درک ترک‌های شفت در ماشین‌آلات دوار
تعریف: ترک شفت چیست؟
آ ترک خوردگی شفت شکستگی یا ناپیوستگی در یک شفت چرخان است که از خستگی، تمرکز تنش یا نقص مواد ایجاد می‌شود. ترک‌ها معمولاً از سطح شروع می‌شوند و عمود بر جهت حداکثر تنش کششی به سمت داخل گسترش می‌یابند. در ماشین‌آلات چرخان، ترک‌های شفت بسیار خطرناک هستند زیرا می‌توانند از یک نقص کوچک و غیرقابل تشخیص به شکستگی کامل شفت در عرض چند ساعت یا چند روز تبدیل شوند و به طور بالقوه باعث خرابی فاجعه‌بار تجهیزات شوند.
ترک‌های شفت، ویژگی‌های متمایزی ایجاد می‌کنند لرزش امضاها، به ویژه یک جزء مشخصه 2x (دو بار در هر چرخش) که با توسعه ترک ظاهر می‌شود. تشخیص زودهنگام از طریق vibration analysis برای جلوگیری از خرابی کامل شفت و خطرات ایمنی مرتبط، بسیار مهم است.
علل شایع ترک خوردگی شفت
۱. خستگی ناشی از تنش‌های چرخه‌ای
شایع‌ترین علت، به‌ویژه در ماشین‌آلات دوار:
- خستگی خمشی: شفت چرخان با سختی یا بارهای ناهموار، تنش خمشی چرخه‌ای ایجاد می‌کند.
- خستگی پیچشی: گشتاور نوسانی در شفت‌های انتقال قدرت
- خستگی چرخه بالا: میلیون‌ها چرخه تنش در طول سال‌ها کارکرد انباشته می‌شوند
- تمرکز تنش: شیارها، سوراخ‌ها، فیلت‌ها و ناپیوستگی‌های هندسی، تنش را متمرکز می‌کنند.
۲. شرایط عملیاتی
- بیش از حد عدم تعادل: نیروهای گریز از مرکز بالا باعث ایجاد تنش خمشی می‌شوند
- ناهم‌ترازی: گشتاورهای خمشی ناشی از ناهمراستایی، خستگی را تسریع می‌کنند
- عملیات رزونانس: عملیات در یا نزدیک به آن سرعت‌های بحرانی انحرافات بالایی ایجاد می‌کند
- اضافه بار: عملیاتی فراتر از محدودیت‌های طراحی
- تنش حرارتی: چرخه‌های گرمایش/سرمایش سریع یا گرادیان‌های حرارتی
۳. عیوب مواد و ساخت
- مواد تشکیل دهنده: سرباره، حفره‌ها یا مواد خارجی در جنس شفت
- عملیات حرارتی نامناسب: سخت‌کاری یا تمپر ناکافی
- عیوب ماشینکاری: رد ابزار، شیارها یا خراش‌هایی که باعث افزایش تنش می‌شوند
- خوردگی حفره‌ای: خوردگی سطحی که باعث ایجاد محل‌های شروع ترک می‌شود
- فرسایش: در رابط‌ها یا شیارهای کلید فشاری
۴. رویدادهای عملیاتی
- رویدادهای سرعت غیرمجاز: سرعت بیش از حد اضطراری یا تصادفی که باعث ایجاد تنش‌های بالا می‌شود
- مالش شدید: تماس مولد گرما و تمرکز تنش موضعی
- بارگذاری ضربه‌ای: بارهای ناگهانی ناشی از اختلالات فرآیند یا شوک‌های مکانیکی
- تعمیرات قبلی: جوشکاری یا ماشینکاری که باعث ایجاد تنش‌های پسماند می‌شود
علائم ارتعاش شفت ترک خورده
مولفه مشخصه ۲×
امضای ارتعاشی مشخصه یک شفت ترک خورده، یک ویژگی برجسته است. ۲× (هارمونیک دوم) جزء:
چرا لرزش ۲ برابر ایجاد می‌شود؟
- یک ترک در هر دور چرخش شفت، دو بار باز و بسته می‌شود.
- وقتی ترک در فشار است (پایین دوران)، سختی بیشتر است
- وقتی ترک در کشش است (بالای چرخش)، ترک باز می‌شود، سختی کمتر است
- این تغییر سختی دو بار در هر دور، نیروی اجباری ۲ برابر ایجاد می‌کند.
- با گسترش ترک و افزایش عدم تقارن سختی، دامنه 2 برابر افزایش می‌یابد
شاخص‌های ارتعاش اضافی
- ۱× تغییرات: افزایش تدریجی ۱ برابر ارتعاش ناشی از تغییر سختی و کمان باقی مانده
- هارمونیک‌های بالاتر: با افزایش شدت ترک، ممکن است 3×، 4× ظاهر شوند
- تغییر فاز: تغییر زاویه فاز در هنگام شروع/پایان یا در سرعت‌های مختلف
- رفتار وابسته به سرعت: ارتعاش ممکن است به صورت غیرخطی با سرعت تغییر کند
- حساسیت دما: لرزش ممکن است با انبساط حرارتی و ترک خوردگی ناشی از باز/بسته شدن مرتبط باشد.
ویژگی‌های استارتاپ/ساحل‌زدایی
- مولفه ۲× در طول حالت‌های گذرا رفتار غیرمعمولی نشان می‌دهد
- ممکن است دو قله را نشان دهد نمودار بود (در نصف هر سرعت بحرانی)
- تغییرات فاز مولفه ۱× ممکن است با پاسخ عدم تعادل طبیعی متفاوت باشد
روش‌های تشخیص
نظارت بر ارتعاش
تحلیل روندها
- نسبت 2X/1X را در طول زمان کنترل کنید
- افزایش تدریجی دامنه ۲ برابر، علامت هشدار دهنده است.
- نسبت ۲X/۱X > ۰.۵ نیاز به بررسی دارد
- تغییرات ناگهانی در الگوی ارتعاش مشکوک است
تحلیل طیفی
- منظم فورفورتو تجزیه و تحلیل نشان دهنده هارمونیک ها
- طیف‌های فعلی را با طیف‌های پایه تاریخی مقایسه کنید
- مراقب ظهور یا رشد پیک ۲× باشید.
تحلیل گذرا
- قطعات آبشار در حین راه‌اندازی/کاهش سرعت
- نمودارهای بود که دامنه و فاز را در مقابل سرعت نشان می‌دهند
- رفتار غیرمعمول در گذرگاه‌های با سرعت بحرانی
روش‌های بدون ارتعاش
۱. بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI)
- تشخیص ترک‌های سطحی و نزدیک به سطح
- نیاز به سطح شفت قابل دسترس دارد
- قابلیت اطمینان بالا برای تشخیص ترک
- بخشی از بازرسی‌های معمول تعمیر و نگهداری
۲. تست اولتراسونیک (UT)
- تشخیص ترک‌های داخلی و سطحی
- می‌تواند ترک‌ها را قبل از ایجاد علائم ارتعاش پیدا کند
- نیاز به تجهیزات تخصصی و پرسنل آموزش دیده
- برای شفت‌های بحرانی توصیه می‌شود
۳. بازرسی با مایع نافذ رنگی
- روش ساده برای تشخیص ترک سطحی
- نیاز به تمیزکاری و آماده سازی سطح
- برای مناطق قابل دسترس در هنگام قطع برق مفید است
۴. آزمایش جریان گردابی
- تشخیص ترک سطحی بدون تماس
- مناسب برای بازرسی خودکار
- موثر بر روی مواد غیر مغناطیسی و مغناطیسی
واکنش و اقدامات اصلاحی
اقدامات فوری پس از تشخیص
- افزایش دفعات نظارت: از ماهانه تا هفتگی یا روزانه
- کاهش شدت عملیات: در صورت امکان سرعت یا بار کمتر
- خاموش کردن طرح: تعمیر یا تعویض را در اولین فرصت امن برنامه‌ریزی کنید
- انجام NDE: وجود ترک را تأیید و شدت آن را ارزیابی کنید
- ارزیابی ریسک: تعیین اینکه آیا ادامه عملیات ایمن است یا خیر
راهکارهای بلندمدت
- تعویض شفت: مطمئن‌ترین راه حل برای ترک‌های تایید شده
- تعمیر (موارد محدود): برخی از ترک‌ها را می‌توان با ماشینکاری و جوش دادن برطرف کرد (نیاز به ارزیابی تخصصی دارد)
- تحلیل ریشه‌ای علت: شناسایی علت ایجاد ترک برای جلوگیری از عود مجدد
- اصلاحات طراحی: تمرکز تنش را کاهش دهید، انتخاب مواد را بهبود بخشید، شرایط عملیاتی را اصلاح کنید
استراتژی‌های پیشگیری
مرحله طراحی
- گوشه‌های تیز و تمرکز تنش را از بین ببرید
- از شعاع فیله سخاوتمندانه در تغییرات قطر استفاده کنید
- مواد مناسب را برای سطوح استرس و محیط مشخص کنید
- انجام تحلیل تنش به روش المان محدود
- اعمال عملیات سطحی (ساچمه‌زنی، نیتریده کردن) برای بهبود مقاومت در برابر خستگی
مرحله عملیاتی
- خوب نگه دارید کیفیت تعادل برای به حداقل رساندن تنش خمشی چرخه‌ای
- اطمینان از ترازبندی دقیق
- از کار در سرعت‌های بحرانی خودداری کنید
- جلوگیری از حوادث سرعت غیرمجاز
- کنترل تنش‌های حرارتی از طریق گرم کردن/سرد کردن مناسب
مرحله نگهداری
- بازرسی‌های منظم با استفاده از روش‌های مناسب NDE
- برنامه‌های روند ارتعاش برای تشخیص علائم اولیه
- بالانس دوره‌ای برای به حداقل رساندن تنش‌های خستگی
- پیشگیری از خوردگی و نگهداری پوشش
ترک‌های شفت یکی از جدی‌ترین خرابی‌های بالقوه در ماشین‌آلات دوار هستند. ترکیب پایش ارتعاش (برای تشخیص مشخصه‌های ۲×) و بررسی‌های غیرمخرب دوره‌ای، بهترین استراتژی را برای تشخیص زودهنگام ترک فراهم می‌کند و امکان تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌شده را قبل از وقوع خرابی فاجعه‌بار فراهم می‌کند.
Categories: واژه‌نامهتشخیص ارتعاش
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 