Diagnose van een gebogen as
A gebogen as is een aandoening waarbij de rotor is blijvend — plastisch — vervormd, zodat de geometrische middellijn niet langer recht loopt. Dit leidt tot een trillingen een handtekening die op het eerste gezicht lijkt op onevenwicht of verkeerde uitlijning, maar het heeft één kenmerkende eigenschap die het onderscheidt: sterke axiale trillingen bij bedrijfssnelheid. Die kenmerkende stijl herkennen — en die bevestigen met faseanalyse — is wat voorkomt dat een ingenieur urenlang probeert een storing te verhelpen die met afstellen nooit kan worden opgelost.
1. De aard van een gebogen as
Een verbogen as ontstaat doordat het materiaal van de as zwaarder wordt belast dan zijn elasticiteitsgrens, waardoor de doorbuiging niet terugveert wanneer de belasting wordt weggenomen. Dit kan verschillende oorzaken hebben:
- Thermische stress: een hete rotor — bijvoorbeeld een turbinerootor die ongelijkmatig is afgekoeld, of een rotor die niet op een draaimechanisme is gedraaid — kan tijdens het afkoelen een blijvende kromming vertonen. Dit is iets anders dan een tijdelijke thermische boog dat verdwijnt zodra de temperaturen gelijk worden.
- Mechanische schade: een gevallen rotor, een harde klap of ruwe behandeling tijdens het transport of de revisie.
- Sympathische storing: Langdurig gebruik bij ernstige onbalans of verkeerde uitlijning kan de as overbelasten totdat deze bezwijkt, waardoor de ene storing de andere veroorzaakt.
Het is de moeite waard om een echte vervorming van kunststof te onderscheiden van een herstelbare schachtboog: een door warmte of zwaartekracht verbogen boog kan tijdens het gebruik of na rust weer recht worden, terwijl een verbogen schacht vervormd blijft en fysiek moet worden gecorrigeerd of vervangen.
2. De trillingssignatuur van een gebogen as
Het opvallendste kenmerk is een piek met een grote amplitude bij 1× the bedrijfssnelheid. De kromming werkt als een groot, verspreid zwaar punt, dus als de schacht draait, werpt deze één keer per omwenteling centrifugale kracht zeer vergelijkbaar met die van onbalans. De onderscheidende kenmerken zijn:
- Sterke axiale trillingen: het allerbelangrijkste teken. Wanneer een kromme as draait, dwingt dit de daaraan bevestigde onderdelen — koppelingen, lagers, het rotorhuis — om heen en weer te bewegen langs de asas. Wanneer de axiale trilling Als deze waarde ongeveer 50% van het radiale (horizontale of verticale) niveau overschrijdt, wijst dit sterk op een kromme as of een ernstige uitlijningsfout.
- Soortgelijke radiale trilling: net als bij onbalans, de 1× radiale trilling is high.
- Dominante 1×-frequentie: de spectrum wordt meestal gedomineerd door de 1×-piek, hoewel er ook een 2×-component kan optreden — vooral wanneer de buiging zich dicht bij het midden van de schacht bevindt.
Omdat het radiale beeld een onbalans zo nauwkeurig nabootst, zijn de axiale meting en de hieronder beschreven faseverhoudingen uiteindelijk doorslaggevend voor de diagnose.
3. Een kromme as onderscheiden van een verkeerde uitlijning
Een verbogen as en aswringing kunnen qua amplitude vrijwel identiek lijken, aangezien beide axiale trillingen veroorzaken. De manier om ze van elkaar te onderscheiden is faseanalyse, waarbij gebruik wordt gemaakt van de tijdsrelatie a toerenteller maakt dit mogelijk.
- Werkwijze: radiaal en axiaal meten fase metingen aan zowel het binnenste als het buitenste lager — in totaal vier metingen.
- Aanduiding gebogen as: als de as verbogen is, zullen de axiale fasewaarden die op dezelfde radiale positie worden gemeten (bijvoorbeeld aan de bovenkant van elk lager) ongeveer 180° uit fase ten opzichte van elkaar. Terwijl het ene uiteinde van de rotor door de boeg naar voren wordt geduwd, wordt het andere uiteinde naar achteren getrokken.
- Indicatie van een verkeerde uitlijning: bij klassieke hoekafwijkingen zijn diezelfde axiale fasewaarden doorgaans ongeveer in phase (bijna 0° uit elkaar).
Het meten van de faseverschillen over de koppeling levert aanvullend, vaak doorslaggevend bewijs om de twee storingen van elkaar te onderscheiden. A fasehoekcalculator is handig om deze vectorwaarden tijdens de beoordeling te combineren en te vergelijken.
4. Een kromme as onderscheiden van een onbalans
Beide omstandigheden veroorzaken sterke radiale trillingen, maar pure onevenwicht veroorzaakt zeer weinig axiale trillingen. Dus een hoge 1×-piek gecombineerd met Een aanzienlijke axiale beweging wijst niet alleen op onbalans, maar ook op een kromme as of een verkeerde uitlijning.
Daarnaast is er sprake van een praktisch, bijna diagnostisch gedrag tijdens het corrigeren. Een verbogen as kan niet worden gerepareerd door balanceren: adding correctiegewichten kan de trilling bij het ene lager verminderen terwijl deze bij het andere juist toeneemt, omdat de kromming een verdeelde vervorming is in plaats van een enkele plaatselijke massa. Als een rotor moeilijk of onmogelijk te balanceren blijkt te zijn — waarbij de meetwaarden niet willen convergeren naar een aanvaardbare resterende onbalans — dat frustrerende gedrag is op zich al een duidelijk teken dat de as krom is, en niet dat er alleen sprake is van onbalans.
5. Bevestiging en praktische meting
De definitieve controle gebeurt mechanisch: zet de rotor op V-blokken of tussen de draaicentra en volg de as met een meetklok om de uitloop (totale indicatorstand). Een aanzienlijke, herhaalbare excentriciteit die op één hoekpositie een piek vertoont, duidt op een fysieke kromming, waarna de as moet worden rechtgetrokken of vervangen. Een calculator voor radiale slingering van assen helpt om de gemeten TIR te relateren aan de werkelijke excentriciteit van de middellijn.
Voordat een machine wordt opengemaakt, wordt de storing echter meestal eerst op de draaiende installatie vastgesteld. Een draagbare tweekanaalsanalysator zoals de Balans-1a Hiermee kan de technicus bij beide lagers tegelijkertijd de 1×-amplitude en -fase in radiale en axiale richting meten, en dat bij de eigen lagers van de machine op bedrijfssnelheid — precies de vierpuntsfase-set die nodig is om een kromme as te onderscheiden van een verkeerde uitlijning, en om te bevestigen dat de rotor daadwerkelijk niet in balans kan worden gebracht. Deze meting ter plaatse maakt van een dubbelzinnig symptoom met een hoge 1×-waarde een eenduidige diagnose, nog voordat er met demontage wordt begonnen.
