کمان شفت چیست؟ علل، تشخیص و اصلاح • بالانس کننده قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها کمان شفت چیست؟ علل، تشخیص و اصلاح • بالانس کننده قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها

کمان شفت چیست؟ علل، تشخیص و راه حل

منتشر شده توسط admin در

آشنایی با کمان شفت در ماشین آلات دوار

تعریف: کمان شفت چیست؟

کمان شفت (که به آن خمیدگی شفت، کمان روتور یا به طور خلاصه “کمان” نیز گفته می‌شود) وضعیتی است که در آن روتور شفت دچار انحنای دائمی یا نیمه دائمی شده است که باعث انحراف آن از خط مرکزی مستقیم می‌شود. برخلاف حالت موقت تمام شدن که ممکن است ناشی از شل بودن یک قطعه یا نصب خارج از مرکز باشد، قوس شفت نشان دهنده تغییر شکل واقعی خود ماده شفت است.

کمان شفت تولید می‌کند لرزش علائمی که از نظر ظاهری شبیه به هم هستند عدم تعادل, اما از طریق روش‌های مرسوم قابل اصلاح نیست متعادل کردن این امر تشخیص صحیح را برای جلوگیری از اتلاف وقت در تلاش برای متعادل کردن شفت خمیده حیاتی می‌کند.

انواع کمان شفت

کمان شفت را می‌توان بر اساس علت و مدت زمان آن طبقه‌بندی کرد:

۱. کمان مکانیکی دائمی

این تغییر شکل پلاستیکی (دائمی) ماده شفت است که ناشی از:

  • اضافه بار مکانیکی یا ضربه
  • بلند کردن یا جابجایی نامناسب در حین تعمیر و نگهداری
  • افتادن روتور
  • تنش خمشی بیش از حد در حین کار
  • نقص در تولید یا عملیات حرارتی نامناسب

زمانی که شفت تسلیم می‌شود (تغییر شکل دائمی پیدا می‌کند)، حتی زمانی که شفت در حالت سکون است و تمام بارها برداشته می‌شوند، کمان باقی می‌ماند.

۲. کمان حرارتی (گذرا)

همچنین نامیده می شود کمان حرارتی یا کمان داغ, این یک وضعیت موقت است که در اثر گرم شدن ناهموار شفت ایجاد می‌شود. طرف گرم شده بیشتر از طرف سرد منبسط می‌شود و یک انحنای موقت ایجاد می‌کند. علل آن عبارتند از:

  • منابع حرارتی نامتقارن (سیال فرآیندی داغ در یک طرف، هوای خنک کننده در طرف دیگر)
  • اصطکاک یاتاقان باعث گرم شدن یک طرف شفت می‌شود
  • سایش روتور باعث ایجاد گرمایش موضعی می‌شود
  • گرمایش خورشیدی در تجهیزات فضای باز
  • روش‌های نامناسب گرم کردن توربین‌های بزرگ

کمان حرارتی معمولاً زمانی که شفت به طور یکنواخت خنک می‌شود یا زمانی که تعادل حرارتی حاصل می‌شود، از بین می‌رود. با این حال، چرخه‌های مکرر کمان حرارتی در نهایت می‌تواند باعث گیرش دائمی شود.

۳. کمان تنش پسماند

تنش‌های پسماند داخلی ناشی از جوشکاری، عملیات حرارتی یا فرآیندهای تولید می‌توانند باعث شوند که شفت به مرور زمان به آرامی خم شود، به خصوص هنگامی که در معرض دمای عملیاتی یا بارهای مکانیکی قرار می‌گیرد که باعث تنش‌زدایی می‌شوند.

علل کمان شفت

درک علل ریشه‌ای به جلوگیری از کمانش شفت و انجام اقدامات اصلاحی کمک می‌کند:

علل مکانیکی

  • اضافه بار: کار با بارهایی بیش از محدودیت‌های طراحی
  • ذخیره سازی نامناسب: نگهداری شفت‌ها به صورت افقی و بدون تکیه‌گاه مناسب، که باعث خمیدگی آنها به مرور زمان می‌شود
  • سوء مدیریت: بلند کردن با استفاده از شفت به جای نقاط بلند کردن تعیین شده
  • تصادف یا ضربه: افتادن، تصادف یا آسیب ناشی از جسم خارجی
  • گیر کردن بلبرینگ: یاتاقان گیر کرده می‌تواند باعث خم شدن شفت تحت گشتاور محرک شود.

علل حرارتی

  • گرمایش ناهموار: توزیع دمای غیر یکنواخت در اطراف محیط شفت
  • تغییرات سریع دما: شوک حرارتی هنگام روشن یا خاموش شدن
  • نقاط داغ: گرمایش موضعی ناشی از اصطکاک، سایش یا شرایط فرآیند
  • گرم کردن ناکافی: روشن کردن سریع توربین‌های سرد یا ماشین‌های بزرگ
  • رویه‌های خاموش‌سازی: اجازه دادن به یک شفت داغ برای توقف چرخش قبل از خنک شدن (افت حرارتی)

علل مادی و تولیدی

  • کیفیت پایین مواد: وجود ناخالصی‌ها، حفره‌ها یا ناهمگنی‌های مواد
  • عملیات حرارتی نامناسب: تنش‌های پسماند ناشی از کوئنچ یا تمپرینگ
  • اعوجاج جوشکاری: جوشکاری نامتقارن باعث ایجاد تنش‌های پسماند می‌شود
  • تنش‌های ماشینکاری: تنش‌های ایجاد شده در حین ساخت

چگونه کمان شفت باعث ارتعاش می‌شود؟

یک شفت خمیده از طریق دو مکانیسم ارتعاش ایجاد می‌کند:

۱. عدم تعادل هندسی

وقتی یک شفت خمیده می‌چرخد، خط مرکزی منحنی آن یک مخروط یا مسیر غیر دایره‌ای دیگر را جارو می‌کند. حتی اگر توزیع جرم روتور کاملاً متعادل باشد، هندسه خمیده یک جرم چرخان خارج از مرکز ایجاد می‌کند که نیروهای گریز از مرکز ایجاد می‌کند و ارتعاش ۱X (ارتعاش در فرکانس چرخشی شفت) ایجاد می‌کند.

۲. بارگذاری گشتاوری روی یاتاقان‌ها

انحنا، گشتاورهای خمشی ایجاد می‌کند که به یاتاقان‌ها منتقل می‌شوند و باعث ایجاد بارهای متغیر و ارتعاش در یاتاقان می‌شوند.

تشخیص کمان شفت

تشخیص قوس شفت از عدم تعادل جرمی واقعی برای عیب‌یابی مؤثر بسیار مهم است:

مقایسه علائم: کمان در مقابل عدم تعادل

مشخصه عدم تعادل کمان شفت
فرکانس ارتعاش سرعت دویدن ۱ برابر سرعت دویدن ۱ برابر
رابطه فاز ثابت، در همه زمان‌ها یکسان ممکن است در طول گرم شدن تغییر کند
لرزش آهسته موجود (متناسب با سرعت²) حتی با سرعت بسیار پایین، حاضر و اغلب قابل توجه
پاسخ به متعادل‌سازی کاهش لرزش با بالانس صحیح بهبودی جزئی یا عدم بهبودی؛ ممکن است بدتر شود
حساسیت حرارتی نسبتاً پایدار با دما تغییرات قابل توجه در طول گرم کردن/سرد کردن
اندازه‌گیری میزان خروج بخار کم بودن سرعت روتور در حالت سکون حتی در حالت سکون، روانکاری بالا (کمان دائمی)

آزمایش‌های تشخیصی

۱. اندازه‌گیری آهسته‌ی سرعت

شفت را خیلی آهسته بچرخانید (معمولاً با سرعت عملیاتی ۵-۱۰۱TP3T) و اندازه بگیرید تمام شدن با یک پروب مجاورتی یا نشانگر عقربه‌ای. لنگی زیاد در چرخش آهسته، نشان‌دهنده‌ی قوس شفت یا لنگی مکانیکی است، نه عدم تعادل (که نیرویی متناسب با مجذور سرعت تولید می‌کند).

۲. تغییر فاز خاموشی

لرزش مانیتور زاویه فاز با خاموش شدن دستگاه. عدم تعادل واقعی، فاز ثابت را صرف نظر از سرعت حفظ می‌کند. یک شفت خمیده ممکن است تغییرات فاز را نشان دهد، به خصوص هنگام خنک شدن.

۳. تست کمان حرارتی

برای موارد مشکوک به کمان حرارتی، لرزش را در حین راه‌اندازی و گرم شدن بررسی کنید. کمان حرارتی معمولاً با گرم شدن دستگاه، لرزش بیشتری نشان می‌دهد، سپس با رسیدن به تعادل حرارتی، ممکن است ثابت یا کاهش یابد.

۴. بررسی میزان خروج روغن از دستگاه

روتور را بردارید، آن را روی بلوک‌های V شکل یا دستگاه تراش قرار دهید و همزمان با اندازه‌گیری میزان لقی شعاعی با استفاده از یک شاخص عقربه‌ای، آن را به آرامی بچرخانید. لقی قابل توجه (معمولاً > 0.001 اینچ یا 25 میکرومتر) نشان‌دهنده‌ی قوس دائمی است.

۵. بازرسی چشمی

برای شفت‌های بزرگ، مشاهده بصری در طول شفت یا استفاده از روش‌های نوری (هم‌ترازی لیزری) می‌تواند قوس آشکار را نشان دهد.

روش‌های اصلاح

اصلاح مناسب به شدت و نوع قوس بستگی دارد:

برای کمان مکانیکی دائمی

۱. صاف کردن شفت

برای کمان خفیف تا متوسط (معمولاً برای شفت‌هایی که قطرشان کمتر از 0.005 اینچ یا 125 میکرومتر است، گاهی اوقات می‌توان شفت را با استفاده از پرس‌های هیدرولیک به صورت سرد یا گرم صاف کرد. این کار نیاز به تجهیزات تخصصی و تکنسین‌های ماهر دارد. شفت پشتیبانی شده و با دقت بارگذاری می‌شود تا به صورت پلاستیکی به حالت صاف برگردد.

۲. کاهش تنش حرارتی

عملیات حرارتی شفت برای از بین بردن تنش‌های پسماند، که به طور بالقوه باعث کاهش یا حذف کمان ناشی از تنش می‌شود. این امر مستلزم تجهیزات کوره و کنترل فرآیند مناسب است.

۳. تعویض شفت

برای قوس شدید یا در کاربردهای حیاتی، تعویض اغلب مطمئن‌ترین راه حل است. هزینه یک شفت جدید باید در برابر زمان از کارافتادگی و خطر شکست تلاش‌های صاف کردن سنجیده شود.

۴. “حفظ تعادل در اطراف کمان”

در برخی موارد، به ویژه برای توربین‌های بزرگ، می‌توان وزنه‌های اصلاحی را محاسبه و نصب کرد تا اثر کمان را خنثی کنند. این کار کمان را اصلاح نمی‌کند، اما ارتعاش را به حداقل می‌رساند. این رویکرد محدودیت‌هایی دارد و معمولاً یک راه حل موقت است.

برای کمان حرارتی

۱. تغییرات رویه عملیاتی

  • اجرای روش‌های گرم کردن آهسته
  • برای جلوگیری از افت حرارتی، عملکرد مداوم چرخ‌دنده‌های چرخشی را در حین خاموشی حفظ کنید.
  • دمای ورودی بخار یا سیال فرآیند را با دقت بیشتری کنترل کنید
  • گرمایش/سرمایش متقارن را تضمین کنید

۲. اصلاحات طراحی

  • اضافه کردن عایق برای کاهش گرادیان حرارتی
  • برای گرم شدن یکنواخت، کاپشن‌های گرمایشی نصب کنید
  • بهبود سیستم خنک‌کننده برای اطمینان از توزیع یکنواخت دما

۳. عملکرد چرخ دنده گردان

برای توربین‌های بزرگ، چرخ‌دنده چرخشی (محرک چرخشی با سرعت کم) را در طول گرم شدن و خنک شدن به کار بیندازید تا شفت را بچرخاند و از ایجاد کمان حرارتی جلوگیری کند.

استراتژی‌های پیشگیری

جلوگیری از کمانی شدن شفت بسیار آسان‌تر از اصلاح آن است:

طراحی و ساخت

  • استفاده از روش‌های عملیات حرارتی مناسب برای به حداقل رساندن تنش‌های پسماند
  • طراحی سختی کافی شفت برای کاربرد مورد نظر
  • مواد مناسب برای محیط حرارتی را مشخص کنید

نصب و نگهداری

  • همیشه روتورها را با استفاده از نقاط بلند کردن تعیین‌شده بلند کنید، هرگز از طریق شفت
  • روتورهای یدکی را با تکیه‌گاه مناسب نگهداری کنید تا از خم شدن آنها جلوگیری شود.
  • جلوگیری از ضربه مکانیکی در حین جابجایی
  • صاف بودن شفت را به صورت دوره‌ای (سالانه یا طبق برنامه سازنده) بررسی کنید.

عملیات

  • رویه‌های گرم کردن و خاموش کردن سازنده را دنبال کنید
  • از تغییرات سریع دما خودداری کنید
  • در هنگام روشن شدن، علائم کمان حرارتی را زیر نظر داشته باشید
  • هرگونه تغییر غیرقابل توضیح در فاز ارتعاش را بررسی کنید

تأثیر بر رویه‌های متعادل‌سازی

تلاش برای متعادل کردن میله خمیده معمولاً بی‌فایده است و می‌تواند نتیجه‌ی معکوس داشته باشد:

  • اصلاحات ناکارآمد: وزنه‌های تعادل محاسبه‌شده برای عدم تعادل جرمی، کمان هندسی را اصلاح نمی‌کنند.
  • پنهان کردن مشکل: “متعادل‌سازی” تا حدی موفق یک شفت خمیده ممکن است ارتعاش را موقتاً کاهش دهد، اما مشکل اساسی را حل نشده باقی می‌گذارد.
  • وقت تلف شده: تکرارهای متعدد متعادل‌سازی بدون موفقیت، نشان دهنده نیاز به بررسی وجود کمان است.
  • آسیب‌های احتمالی: اضافه کردن وزنه‌های اصلاحی بزرگ به شفت خمیده می‌تواند تنش‌ها را افزایش داده و باعث آسیب بیشتر شود.

بهترین روش: همیشه قبل از شروع مراحل بالانس، قوس شفت را بررسی کنید، به خصوص اگر روتور سابقه جابجایی، رویدادهای حرارتی یا مشکلات ارتعاشی غیرقابل توضیح داشته باشد.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories:
واتساپ