Zrozumienie luzu mechanicznego w maszynach wirujących
Definicja: Czym jest luz mechaniczny?
Luz mechaniczny to stan, w którym elementy maszyn wirujących mają nadmierne luzy, nieodpowiednie mocowania, zużyte pasowania lub uszkodzenia konstrukcyjne, co umożliwia niezamierzony ruch względny między częściami, które powinny być sztywno połączone. Powoduje to powstawanie nieliniowych wibracja zachowanie charakteryzujące się wieloma harmonia prędkości biegu, nieregularnych zmian amplitudy i kierunkowych różnic w drganiach, które nie podążają za normalnymi wzorcami.
Luz jest częstym problemem maszynowym, który nie tylko powoduje nadmierne wibracje, ale także uniemożliwia skuteczną diagnostykę i korektę innych problemów, takich jak brak równowagi lub niewspółosiowość. Musi on zostać zidentyfikowany i skorygowany, zanim inne działania mające na celu redukcję drgań będą skuteczne.
Rodzaje luzów mechanicznych
Typ A: Luz obrotowy (luz łożyskowy)
Nadmierny luz pomiędzy łożyskiem a wałem lub obudową:
- Łożysko-wał: Zużyta powierzchnia wału, nieodpowiednie pasowanie wciskowe, uszkodzony otwór łożyska
- Łożysko-obudowa: Zużyty otwór obudowy, luźna pokrywa łożyska, nieodpowiednie pasowanie wciskowe
- Łożysko wewnętrzne: Nadmierny luz łożyska od zużycia
- Objaw: harmoniczne 1×, 2×, 3×; wyższe w kierunkach promieniowych
Typ B: Luźność konstrukcyjna (postument/fundament)
Niewłaściwe zamocowanie elementów nieobrotowych:
- Luźne postumenty: Niedokręcone śruby kotwiące, zniszczona zaprawa
- Luźny montaż podstawy: Brak lub luźna śruba mocująca sprzęt
- Pęknięta rama lub fundament: Uszkodzenia konstrukcyjne umożliwiające ruch
- Objaw: Wiele harmonicznych (często do 5× lub więcej); nieregularna, nieliniowa odpowiedź
Typ C: Luz komponentów
Luźno zmontowane elementy:
- Luźne wirniki: Wirnik luźny na wale, zużyty lub brakujący klin
- Luźne połączenia: Luźne piasty sprzęgłowe na wałach
- Luźne koła pasowe/koła zębate: Luźne elementy napędzane na wale
- Luźne osłony/osłony: Grzechotanie paneli z blachy
- Objaw: Harmoniczne i subharmoniczne; możliwe składowe 1/2×, 1/3×
Sygnatura wibracji
Charakterystyka częstotliwości
Luźność powoduje charakterystyczne wzorce częstotliwości:
- Wiele harmonicznych: Silne 1×, 2×, 3×, 4× i wyższe (w przeciwieństwie do braku równowagi, który jest głównie 1×)
- Subharmoniczne: Można zobaczyć komponenty 1/2×, 1/3× (luz typu C)
- Zawartość nieharmoniczna: Szczyty przy wielokrotnościach niecałkowitych prędkości biegu
- Podwyższony poziom hałasu: Wzrost dostępu szerokopasmowego w wyniku losowych uderzeń
Zachowanie amplitudy
- Wysoki poziom ogólny: Całkowite drgania nieproporcjonalne do sił napędowych
- Nieliniowy: Wibracje nie skalują się przewidywalnie wraz z prędkością lub obciążeniem
- Niekonsekwentny: Amplituda różni się znacząco między pomiarami
- Różnice kierunkowe: Może być 2-5 razy wyższy w jednym kierunku niż w kierunku prostopadłym
Charakterystyka fazowa
- Nietrwały Faza: Kąt fazowy zmienia się nieregularnie pomiędzy pomiarami
- Duże rozproszenie fazowe: Zmiana ±30-90° przy tej samej prędkości
- Pokonuje równowagę: Nieprzewidywalna faza sprawia, że obliczenia bilansujące są mało wiarygodne
Cechy przebiegu czasowego
- Nieregularny, niesinusoidalny kształt fali
- Ucięte lub przycięte szczyty (wpływ na ograniczenia)
- Losowe zdarzenia impulsywne
- Utrata struktury okresowej
Typowe lokalizacje i przyczyny
Związane z łożyskami
- Zużyte powierzchnie czopów wału powodujące kołysanie się łożyska
- Zużyte lub uszkodzone otwory obudowy łożyska
- Niewłaściwe pasowanie interferencyjne (niewłaściwy dobór tolerancji)
- Luźne lub niewystarczająco dokręcone śruby pokrywy łożyska
- Obudowy łożysk dzielonych ze zużytymi powierzchniami styku
Fundament i montaż
- Luźne śruby kotwiące (najczęstszy luz konstrukcyjny)
- Zniszczona lub brakująca spoina pod cokołami
- Popękane fundamenty betonowe
- Luźne śruby mocujące sprzęt do płyty bazowej
- Uszkodzone lub wydłużone otwory na śruby
Komponenty obrotowe
- Luźny wentylator lub wirnik na wale (zużyte wpusty, luźne śruby ustalające)
- Piasty sprzęgowe z niewystarczającym pasowaniem wciskowym
- Brak lub poluzowanie śrub ustalających koła pasowego
- Luźne elementy wirnika na wale
Strukturalny
- Pęknięte ramy lub obudowy maszyn
- Pęknięcia zmęczeniowe w spoinach
- Luźne śruby konstrukcyjne
- Zniszczone wiązania lub kleje
Metody wykrywania
Analiza drgań
- Analiza FFT: Szukaj wielu harmonicznych (1×, 2×, 3×, 4×, 5×+)
- Testowanie spójności: Niska spójność między pomiarami wskazuje na zachowanie nieliniowe
- Porównanie kierunkowe: Duże różnice między poziomem a pionem
- Reakcja na pobudzenie zewnętrzne: Maszyna do stukania, obserwuj nieprawidłową reakcję
Kontrola fizyczna
Kontrola wizualna
- Sprawdź, czy nie ma szczelin, pęknięć, korozji i uszkodzeń
- Sprawdź ślady wskazujące na ruch
- Obserwuj wzory zużycia farby na stykach
- Poszukaj wiórów metalowych wskazujących na zużycie cierne
Testowanie stuknięć
- Uderz podejrzewane luźne elementy młotkiem
- Zamiast jednostajnego dzwonienia należy słuchać grzechotania lub głuchych dźwięków
- Poczuj nadmierny ruch lub wibracje
- Porównaj ze znanymi, dobrymi komponentami
Weryfikacja momentu obrotowego
- Sprawdź wszystkie śruby kluczem dynamometrycznym
- Sprawdź zgodność ze specyfikacjami
- Sprawdź, czy elementy złączne nie są uszkodzone, złamane lub skorodowane
- Sprawdź, czy nie ma zerwanych gwintów
Testowanie push/pull
- Zastosuj siłę do podejrzanych elementów
- Obserwuj ruch, który nie powinien wystąpić
- Użyj wskaźników zegarowych, aby określić luz
- Porównaj z nowymi lub prawidłowo zabezpieczonymi komponentami
Procedury korekcyjne
Do luzu łożysk
- Wymień łożysko: Jeśli łożysko jest zużyte
- Naprawa wału: Odbudowa zużytego wału poprzez chromowanie lub spawanie, ponowne przetoczenie na wymiar
- Naprawa mieszkań: Obudowa maszyny o większym rozmiarze, należy zastosować większe łożysko lub wykonać ją metodą natrysku/spawania metalu
- Popraw dopasowanie: Stosuj właściwe pasowania interferencyjne zgodnie ze specyfikacjami producenta
- Pokrywy łożysk: Dokręcić lub wymienić, jeśli są zużyte
W przypadku luzu konstrukcyjnego
- Dokręć wszystkie elementy złączne: Dokręć zgodnie ze specyfikacją, używając właściwego wzorca
- Wymień uszkodzone śruby: Zamontuj nowe śruby o odpowiedniej klasie i rozmiarze
- Naprawa fundamentów: Usuń starą fugę, wyczyść powierzchnie, wlej nową fugę
- Pęknięcia spawów: W razie potrzeby napraw pęknięcia w ramach lub cokołach
- Dodaj wzmocnienie: Wzmocnienia lub wzmocnienia dla słabych konstrukcji
W przypadku luzu komponentów
- Dokręć śruby ustalające odpowiednim momentem obrotowym i zabezpiecz gwint
- Wymień zużyte klucze i rowki wpustowe
- Stosuj właściwe pasowania interferencyjne w przypadku elementów wciskanych
- Sworznie lub elementy kluczowe, które wielokrotnie się poluzowały
- Wymień uszkodzone podzespoły
Strategie zapobiegania
Faza projektowania
- Określ odpowiednie rozmiary i ilości elementów złącznych
- Zaprojektuj właściwe pasowania interferencyjne
- Zapewnij odpowiednią sztywność konstrukcyjną
- Unikaj koncentracji naprężeń, które prowadzą do pęknięć
- Określ odpowiednie gatunki i materiały elementów złącznych
Faza instalacji
- Używaj skalibrowanych kluczy dynamometrycznych
- Postępuj zgodnie z prawidłową kolejnością dokręcania
- W razie potrzeby należy stosować środki zabezpieczające gwinty
- Przed montażem należy upewnić się, że powierzchnie są czyste i płaskie
- Sprawdź, czy pasują do specyfikacji
- Przeprowadzanie kontroli jakości
Faza konserwacji
- Okresowa weryfikacja momentu obrotowego (corocznie lub zgodnie z harmonogramem monitorowania drgań)
- Badanie trendu wibracji w celu wykrycia rozwijającego się luzu
- Inspekcje wizualne podczas przerw w dostawie prądu
- Dokręć w razie potrzeby
- Należy niezwłocznie zająć się drganiami, zanim spowodują one luzy
Wyzwania diagnostyczne
Maskowanie innych problemów
- Luźność może maskować lub imitować inne wady
- Zapobiega dokładności równoważenie z powodu nieliniowej odpowiedzi
- Tworzy wyrównanie trudne lub niemożliwe
- Może generować wzorce drgań podobne do pęknięć lub uszkodzeń łożysk
Postępowa natura
- Luźność często zaczyna się od małych rzeczy i stopniowo się pogarsza
- Wibracje spowodowane luzem powodują większy luz (pozytywne sprzężenie zwrotne)
- Jeśli nie zostanie to skorygowane, stan może zmienić się z łagodnego na poważny w ciągu kilku tygodni
- W efekcie prowadzi to do wtórnych uszkodzeń łożysk, wałów i fundamentów
Związek z innymi wadami
Luz kontra niewyważenie
| Funkcja | Brak równowagi | Rozluźnienie |
|---|---|---|
| Częstotliwość podstawowa | tylko 1× | harmoniczne 1×, 2×, 3×, 4×+ |
| Stabilność fazowa | Spójny, powtarzalny | Nieregularne, zmiany między pomiarami |
| Liniowość | Wibracje ∝ prędkość² | Nieliniowy, nieprzewidywalny |
| Odpowiedź na równoważenie | Zredukowane wibracje | Minimalna lub żadna poprawa |
| Wzór kierunkowy | Podobne poziome/pionowe | Często znacznie wyżej w jednym kierunku |
Luz kontra rozbieżność
- Niewspółosiowość: Głównie 2× z pewnym 1×, faza stabilna
- Rozluźnienie: Wiele harmonicznych (od 1× do 5×+), niestabilna faza
- Połączenie: Niewspółosiowość może powodować luzowanie, a luźność pogarsza skutki niewspółosiowości
Wpływ na wydajność maszyny
Efekty bezpośrednie
- Wysokie wibracje: Nadmierne poziomy powodujące dyskomfort i zagrożenia bezpieczeństwa
- Hałas: Dźwięki grzechotania, uderzania lub stukania
- Zmniejszona precyzja: Błędy pozycjonowania wału
- Przyspieszone zużycie: Obciążenie udarowe uszkadza elementy
Uszkodzenia wtórne
- Uszkodzenie łożyska: Obciążenia udarowe i niewspółosiowość spowodowana luzem uszkadzają łożyska
- Fretting wału: Mikroruchy przy luźnych pasowaniach powodują korozję cierną
- Uszkodzenie elementu mocującego: Śruby mogą ulec zmęczeniu i pęknięciu pod wpływem zmiennych obciążeń
- Propagacja pęknięć: Wibracje rozprzestrzeniają istniejące pęknięcia
- Degradacja fundamentów: Ciągłe wibracje uszkadzają beton i zaprawę
Problemy operacyjne
- Zapobiega skutecznemu równoważeniu
- Uniemożliwia utrzymanie wyrównania
- Błędy diagnostyczne maskujące inne problemy
- Obniżona niezawodność sprzętu
Przykład przypadku
Sytuacja: Duży wentylator wyciągowy, 1200 obr./min, nadmierne wibracje
- Objawy początkowe: Całkowita wibracja 8 mm/s (próg alarmowy 4,5 mm/s)
- Widmo: Mocne komponenty 1×, 2×, 3×, 4×
- Próby równoważenia: Trzy próby, brak poprawy, faza nieregularna
- Dochodzenie: Kontrola fizyczna wykazała, że cztery z ośmiu śrub kotwowych są luźne
- Korekta: Dokręcono wszystkie śruby kotwiące momentem 400 N·m
- Wynik: Wibracje natychmiast spadły do 1,8 mm/s
- Podejmować właściwe kroki: Pojedynczy cykl wyważania zmniejszył wibracje do 0,8 mm/s (system stał się liniowy)
- Lekcja: Przed wyważaniem zawsze sprawdź luzy
Najlepsze praktyki
Lista kontrolna diagnostyczna
Badając problemy z wibracjami, zawsze sprawdzaj luzy:
- Analiza widma pod kątem wielu harmonicznych
- Sprawdź powtarzalność fazy
- Wykonaj testy dotykowe podejrzanych komponentów
- Sprawdź wszystkie momenty dokręcania śrub
- Sprawdź, czy nie ma pęknięć, zużycia, pogorszenia
- Najpierw skoryguj luz przed innymi diagnostykami lub korektami
Protokół konserwacji
- Uwzględnij kontrole momentu obrotowego śrub w harmonogramach konserwacji zapobiegawczej
- Udokumentuj wartości bazowe momentu obrotowego
- Relaksacja momentu obrotowego trendu w czasie
- Stosuj środki zabezpieczające gwinty w przypadku newralgicznych elementów złącznych
- W przypadku nawracającego rozluźnienia należy wymienić je zamiast wielokrotnie dokręcać.
Luz mechaniczny jest częstą, ale często pomijaną przyczyną drgań maszyn. Jego charakterystyczny wieloharmoniczny charakter, nieliniowe zachowanie oraz zakłócenia w działaniu innych metod diagnostycznych i naprawczych sprawiają, że sprawdzenie i usunięcie luzów jest niezbędnym pierwszym krokiem w procesie rozwiązywania problemów z drganiami.
Kategorie:
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 