Zrozumienie niewspółosiowości wałów w maszynach obrotowych

Definicja: Czym jest rozbieżność?

Niewspółosiowość wału To stan, w którym osie obrotu dwóch lub więcej sprzężonych wałów nie pokrywają się, gdy maszyna pracuje w normalnych warunkach eksploatacyjnych. Obok niewyważenia jest to jedna z najczęstszych przyczyn przedwczesnych awarii maszyn, prowadząca do zwiększonych wibracji, uszkodzeń łożysk i uszczelnień oraz nadmiernego zużycia energii. Celem precyzyjnego osiowania jest uzyskanie jak najdokładniejszego wyrównania osi wałów w określonych granicach tolerancji.

Rodzaje rozbieżności

Niewspółosiowość dzieli się na dwa podstawowe typy, chociaż w większości przypadków rzeczywistych występuje kombinacja obu typów.

1. Niewspółosiowość równoległa (lub przesunięcie)

Niewspółosiowość równoległa występuje, gdy osie dwóch wałów są równoległe do siebie, ale przesunięte o pewną odległość. Można to zwizualizować jako położenie jednego wału wyżej lub niżej (przesunięcie pionowe) lub bardziej na jedną stronę (przesunięcie poziome) niż drugiego.

2. Niewspółosiowość kątowa

Niewspółosiowość kątowa występuje, gdy dwa wały są ustawione względem siebie pod kątem. Ich linie środkowe przecinają się w punkcie sprzężenia, ale nie leżą na tej samej linii. Powoduje to powstanie „szczeliny” w miejscu sprzężenia, która jest szersza z jednej strony niż z drugiej.

3. Połączone rozbieżności

Jest to najczęstszy przypadek, w którym wały jednocześnie ulegają odchyleniu równoległemu i kątowemu.

Sygnatura wibracyjna braku wyrównania

Niewspółosiowość generuje bardzo charakterystyczny ślad drgań, który można zidentyfikować w widmie FFT:

• Wskaźnik podstawowy (2x): Najczęstszym i klasycznym objawem braku współosiowości jest szczyt drgań o wysokiej amplitudzie dokładnie w punkcie 2x prędkość obrotowa (2. rząd)Dzieje się tak, ponieważ siły wywołane przez niewspółosiowość poddają wały i sprzęgło dwóm cyklom zginania na obrót.
• Wysokie drgania osiowe: Niewspółosiowość często powoduje silne wibracje w osiowy kierunek (równolegle do wału). Wysoki, dwukrotny szczyt w kierunku osiowym jest bardzo silnym wskaźnikiem niewspółosiowości.
• Inne harmoniczne (1x, 3x, 4x): Chociaż 2x jest głównym wskaźnikiem, rozbieżność może również powodować wzrost częstotliwości biegu 1x. Znaczne rozbieżności, szczególnie przesunięcie równoległe, mogą również generować wyższe harmoniczne, takie jak 3x i 4x.
• Częstotliwości specyficzne dla sprzężenia: Niektóre rodzaje sprzęgieł, gdy ulegają zużyciu lub naprężeniom spowodowanym brakiem współosiowości, mogą generować drgania o charakterystycznych dla nich częstotliwościach.

Widmo drgań wykazujące szczyt 2x, który jest 50% lub większy od szczytu 1x, szczególnie gdy towarzyszą mu silne drgania osiowe, jest podręcznikowym przykładem braku współosiowości.

Najczęstsze przyczyny nieprawidłowego ustawienia

Niewspółosiowość może występować od momentu początkowej instalacji lub rozwijać się z czasem.

• Nieprawidłowa instalacja: Najczęstszą przyczyną jest brak precyzyjnego ustawienia podczas początkowej konfiguracji maszyny.
• Wzrost termiczny: W miarę nagrzewania się maszyn od temperatury pokojowej do temperatury roboczej, ich podzespoły rozszerzają się. Silnik może urosnąć, a obudowa pompy może się rozszerzyć, co powoduje rozregulowanie wałów. Precyzyjne ustawienie musi uwzględniać ten wzrost temperatury.
• Naprężenie rury: Siły pochodzące z nieprawidłowo podpartych rurociągów wlotowych lub wylotowych mogą spowodować utratę współosiowości pompy lub sprężarki z napędem. Jest to bardzo częsty problem w przemyśle przetwórczym.
• Kwestie fundacyjne: Słaby lub popękany fundament, bądź luźne śruby kotwiące mogą z czasem powodować przesuwanie się maszyny.
• Miękka stopa: Sytuacja, w której jedna ze stóp montażowych maszyny nie przylega płasko do płyty bazowej, co powoduje skręcenie lub odkształcenie ramy maszyny po przykręceniu.

Dlaczego korygowanie nieprawidłowego ustawienia jest tak ważne

Niewłaściwie ustawiona maszyna może mieć poważne konsekwencje:

• Awaria łożysk i uszczelnień: Wysokie obciążenia cykliczne działające na wały przenoszone są bezpośrednio na łożyska i uszczelnienia, powodując ich przedwczesne zużycie.
• Awaria sprzęgła: Sprzęgła są projektowane tak, aby wytrzymywać niewielkie odchylenia, jednak nadmierne odchylenia powodują ich zużycie i szybką awarię.
• Zmęczenie wału: Wielokrotne zginanie wałów może prowadzić do pęknięć zmęczeniowych i ostatecznie do uszkodzenia wału.
• Zwiększone zużycie energii: Znaczna część energii marnowana jest w postaci ciepła i wibracji, zamiast być wykorzystana na wykonanie pożytecznej pracy.

Precyzyjne ustawianie parametrów za pomocą narzędzi takich jak czujniki zegarowe lub systemy ustawiania laserowego jest podstawą każdego skutecznego programu niezawodności i konserwacji.

← Powrót do indeksu głównego