Razumijevanje pukotina na osovinama rotirajućih strojeva

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Definicija: Što je pukotina osovine?

A pukotina osovine je lom ili diskontinuitet u rotirajućoj osovini koji nastaje zbog umora, koncentracije naprezanja ili nedostataka materijala. Pukotine obično nastaju na površini i šire se prema unutra okomito na smjer maksimalnog vlačnog naprezanja. U rotirajućim strojevima, pukotine na osovini izuzetno su opasne jer mogu napredovati od male, neprimjetne mane do potpunog loma osovine u roku od nekoliko sati ili dana, što potencijalno može uzrokovati katastrofalan kvar opreme.

Pukotine u osovini stvaraju karakteristične vibracija potpisi, posebno karakteristična komponenta 2× (dva puta po okretu) koja se pojavljuje kako se pukotina razvija. Rano otkrivanje putem vibration analysis je ključno za sprječavanje potpunog kvara osovine i povezanih sigurnosnih opasnosti.

Uobičajeni uzroci pukotina osovine

1. Umor od cikličkih naprezanja

Najčešći uzrok, posebno kod rotirajućih strojeva:

• Zamor od savijanja: Rotirajuća osovina s neravnomjernom krutošću ili opterećenjima stvara cikličko naprezanje savijanja
• Torzijski zamor: Oscilirajući moment u osovinama za prijenos snage
• Visokociklički umor: Milijuni ciklusa naprezanja akumuliraju se tijekom godina rada
• Koncentracija stresa: Utori, rupe, zaobljenja i geometrijski diskontinuiteti koncentriraju naprezanje

2. Radni uvjeti

• Prekomjerno Neravnoteža: Visoke centrifugalne sile stvaraju naprezanje savijanja
• Neusklađenost: Momenti savijanja zbog neusklađenosti ubrzavaju umor
• Rezonantna operacija: Djeluje na ili blizu kritične brzine stvara velike otklone
• Preopterećenje: Rad izvan projektnih granica
• Toplinski stres: Brzi ciklusi zagrijavanja/hlađenja ili toplinski gradijenti

3. Materijalni i proizvodni nedostaci

• Uključeni materijali: Troska, šupljine ili strani materijal u materijalu osovine
• Nepravilna toplinska obrada: Nedovoljno kaljenje ili otpuštanje
• Nedostaci strojne obrade: Tragovi alata, udubljenja ili ogrebotine stvaraju poraste naprezanja
• Točkasta korozija: Površinska korozija stvara mjesta nastanka pukotina
• Briga: Na mjestima spajanja prešanim spojevima ili utorima za ključ

4. Operativni događaji

• Događaji prekoračenja brzine: Hitno ili slučajno prekoračenje brzine stvara velika naprezanja
• Jake trenje: Kontakt koji generira toplinu i lokalnu koncentraciju naprezanja
• Udarno opterećenje: Iznenadna opterećenja uzrokovana procesnim poremećajima ili mehaničkim udarima
• Prethodni popravci: Zavarivanje ili obrada koja uzrokuje zaostala naprezanja

Simptomi vibracija napuknutog vratila

Karakteristična 2× komponenta

Karakterističan vibracijski potpis napuknute osovine je istaknut 2× (drugi harmonik) komponenta:

Zašto se razvija 2× vibracija

• Pukotina se otvara i zatvara dva puta po okretu dok se osovina okreće
• Kada je pukotina u kompresiji (dno rotacije), krutost je veća
• Kada je pukotina pod napetosti (vrh rotacije), pukotina se otvara, krutost je manja
• Ova promjena krutosti dvostruko po okretu stvara 2× silu
• 2× amplituda se povećava kako se pukotina širi i raste asimetrija krutosti

Dodatni indikatori vibracija

• 1× Promjene: Postupno povećanje vibracija od 1× zbog promijenjene krutosti i preostalog luka
• Viši harmonici: 3×, 4× mogu se pojaviti kako se povećava ozbiljnost pukotine
• Fazni pomaci: Fazni kut se mijenja tijekom pokretanja/usporavanja ili pri različitim brzinama
• Ponašanje ovisno o brzini: Vibracije se mogu nelinearno mijenjati s brzinom
• Osjetljivost na temperaturu: Vibracije mogu biti povezane s toplinskim širenjem prilikom otvaranja/zatvaranja pukotine

Karakteristike pokretanja/usporavanja

• 2× komponenta pokazuje neobično ponašanje tijekom prijelaznih stanja
• Može pokazati dva vrha u Bodeov dijagram (na 1/2 svake kritične brzine)
• Fazne promjene 1× komponente mogu se razlikovati od normalnog odziva na neravnotežu

Metode detekcije

Praćenje vibracija

Analiza trendova

• Pratite omjer 2X/1X tijekom vremena
• Postupno povećanje amplitude od 2× je znak upozorenja
• Omjer 2X/1X > 0,5 zahtijeva istragu
• Sumnjive nagle promjene u obrascu vibracija

Spektralna analiza

• Redovno Brza brzina pretrage (FFT) analiza koja prikazuje harmonike
• Usporedite trenutne s povijesnim osnovnim spektrima
• Pratite pojavu ili rast 2× vrha

Tranzijentna analiza

• Vodopadni prikazi tijekom pokretanja/usporavanja
• Bodeovi dijagrami koji prikazuju amplitudu i fazu u odnosu na brzinu
• Neobično ponašanje pri kritičnim brzinama

Metode bez vibracija

1. Inspekcija magnetskim česticama (MPI)

• Detektira površinske i pripovršinske pukotine
• Zahtijeva pristupačnu površinu osovine
• Visoka pouzdanost za otkrivanje pukotina
• Dio rutinskih pregleda održavanja

2. Ultrazvučno ispitivanje (UT)

• Otkriva unutarnje i površinske pukotine
• Može pronaći pukotine prije nego što pojave simptome vibracija
• Zahtijeva specijaliziranu opremu i obučeno osoblje
• Preporučuje se za kritična vratila

3. Inspekcija penetrantom boje

• Jednostavna metoda za otkrivanje površinskih pukotina
• Zahtijeva čišćenje i pripremu površine
• Korisno za pristupačna područja tijekom prekida struje

4. Ispitivanje vrtložnim strujama

• Beskontaktno otkrivanje površinskih pukotina
• Dobro za automatiziranu inspekciju
• Učinkovit na nemagnetskim i magnetskim materijalima

Odgovor i korektivne mjere

Trenutne radnje nakon otkrivanja

1. Povećanje učestalosti praćenja: Od mjesečnog do tjednog ili dnevnog
2. Smanjite ozbiljnost operacija: Smanjite brzinu ili opterećenje ako je moguće
3. Prekid plana: Zakažite popravak ili zamjenu što je prije moguće
4. Izvršite NDE: Potvrdite prisutnost pukotine i procijenite njezinu ozbiljnost
5. Procjena rizika: Utvrdite je li daljnji rad siguran

Dugoročna rješenja

• Zamjena osovine: Najpouzdanije rješenje za potvrđene pukotine
• Popravak (ograničeni broj slučajeva): Neke pukotine mogu se ukloniti strojnom obradom i nadogradnjom zavarivanjem (potrebna je stručna procjena)
• Analiza uzroka: Utvrdite zašto se pukotina razvila kako biste spriječili njezino ponovno pojavljivanje
• Modifikacije dizajna: Rješavanje koncentracija naprezanja, poboljšanje odabira materijala, modificiranje radnih uvjeta

Strategije prevencije

Faza dizajna

• Uklonite oštre kutove i koncentracije naprezanja
• Koristite velike radijuse zaobljenja pri promjenama promjera
• Navedite odgovarajuće materijale za razinu naprezanja i okolinu
• Izvršite analizu naprezanja metodom konačnih elemenata
• Primjena površinskih obrada (sačmarenje, nitriranje) za poboljšanje otpornosti na umor

Operativna faza

• Održavajte dobro kvaliteta ravnoteže kako bi se smanjilo cikličko naprezanje savijanja
• Osigurajte precizno poravnanje
• Izbjegavajte rad pri kritičnim brzinama
• Spriječite prekoračenje brzine
• Kontrolirajte toplinska naprezanja pravilnim zagrijavanjem/hlađenjem

Faza održavanja

• Redoviti pregledi korištenjem odgovarajućih NDE metoda
• Programi za praćenje vibracija za otkrivanje ranih simptoma
• Periodično balansiranje za smanjenje naprezanja od zamora
• Sprječavanje korozije i održavanje premaza

Pukotine na osovini predstavljaju jedan od najozbiljnijih potencijalnih kvarova u rotirajućim strojevima. Kombinacija praćenja vibracija (za otkrivanje karakterističnih 2× potpisa) i periodičnih nerazornih ispitivanja pruža najbolju strategiju za rano otkrivanje pukotina, omogućujući planirano održavanje prije nego što dođe do katastrofalnog kvara.

---

← Natrag na glavni indeks