Pyörivien koneiden akselikaaren ymmärtäminen

Laitteet

Kannettava tasapainotuslaite ja tärinäanalysaattori Balanset-1A

$2,358.31

Osat

Tärinäanturi

$107.47

Osat

Optinen anturi (lasertakometri)

$148.07

Laitteet

Balanset-4

$8,123.32

Osat

Magneettinen jalusta Insize-60-kgf

$54.93

Osat

Heijastava nauha

$11.94

Laitteet

Dynaaminen tasapainotin "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Määritelmä: Mikä on shaft bow?

Akselin jousi (kutsutaan myös akselin taipumiseksi, roottorin kaareutumiseksi tai yksinkertaisesti "kaareutumiseksi") on tila, jossa roottori akseli on kehittänyt pysyvän tai puolipysyvän kaarevuuden, joka aiheuttaa sen poikkeaman suorasta keskiviivasta. Toisin kuin tilapäinen loppuminen Akselin kaareuma, joka voi johtua löysästä komponentista tai epäkeskisestä kiinnityksestä, edustaa itse akselimateriaalin muodonmuutosta.

Akselijousi tuottaa tärinä oireet, jotka muistuttavat pinnallisesti epätasapaino, mutta sitä ei voida korjata tavanomaisilla keinoilla tasapainottaminen menettelyjä. Tämän vuoksi oikean diagnoosin tekeminen on ratkaisevan tärkeää, jotta vältetään ajan hukkaaminen vääntyneen akselin tasapainottamista yrittäessä.

Akselin jousen tyypit

Akselin kaareutuminen voidaan luokitella sen syyn ja keston perusteella:

1. Pysyvä mekaaninen jousi

Tämä on akselimateriaalin plastinen (pysyvä) muodonmuutos, jonka aiheuttaa:

• Mekaaninen ylikuormitus tai isku
• Virheellinen nostaminen tai käsittely huollon aikana
• Roottorin pudottaminen
• Liiallinen taivutusjännitys käytön aikana
• Valmistusvirheet tai virheellinen lämpökäsittely

Kun akseli on antanut periksi (pysyvästi muotoutunut), kaari pysyy asentoisena, vaikka akseli olisi levossa ja kaikki kuormat olisi poistettu.

2. Lämpöjousi (ohimenevä)

Kutsutaan myös lämpöjousi tai kuuma jousi, tämä on väliaikainen tila, joka johtuu akselin epätasaisesta kuumenemisesta. Lämmitetty puoli laajenee enemmän kuin viileä puoli, mikä luo tilapäisen käyristymän. Syitä ovat:

• Epäsymmetriset lämmönlähteet (kuuma prosessineste toisella puolella, jäähdytysilma toisella puolella)
• Laakerin kitka lämmittää akselin toista puolta
• Roottori hankaa aiheuttaen paikallista kuumenemista
• Aurinkolämmitys ulkolaitteissa
• Suurten turbiinien virheelliset lämmitysmenetelmät

Lämpötilan muutos häviää tyypillisesti, kun akseli jäähtyy tasaisesti tai kun terminen tasapaino saavutetaan. Toistuvat lämpömuodon muutosjaksot voivat kuitenkin lopulta aiheuttaa pysyvän jähmettymisen.

3. Jäännösjännitysjousi

Hitsauksesta, lämpökäsittelystä tai valmistusprosesseista johtuvat sisäiset jäännösjännitykset voivat aiheuttaa akselin hitaan taipumisen ajan myötä, erityisesti silloin, kun se altistetaan käyttölämpötiloille tai mekaanisille kuormille, jotka aiheuttavat jännityksen lieventymistä.

Akselin kaareutumisen syyt

Perimmäisten syiden ymmärtäminen auttaa estämään akselin taipumista ja ohjaa korjaavia toimenpiteitä:

Mekaaniset syyt

• Ylikuormitus: Käyttö kuormilla, jotka ylittävät suunnittelurajat
• Virheellinen säilytys: Akseleiden varastointi vaakasuorassa ilman asianmukaista tukea, mikä aiheuttaa niiden roikkumisen ajan myötä
• Väärinkäsittely: Nostaminen akselista nimettyjen nostopisteiden sijaan
• Onnettomuus tai törmäys: Pudottaminen, törmäys tai vierasesinevaurio
• Laakerin kiinnileikkautuminen: Juuttunut laakeri voi aiheuttaa akselin taipumisen käyttömomentin vaikutuksesta

Lämpösyyt

• Epätasainen lämmitys: Epätasainen lämpötilan jakautuminen akselin kehän ympäri
• Nopeat lämpötilan muutokset: Lämpöshokki käynnistyksen tai sammutuksen aikana
• Kuumat kohdat: Paikallinen kuumeneminen kitkan, hankautumisen tai prosessiolosuhteiden vuoksi
• Riittämätön alkulämmittely: Kylmien turbiinien tai suurten koneiden käynnistäminen liian nopeasti
• Sammutusmenettelyt: Kuuman akselin pyörimisen pysäyttäminen ennen jäähtymistä (lämpöpainuminen)

Materiaali- ja valmistussyyt

• Huono materiaalin laatu: Sulkeumat, tyhjät kohdat tai materiaalien epähomogeenisuudet
• Väärä lämpökäsittely: Jäännösjännitykset sammutuksesta tai päästöstä
• Hitsauksen vääristymä: Epäsymmetrinen hitsaus, joka aiheuttaa jäännösjännityksiä
• Koneistusjännitykset: Valmistuksen aikana syntyvät jännitykset

Miten akselin jousi aiheuttaa tärinää

Kaareva akseli luo värähtelyä kahden mekanismin kautta:

1. Geometrinen epätasapaino

Kun kaareva akseli pyörii, sen kaareva keskiviiva muodostaa kartion tai muun epäympyrän muotoisen radan. Vaikka roottorin massajakauma olisi täysin tasapainoinen, kaareva geometria luo epäkeskisen pyörivän massan, joka tuottaa keskipakoisvoimia ja siten 1X-värähtelyä (värähtelyä akselin pyörimistaajuudella).

2. Laakereiden momenttikuormitus

Kaarevuus luo taivutusmomentteja, jotka välittyvät laakereihin aiheuttaen vaihtelevia laakerikuormia ja tärinää.

Akselin kaaren havaitseminen

Akselin kaareuman erottaminen todellisesta massaepätasapainosta on ratkaisevan tärkeää tehokkaan vianmäärityksen kannalta:

Oireiden vertailu: Jousi vs. epätasapaino

Ominaisuus	Epätasapaino	Akselijousi
Tärinätaajuus	1X juoksunopeus	1X juoksunopeus
Vaihesuhde	Johdonmukainen, aina sama	Saattaa muuttua lämmittelyn aikana
Hidas rullausvärähtely	Läsnä (suhteessa nopeuteen²)	Läsnä ja usein merkittävä jopa erittäin hitaalla nopeudella
Vastaus tasapainottamiseen	Oikea tasapainotus vähentää tärinää	Minimaalista tai ei lainkaan parannusta; voi pahentua
Lämpöherkkyys	Suhteellisen vakaa lämpötilan suhteen	Muutokset merkittävästi lämmittelyn/jäähdyttelyn aikana
Loppuheiton mittaus	Matala roottorin ollessa levossa	Suuri heitto myös levossa (pysyvä taipuminen)

Diagnostiset testit

1. Hitaan vierityksen mittaus

Pyöritä akselia hyvin hitaasti (yleensä 5-10% käyttönopeudella) ja mittaa loppuminen lähestymisanturilla tai mittakellolla. Suuri heitto hitaalla vierinnällä osoittaa akselin taipumista tai mekaanista heittoa, ei epätasapainoa (joka tuottaa nopeuteen neliöityyn voimaan verrannollisen voiman).

2. Sammutusvaiheen siirtymä

Näytön tärinä vaihekulma koneen sammuessa. Todellinen epätasapaino pitää vaiheen vakiona nopeudesta riippumatta. Taipunut akseli voi aiheuttaa vaihemuutoksia, erityisesti jäähtyessään.

3. Lämpöjousikoe

Jos epäilet lämpöjousta, tarkkaile tärinää käynnistyksen ja lämpenemisen aikana. Lämpöjousen aiheuttama tärinä kasvaa tyypillisesti koneen lämmetessä ja voi sitten vakiintua tai laskea, kun lämpötasapaino saavutetaan.

4. Koneen ulkopuolisen pyörinnän tarkistus

Irrota roottori, tue se V-lohkojen tai sorvin varaan ja pyöritä sitä hitaasti samalla, kun mittaat säteittäistä heittoa mittakellolla. Merkittävä heitto (tyypillisesti > 0,001 tuumaa tai 25 µm) vahvistaa pysyvän taipuman.

5. Silmämääräinen tarkastus

Suurilla akseleilla visuaalinen tähtäys akselin pituudelle tai optisten menetelmien (laserkohdistus) käyttö voi paljastaa selvän kaarevuuden.

Korjausmenetelmät

Sopiva korjaus riippuu jousen kovuudesta ja tyypistä:

Pysyvälle mekaaniselle jouselle

1. Akselin oikaisu

Lievään tai kohtalaiseen jousuun (tyypillisesti < 0,005" tai 125 µm), akseli voidaan joskus oikaista kylmänä tai kuumana hydraulisilla puristimilla. Tämä vaatii erikoislaitteita ja ammattitaitoisia teknikkoja. Akseli tuetaan ja kuormitetaan huolellisesti, jotta se muotoutuu plastisesti takaisin suoraksi.

2. Lämpöjännityksen lievittäminen

Lämpökäsittele akseli jäännösjännitysten poistamiseksi, mikä voi vähentää tai poistaa jännityksestä johtuvan taipumisen. Tämä edellyttää asianmukaisia uunilaitteita ja prosessinohjausta.

3. Akselin vaihto

Vakavan taipuman tai kriittisten sovellusten yhteydessä akselin vaihto on usein luotettavin ratkaisu. Uuden akselin hintaa on punnittava seisokkiaikaan ja oikaisuyritysten epäonnistumisen riskiin nähden.

4. “Tasapainoilua jousen ympärillä”

Joissakin tapauksissa, erityisesti suurille turbiineille, voidaan laskea ja asentaa korjauspainoja keulan vaikutuksen tasapainottamiseksi. Tämä ei korjaa keulaa, mutta minimoi tärinän. Tällä lähestymistavalla on rajoituksensa, ja se on tyypillisesti väliaikainen ratkaisu.

Lämpöjouselle

1. Toimintatapojen muutokset

• Toteuta hitaat lämmittelymenetelmät
• Pidä pyöritysmekanismi käynnissä jatkuvasti sammutuksen aikana lämpöpainumien estämiseksi
• Hallitse höyryn pääsyä tai prosessinesteiden lämpötiloja tarkemmin
• Varmista symmetrinen lämmitys/jäähdytys

2. Suunnittelumuutokset

• Lisää eristystä lämpötilagradienttien vähentämiseksi
• Asenna lämmitysvaipat tasaisen lämpenemisen takaamiseksi
• Paranna jäähdytysjärjestelmää varmistaaksesi tasaisen lämpötilan jakautumisen

3. Kääntövaihteiston käyttö

Suurten turbiinien lämmitys- ja jäähdytysvaiheiden aikana on käytettävä pyörityslaitetta (hitaasti pyörivää käyttölaitetta) akselin pyörittämiseksi ja lämpökaaren muodostumisen estämiseksi.

Ennaltaehkäisystrategiat

Akselin taipumisen estäminen on paljon helpompaa kuin sen korjaaminen:

Suunnittelu ja valmistus

• Käytä asianmukaisia lämpökäsittelymenetelmiä jäännösjännitysten minimoimiseksi
• Suunnittele riittävä akselin jäykkyys sovellukseen
• Määritä sopivat materiaalit lämpöympäristöön

Asennus ja huolto

• Nosta roottorit aina merkityistä nostokohdista, älä koskaan akselista.
• Säilytä vararoottoreita asianmukaisella tuella, jotta ne eivät roiku.
• Vältä mekaanisia iskuja käsittelyn aikana
• Tarkista akselin suoruus säännöllisesti (vuosittain tai valmistajan aikataulun mukaisesti)

Käyttö

• Noudata valmistajan lämmitys- ja sammutusohjeita
• Vältä nopeita lämpötilan muutoksia
• Tarkkaile lämpökaaren merkkejä käynnistysten aikana
• Tutki selittämättömiä muutoksia värähtelyvaiheessa

Vaikutus tasapainotusmenettelyihin

Kaarevan varren tasapainottaminen on yleensä turhaa ja voi olla haitallista:

• Tehottomat korjaukset: Massaepätasapainon laskennalliset tasapainotuspainot eivät korjaa geometrista jousta
• Ongelman peittäminen: Osittain onnistunut kaarevan akselin "tasapainotus" voi vähentää tärinää tilapäisesti, mutta jättää taustalla olevan ongelman ratkaisematta.
• Hukkaan heitetty aika: Useat tasapainotustoistot ilman tulosta osoittavat, että on tarpeen tarkistaa jousen suuntaus.
• Mahdolliset vahingot: Suurten korjauspainojen lisääminen kaarevaan akseliin voi lisätä jännityksiä ja aiheuttaa lisävaurioita

Parhaat käytännöt: Tarkista aina akselin kaarevuus ennen tasapainotustoimenpiteiden aloittamista, erityisesti jos roottoria on aiemmin käsitelty, siihen on kohdistunut lämpötapahtumia tai selittämättömiä tärinäongelmia.

---

← Takaisin päähakemistoon