Κατανόηση του τόξου του άξονα σε περιστρεφόμενα μηχανήματα

Συσκευές

Φορητή ζυγαριά και αναλυτής κραδασμών Balanset-1A

$2,358.31

Ανταλλακτικά

Αισθητήρας δόνησης

$107.47

Ανταλλακτικά

Οπτικός αισθητήρας (στροφόμετρο λέιζερ)

$148.07

Συσκευές

Balanset-4

$8,123.32

Ανταλλακτικά

Μαγνητική βάση μεγέθους 60-kgf

$54.93

Ανταλλακτικά

Αντανακλαστική ταινία

$11.94

Συσκευές

Δυναμικός εξισορροπιστής "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Ορισμός: Τι είναι το Shaft Bow;

Τόξο άξονα (ονομάζεται επίσης κάμψη άξονα, τόξο ρότορα ή απλώς “τόξο”) είναι μια κατάσταση όπου ένα ρότορας ο άξονας έχει αναπτύξει μια μόνιμη ή ημιμόνιμη καμπυλότητα, με αποτέλεσμα να αποκλίνει από μια ευθεία κεντρική γραμμή. Σε αντίθεση με την προσωρινή εξάντληση που μπορεί να προκληθεί από χαλαρό εξάρτημα ή έκκεντρη τοποθέτηση, το τόξο του άξονα αντιπροσωπεύει την πραγματική παραμόρφωση του ίδιου του υλικού του άξονα.

Το τόξο του άξονα παράγει δόνηση συμπτώματα που επιφανειακά μοιάζουν ανισορροπία, αλλά δεν μπορεί να διορθωθεί με συμβατικά μέσα εξισορρόπηση διαδικασίες. Αυτό καθιστά τη σωστή διάγνωση κρίσιμη για να αποφευχθεί η σπατάλη χρόνου στην προσπάθεια εξισορρόπησης ενός κυρτού άξονα.

Τύποι τόξου άξονα

Το τόξο του άξονα μπορεί να κατηγοριοποιηθεί με βάση την αιτία και τη διάρκειά του:

1. Μόνιμο μηχανικό τόξο

Αυτή είναι πλαστική (μόνιμη) παραμόρφωση του υλικού του άξονα που προκαλείται από:

• Μηχανική υπερφόρτωση ή κρούση
• Ακατάλληλη ανύψωση ή χειρισμός κατά τη συντήρηση
• Πτώση του ρότορα
• Υπερβολική τάση κάμψης κατά τη λειτουργία
• Κατασκευαστικά ελαττώματα ή ακατάλληλη θερμική επεξεργασία

Μόλις ο άξονας υποχωρήσει (παραμορφωθεί μόνιμα), το τόξο παραμένει σε αδράνεια ακόμα και όταν ο άξονας είναι σε ηρεμία και έχουν αφαιρεθεί όλα τα φορτία.

2. Θερμική τόξο (Παροδική)

Ονομάζεται επίσης θερμικό τόξο ή ζεστό τόξο, πρόκειται για μια προσωρινή κατάσταση που προκαλείται από την ανομοιόμορφη θέρμανση του άξονα. Η θερμαινόμενη πλευρά διαστέλλεται περισσότερο από την ψυχρή πλευρά, δημιουργώντας μια προσωρινή καμπύλη. Οι αιτίες περιλαμβάνουν:

• Ασύμμετρες πηγές θερμότητας (θερμό ρευστό διεργασίας στη μία πλευρά, αέρας ψύξης στην άλλη)
• Τριβή ρουλεμάν που θερμαίνει τη μία πλευρά του άξονα
• Ο ρότορας τρίβεται δημιουργώντας τοπική θέρμανση
• Ηλιακή θέρμανση σε εξωτερικό εξοπλισμό
• Ακατάλληλες διαδικασίες προθέρμανσης για μεγάλες τουρμπίνες

Το θερμικό τόξο συνήθως εξαφανίζεται όταν ο άξονας ψύχεται ομοιόμορφα ή όταν επιτευχθεί θερμική ισορροπία. Ωστόσο, οι επαναλαμβανόμενοι κύκλοι θερμικού τόξου μπορούν τελικά να προκαλέσουν μόνιμη πήξη.

3. Τόξο υπολειμματικής τάσης

Οι εσωτερικές υπολειπόμενες τάσεις από συγκόλληση, θερμική επεξεργασία ή διαδικασίες κατασκευής μπορούν να προκαλέσουν αργή κάμψη ενός άξονα με την πάροδο του χρόνου, ιδιαίτερα όταν υποβάλλεται σε θερμοκρασίες λειτουργίας ή μηχανικά φορτία που προκαλούν ανακούφιση από τις τάσεις.

Αιτίες του τόξου του άξονα

Η κατανόηση των βαθύτερων αιτιών βοηθά στην πρόληψη της καμπύλης του άξονα και στην καθοδήγηση διορθωτικών ενεργειών:

Μηχανικές αιτίες

• Παραφορτώνω: Λειτουργία σε φορτία που υπερβαίνουν τα όρια σχεδιασμού
• Ακατάλληλη αποθήκευση: Αποθήκευση αξόνων οριζόντια χωρίς κατάλληλη στήριξη, που προκαλεί χαλάρωση με την πάροδο του χρόνου
• Κακή διαχείριση: Ανύψωση από το φρεάτιο αντί για καθορισμένα σημεία ανύψωσης
• Ατύχημα ή πρόσκρουση: Πτώση, σύγκρουση ή ζημιά από ξένο αντικείμενο
• Εμπλοκή ρουλεμάν: Ένα μπλοκαρισμένο ρουλεμάν μπορεί να προκαλέσει κάμψη του άξονα υπό την επίδραση της ροπής κίνησης.

Θερμικές αιτίες

• Άνιση θέρμανση: Μη ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας γύρω από την περιφέρεια του άξονα
• Απότομες αλλαγές θερμοκρασίας: Θερμικό σοκ κατά την εκκίνηση ή τον τερματισμό λειτουργίας
• Θερμά σημεία: Τοπική θέρμανση από τριβή, τριβές ή συνθήκες διεργασίας
• Ανεπαρκής προθέρμανση: Πολύ γρήγορη εκκίνηση ψυχρών στροβίλων ή μεγάλων μηχανημάτων
• Διαδικασίες τερματισμού λειτουργίας: Επιτρέποντας σε έναν ζεστό άξονα να σταματήσει να περιστρέφεται πριν από την ψύξη (θερμική χαλάρωση)

Αιτίες Υλικού και Κατασκευής

• Κακή ποιότητα υλικού: Ένταξη, κενά ή ανομοιογένειες υλικών
• Ακατάλληλη θερμική επεξεργασία: Υπολειμματικές τάσεις από σβέση ή σκλήρυνση
• Παραμόρφωση συγκόλλησης: Ασύμμετρη συγκόλληση που δημιουργεί υπολειμματικές τάσεις
• Τάσεις κατεργασίας: Πιέσεις που προκαλούνται κατά την κατασκευή

Πώς προκαλεί κραδασμούς το τόξο του άξονα

Ένας κυρτός άξονας δημιουργεί δονήσεις μέσω δύο μηχανισμών:

1. Γεωμετρική ανισορροπία

Όταν ένας κυρτός άξονας περιστρέφεται, η καμπύλη κεντρική του γραμμή σαρώνει έναν κώνο ή άλλη μη κυκλική τροχιά. Ακόμα κι αν η κατανομή μάζας του ρότορα είναι τέλεια ισορροπημένη, η κυρτή γεωμετρία δημιουργεί μια έκκεντρη περιστρεφόμενη μάζα που παράγει φυγοκεντρικές δυνάμεις, παράγοντας δόνηση 1X (δόνηση στη συχνότητα περιστροφής του άξονα).

2. Ροπή φόρτισης σε ρουλεμάν

Η καμπυλότητα δημιουργεί ροπές κάμψης που μεταδίδονται στα ρουλεμάν, προκαλώντας κυμαινόμενα φορτία και δονήσεις στα ρουλεμάν.

Ανίχνευση τόξου άξονα

Η διάκριση του τόξου του άξονα από την πραγματική ανισορροπία μάζας είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική αντιμετώπιση προβλημάτων:

Σύγκριση συμπτωμάτων: Κύρτωση vs. Ανισορροπία

Χαρακτηριστικός	Ανισορροπία	Τόξο άξονα
Συχνότητα δόνησης	1X ταχύτητα λειτουργίας	1X ταχύτητα λειτουργίας
Σχέση φάσης	Συνεπής, ίδιος ανά πάσα στιγμή	Μπορεί να αλλάξει κατά την προθέρμανση
Αργή δόνηση κύλισης	Παρόν (ανάλογο με την ταχύτητα²)	Παρόν και συχνά σημαντικό ακόμη και σε πολύ χαμηλή ταχύτητα
Απάντηση στην εξισορρόπηση	Μείωση των κραδασμών με σωστή εξισορρόπηση	Ελάχιστη ή καθόλου βελτίωση· μπορεί να επιδεινωθεί
Θερμική ευαισθησία	Σχετικά σταθερό με τη θερμοκρασία	Σημαντικές αλλαγές κατά την προθέρμανση/απόψυξη
Μέτρηση εξάντλησης	Χαμηλή όταν ο ρότορας είναι σε ηρεμία	Υψηλή εκκεντρότητα ακόμη και σε ηρεμία (μόνιμη πλώρη)

Διαγνωστικές εξετάσεις

1. Μέτρηση αργής κύλισης

Περιστρέψτε τον άξονα πολύ αργά (συνήθως 5-10% ταχύτητας λειτουργίας) και μετρήστε εξάντληση με αισθητήρα εγγύτητας ή δείκτη ωρολογιακού. Η υψηλή εκκεντρότητα σε αργή κύλιση υποδηλώνει καμπύλη άξονα ή μηχανική εκκεντρότητα, όχι ανισορροπία (η οποία παράγει δύναμη ανάλογη προς το τετράγωνο της ταχύτητας).

2. Μετατόπιση φάσης τερματισμού λειτουργίας

Παρακολούθηση κραδασμών γωνία φάσης καθώς το μηχάνημα απενεργοποιείται. Η πραγματική ανισορροπία διατηρεί σταθερή τη φάση ανεξάρτητα από την ταχύτητα. Ένας κυρτός άξονας μπορεί να παρουσιάσει αλλαγές φάσης, ιδιαίτερα καθώς ψύχεται.

3. Δοκιμή θερμικής τόξου

Σε περίπτωση υποψίας θερμικής καμπύλης, παρακολουθήστε τους κραδασμούς κατά την εκκίνηση και την προθέρμανση. Η θερμική καμπύλη συνήθως εμφανίζει αυξανόμενους κραδασμούς καθώς το μηχάνημα θερμαίνεται και στη συνέχεια μπορεί να σταθεροποιηθεί ή να μειωθεί καθώς επιτυγχάνεται θερμική ισορροπία.

4. Έλεγχος εκκένωσης εκτός μηχανήματος

Αφαιρέστε τον ρότορα, στηρίξτε τον σε μπλοκ V ή σε τόρνο και περιστρέψτε τον αργά ενώ μετράτε την ακτινική εκκεντρότητα με έναν ωρολογιακό δείκτη. Σημαντική εκκεντρότητα (συνήθως > 0,001″ ή 25 µm) επιβεβαιώνει μόνιμη καμπύλη.

5. Οπτική επιθεώρηση

Για μεγάλους άξονες, η οπτική παρατήρηση κατά μήκος του άξονα ή η χρήση οπτικών μεθόδων (ευθυγράμμιση με λέιζερ) μπορεί να αποκαλύψει εμφανές τόξο.

Μέθοδοι Διόρθωσης

Η κατάλληλη διόρθωση εξαρτάται από τη σοβαρότητα και τον τύπο του τόξου:

Για μόνιμο μηχανικό τόξο

1. Ίσιωμα άξονα

Για ήπια έως μέτρια καμπύλη (συνήθως < 0,005" ή 125 µm), ο άξονας μπορεί μερικές φορές να ισιωθεί εν ψυχρώ ή εν θερμώ χρησιμοποιώντας υδραυλικές πρέσες. Αυτό απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό και έμπειρους τεχνικούς. Ο άξονας στηρίζεται και φορτίζεται προσεκτικά για να παραμορφωθεί πλαστικά προς την ευθεία.

2. Ανακούφιση από θερμική καταπόνηση

Υποβάλετε θερμική επεξεργασία στον άξονα για την ανακούφιση των υπολειπόμενων τάσεων, μειώνοντας ενδεχομένως ή εξαλείφοντας το τόξο από αιτίες που σχετίζονται με την τάση. Αυτό απαιτεί κατάλληλο εξοπλισμό κλιβάνου και έλεγχο της διεργασίας.

3. Αντικατάσταση άξονα

Για σοβαρές βλάβες στο τόξο ή σε κρίσιμες εφαρμογές, η αντικατάσταση είναι συχνά η πιο αξιόπιστη λύση. Το κόστος ενός νέου άξονα πρέπει να σταθμίζεται σε σχέση με τον χρόνο διακοπής λειτουργίας και τον κίνδυνο αποτυχίας των προσπαθειών ευθυγράμμισης.

4. “Ισορροπία γύρω από το τόξο”

Σε ορισμένες περιπτώσεις, ιδιαίτερα για μεγάλες ανεμογεννήτριες, μπορούν να υπολογιστούν και να εγκατασταθούν διορθωτικά βάρη για την εξουδετέρωση της επίδρασης της πλώρης. Αυτό δεν διορθώνει την πλώρη, αλλά ελαχιστοποιεί τους κραδασμούς. Αυτή η προσέγγιση έχει περιορισμούς και συνήθως αποτελεί μια προσωρινή λύση.

Για θερμικό τόξο

1. Αλλαγές στις Διαδικασίες Λειτουργίας

• Εφαρμόστε αργές διαδικασίες προθέρμανσης
• Διατηρήστε τη συνεχή λειτουργία του μηχανισμού περιστροφής κατά τη διάρκεια της διακοπής λειτουργίας για να αποτρέψετε τη θερμική χαλάρωση
• Ελέγξτε τις θερμοκρασίες εισόδου ατμού ή υγρού διεργασίας πιο προσεκτικά
• Εξασφαλίστε συμμετρική θέρμανση/ψύξη

2. Τροποποιήσεις Σχεδιασμού

• Προσθέστε μόνωση για να μειώσετε τις θερμικές διαβαθμίσεις
• Τοποθετήστε θερμαντικά μπουφάν για ομοιόμορφη προθέρμανση
• Βελτιώστε το σύστημα ψύξης για να εξασφαλίσετε ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας

3. Λειτουργία περιστρεφόμενου γραναζιού

Για μεγάλες τουρμπίνες, χειριστείτε τον περιστροφικό γρανάζι (κίνηση χαμηλής ταχύτητας) κατά την προθέρμανση και την ψύξη για να περιστρέψετε τον άξονα και να αποτρέψετε την ανάπτυξη θερμικού τόξου.

Στρατηγικές πρόληψης

Η πρόληψη του κυρτού άξονα είναι πολύ πιο εύκολη από τη διόρθωσή του:

Σχεδιασμός και Κατασκευή

• Χρησιμοποιήστε κατάλληλες διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας για την ελαχιστοποίηση των υπολειμματικών τάσεων
• Σχεδιάστε επαρκή ακαμψία άξονα για την εφαρμογή
• Προσδιορίστε τα κατάλληλα υλικά για το θερμικό περιβάλλον

Εγκατάσταση και Συντήρηση

• Να ανυψώνετε πάντα τους ρότορες χρησιμοποιώντας τα καθορισμένα σημεία ανύψωσης, ποτέ από τον άξονα
• Αποθηκεύστε τους εφεδρικούς ρότορες με την κατάλληλη στήριξη για να αποφύγετε τη χαλάρωση
• Αποφύγετε τους μηχανικούς κραδασμούς κατά τον χειρισμό
• Ελέγχετε την ευθύτητα του άξονα περιοδικά (ετήσια ή σύμφωνα με το πρόγραμμα του κατασκευαστή)

Λειτουργία

• Ακολουθήστε τις διαδικασίες προθέρμανσης και τερματισμού λειτουργίας του κατασκευαστή
• Αποφύγετε τις απότομες αλλαγές θερμοκρασίας
• Παρακολουθήστε για σημάδια θερμικής καμπύλης κατά την εκκίνηση
• Διερευνήστε τυχόν ανεξήγητες αλλαγές στη φάση δόνησης

Επιπτώσεις στις διαδικασίες εξισορρόπησης

Η προσπάθεια εξισορρόπησης ενός κυρτού άξονα είναι γενικά μάταιη και μπορεί να είναι αντιπαραγωγική:

• Αναποτελεσματικές διορθώσεις: Τα βάρη ζυγοστάθμισης που υπολογίζονται για την ανισορροπία μάζας δεν διορθώνουν τη γεωμετρική καμπύλη
• Κάλυψη του προβλήματος: Η μερικώς επιτυχημένη “εξισορρόπηση” ενός κυρτού άξονα μπορεί να μειώσει προσωρινά τους κραδασμούς, αλλά να αφήσει το υποκείμενο πρόβλημα ανεπίλυτο.
• Χαμένος Χρόνος: Πολλαπλές επαναλήψεις εξισορρόπησης χωρίς επιτυχία υποδεικνύουν την ανάγκη ελέγχου για τόξο
• Πιθανή ζημιά: Η προσθήκη μεγάλων διορθωτικών βαρών σε έναν κεκλιμένο άξονα μπορεί να αυξήσει τις καταπονήσεις και να προκαλέσει περαιτέρω ζημιές.

Βέλτιστη Πρακτική: Ελέγχετε πάντα την καμπύλη του άξονα πριν ξεκινήσετε τις διαδικασίες ζυγοστάθμισης, ειδικά εάν ο ρότορας έχει ιστορικό χειρισμών, θερμικών συμβάντων ή ανεξήγητων προβλημάτων κραδασμών.

---

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο