Was ist Wellenverbiegung? Ursachen, Erkennung und Behebung • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist Wellenverbiegung? Ursachen, Erkennung und Behebung • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist ein Schaftbogen? Ursachen, Erkennung und Behebung

Veröffentlicht von admin auf

Wellenverbiegung in rotierenden Maschinen verstehen

Definition: Was ist ein Schaftbogen?

Schaftbogen (auch Wellenbiegung, Rotorverbiegung oder einfach “Verbiegung” genannt) ist ein Zustand, bei dem Rotor Die Welle hat eine dauerhafte oder semipermanente Krümmung entwickelt, wodurch sie von einer geraden Mittellinie abweicht. Im Gegensatz zu einer temporären Auslaufen Dies könnte beispielsweise durch ein loses Bauteil oder eine exzentrische Montage verursacht werden; die Wellenverbiegung stellt hingegen eine tatsächliche Verformung des Wellenmaterials selbst dar.

Schaftbogen erzeugt Vibration Symptome, die oberflächlich ähneln Unwucht, Dies lässt sich jedoch nicht mit herkömmlichen Mitteln beheben. Bilanzierung Verfahren. Daher ist eine korrekte Diagnose entscheidend, um keine Zeit mit dem Versuch zu verschwenden, einen gebogenen Schaft auszubalancieren.

Bogenarten

Schaftverformungen lassen sich anhand ihrer Ursache und Dauer kategorisieren:

1. Permanenter mechanischer Bogen

Dies ist eine plastische (dauerhafte) Verformung des Wellenmaterials, verursacht durch:

  • Mechanische Überlastung oder Stoß
  • Unsachgemäßes Heben oder Hantieren während der Wartung
  • Den Rotor absenken
  • Übermäßige Biegebeanspruchung während des Betriebs
  • Herstellungsfehler oder unsachgemäße Wärmebehandlung

Sobald der Schaft nachgegeben hat (dauerhaft verformt ist), bleibt die Biegung auch dann bestehen, wenn der Schaft ruht und alle Lasten entfernt sind.

2. Thermische Wölbung (vorübergehend)

Auch genannt Thermobogen oder heißer Bogen, Dies ist ein vorübergehender Zustand, der durch ungleichmäßige Erwärmung der Welle verursacht wird. Die erwärmte Seite dehnt sich stärker aus als die kühle Seite, wodurch eine vorübergehende Krümmung entsteht. Mögliche Ursachen sind:

  • Asymmetrische Wärmequellen (heißes Prozessfluid auf der einen Seite, Kühlluft auf der anderen Seite)
  • Die Lagerreibung erhitzt eine Seite der Welle.
  • Durch die Reibung des Rotors entsteht lokale Erwärmung
  • Solarheizung an Außengeräten
  • Unsachgemäße Aufwärmverfahren für große Turbinen

Die thermische Verformung verschwindet normalerweise, wenn der Schaft gleichmäßig abkühlt oder ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist. Wiederholte thermische Verformungszyklen können jedoch schließlich zu einer dauerhaften Verformung führen.

3. Restspannungsbogen

Innere Eigenspannungen, die durch Schweißen, Wärmebehandlung oder Fertigungsprozesse entstehen, können dazu führen, dass sich eine Welle mit der Zeit langsam durchbiegt, insbesondere wenn sie Betriebstemperaturen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, die zu einer Spannungsentlastung führen.

Ursachen der Schaftverbiegung

Das Verständnis der Grundursachen hilft, Schaftverbiegungen zu verhindern und Korrekturmaßnahmen einzuleiten:

Mechanische Ursachen

  • Überlast: Betrieb bei Lasten, die die Auslegungsgrenzen überschreiten
  • Unsachgemäße Lagerung: Die horizontale Lagerung von Wellen ohne ausreichende Abstützung führt mit der Zeit zu einem Durchhängen.
  • Unsachgemäße Behandlung: Anheben am Schacht anstatt an vorgesehenen Hebepunkten
  • Unfall oder Aufprall: Beschädigung durch Fallenlassen, Aufprall oder Fremdkörper
  • Lagerblockade: Ein festsitzendes Lager kann dazu führen, dass sich die Welle unter dem Antriebsdrehmoment verbiegt.

Thermische Ursachen

  • Ungleichmäßige Erwärmung: Ungleichmäßige Temperaturverteilung entlang des Wellenumfangs
  • Schnelle Temperaturänderungen: Thermischer Schock beim Anfahren oder Abschalten
  • Hotspots: Lokale Erwärmung durch Reibung, Scheuern oder Prozessbedingungen
  • Unzureichendes Aufwärmen: Kaltstart von Turbinen oder großen Maschinen zu schnell
  • Abschaltverfahren: Das Abkühlen einer heißen Welle, bevor sie sich dreht (thermischer Durchhang).

Material- und Herstellungsfehler

  • Mangelhafte Materialqualität: Einschlüsse, Hohlräume oder Materialinhomogenitäten
  • Unsachgemäße Wärmebehandlung: Restspannungen aus dem Abschrecken oder Anlassen
  • Schweißverzug: Asymmetrisches Schweißen erzeugt Eigenspannungen
  • Bearbeitungsspannungen: Während der Herstellung entstehende Spannungen

Wie der Schaftbogen Vibrationen verursacht

Ein gebogener Schaft erzeugt Vibrationen durch zwei Mechanismen:

1. Geometrisches Ungleichgewicht

Wenn sich eine gebogene Welle dreht, beschreibt ihre gekrümmte Mittellinie einen Kegel oder eine andere nicht-kreisförmige Bahn. Selbst bei perfekter Massenverteilung des Rotors erzeugt die gebogene Geometrie eine exzentrische Rotationsmasse, die Zentrifugalkräfte und damit Schwingungen mit der Rotationsfrequenz der Welle (1X-Schwingung) erzeugt.

2. Momentenbelastung der Lager

Durch die Krümmung entstehen Biegemomente, die auf die Lager übertragen werden und zu schwankenden Lagerbelastungen und Vibrationen führen.

Schaftbogenerkennung

Die Unterscheidung zwischen Wellenbiegung und echter Massenunwucht ist für eine effektive Fehlersuche entscheidend:

Symptomvergleich: Verkrümmung vs. Ungleichgewicht

Merkmal Unwucht Schaftbogen
Schwingungsfrequenz 1-fache Laufgeschwindigkeit 1-fache Laufgeschwindigkeit
Phasenbeziehung Konsequent, immer gleich Kann sich während des Aufwärmens ändern
Langsame Rollvibration Gegenwart (proportional zur Geschwindigkeit²) Auch bei sehr niedriger Geschwindigkeit vorhanden und oft von Bedeutung.
Reaktion auf den Ausgleich Vibrationen werden durch korrektes Auswuchten reduziert. Minimale oder keine Besserung; kann sich sogar verschlechtern
Thermische Empfindlichkeit Relativ temperaturstabil Verändert sich deutlich während des Aufwärmens/Abkühlens
Rundlaufmessung Niedrig, wenn der Rotor im Stillstand ist Hoher Rundlauf auch im Ruhezustand (dauerhafter Bogen)

Diagnosetests

1. Messung der langsamen Rollbewegung

Drehen Sie die Welle sehr langsam (typischerweise 5-10% der Betriebsdrehzahl) und messen Sie Auslaufen mit einem Näherungssensor oder einer Messuhr. Hoher Rundlauf bei langsamer Drehung deutet auf Wellenverbiegung oder mechanischen Rundlauf hin, nicht auf Unwucht (die eine Kraft proportional zum Quadrat der Drehzahl erzeugt).

2. Abschaltphasenverschiebung

Vibration überwachen Phasenwinkel Beim Abschalten der Maschine bleibt die Phase bei echter Unwucht unabhängig von der Drehzahl konstant. Eine verbogene Welle kann Phasenänderungen aufweisen, insbesondere beim Abkühlen.

3. Thermischer Verformungstest

Bei Verdacht auf thermische Verformung sollten die Vibrationen während des Anlaufs und der Aufwärmphase überwacht werden. Thermische Verformung äußert sich typischerweise durch zunehmende Vibrationen beim Aufwärmen der Maschine, die sich dann stabilisieren oder abnehmen können, sobald das thermische Gleichgewicht erreicht ist.

4. Rundlaufprüfung außerhalb der Maschine

Den Rotor abnehmen, auf V-Blöcken oder einer Drehbank abstützen und langsam drehen, während der Rundlauf mit einer Messuhr gemessen wird. Ein signifikanter Rundlauf (typischerweise > 0,001″ oder 25 µm) bestätigt eine bleibende Verformung.

5. Sichtprüfung

Bei großen Schäften kann eine visuelle Inspektion entlang der Schaftlänge oder die Verwendung optischer Methoden (Laserausrichtung) eine deutliche Biegung aufdecken.

Korrekturmethoden

Die geeignete Korrektur hängt vom Schweregrad und der Art der Bogengangsverkrümmung ab:

Für permanenten mechanischen Bogen

1. Wellenrichten

Bei leichter bis mittelschwerer Bogenrichtung (typischerweise Bei Wellen mit einem Durchmesser von weniger als 0,005 Zoll (125 µm) kann die Welle mitunter kalt oder warm mithilfe von Hydraulikpressen gerichtet werden. Dies erfordert Spezialausrüstung und qualifizierte Fachkräfte. Die Welle wird dabei gestützt und vorsichtig belastet, um sie plastisch in Richtung der geraden Linie zu verformen.

2. Thermische Spannungsentlastung

Durch eine Wärmebehandlung der Welle werden Eigenspannungen abgebaut, wodurch Verformungen aufgrund von Spannungen möglicherweise reduziert oder beseitigt werden. Dies erfordert geeignete Ofenausrüstung und Prozesskontrolle.

3. Wellenaustausch

Bei starker Verformung oder in kritischen Anwendungen ist der Austausch oft die zuverlässigste Lösung. Die Kosten einer neuen Welle müssen gegen die Ausfallzeiten und das Risiko eines Fehlschlagens von Richtversuchen abgewogen werden.

4. “Das Gleichgewicht um den Bug herum”

In manchen Fällen, insbesondere bei großen Turbinen, können Korrekturgewichte berechnet und installiert werden, um die Bugwirkung auszugleichen. Dadurch wird die Bugwirkung zwar nicht behoben, aber die Vibrationen werden minimiert. Diese Methode hat ihre Grenzen und ist in der Regel nur eine vorübergehende Lösung.

Für den Thermikbogen

1. Änderungen der Betriebsabläufe

  • Führen Sie langsame Aufwärmprozeduren durch.
  • Um ein thermisches Durchhängen zu verhindern, muss der kontinuierliche Betrieb der Drehmaschinen während des Abschaltvorgangs sichergestellt werden.
  • Die Temperaturen des Dampfeintritts bzw. der Prozessflüssigkeiten sorgfältiger kontrollieren
  • Für symmetrische Heizung/Kühlung sorgen

2. Designänderungen

  • Durch zusätzliche Isolierung werden Temperaturunterschiede reduziert.
  • Installieren Sie Heizjacken für gleichmäßiges Aufwärmen
  • Das Kühlsystem verbessern, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten.

3. Drehgetriebebetrieb

Bei großen Turbinen sollte das Drehgetriebe (langsam drehender Antrieb) während der Aufwärm- und Abkühlphase betrieben werden, um die Welle zu drehen und eine thermische Verformung zu verhindern.

Präventionsstrategien

Die Verbiegung des Schaftes zu verhindern ist viel einfacher als sie zu korrigieren:

Design und Herstellung

  • Durch geeignete Wärmebehandlungsverfahren lassen sich Eigenspannungen minimieren.
  • Auslegen Sie eine ausreichende Wellensteifigkeit für die Anwendung
  • Geeignete Materialien für die thermische Umgebung auswählen

Installation und Wartung

  • Rotoren immer nur an den dafür vorgesehenen Hebepunkten anheben, niemals an der Welle.
  • Ersatzrotoren sollten mit geeigneter Unterstützung gelagert werden, um ein Durchhängen zu verhindern.
  • Vermeiden Sie mechanische Stöße beim Umgang.
  • Prüfen Sie die Geradheit der Welle regelmäßig (jährlich oder gemäß Herstellervorgaben).

Betrieb

  • Befolgen Sie die Aufwärm- und Abschaltprozeduren des Herstellers.
  • Vermeiden Sie schnelle Temperaturänderungen.
  • Achten Sie während des Startvorgangs auf Anzeichen von thermischer Verformung.
  • Untersuchen Sie alle unerklärlichen Änderungen der Schwingungsphase.

Auswirkungen auf Bilanzierungsverfahren

Der Versuch, einen gebogenen Schaft auszubalancieren, ist im Allgemeinen sinnlos und kann kontraproduktiv sein:

  • Unwirksame Korrekturen: Die zur Korrektur der Massenunwucht berechneten Ausgleichsgewichte beheben die geometrische Verformung nicht.
  • Das Problem verschleiern: Eine teilweise erfolgreiche “Auswuchtung” eines durchgebogenen Schafts kann die Vibrationen zwar vorübergehend reduzieren, das zugrundeliegende Problem bleibt jedoch ungelöst.
  • Zeitverschwendung: Mehrere erfolglose Ausbalancierungsversuche deuten darauf hin, dass die Wölbung überprüft werden muss.
  • Möglicher Schaden: Das Anbringen großer Korrekturgewichte an einem gebogenen Schaft kann die Belastung erhöhen und weitere Schäden verursachen.

Bewährte Methode: Vor Beginn der Auswuchtarbeiten ist stets auf Wellenverbiegung zu prüfen, insbesondere wenn der Rotor in der Vergangenheit unsachgemäß behandelt wurde, thermischen Ereignissen ausgesetzt war oder unerklärliche Vibrationsprobleme aufwies.

← Zurück zum Hauptindex

Kategorien:
WhatsApp