Veleno lanko supratimas besisukančiose mašinose
Veleno lankas (dar vadinamas veleno lenkimu, rotoriaus išlinkimu arba tiesiog “išlinkimu”) yra būklė, kai rotorius velenas įgavo nuolatinį arba pusiau nuolatinį išlinkimą, dėl kurio jo geometrinė vidurinė linija nukrypsta nuo tiesios linijos tarp guolių kaklelių. Skirtingai nuo laikino išbėgimas Atsirandantis dėl laisvos detalės ar netaisyklingo tvirtinimo, veleno išlinkimas reiškia pačios veleno medžiagos deformaciją. Dėl to susidaro vibracija simptomai, kurie paviršutiniškai panašūs disbalansas — stiprus, sinchroninis, vieną kartą per apsisukimą atliekamas judesys — tačiau jo neįmanoma išgydyti įprastinėmis priemonėmis balansavimas. Būtent tai, kad šį skirtumą pavyksta laiku pastebėti, ir lemia, ar remontas bus atliktas greitai, ar teks kelias dienas veltui bandyti subalansuoti veleną, kuris niekada nebūtų pradėjęs veikti.
1. Apibrėžimas: kas iš tiesų yra „Shaft Bow“
Visiškai sveiko rotoriaus masės ašis ir geometrinė ašis yra tiesios ir beveik sutampa. Veleno išlinkimas šį vaizdą iškreipia, nes geometrinė ašis išlenkiama į lanką. Išlenkimas gali būti nedidelis – keli šimtai milimetro dalelių yra pakankamai, kad tai turėtų reikšmės greitaeigėje mašinoje –, tačiau kadangi išlinkusi centrinė linija nebeina per guolių centrus, rotorius priverstas suktis aplink liniją, aplink kurią jis natūraliai nenori suktis.
Verta atskirti lanką nuo jo artimų giminaičių. A sulenktas velenas iš esmės yra tas pats gedimas, aprašytas mechaniniu požiūriu, o ekscentriškumas apibūdina rotorių, kurio masės centras yra pasislinkęs, nors pats velenas nėra išlenktas. Tiesa išbėgimas gali būti mechaninis (tikrasis geometrinis nuokrypis) arba elektrinis (klaidingas rodmuo iš artumo zondas (atsižvelgiant į medžiagos savybes ar magnetinį nuokrypį). Veleno išlinkimas yra būtent geometrinė veleno korpuso deformacija, todėl jokios papildomos masės kitose vietose negalima tikrai „subalansuoti“.
2. Veleno išlinkio tipai
Ašies išlinkimą geriausia klasifikuoti pagal jo priežastį ir trukmę, nes kiekvienam tipui reikalingos skirtingos priemonės.
2.1 Nuolatinis mechaninis lenkimas
Tai yra plastinė (nuolatinė) veleno medžiagos deformacija – metalas pasidavė ir neatsistatys. Dažniausios priežastys:
- Mechaninė perkrova arba smūgis
- Netinkamas kėlimas ar tvarkymas atliekant techninę priežiūrą
- Rotoriaus nuleidimas
- Per didelis lenkimo įtempis eksploatacijos metu
- Gamybos defektai arba netinkamas terminis apdorojimas
Kai strėlė išlinksta, lankas išlieka išlenktas net tada, kai strėlė yra ramybės būsenoje ir pašalintos visos išorinės apkrovos. Tai yra požymis, kuris skiria nuolatinį išlinkimą nuo terminio: jis pastebimas esant šaltam orui ir ant bandymo stendo.
2.2 Terminis išlinkis (trumpalaikis)
Taip pat vadinamas terminis lankas arba karštas lankas, tai laikina būklė, kurią sukelia nevienodas kaitinimas aplink veleno perimetrą. Karštesnė pusė išsiplečia labiau nei šaltesnė, todėl velenas išlinksta taip, kad karštoji pusė atsiduria išgaubtoje (išorinėje) pusėje. Dažniausiai tai sukelia:
- Asimetriniai šilumos šaltiniai (karštas proceso skystis vienoje pusėje, aušinimo oras kitoje)
- Guolio trintis kaitina vieną veleno pusę
- Rotoriaus trintis, sukeliantis vietinį įkaitimą
- Saulės šildymas lauko įrangoje
- Netinkamos didelių turbinų įšilimo procedūros
Terminis išlinkimas paprastai išnyksta, kai strėlė tolygiai atvėsta arba pasiekia terminę pusiausvyrą. Išsamiai apie visą mechanizmą, prevenciją ir sukimo mechanizmo naudojimą aptariama skyriuje terminis lankas. Svarbu atkreipti dėmesį į tai, kad pasikartojantys terminio išlinkimo ciklai ilgainiui gali priversti veleną viršyti jo plastinės deformacijos ribą ir palikti nuolatinį išlinkimą – taigi pakankamai ilgai ignoruojama „laikina“ problema tampa nuolatine.
2.3 Liekamųjų įtempių kreivė
Dėl suvirinimo, terminio apdorojimo ar mechaninio apdirbimo likusios vidinės liekamosios įtampos gali sukelti laipsnišką veleno išlinkimą laikui bėgant, ypač kai eksploatacijos temperatūra ar darbo apkrovos sudaro sąlygas šioms įstrigusioms įtampoms išsilyginti. Toks išlinkimas gali pasireikšti praėjus keliems mėnesiams ar metams po eksploatacijos pradžios, todėl svarbu reguliariai tikrinti kritinių rotorių tiesumą.
3. Veleno išlinkimo priežastys
Supratimas, kas yra tikroji priežastis, ne tik padeda išvengti pasikartojimo, bet ir nurodo tinkamą sprendimą. Šiuos veiksnius galima suskirstyti į tris grupes.
3.1 Mechaninės priežastys
- Perkrova: veikiantys esant apkrovoms, viršijančioms projektines ribas.
- Netinkamas laikymas: valių laikymas horizontaliai be tinkamos atramos, dėl ko laikui bėgant jos gali išlinkti – ypač ilgos, plonos rotorių, kurie mėnesius laikomi tik ant dviejų galinių atramų.
- Netinkamas elgesys: Kėlimas už veleno, o ne už tam skirtų kėlimo taškų
- Avarija ar smūgis: nukritimas, susidūrimas arba pažeidimai dėl svetimkūnių.
- Guolio užstrigimas: Užstrigęs guolis gali sulenkti veleną veikiant sukimo momentui
3.2 Terminės priežastys
- Netolygus įkaitimas: Nevienodas temperatūros pasiskirstymas aplink veleno perimetrą
- Staigūs temperatūros pokyčiai: terminis smūgis įjungiant ar išjungiant įrenginį.
- Hot spots: Lokalinis kaitinimas dėl trinties, trynimosi ar proceso sąlygų
- Netinkama apšilimo programa: Per greitas šaltų turbinų arba didelių mašinų paleidimas
- Išjungimo procedūros: leidžiant karštam velenui nustoti suktis dar prieš jam atvėsus (terminis išlinkimas).
3.3 Medžiagų ir gamybos priežastys
- Prasta medžiagos kokybė: įterpimai, tuštumos arba medžiagos nevienalytiškumai.
- Netinkamas terminis apdorojimas: liekamieji įtempiai, susidarantys grūdinimo arba atkaitinimo metu.
- Suvirinimo deformacija: asimetrinis suvirinimas, sukuriantis liekamąsias įtampas.
- Apdorojimo įtempiai: gamybos metu susidarančios įtampos, kurios eksploatacijos metu išnyksta.
4. Kaip veleno išlinkimas sukelia vibraciją
Išlenktas strypas sukelia vibraciją per du skirtingus, tačiau tarpusavyje sąveikaujančius mechanizmus.
4.1 Geometrinis disbalansas
Kai išlenktas velenas sukasi, jo išlenkta ašis nubrėžia kūgio formos ar kitokią neapskritiminę trajektoriją. Net jei rotoriaus masė paskirstyta visiškai tolygiai, išlenkta geometrija veikia kaip ekscentriška besisukanti masė: ji nukreipia svorio centrą nuo sukimosi ašies ir sukuria išcentrinė jėga kuris didėja proporcingai greičio kvadratui, sukeldamas stiprius 1× virpesius darbinis greitis. Būtent dėl to lankas spektre pasirodo kaip disbalansas.
4.2 Ašies sukimo momentas, veikiantis guolius
Dėl išlinkio taip pat susidaro statinis ir sukamasis lenkimo momentas, kuris tiesiogiai perduodamas į guolius, o tai sukelia svyruojančias guolių apkrovas ir korpuso vibraciją. Didesniuose rotoriuose būtent ši momentinė apkrova lemia pagreitintą guolių nusidėvėjimą, o kraštutiniais atvejais – rotoriaus ir stacionarių sandariklių sąlytį. Labai išlinkęs rotorius, kurio išlinkis yra netoli kritinis greitis gali sukelti sustiprintą, kartais nerimą keliančią reakciją prieš startą.
5. Veleno išlinkio nustatymas
Kadangi lankas ir tikrasis masės disbalansas pasižymi tuo pačiu 1× požymiu, jų atskyrimas yra diagnozės esmė. Patikimiausias atskyrimo požymis yra elgsena esant labai mažam greičiui ir temperatūros pokyčių metu.
5.1 Simptomų palyginimas: išlinkimas ir disbalansas
| Būdingas | Disbalansas | Veleno lankas |
|---|---|---|
| Vibracijos dažnis | 1× bėgimo greitis | 1× bėgimo greitis |
| Fazinis ryšys | Nuoseklus, visada tas pats | Gali keistis apšilimo metu |
| Lėta riedėjimo vibracija | Esamas (proporcingas greičiui²) | Esamas ir dažnai reikšmingas net ir labai mažu greičiu |
| Atsakas į balansavimą | Vibracijos sumažinimas tinkamai subalansavus | Minimalus pagerėjimas arba jo visai nėra; gali pablogėti |
| Terminis jautrumas | Santykinai stabilus esant temperatūrai | Žymūs pokyčiai apšilimo / atvėsimo metu |
| Išsiliejimo matavimas | Žemas, kai rotorius nejuda | Didelis mušimas net ramybės būsenoje (nuolatinis išlinkimas) |
Labiausiai iškalbingas rodiklis yra lėto sukimosi kreivė. Nesubalansuota jėga artėja prie nulio mažėjant greičiui, nes ji proporcinga sukimosi greičio kvadratui; nuolatinis išlinkimas, būdamas fiksuotas geometrinis nuokrypis, net ir esant labai mažam greičiui vis dar rodo žymų nuokrypį ir 1× judesį. Būtent šis bandymas ir padeda išspręsti abejonę.
5.2 Diagnostiniai tyrimai
5.2.1 Lėto sukimosi matavimas
Sukite veleną labai lėtai — paprastai 5–10 % darbinio greičio — ir matuokite išbėgimas with a artumo zondas arba matuoklį. Didelis nuokrypis lėtai sukant rodo veleno išlinkimą arba mechaninį nuokrypį, o ne disbalansą, kurio išcentrinė jėga esant tokiam mažam greičiui yra nereikšminga. Taip pat užregistruojamas lėto sukimosi vektorius, kad jį būtų galima atimti iš vibracijos eksploatacijos metu duomenų, taip atskiriant tikrąjį dinaminį atsaką nuo statinio išlinkimo komponento.
5.2.2 Išjungimo fazės poslinkis
Stebėkite vibraciją fazės kampas kai mašina rieda iš inercijos. Tikrasis disbalansas išlieka pastovus fazė nepriklausomai nuo greičio (nepasiekus rezonanso). Dėl šilumos išsilenkęs velenas linkęs rodyti fazės poslinkį, kai rotorius atvėsta, o kartu atvaizduojant amplitudę ir fazę ant Bode'o sklypas arba poliarinis sklypas tai leidžia skirtumą suprasti daug lengviau nei vien iš skaičių.
5.2.3 Terminio išlinkio bandymas
Jei įtariama, kad susidarė terminis išlinkis, stebėkite vibraciją paleidimo ir įšilimo metu. Terminis išlinkis paprastai pasireiškia vibracija increasing kai mašina įkaista, o pasiekus terminę pusiausvyrą temperatūra stabilizuojasi arba krinta — tai visiškai priešinga tendencija nei gedimas, kuris didėja tik didėjant greičiui.
5.2.4 Ne mašinoje atliekamas nuokrypio patikrinimas
Išimkite rotorių, pritvirtinkite jį ant V formos atramų arba tarp tekinimo staklių centrų ir lėtai sukite, matuodami radialinį nuokrypį su matuokliu. Didelis nuokrypis – paprastai didesnis nei 0,001 colio (25 µm) – patvirtina nuolatinį išlinkimą. Šis stendo patikrinimas yra galutinis įrodymas, nes velenas, kuris mašinoje atrodo tiesus, bet ant V formos blokų yra išlinkęs, rodo visai kitą situaciją nei tas, kuris yra išlinkęs abiejuose.
5.2.5 Vizualinis patikrinimas
Didelio skersmens velenų atveju, žiūrint išilgai veleno arba naudojant optinius metodus, pavyzdžiui, lazerio nustatymas įranga gali atskleisti akivaizdų išlinkimą, kurio plika akimi gali nepastebėti.
6. Koregavimo metodai
Tinkamas ištaisymas priklauso nuo išlinkio stiprumo ir tipo. Nėra vieno visiems atvejams tinkamo sprendimo.
6.1 Skirta nuolatinio mechaninio lenkimo lanku
6.1.1 Veleno tiesinimas
Esant nedideliam ar vidutiniam išlinkimui – paprastai mažesniam nei 0,005 colio (125 µm) – veleną kartais galima ištiesinti šaltuoju arba karštuoju būdu naudojant hidraulines presus. Velenas yra pritvirtinamas ir atsargiai pernelyg išlenkiamas, kad jis plastiškai deformuotųsi atgal į tiesią padėtį. Šis procesas reikalauja specializuotos įrangos, kvalifikuotų techninių specialistų ir kantrybės, nes pernelyg didelis ištaisymas tiesiog sukelia išlinkimą priešinga kryptimi.
6.1.2 Terminis įtempimų šalinimas
Veleno terminis apdorojimas, skirtas likusiems įtempiams pašalinti, gali sumažinti arba visiškai pašalinti išlinkimą, atsiradusį dėl gamybos ar suvirinimo metu susidariusių įtempių. Tam reikalinga tinkama krosnių įranga ir griežta proceso kontrolė, kad būtų išvengta naujų deformacijų susidarymo.
6.1.3 Veleno keitimas
Esant stipriam išlinkimui arba dirbant ekstremaliomis sąlygomis, dažniausiai patikimiausias sprendimas yra keitimas. Naujo veleno kainą reikia palyginti su prastovos trukme ir realia rizika, kad bandymas išlyginti veleną nepavyks arba išlinkimas su laiku vėl atsiras.
6.1.4 „Balansavimas prie laivapriekio“
Kai kuriais atvejais, ypač kalbant apie dideles turbinas, — korekciniai svoriai gali būti apskaičiuotas ir pritaikytas siekiant neutralizuoti poveikis lanko jėgos veikimo metu. Tai neištiesina veleno; tai tik neutralizuoja 1× jėgą, kurią sukuria lankas. Tai ribota, paprastai laikina priemonė, po kurios rotorius lieka likutinis disbalansas atrodo priimtinai tik esant vienam konkrečiam greičiui ir temperatūrai.
6.2 „Thermal Bow“
6.2.1 Darbo tvarkos pakeitimai
- Taikykite lėtas, etapais vykdomas apšilimo procedūras.
- Išjungimo metu palaikykite nepertraukiamą sukimo pavaros veikimą, kad išvengtumėte perkaitimo
- Atidžiau kontroliuokite garų patekimą arba proceso skysčio temperatūrą
- Užtikrinkite simetrini šildymą ir aušinimą.
6.2.2 Projektavimo pakeitimai
- Įrengti izoliaciją, kad sumažintumėte temperatūrų skirtumus.
- Įrengti šildymo apvalkalus, kad šildymas būtų tolygus.
- Patobulinkite aušinimo sistemą, kad temperatūra pasiskirstytų tolygiai.
6.2.3 Posūkio mechanizmo veikimas
Didelėse turbinose sukimo mechanizmo (mažos greičio sukamojo pavaros) veikimas įkaitinimo ir aušinimo metu užtikrina, kad velenas toliau suktųsi, todėl šiluma tolygiai pasiskirsto per visą apskritimo perimetrą, taip išvengiant temperatūrų skirtumo, kuris priešingu atveju galėtų išlenkti rotorių.
7. Rotoriaus patikrinimas eksploatacijos sąlygomis
Kai velenas išlygintas, pakeistas arba pripažintas pakankamai tiesiu, kad galėtų veikti, rotorius vis tiek turi būti patikrintas dinamiškai jo pačių guoliuose – vien tik stendo matavimai neįrodo, kad jis veiks sklandžiai esant dideliam greičiui. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A tai leidžia praktiškai pritaikyti vietoje: sistema užfiksuoja lėtojo sukimosi vektorių, tada išmatuoja 1× amplitudė ir fazė visame greičio diapazone, kad inžinierius galėtų atskirti bet kokį likusį lenkimo komponentą nuo tikrojo masės disbalanso. Tik tada, kai lėto sukimosi nuokrypis patvirtina, kad velenas yra pakankamai tiesus, verta pereiti prie balansavimo balansas — tuomet tas pats įrenginys apskaičiuoja įtakos koeficientai ir palygina galutinį rezultatą su ISO 21940-11 balanso kategorija. Šį leistiną likutinę vertę galite iš anksto apskaičiuoti naudodami Likutinio disbalanso skaičiuoklė (ISO 21940-11) Prieš pradėdami.
8. Prevencijos strategijos
Velenų išlinkimo prevencija yra kur kas pigesnė ir greitesnė nei jo taisymas.
8.1 Projektavimas ir gamyba
- Taikykite tinkamas terminio apdorojimo procedūras, kad sumažintumėte liekamąsias įtampas.
- Suprojektuokite tinkamą veleno standumą pagal paskirtį
- Nurodykite medžiagas, tinkamas esamoms temperatūros sąlygoms.
8.2 Montavimas ir priežiūra
- Visada kelkite rotorius naudodami tam skirtus kėlimo taškus, niekada nekelkite už veleno
- Atsarginius rotorius laikykite tinkamai pritvirtintus, kad jie nesusilankstytų – geriausia juos periodiškai pasukti arba pritvirtinti prie velenų.
- Naudojant gaminį, venkite mechaninių smūgių.
- Reguliariai tikrinkite veleno tiesumą (kartą per metus arba pagal gamintojo nurodytą grafiką).
8.3 Naudojimas
- Laikykitės gamintojo nurodytų įrenginio įjungimo ir išjungimo procedūrų.
- Venkite staigių temperatūros svyravimų.
- Paleidimo metu stebėkite, ar neatsiranda terminio išlinkimo požymių.
- Nedelsiant ištirkite bet kokius nepaaiškinamus vibracijos fazės pokyčius.
9. Poveikis balansavimo procedūroms
Bandymas subalansuoti išlenktą strėlę paprastai yra beprasmis ir gali netgi duoti priešingą rezultatą:
- Nereikšmingos pataisos: Svoriai, apskaičiuoti masės disbalansui kompensuoti, negali ištaisyti geometrinio išlinkimo.
- Problemos nuslėpimas: Iš dalies „sėkmingas“ išlenkto veleno balansavimas gali trumpam sumažinti vibraciją, tačiau tikrasis defektas – ir jo sukeliamas guolių apkrovimas – lieka nepakeistas.
- Wasted time: Pakartotiniai balansavimo bandymai, kurių rezultatai nesutampa, patys savaime yra pavojaus signalas, rodantis, kad laivas yra pasviręs.
- Galimi nuostoliai: Didelio korekcinio svorio uždėjimas ant išlenkto veleno padidina įtempius ir gali sukelti tolesnius pažeidimus ar net nuovargio įtrūkimus.
Geriausia praktika: Prieš pradėdami balansavimą, visada patikrinkite, ar velenas nėra išlenktas, ypač jei rotorius anksčiau buvo netinkamai tvarkomas, veikė aukšta temperatūra arba patyrė vibraciją, kurios priežasties niekas negalėjo paaiškinti. Dviejų minučių trukmės patikrinimas, atliekamas lėtai sukant rotorių, gali sutaupyti prarastą popietę ir apsaugoti veleną nuo sugadinimo.
