Comprensione dei rotori incrinati
Definizione: cos'è un rotore incrinato?
A rotore incrinato è un rotore o albero rotante che ha sviluppato una cricca da fatica, una frattura che si propaga attraverso il materiale a causa di sollecitazioni cicliche. Questo è essenzialmente lo stesso di un crepa dell'albero ma enfatizza l'intero gruppo rotore piuttosto che il solo elemento albero. I rotori incrinati sono estremamente pericolosi perché la crepa può propagarsi da un piccolo difetto impercettibile a una frattura catastrofica completa in pochi giorni o settimane una volta rilevata attraverso vibrazione monitoraggio.
La caratteristica vibrazione di un rotore incrinato è una caratteristica evidente 2× (seconda armonica) componente che cresce man mano che la crepa si propaga, risultante dalla variazione di rigidità dell'albero pari a due volte per giro, quando la crepa si apre e si chiude durante la rotazione.
Come si sviluppano le crepe nei rotori
Siti di inizio delle crepe
Le crepe si formano quasi sempre in corrispondenza delle concentrazioni di stress:
- Sedi per chiavette: Angoli acuti alle estremità delle sedi delle chiavette (sito di inizio più comune)
- Variazioni di diametro: Spalle, passi o transizioni
- Sezioni thread: Le radici dei fili creano concentrazione di stress
- Fori e trapani trasversali: Per passaggi olio o montaggio
- Bordi a pressione: Interferenze che creano stress residuo
- Saldature: Zone termicamente alterate e punte di saldatura
- Pozzi di corrosione: Difetti superficiali da corrosione
- Segni di lavorazione: Segni di utensili, soprattutto se perpendicolari alla sollecitazione
Processo di crescita delle crepe
- Formazione di microfratture: Iniziato alla concentrazione dello stress, in genere < 1 millimetro
- Propagazione lenta: La crepa cresce gradualmente con ogni ciclo di stress (potrebbero volerci anni)
- Accelerazione: Man mano che la crepa cresce, l'intensità dello stress aumenta e il tasso di crescita accelera
- Fase rilevabile: Crepa 10-30% attraverso il diametro, appare una vibrazione 2×
- Dimensione critica: Materiale rimanente insufficiente per trasportare carichi
- Frattura catastrofica: Guasto improvviso e completo dell'albero
La caratteristica firma di vibrazione 2X
Perché le crepe producono vibrazioni 2X
Il meccanismo della fessura respiratoria:
- Crepa chiusa (compressione): Quando la regione della fessura è in compressione (fondo di rotazione per l'albero orizzontale), le facce della fessura entrano in contatto, la rigidità dell'albero è maggiore
- Aprire (tensione): Quando la crepa si verifica in tensione (sommità della rotazione), la crepa si apre e la rigidità dell'albero diminuisce
- Due volte per rivoluzione: La rigidità cambia due volte per rivoluzione (una volta quando la crepa è orientata verso l'alto, una volta quando è orientata verso il basso)
- 2× Forzatura: La variazione di rigidità a frequenza 2× crea una risposta di vibrazione 2×
- Crescita dell'ampiezza: Man mano che la crepa si espande, l'asimmetria della rigidità aumenta, l'ampiezza aumenta di 2×
Caratteristiche di vibrazione
- Indicatore primario: Componente 2× emergente e in crescita nel tempo
- 1× Modifiche: La vibrazione 1× può anche aumentare poiché la crepa crea un arco residuo
- Armoniche superiori: 3×, 4× possono apparire quando la crepa diventa grave
- Fase Comportamento: Gli angoli di fase possono cambiare durante l'avvio/decelerazione in modo diverso rispetto a sbilanciare
- Sensibilità alla temperatura: L'ampiezza 2× può variare con la temperatura dell'albero (influenzando l'apertura della crepa)
Rilevamento e diagnosi
Monitoraggio delle vibrazioni
Rapporto di tendenza 2X/1X
- Monitorare il rapporto di ampiezza 2× a ampiezza 1×
- Macchinari normali: 2×/1× < 0.2-0.3
- Crepa sospetta: 2×/1× > 0,5 e in aumento
- Crepa confermata: 2×/1× che si avvicina o supera 1,0
- Emergenza: 2×/1× > 2.0, si consiglia l'arresto immediato
Test transitori
- diagrammi di Bode durante l'avvio/decelerazione
- Il rotore incrinato mostra un insolito comportamento 2×
- Potrebbero esserci due picchi a metà di ciascuno velocità critica
- I cambiamenti di fase differiscono dalla normale risposta allo squilibrio
Esame non distruttivo
- Ispezione con particelle magnetiche (MPI): Rileva crepe superficiali e vicine alla superficie
- Penetranti per coloranti: Rilevamento visivo di crepe superficiali
- Test ad ultrasuoni (UT): Rileva crepe interne
- Corrente parassita: Rilevamento di crepe superficiali senza contatto
- Radiografia: Rilevamento di crepe interne nei componenti critici
Risposta alle emergenze
Al rilevamento di una sospetta crepa
- Aumentare il monitoraggio: Da mensile a giornaliero o continuo
- Ridurre la gravità operativa: Se possibile, ridurre la velocità o il carico
- Pianificare un'ispezione immediata: Pianificare l'esame NDT il prima possibile
- Prepararsi allo spegnimento: Ordinare l'albero di ricambio, pianificare le procedure di riparazione
- Valutazione del rischio: Calcola il tempo fino al potenziale fallimento in base al tasso di crescita
Se la crepa è confermata
- Arresto immediato: A meno che la valutazione del rischio non dimostri un funzionamento sicuro e continuato per un periodo definito
- Nessun riavvio: Fino alla sostituzione o riparazione dell'albero
- Sostituzione dell'albero: La soluzione più affidabile
- Analisi della causa principale: Determinare perché si è sviluppata la crepa per prevenirne la recidiva
Strategie di prevenzione
Progetto
- Eliminare o ridurre al minimo le concentrazioni di stress
- Utilizzare raggi di raccordo generosi (R > 0,1 × diametro)
- Evitare se possibile le sedi per chiavette; utilizzare accoppiamenti con interferenza
- Selezione corretta dei materiali e trattamento termico
- Trattamenti superficiali (pallinatura, nitrurazione) per migliorare la resistenza alla fatica
Operazione
- Mantenere buono qualità dell'equilibrio (ridurre al minimo lo stress di flessione ciclico)
- Precisione allineamento (ridurre i momenti flettenti)
- Evitare il funzionamento a velocità critiche
- Prevenire gli eventi di eccesso di velocità
- Controllare gli stress termici attraverso un adeguato riscaldamento/defaticamento
Manutenzione
- Monitoraggio regolare delle vibrazioni con trend 2×
- Ispezione periodica NDT (annuale o in base alla valutazione del rischio)
- Previene la corrosione (protegge dall'innesco della vaiolatura)
- Mantiene basse le vibrazioni (riduce lo stress ciclico)
I rotori incrinati rappresentano una delle modalità di guasto più critiche nelle macchine rotanti. La combinazione del monitoraggio delle vibrazioni (che rileva la caratteristica crescita della firma 2x) e dell'ispezione periodica non distruttiva fornisce una protezione essenziale, consentendo la rilevazione prima di guasti catastrofici e consentendo la sostituzione programmata dell'albero, prevenendo danni secondari estesi e rischi per la sicurezza.
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 