Înțelegerea curburii arborelui în mașinile rotative
Definiție: Ce este arcul arborelui?
Arcul arborelui (numită și îndoirea arborelui, curbura rotorului sau pur și simplu “curbură”) este o afecțiune în care un rotor arborele a dezvoltat o curbură permanentă sau semipermanentă, determinând devierea acestuia de la o linie centrală dreaptă. Spre deosebire de cele temporare a alerga afară care ar putea fi cauzată de o componentă slăbită sau de o montare excentrică, curbura arborelui reprezintă deformarea reală a materialului arborelui în sine.
Arcul arborelui produce vibrații simptome care seamănă superficial dezechilibra, dar nu poate fi corectată prin metode convenționale echilibrare proceduri. Din acest motiv, diagnosticul corect este esențial pentru a evita pierderea timpului încercând să echilibrezi un arbore curbat.
Tipuri de arcuri de arbore
Curbura arborelui poate fi clasificată în funcție de cauza și durata sa:
1. Arc mecanic permanent
Aceasta este o deformare plastică (permanentă) a materialului arborelui cauzată de:
- Suprasolicitare mecanică sau impact
- Ridicarea sau manipularea necorespunzătoare în timpul întreținerii
- Coborârea rotorului
- Tensiune excesivă de încovoiere în timpul funcționării
- Defecte de fabricație sau tratament termic necorespunzător
Odată ce arborele a cedat (s-a deformat permanent), curbura rămâne chiar și atunci când arborele este în repaus și toate încărcările sunt îndepărtate.
2. Arc termic (tranzitoriu)
Numit și arc termic sau arc fierbinte, aceasta este o afecțiune temporară cauzată de încălzirea neuniformă a arborelui. Partea încălzită se dilată mai mult decât partea rece, creând o curbură temporară. Cauzele includ:
- Surse de căldură asimetrice (fluid de proces fierbinte pe o parte, aer de răcire pe cealaltă)
- Încălzirea prin frecare a rulmentului pe o parte a arborelui
- Frecarea rotorului generează încălzire localizată
- Încălzire solară pe echipamente exterioare
- Proceduri de încălzire necorespunzătoare pentru turbinele mari
Curbura termică dispare de obicei atunci când arborele se răcește uniform sau când se atinge echilibrul termic. Cu toate acestea, ciclurile repetate de curbură termică pot provoca în cele din urmă o deformare permanentă.
3. Curbura de tensiune reziduală
Tensiunile reziduale interne provenite din sudură, tratament termic sau procese de fabricație pot provoca curbarea lentă a unui arbore în timp, în special atunci când este supus unor temperaturi de funcționare sau sarcini mecanice care provoacă detensionare.
Cauzele curburii arborelui
Înțelegerea cauzelor principale ajută la prevenirea curbării arborelui și la ghidarea acțiunilor corective:
Cauze mecanice
- Suprasarcină: Funcționarea la sarcini care depășesc limitele de proiectare
- Depozitare necorespunzătoare: Depozitarea arborilor pe orizontală fără suport adecvat, provocând lăsarea acestora în timp
- Manipulare greșită: Ridicare prin ax în loc de punctele de ridicare desemnate
- Accident sau impact: Cădere, coliziune sau deteriorare cauzată de obiecte străine
- Blocarea rulmentului: Un rulment blocat poate cauza îndoirea arborelui sub cuplul de acționare
Cauze termice
- Încălzire neuniformă: Distribuție neuniformă a temperaturii pe circumferința arborelui
- Schimbări rapide de temperatură: Șoc termic în timpul pornirii sau opririi
- Puncte fierbinți: Încălzire localizată din cauza frecării, frecărilor sau condițiilor de proces
- Încălzire inadecvată: Pornirea prea rapidă a turbinelor reci sau a mașinilor mari
- Proceduri de oprire: Permiterea opririi rotirii unui arbore fierbinte înainte de răcire (curbură termică)
Cauze legate de materiale și fabricație
- Calitate slabă a materialelor: Incluziuni, goluri sau neomogenități ale materialelor
- Tratament termic necorespunzător: Tensiuni reziduale din călire sau revenire
- Distorsiune la sudură: Sudarea asimetrică creează tensiuni reziduale
- Tensiuni de prelucrare: Tensiuni induse în timpul fabricației
Cum provoacă curbura arborelui vibrații
Un arbore curbat creează vibrații prin două mecanisme:
1. Dezechilibru geometric
Când un arbore curbat se rotește, linia sa centrală curbată trasează un con sau o altă traiectorie necirculară. Chiar dacă distribuția masei rotorului este perfect echilibrată, geometria curbată creează o masă rotativă excentrică ce generează forțe centrifuge, producând vibrații 1X (vibrații la frecvența de rotație a arborelui).
2. Momentul de încărcare pe rulmenți
Curbura creează momente de încovoiere care sunt transmise lagărelor, provocând sarcini fluctuante pe lagăre și vibrații.
Detectarea curburii arborelui
Distincția dintre curbura arborelui și dezechilibrul de masă real este crucială pentru depanarea eficientă:
Comparație simptome: Curbură vs. Dezechilibru
| Caracteristică | Dezechilibra | Arcul arborelui |
|---|---|---|
| Frecvența vibrațiilor | Viteză de rulare 1X | Viteză de rulare 1X |
| Relația de fază | Consistent, același în orice moment | Se poate schimba în timpul încălzirii |
| Vibrații lente de rulare | Prezent (proporțional cu viteza²) | Prezent și adesea semnificativ chiar și la viteză foarte mică |
| Răspuns la echilibrare | Vibrații reduse prin echilibrare corectă | Îmbunătățire minimă sau deloc; se poate agrava |
| Sensibilitate termică | Relativ stabil în funcție de temperatură | Modificări semnificative în timpul încălzirii/recuperării |
| Măsurarea rătăcirii | Scăzut când rotorul este în repaus | Bătaie mare chiar și în repaus (curbură permanentă) |
Teste de diagnostic
1. Măsurarea rulării lente
Rotiți arborele foarte încet (de obicei cu o viteză de funcționare de 5-10%) și măsurați a alerga afară cu o sondă de proximitate sau un comparator cu cadran. O bătaie mare la rulare lentă indică o bătaie mecanică sau o curbură a arborelui, nu un dezechilibru (care produce o forță proporțională cu pătratul vitezei).
2. Schimbare de fază la oprire
Monitorizați vibrațiile unghi de fază pe măsură ce mașina se oprește. Dezechilibrul real menține o fază constantă indiferent de viteză. Un arbore curbat poate prezenta schimbări de fază, în special pe măsură ce se răcește.
3. Testul de curbură termică
În cazul suspiciunii de curbură termică, monitorizați vibrațiile în timpul pornirii și încălzirii. Curbura termică prezintă de obicei vibrații crescânde pe măsură ce mașina se încălzește, apoi se poate stabiliza sau scădea pe măsură ce se atinge echilibrul termic.
4. Verificarea execuției necontrolate în afara mașinii
Scoateți rotorul, sprijiniți-l pe blocuri în V sau pe un strung și rotiți-l încet în timp ce măsurați bătaia radială cu un comparator cu cadran. O bătaie semnificativă (de obicei > 0,001″ sau 25 µm) confirmă o curbură permanentă.
5. Inspecție vizuală
Pentru arbori mari, observarea vizuală de-a lungul arborelui sau utilizarea metodelor optice (aliniere cu laser) poate releva o curbură evidentă.
Metode de corecție
Corecția corespunzătoare depinde de severitatea și tipul arcului:
Pentru arc mecanic permanent
1. Îndreptarea arborelui
Pentru arcuri ușoare până la moderate (de obicei < 0,005" sau 125 µm), arborele poate fi uneori îndreptat la rece sau la cald folosind prese hidraulice. Acest lucru necesită echipamente specializate și tehnicieni calificați. Arborele este susținut și încărcat cu grijă pentru a-l deforma plastic înapoi spre dreaptă.
2. Ameliorarea stresului termic
Tratați termic arborele pentru a reduce tensiunile reziduale, reducând sau eliminând potențial curbura cauzată de cauze legate de solicitări. Acest lucru necesită echipamente adecvate pentru cuptor și controlul procesului.
3. Înlocuirea arborelui
Pentru curburi severe sau în aplicații critice, înlocuirea este adesea cea mai fiabilă soluție. Costul unui nou arbore trebuie cântărit în raport cu timpul de nefuncționare și riscul eșecului încercărilor de îndreptare.
4. “Echilibru în jurul arcului”
În unele cazuri, în special pentru turbinele mari, se pot calcula și instala greutăți de corecție pentru a contracara efectul curburii. Acest lucru nu fixează curbura, dar minimizează vibrațiile. Această abordare are limitări și este de obicei o soluție temporară.
Pentru arc termic
1. Modificări ale procedurii operaționale
- Implementați proceduri de încălzire lentă
- Mențineți funcționarea continuă a angrenajului de rotație în timpul opririi pentru a preveni curgerea termică
- Controlați mai atent admisia de abur sau temperaturile fluidului de proces
- Asigurați încălzirea/răcirea simetrică
2. Modificări de proiectare
- Adăugați izolație pentru a reduce gradienții termici
- Instalați jachete de încălzire pentru o încălzire uniformă
- Îmbunătățirea sistemului de răcire pentru a asigura o distribuție uniformă a temperaturii
3. Funcționarea angrenajului de rotire
Pentru turbinele mari, acționați mecanismul de rotație (acționare cu viteză mică) în timpul încălzirii și răcirii pentru a roti arborele și a preveni apariția curburii termice.
Strategii de prevenire
Prevenirea curbării arborelui este mult mai ușoară decât corectarea ei:
Proiectare și fabricație
- Utilizați proceduri adecvate de tratament termic pentru a minimiza tensiunile reziduale
- Proiectați o rigiditate adecvată a arborelui pentru aplicație
- Specificați materialele adecvate pentru mediul termic
Instalare și întreținere
- Ridicați întotdeauna rotoarele folosind punctele de ridicare desemnate, niciodată de ax
- Depozitați rotoarele de rezervă cu suport adecvat pentru a preveni lăsarea acestora
- Evitați șocurile mecanice în timpul manipulării
- Verificați periodic rectilinietatea arborelui (anual sau conform programului producătorului)
Operațiune
- Urmați procedurile de încălzire și oprire ale producătorului
- Evitați schimbările bruște de temperatură
- Monitorizați semnele de curbură termică în timpul pornirii
- Investigați orice modificări inexplicabile ale fazei de vibrație
Impactul asupra procedurilor de echilibrare
Încercarea de a echilibra un arbore curbat este în general inutilă și poate fi contraproductivă:
- Corecții ineficiente: Greutățile de echilibrare calculate pentru dezechilibrul de masă nu vor corecta curbura geometrică
- Mascarea problemei: “Echilibrarea” parțială reușită a unui arbore curbat poate reduce temporar vibrațiile, dar poate lăsa problema de bază nerezolvată.
- Timp pierdut: Iterațiile multiple de echilibrare fără succes indică necesitatea verificării curburii
- Daune potențiale: Adăugarea unor greutăți de corecție mari la un arbore curbat poate crește tensiunile și poate provoca daune suplimentare
Cea mai bună practică: Verificați întotdeauna dacă arborele nu prezintă curbură înainte de a începe procedurile de echilibrare, în special dacă rotorul are un istoric de manipulare, evenimente termice sau probleme de vibrații inexplicabile.
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 