Was ist ein gerissener Rotor? Erkennung und Reaktion • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist ein gerissener Rotor? Erkennung und Reaktion • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist ein gerissener Rotor? Erkennung und Reaktion

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Rissige Rotoren verstehen

Definition: Was ist ein gerissener Rotor?

A gerissener Rotor ist ein Rotor oder rotierende Welle, die einen Ermüdungsriss entwickelt hat – ein Bruch, der sich durch zyklische Belastung durch das Material ausbreitet. Dies ist im Wesentlichen dasselbe wie ein Wellenriss Der Schwerpunkt liegt jedoch auf der gesamten Rotorbaugruppe und nicht nur auf dem Wellenelement. Gebrochene Rotoren sind äußerst gefährlich, da sich der Riss von einem kleinen, nicht erkennbaren Fehler innerhalb von Tagen oder Wochen zu einem vollständigen, katastrophalen Bruch ausbreiten kann, sobald er durch Vibration Überwachung.

Die typische Vibrationssignatur eines gerissenen Rotors ist ein auffälliges 2× (zweite Harmonische) Komponente, die mit der Ausbreitung des Risses wächst und die auf die zweimalige Variation der Wellensteifigkeit pro Umdrehung zurückzuführen ist, wenn sich der Riss während der Rotation öffnet und schließt.

Wie Risse in Rotoren entstehen

Rissbildungsstellen

Risse entstehen fast immer bei Spannungskonzentrationen:

  • Passfedernuten: Scharfe Ecken an den Enden der Keilnut (häufigste Einleitungsstelle)
  • Durchmesseränderungen: Schultern, Stufen oder Übergänge
  • Gewindeabschnitte: Gewindewurzeln erzeugen Spannungskonzentration
  • Löcher und Querbohrungen: Für Ölkanäle oder Montage
  • Presspassungskanten: Presspassungen erzeugen Eigenspannungen
  • Schweißnähte: Wärmeeinflusszonen und Schweißnähte
  • Korrosionslöcher: Oberflächendefekte von Korrosion
  • Bearbeitungsspuren: Werkzeugspuren, insbesondere wenn sie senkrecht zur Belastung verlaufen

Risswachstumsprozess

  1. Mikrorissbildung: Initiiert bei Spannungskonzentration, typischerweise < 1 mm
  2. Langsame Ausbreitung: Der Riss wächst mit jedem Belastungszyklus schrittweise (kann Jahre dauern)
  3. Beschleunigung: Mit dem Risswachstum steigt die Spannungsintensität, die Wachstumsrate beschleunigt sich
  4. Erkennbares Stadium: Riss 10-30% durch den Durchmesser, 2× Vibration tritt auf
  5. Kritische Größe: Verbleibendes Material reicht nicht aus, um Lasten zu tragen
  6. Katastrophaler Bruch: Plötzlicher, vollständiger Wellenausfall

Die charakteristische 2X-Vibrationssignatur

Warum Risse die doppelte Vibration erzeugen

Der Mechanismus des Atmungsrisses:

  • Riss geschlossen (Kompression): Wenn der Rissbereich unter Druck steht (Rotationsunterseite bei horizontaler Welle), berühren sich die Rissflächen, die Wellensteifigkeit ist höher
  • Aufreißen (Spannung): Wenn der Riss unter Spannung steht (obere Rotationsebene), öffnet sich der Riss und die Wellensteifigkeit sinkt
  • Zweimal pro Umdrehung: Die Steifigkeit ändert sich zweimal pro Umdrehung (einmal, wenn der Riss nach oben zeigt, einmal, wenn er nach unten zeigt).
  • 2× Forcierung: Steifigkeitsschwankungen bei der doppelten Frequenz erzeugen eine doppelte Vibrationsreaktion
  • Amplitudenwachstum: Mit zunehmendem Risswachstum nimmt die Steifigkeitsasymmetrie zu, die Amplitude verdoppelt sich

Schwingungseigenschaften

  • Primärindikator: 2× Komponente, die im Laufe der Zeit entsteht und wächst
  • 1× Änderungen: 1× Vibration kann auch zunehmen, da Risse eine Restbiegung verursachen
  • Höhere Harmonische: 3×, 4× kann erscheinen, wenn der Riss schwerwiegend wird
  • Phase Verhalten: Die Phasenwinkel können sich beim Anfahren/Auslaufen anders ändern als bei Unwucht
  • Temperaturempfindlichkeit: 2× Amplitude kann mit der Wellentemperatur variieren (was sich auf die Rissöffnung auswirkt)

Erkennung und Diagnose

Schwingungsüberwachung

Trendiges 2X/1X-Verhältnis

  • Monitorverhältnis von 2× Amplitude zu 1× Amplitude
  • Normale Maschinerie: 2×/1× < 0.2-0.3
  • Verdächtiger Riss: 2×/1× > 0,5 und steigend
  • Bestätigter Riss: 2×/1× nahe oder über 1,0
  • Notfall: 2×/1× > 2,0, sofortige Abschaltung empfohlen

Transiente Tests

  • Bode-Diagramme beim Anfahren/Ausrollen
  • Gebrochener Rotor zeigt ungewöhnliches 2×-Verhalten
  • Möglicherweise zwei Spitzen bei jeweils 1/2 kritische Geschwindigkeit
  • Phasenänderungen unterscheiden sich von der normalen Unwuchtreaktion

Zerstörungsfreie Prüfung

  • Magnetpulverprüfung (MPI): Erkennt Oberflächen- und oberflächennahe Risse
  • Farbeindringmittel: Visuelle Erkennung von oberflächenbrechenden Rissen
  • Ultraschallprüfung (UT): Erkennt innere Risse
  • Wirbelstrom: Berührungslose Oberflächenrisserkennung
  • Röntgen: Interne Risserkennung in kritischen Komponenten

Notfallmaßnahmen

Bei Erkennung eines vermuteten Risses

  1. Überwachung verstärken: Von monatlich bis täglich oder kontinuierlich
  2. Reduzieren Sie den Betriebsschweregrad: Wenn möglich, Geschwindigkeit oder Last verringern
  3. Sofortige Inspektion planen: Planen Sie die NDT-Prüfung zum frühestmöglichen Zeitpunkt ein
  4. Vorbereitung auf das Herunterfahren: Ersatzwelle bestellen, Reparaturverfahren planen
  5. Risikobewertung: Berechnen Sie die Zeit bis zum potenziellen Ausfall basierend auf der Wachstumsrate

Wenn Riss bestätigt

  • Sofortige Abschaltung: Sofern die Risikobewertung keinen sicheren Weiterbetrieb für einen bestimmten Zeitraum zeigt
  • Kein Neustart: Bis zur Welle ersetzt oder repariert
  • Wellenaustausch: Zuverlässigste Lösung
  • Ursachenanalyse: Ermitteln Sie, warum der Riss entstanden ist, um ein erneutes Auftreten zu verhindern

Präventionsstrategien

Design

  • Spannungskonzentrationen beseitigen oder minimieren
  • Verwenden Sie großzügige Rundungsradien (R > 0,1 × Durchmesser)
  • Vermeiden Sie nach Möglichkeit Passfedernuten; verwenden Sie Presspassungen
  • Richtige Materialauswahl und Wärmebehandlung
  • Oberflächenbehandlungen (Kugelstrahlen, Nitrieren) zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit

Betrieb

  • Gute Pflege Balance-Qualität (zyklische Biegespannung minimieren)
  • Präzision Ausrichtung (Biegemomente reduzieren)
  • Vermeiden Sie den Betrieb bei kritischen Geschwindigkeiten
  • Verhindern von Überdrehzahlereignissen
  • Kontrollieren Sie thermische Belastungen durch richtiges Aufwärmen/Abkühlen

Wartung

  • Regelmäßige Schwingungsüberwachung mit 2-facher Trendanalyse
  • Regelmäßige NDT-Prüfung (jährlich oder pro Risikobewertung)
  • Verhindert Korrosion (schützt vor Lochfraß)
  • Halten Sie die Vibration niedrig (reduzieren Sie die zyklische Belastung)

Gebrochene Rotoren gehören zu den kritischsten Ausfallarten rotierender Maschinen. Die Kombination aus Schwingungsüberwachung (Erkennung des charakteristischen zweifachen Signaturwachstums) und regelmäßiger zerstörungsfreier Prüfung bietet einen wesentlichen Schutz. Sie ermöglicht die Erkennung vor einem katastrophalen Ausfall und einen geplanten Wellenaustausch, der umfangreiche Folgeschäden und Sicherheitsrisiken verhindert.

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