaniske stød
• Tidligere reparationer: Svejsning eller bearbejdning, der introducerer restspændinger

Vibrationssymptomer på en revnet aksel

Den karakteristiske 2×-komponent

Den karakteristiske vibrationssignatur for en revnet aksel er en fremtrædende 2× (anden harmonisk) komponent:

Hvorfor 2× vibration udvikler sig

• En revne åbner og lukker to gange pr. omdrejning, når akslen roterer
• Når revnen er under kompression (bunden af rotationen), er stivheden højere
• Når revnen er i spænding (toppen af rotationen), åbner revnen sig, stivheden er lavere
• Denne ændring i stivhed to gange pr. omdrejning skaber 2x påvirkning
• 2× amplituden øges, når revnen udbreder sig, og stivhedsasymmetrien vokser

Yderligere vibrationsindikatorer

• 1× Ændringer: Gradvis stigning i 1× vibration fra ændret stivhed og restbøjning
• Højere harmoniske: 3×, 4× kan forekomme, når revnens sværhedsgrad øges
• Faseskift: Fasevinkelændringer under opstart/friløb eller ved forskellige hastigheder
• Hastighedsafhængig adfærd: Vibration kan ændre sig ikke-lineært med hastigheden
• Temperaturfølsomhed: Vibration kan korrelere med termisk ekspansionsåbning/lukningsrevne

Opstarts-/friløbskarakteristika

• 2× komponenten viser usædvanlig opførsel under transienter
• Kan vise to toppe i Bode-plottet (ved 1/2 af hver kritisk hastighed)
• Faseændringer af 1× komponenten kan afvige fra normal ubalancerespons

Detektionsmetoder

Vibrationsovervågning

Trendanalyse

• Overvåg 2X/1X-forholdet over tid
• Gradvis stigning i 2× amplitude er et advarselstegn
• 2X/1X-forhold > 0,5 berettiger til undersøgelse
• Pludselige ændringer i vibrationsmønster mistænkelige

Spektralanalyse

• Fast FFT analyse, der viser harmoniske
• Sammenlign nuværende med historiske basisspektre
• Hold øje med fremkomsten eller væksten af 2× peak

Transient analyse

• Vandfaldsgrunde under opstart/friløb
• Bode-plot, der viser amplitude og fase vs. hastighed
• Usædvanlig opførsel ved kritiske hastighedspassager

Ikke-vibrationsmetoder

1. Magnetisk partikelinspektion (MPI)

• Registrerer revner på overfladen og nær overfladen
• Kræver tilgængelig skaftoverflade
• Høj pålidelighed til revnedetektering
• En del af rutinemæssige vedligeholdelsesinspektioner

2. Ultralydstestning (UT)

• Registrerer indvendige og overflademæssige revner
• Kan finde revner, før de forårsager vibrationssymptomer
• Kræver specialudstyr og uddannet personale
• Anbefales til kritiske aksler

3. Inspektion af farvepenetrant

• Enkel metode til detektion af overfladerevner
• Kræver rengøring og overfladebehandling
• Nyttig til tilgængelige områder under strømafbrydelser

4. Hvirvelstrømstestning

• Ikke-kontakt overflade revneregistrering
• God til automatiseret inspektion
• Effektiv på både magnetiske og ikke-magnetiske materialer

Reaktion og korrigerende handlinger

Øjeblikkelige handlinger ved detektion

1. Øg overvågningsfrekvensen: Fra månedlig til ugentlig eller daglig
2. Reducer driftssværhedsgraden: Sænk hastigheden eller belastningen, hvis det er muligt
3. Plannedlukning: Planlæg reparation eller udskiftning hurtigst muligt
4. Udfør NDE: Bekræft tilstedeværelsen af revner og vurder alvorligheden
5. Risikovurdering: Afgør om fortsat drift er sikker

Langsigtede løsninger

• Udskiftning af aksel: Den mest pålidelige løsning til bekræftede revner
• Reparation (begrænsede tilfælde): Nogle revner kan fjernes ved maskinbearbejdning og opbygning med svejsning (kræver ekspertvurdering)
• Analyse af rodårsagen: Identificer hvorfor revnen opstod for at forhindre gentagelse
• Designændringer: Håndtering af stresskoncentrationer, forbedring af materialevalg, ændring af driftsforhold

Forebyggelsesstrategier

Designfase

• Eliminer skarpe hjørner og stresskoncentrationer
• Brug store filetradiuser ved diameterændringer
• Specificér passende materialer til stressniveauer og miljø
• Udfør finite element stressanalyse
• Anvend overfladebehandlinger (kugleblæsning, nitrering) for at forbedre udmattelsesbestandigheden

Driftsfase

• Oprethold god balancekvalitet for at minimere cyklisk bøjningsspænding
• Sørg for præcisionsjustering
• Undgå drift ved kritiske hastigheder
• Forhindr hændelser med overhastighed
• Kontroller termiske belastninger gennem korrekt opvarmning/nedkøling

Vedligeholdelsesfase

• Regelmæssige inspektioner ved hjælp af passende NDE-metoder
• Vibrationstrendprogrammer til at opdage tidlige symptomer
• Periodisk afbalancering for at minimere udmattelsesbelastninger
• Korrosionsforebyggelse og vedligeholdelse af belægninger

Akslrevner repræsenterer en af de mest alvorlige potentielle fejl i roterende maskiner. Kombinationen af vibrationsovervågning (for at detektere karakteristiske 2×-signaturer) og periodisk ikke-destruktiv undersøgelse giver den bedste strategi til tidlig revnedetektion, hvilket muliggør planlagt vedligeholdelse, før katastrofale fejl opstår.

---

← Tilbage til hovedindekset