ひび割れたローターを理解する
定義: ひび割れたローターとは何ですか?
A ひびの入ったローター は ローター または回転軸に疲労き裂（繰り返し応力によって材料全体に広がる破壊）が発生した。これは本質的に シャフトの亀裂 しかし、シャフト要素だけでなく、ローターアセンブリ全体に重点を置いています。ひび割れたローターは、小さな検出不可能な欠陥から数日または数週間で壊滅的な破損に至る可能性があるため、非常に危険です。 振動 監視。.
ひび割れたローターの特徴的な振動特性は、 2×（第2高調波） 回転中に亀裂が開閉するため、シャフトの剛性が 1 回転につき 2 回変化することで、亀裂が広がるにつれて大きくなる成分です。.
ローターの亀裂の発生過程
亀裂発生部位
亀裂はほとんどの場合、応力が集中する場所で発生します。
- キー溝: キー溝の端の鋭い角（最も一般的な発生箇所）
- 直径の変更: 肩、ステップ、またはトランジション
- ねじセクション: ねじ底が応力集中を引き起こす
- 穴とクロスドリル: オイル通路または取り付け用
- プレスフィットエッジ: 残留応力を生み出す干渉嵌合
- 溶接: 熱影響部と溶接止端部
- 腐食ピット: 表面欠陥 腐食
- 加工痕: 工具痕、特に応力に対して垂直な場合
亀裂成長過程
- マイクロクラックの形成: 典型的には応力集中時に発生する 1mm未満
- 遅い伝播: ひび割れは応力サイクルごとに徐々に大きくなります（数年かかる場合があります）
- 加速度： 亀裂が成長すると、応力の強さが増加し、成長速度が加速します。
- 検出可能なステージ: 10-30%の直径に亀裂があり、2倍の振動が現れる
- 臨界サイズ: 残りの材料が荷物を運ぶのに不十分
- 壊滅的な骨折： 突然のシャフトの完全な破損
特徴的な2X振動シグネチャー
ひび割れが2倍の振動を生み出す理由
呼吸クラックのメカニズム:
- 亀裂閉鎖（圧縮）: 圧縮された亀裂領域（水平軸の回転底部）では亀裂面が接触し、軸の剛性が高くなります。
- ひび割れを開く（張力）: 引張（回転の頂点）で亀裂が生じると、亀裂が開き、シャフトの剛性が低下する
- 1回転につき2回: 剛性は1回転ごとに2回変化します（亀裂が上を向いているときに1回、下を向いているときに1回）
- 2×強制： 2倍の周波数での剛性変化は2倍の振動応答を生み出す
- 振幅の成長: 亀裂が成長すると、剛性の非対称性が増加し、2倍の振幅が増加する
振動特性
- 主な指標: 時間の経過とともに出現し成長する2倍の要素
- 1× 変更点: 1倍の振動も亀裂により残留反りが生じるため増加する可能性がある
- 高調波: ひび割れがひどくなると3×、4×が現れることがある
- 段階 行動： 位相角は始動時と惰力停止時に通常とは異なる変化をする場合があります。 アンバランス
- 温度感度: 2倍の振幅はシャフト温度によって変化する可能性がある（亀裂の開口に影響する）
検出と診断
振動監視
トレンドの2倍/1倍比率
- 2倍振幅と1倍振幅の比率を監視する
- 通常機械：2×/1× < 0.2-0.3
- 疑わしい亀裂: 2×/1× > 0.5で増加中
- 確認された亀裂：2×/1× 1.0に近づいているか超えている
- 緊急時: 2×/1× > 2.0、即時シャットダウンを推奨
過渡テスト
非破壊検査
- 磁性粒子検査（MPI）： 表面および表面付近の亀裂を検出します
- 染料浸透剤: 表面破壊亀裂の視覚的検出
- 超音波検査（UT）： 内部の亀裂を検出
- 渦電流: 非接触表面ひび割れ検出
- レントゲン検査: 重要な部品の内部亀裂検出
緊急対応
ひび割れの疑いがある場合
- 監視の強化: 月次から日次または継続まで
- 運用の厳しさを軽減: 可能であれば速度または負荷を下げる
- 即時検査を計画する: できるだけ早く非破壊検査をスケジュールする
- シャットダウンの準備: 交換用シャフトを注文し、修理手順を計画する
- リスクアセスメント： 成長率に基づいて潜在的な故障までの時間を計算する
亀裂が確認された場合
- 即時シャットダウン: リスク評価により、定められた期間にわたって安全に継続して運転できることが示されない限り
- 再起動なし: シャフトが交換または修理されるまで
- シャフト交換: 最も信頼できるソリューション
- 根本原因分析: ひび割れの再発を防ぐためにひび割れが発生した原因を特定する
予防戦略
デザイン
- 応力集中を排除または最小限に抑える
- 大きめのフィレット半径を使用する（R > 0.1 × 直径）
- 可能な限りキー溝を避け、干渉嵌合を使用する
- 適切な材料の選択と熱処理
- 疲労耐性を向上させる表面処理（ショットピーニング、窒化処理）
手術
- 良好な状態を維持する バランス品質 （繰返し曲げ応力を最小限に抑える）
- 精密 アライメント （曲げモーメントを軽減）
- 危険速度での操作を避ける
- 速度超過を防ぐ
- 適切なウォームアップ/クールダウンで熱ストレスをコントロール
メンテナンス
- 2倍の傾向を示す定期的な振動監視
- 定期的な非破壊検査（毎年またはリスク評価ごとに）
- 腐食を防ぐ（孔食の発生を防ぐ）
- 低振動を維持する（周期的なストレスを軽減）
回転子のひび割れは、回転機械において最も重大な故障モードの一つです。振動モニタリング（特性シグネチャの2倍の増大を検出）と定期的な非破壊検査を組み合わせることで、重大な故障が発生する前に検出し、計画的なシャフト交換によって広範な二次損傷や安全上の危険を防ぐことができます。.
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