A tengelyelhajlás megértése forgó gépekben

Eszközök

Hordozható kiegyensúlyozó és rezgéselemző Balanset-1A

$2,358.31

Alkatrészek

Vibrációs érzékelő

$107.47

Alkatrészek

Optikai érzékelő (lézeres fordulatszámmérő)

$148.07

Eszközök

Balanset-4

$8,123.32

Alkatrészek

Mágneses állvány mérete 60 kgf

$54.93

Alkatrészek

Fényvisszaverő szalag

$11.94

Eszközök

Dinamikus kiegyensúlyozó "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definíció: Mi a tengelykorbács?

Tengely ostor (hidrodinamikai csapágyakban előforduló esetben olajos csapágyazásnak is nevezik) a károsodás súlyos formája rotor instabilitása erőszakos öngerjesztett rezgés Ez akkor fordul elő, amikor egy folyadékfilm csapágyakban működő rotor túllépi a kritikus küszöbsebességet, ami jellemzően az első sebesség körülbelül kétszerese. kritikus sebesség. Amikor ostorcsapás történik, a rezgési frekvencia “rögzül” a rotor első természetes frekvencia és a további sebességnövekedésektől függetlenül ott is marad, az amplitúdót csak a csapágyhézag vagy a katasztrofális meghibásodás korlátozza.

A tengelyrázkódás az egyik legveszélyesebb állapot a nagy sebességű forgógépekben, mivel hirtelen alakul ki, másodpercek alatt romboló amplitúdójúvá válik, és nem korrigálható. kiegyensúlyozás vagy más hagyományos módszerekkel. Azonnali leállítást és csapágyrendszer-módosításokat igényel a probléma megismétlődésének megelőzése érdekében.

A progresszió: Olajörvénytől tengelyforgatig

1. szakasz: Stabil működés

• A rotor az instabilitási küszöb alatt működik
• Csak normál kényszerített rezgés a kiegyensúlyozatlanság jelenlegi
• A csapágyolaj-film stabil tartást biztosít

2. szakasz: Olajörvény kezdete

Ahogy a sebesség körülbelül az első kritikus sebesség kétszerese fölé nő:

• Olajörvény fejlődik ki — szinkron alatti rezgés ~0,43-0,48× tengelysebességnél
• Az amplitúdó kezdetben mérsékelt és sebességfüggő
• A frekvencia a tengelysebességgel arányosan növekszik
• Lehet szakaszos vagy folyamatos
• Együttműködhet a kiegyensúlyozatlanságból eredő normál 1X rezgéssel

3. szakasz: Ostorátmenet

Amikor az olajörvény frekvenciája megnő, hogy elérje az első természetes frekvenciát:

• Frekvencia rögzítése: A rezgési frekvencia a természetes frekvencián rögzül
• Rezonáns erősítés: Az amplitúdó drámaian megnő a következők miatt: rezonancia
• Hirtelen kezdet: Az örvénylésről az ostorozásra való átmenet azonnali lehet
• Sebességfüggetlenség: A további sebességnövelés nem változtatja meg a frekvenciát, csak az amplitúdót

4. szakasz: Tengelytörés (kritikus állapot)

• Állandó frekvenciájú rezgés (első természetes frekvencia, jellemzően 40-60 Hz)
• Az amplitúdó 5-20-szor nagyobb, mint a normál kiegyensúlyozatlansági rezgés
• A tengely hozzáérhet a csapágyhézag határaihoz
• A csapágyak és az olaj gyors felmelegedése
• Katasztrofális meghibásodás lehetősége perceken belül, ha nem állítják le

Fizikai mechanizmus

Hogyan fejlődik az olajos habverő

A mechanizmus a csapágyolaj-film folyadékdinamikáját foglalja magában:

1. Olajék képződése: Ahogy a tengely forog, olajat húz a csapágy körül, nyomás alatt álló éket hozva létre.
2. Tangenciális erő: Az olajék a sugárirányra merőleges (tangenciális) erőt fejt ki.
3. Pályamozgás: A tangenciális erő miatt a tengely középpontja körülbelül féltengelysebességgel kering.
4. Energia kinyerése: A rendszer energiát von ki a tengely forgásából a pályamozgás fenntartásához
5. Rezonancia zár: Amikor a pályafrekvenciája megegyezik a természetes frekvenciával, a rezonancia felerősíti a rezgést
6. Határciklus: A rezgés addig növekszik, amíg a csapágyhézag vagy a meghibásodás nem korlátozza

Diagnosztikai azonosítás

Rezgésjel

A tengelyrázás jellegzetes mintázatokat hoz létre a rezgési adatokban:

• Spektrum: Nagy csúcs szinkron alatti frekvencián (első természetes frekvencia), állandó a sebességváltozástól függetlenül
• Vízesés telek: A szubszinkron komponens függőleges vonalként (állandó frekvencia) jelenik meg, nem pedig átlósan (sebességarányos)
• Rendeléselemzés: A sebesség növekedésével csökkenő törtrendű érték (pl. 0,5×-ről 0,4×-re, majd 0,35×-re változik)
• Pálya: Nagy kör alakú vagy ellipszis pálya természetes frekvencián

Kezdő sebesség

• Tipikus küszöbérték: 2,0–2,5× első kritikus sebesség
• Csapágyfüggő: A fajlagos küszöbérték a csapágy kialakításától, az előterheléstől és az olaj viszkozitásától függően változik.
• Hirtelen kezdet: A kis sebességnövekedés gyors átmenetet válthat ki stabil állapotból instabil állapotba

Megelőzési stratégiák

Csapágytervezési módosítások

1. Billenő csapágyak

• A leghatékonyabb megoldás a tengelycsapódás megelőzésére
• A betétek egymástól függetlenül elfordulnak, kiküszöbölve a destabilizáló keresztirányú erőket
• Széles sebességtartományban is stabil
• Iparági szabvány a nagy sebességű turbógépekhez

2. Nyomásgát csapágyak

• Módosított hengeres csapágy hornyokkal vagy gáttal
• Növeli a hatékony csillapítást és merevséget
• Olcsóbb, mint a billenőpad, de kevésbé hatékony

3. Csapágy előterhelés

• A csapágyak radiális előfeszítése növeli a merevséget
• Növeli az instabilitás küszöbsebességét
• Eltolt furatú kialakítással érhető el

4. Nyomja össze a fóliacsillapítókat

• Külső csillapító elem a csapágy körül
• További csillapítást biztosít a csapágy kialakításának megváltoztatása nélkül
• Hatékony utólagos alkalmazásokhoz

Operatív intézkedések

• Sebességkorlátozás: Korlátozza a maximális üzemi sebességet a küszöbérték alá (általában < 1,8× első kritikus)
• Terheléskezelés: Amikor csak lehetséges, nagyobb csapágyterheléssel működtesse (növeli a csillapítást)
• Olajhőmérséklet-szabályozás: Az alacsonyabb olajhőmérséklet növeli a viszkozitást és a csillapítást
• Monitoring: Folyamatos rezgésmonitorozás riasztásokkal a szinkron alatti komponensekhez

Következmények és károk

Azonnali hatások

• Erős rezgés: Az amplitúdók elérhetik a több millimétert (több száz mil) is.
• Zaj: Hangos, jellegzetes hang, amely eltér a normál működéstől
• Gyors csapágyfűtés: A csapágyak hőmérséklete percek alatt 20-50°C-kal emelkedhet
• Olaj lebomlása: A magas hőmérséklet és a nyírás rontja a kenőanyagot

Lehetséges hibák

• Csapágytörlés: A csapágybabbit anyaga megolvad és letörölődik
• Tengely sérülése: Karcolódás, korrózió vagy állandó hajlítás
• Tömítési hiba: A túlzott tengelymozgás tönkreteszi a tömítéseket
• Tengelytörés: Nagyciklusú fáradás heves rezgésből
• Csatlakozási sérülés: Az átvitt erők károsítják a tengelykapcsolókat

Kapcsolódó jelenségek

Olajörvény

Olajörvény az ostor előfutára:

• Ugyanaz a mechanizmus, de a frekvencia nem rögzült a természetes frekvenciához
• Kevésbé súlyos amplitúdó
• A sebességgel arányos frekvencia (~0,43-0,48×)
• Bizonyos alkalmazásokban tolerálható lehet

Gőzörvény

Hasonló instabilitást mutat a gőzturbinákban, amelyet a labirinttömítésekben fellépő aerodinamikai erők okoznak, nem pedig a csapágyolaj-filmek. Hasonló szubszinkron rezgést mutat, amely a természetes frekvenciához rögzül.

Száraz súrlódású ostor

Tömítések helyén vagy a rotor-sztátor érintkezéséből eredően fordulhat elő:

• A súrlódási erők destabilizáló mechanizmust biztosítanak
• Ritkább, mint az olajos habverő, de ugyanolyan veszélyes
• Eltérő korrekciós megközelítést igényel (érintkezés megszüntetése, tömítés kialakításának javítása)

Esettanulmány: Kompresszor tengelykapcsoló

Forgatókönyv: Nagy sebességű centrifugális kompresszor siklóhengeres csapágyakkal

• Normál működés: 12 000 fordulat/perc, 2,5 mm/s rezgéssel
• Sebességnövelés: A nagyobb kapacitás érdekében a kezelő fordulatszáma 13 500 fordulat/percre nőtt.
• Kezdet: 13 200 fordulat/percnél hirtelen heves rezgés alakult ki
• Tünetek: 25 mm/s rezgés 45 Hz-en (állandó), a csapágy hőmérséklete 3 perc alatt 70°C-ról 95°C-ra emelkedett
• Sürgősségi intézkedés: Azonnali leállítás megakadályozta a csapágy meghibásodását
• Kiváltó ok: Az első kritikus sebesség 2700 RPM (45 Hz) volt; a 2× kritikus = 5400 RPM küszöbértéket túllépték
• Megoldás: A siklócsapágyakat billenő csapágyakra cserélték, így biztonságosan működhet 15 000 fordulat/perc sebességgel

Szabványok és iparági gyakorlat

• API 684: Nagysebességű turbógépek stabilitási elemzését igényli
• API 617: Meghatározza a kompresszorok csapágytípusait és stabilitási követelményeit
• ISO 10814 szabvány: Útmutatást nyújt a csapágy kiválasztásához a stabilitás érdekében
• Iparági gyakorlat: Billenőcsapágyak szabványosak a kétszeres első kritikus sebesség felett működő berendezésekhez

A tengelyrázkódás katasztrofális meghibásodási módot jelent, amelyet megfelelő csapágyválasztással és -tervezéssel kell megelőzni. Jellegzetes szubszinkron, frekvenciafüggetlen rezgési jellemzőjének felismerése lehetővé teszi a gyors diagnózist és a megfelelő vészhelyzeti reagálást, megakadályozva a kritikus nagy sebességű forgó berendezések költséges károsodását.

---

← Vissza a fő tartalomjegyzékhez