Înțelegerea fisurilor arborelui în mașinile rotative

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,353.83

Piese

Senzor de vibrații.

$107.26

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$147.78

Dispozitive

Balanset-4.

$8,107.90

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.82

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.92

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,067.80

Definiție: Ce este o fisură la un arbore?

A fisură a axului Fisurile sunt o fractură sau discontinuitate într-un arbore rotativ care se dezvoltă din cauza oboselii, a concentrării stresului sau a defectelor de material. De obicei, fisurile încep la suprafață și se propagă spre interior perpendicular pe direcția tensiunii maxime de tracțiune. În mașinile rotative, fisurile arborelui sunt extrem de periculoase, deoarece pot progresa de la un defect mic, nedetectabil, la o fractură completă a arborelui în câteva ore sau zile, putând provoca defecțiuni catastrofale ale echipamentului.

Fisurile arborelui produc vibrații semnături, în special o componentă caracteristică 2× (de două ori pe rotație) care apare pe măsură ce fisura se dezvoltă. Detectare timpurie prin analiza vibrațiilor este esențială pentru a preveni deteriorarea completă a arborelui și pericolele de siguranță asociate.

Cauze frecvente ale fisurilor la arbore

1. Oboseala cauzată de solicitări ciclice

Cea mai frecventă cauză, în special în cazul mașinilor rotative:

• Oboseala la încovoiere: Arborele rotativ cu rigiditate sau sarcini neuniforme creează solicitări ciclice de încovoiere
• Oboseală torsională: Cuplul oscilant în arborii de transmisie a puterii
• Oboseală de ciclu intens: Milioane de cicluri de stres se acumulează de-a lungul anilor de funcționare
• Concentrarea stresului: Canalele de pană, găurile, racordurile și discontinuitățile geometrice concentrează stresul

2. Condiții de funcționare

• Excesiv Dezechilibra: Forțele centrifuge mari creează solicitări de încovoiere
• Nealiniere: Momentele de încovoiere cauzate de nealiniere accelerează oboseala
• Operație de rezonanță: Funcționând la sau în apropierea viteze critice creează devieri mari
• Suprasarcină: Funcționarea dincolo de limitele de proiectare
• Stres termic: Cicluri rapide de încălzire/răcire sau gradienți termici

3. Defecte de material și de fabricație

• Includeri materiale: Zgură, goluri sau materiale străine în materialul arborelui
• Tratament termic necorespunzător: Călire sau revenire inadecvată
• Defecte de prelucrare: Urme de unelte, crestături sau zgârieturi care creează factori de creștere a tensiunii
• Coroziune prin coroziune: Coroziunea superficială creează locuri de inițiere a fisurilor
• Frecare: La interfețele sau canalele de pană prin presare

4. Evenimente operaționale

• Evenimente de depășire a vitezei: Depășirea vitezei de urgență sau accidentală creează solicitări mari
• Frecări severe: Contactul generează căldură și concentrarea locală a stresului
• Încărcare la impact: Încărcări bruște cauzate de perturbări ale procesului sau șocuri mecanice
• Reparații anterioare: Sudarea sau prelucrarea mecanică care introduce tensiuni reziduale

Simptomele vibrațiilor unui arbore fisurat

Componenta caracteristică 2×

Semnătura vibrațională caracteristică a unui arbore fisurat este proeminentă 2× (a doua armonică) componentă:

De ce se dezvoltă vibrația 2×

• O fisură se deschide și se închide de două ori pe rotație pe măsură ce arborele se rotește
• Când fisura este în compresie (partea inferioară a rotației), rigiditatea este mai mare
• Când fisura este în tensiune (vârful rotației), fisura se deschide, rigiditatea este mai mică
• Această modificare a rigidității de două ori pe rotație creează o forțare de 2×
• Amplitudinea de 2× crește pe măsură ce fisura se propagă și asimetria rigidității crește

Indicatori suplimentari de vibrații

• 1× Modificări: Creștere treptată a vibrațiilor de 1× din cauza rigidității modificate și a curburii reziduale
• Armonice superioare: Pot apărea 3×, 4× pe măsură ce severitatea fisurilor crește
• Schimbări de fază: Modificări ale unghiului de fază în timpul pornirii/opririi în liberă funcționare sau la viteze diferite
• Comportament dependent de viteză: Vibrațiile se pot modifica neliniar în funcție de viteză
• Sensibilitate la temperatură: Vibrațiile pot fi corelate cu dilatarea termică, deschiderea/închiderea fisurii

Caracteristici de pornire/oprire în liberă rulare

• Componenta 2× prezintă un comportament neobișnuit în timpul tranzițiilor
• Poate prezenta două vârfuri în Diagrama Bode (la 1/2 din fiecare viteză critică)
• Modificările de fază ale componentei 1× pot diferi de răspunsul normal la dezechilibru

Metode de detectare

Monitorizarea vibrațiilor

Analiza tendințelor

• Monitorizați raportul 2X/1X în timp
• Creșterea treptată a amplitudinii de 2× este un semn de avertizare
• Raportul 2X/1X > 0,5 justifică investigația
• Schimbări bruște ale modelului de vibrații suspecte

Analiza spectrală

• Regulat FFT analiză care prezintă armonice
• Comparați spectrele actuale cu cele istorice ale liniei de bază
• Urmăriți apariția sau creșterea vârfului de 2×

Analiza tranzitorie

• Parcele de cascadă în timpul pornirii/opririi în liberă circulație
• Diagrame Bode care arată amplitudinea și faza în funcție de viteză
• Comportament neobișnuit la pasaje cu viteză critică

Metode fără vibrații

1. Inspecția particulelor magnetice (MPI)

• Detectează fisuri superficiale și apropiate de suprafață
• Necesită o suprafață accesibilă a arborelui
• Fiabilitate ridicată pentru detectarea fisurilor
• Parte a inspecțiilor de întreținere de rutină

2. Testarea cu ultrasunete (UT)

• Detectează fisuri interne și superficiale
• Poate găsi fisuri înainte ca acestea să producă simptome de vibrații
• Necesită echipamente specializate și personal calificat
• Recomandat pentru arbori critici

3. Inspecția cu lichide penetrante

• Metodă simplă pentru detectarea fisurilor superficiale
• Necesită curățare și pregătire a suprafeței
• Util pentru zonele accesibile în timpul întreruperilor de curent

4. Testarea curenților turbionari

• Detectarea fisurilor superficiale fără contact
• Bun pentru inspecția automată
• Eficient pe materiale magnetice și nemagnetice

Răspuns și acțiuni corective

Acțiuni imediate la detectare

1. Creșterea frecvenței monitorizării: De la lunar la săptămânal sau zilnic
2. Reducerea severității operaționale: Reduceți viteza sau sarcina, dacă este posibil
3. Închiderea planului: Programați reparația sau înlocuirea cât mai curând posibil și în siguranță
4. Efectuați o experiență de neconformitate: Confirmați prezența fisurilor și evaluați severitatea acestora
5. Evaluare a riscurilor: Stabiliți dacă funcționarea continuă este sigură

Soluții pe termen lung

• Înlocuirea arborelui: Cea mai fiabilă soluție pentru fisuri confirmate
• Reparații (Cazuri limitate): Unele fisuri pot fi îndepărtate prin prelucrare mecanică și consolidare cu sudură (necesită evaluare de către un expert)
• Analiza cauzelor principale: Identificați motivul pentru care s-a dezvoltat fisura pentru a preveni reapariția acesteia
• Modificări de design: Abordarea concentrărilor de stres, îmbunătățirea selecției materialelor, modificarea condițiilor de operare

Strategii de prevenire

Faza de proiectare

• Eliminați colțurile ascuțite și concentrările de stres
• Folosiți raze de racordare generoase la modificările diametrului
• Specificați materialele adecvate pentru nivelurile de stres și mediul înconjurător
• Efectuați analiza stresului cu elemente finite
• Aplicarea de tratamente de suprafață (granare cu alice, nitrurare) pentru îmbunătățirea rezistenței la oboseală

Faza operațională

• Mențineți-vă bine calitatea echilibrului pentru a minimiza tensiunea ciclică de încovoiere
• Asigurați o aliniere precisă
• Evitați funcționarea la viteze critice
• Prevenirea evenimentelor de depășire a vitezei
• Controlul stresului termic prin încălzire/răcire adecvată

Faza de întreținere

• Inspecții regulate folosind metode NDE adecvate
• Programe de monitorizare a tendințelor vibrațiilor pentru detectarea simptomelor precoce
• Echilibrare periodică pentru a minimiza solicitările de oboseală
• Prevenirea coroziunii și întreținerea straturilor de acoperire

Fisurile arborelui reprezintă una dintre cele mai grave defecțiuni potențiale ale mașinilor rotative. Combinația dintre monitorizarea vibrațiilor (pentru detectarea semnăturilor caracteristice 2×) și examinarea periodică nedistructivă oferă cea mai bună strategie pentru detectarea timpurie a fisurilor, permițând întreținerea planificată înainte de producerea unei defecțiuni catastrofale.

---

← Înapoi la indexul principal