Pochopenie mechanickej vôle v rotujúcich strojoch
Definícia: Čo je to mechanická vôľa?
Mechanická vôľa je stav, keď majú komponenty v rotujúcich strojoch nadmerné vôle, nedostatočné upevnenie, opotrebované uloženia alebo štrukturálne poškodenie, ktoré umožňuje neúmyselný relatívny pohyb medzi časťami, ktoré by mali byť pevne spojené. To vytvára nelineárne vibrácie správanie charakterizované viacerými harmonické rýchlosti behu, nepravidelných zmien amplitúdy a smerových rozdielov vo vibráciách, ktoré nenasledujú normálne vzorce.
Vôľa je bežný problém so strojmi, ktorý nielenže priamo spôsobuje nadmerné vibrácie, ale tiež bráni účinnej diagnostike a oprave iných problémov, ako napríklad nevyváženosť alebo nesprávne zarovnanie. Musí sa identifikovať a opraviť predtým, ako budú úspešné ďalšie snahy o zníženie vibrácií.
Typy mechanickej vôle
Typ A: Rotačná vôľa (vôľa ložiska)
Nadmerná vôľa medzi ložiskom a hriadeľom alebo telesom:
- Ložisko-hriadeľ: Opotrebovaný povrch hriadeľa, nedostatočné uloženie s presakom, poškodený otvor ložiska
- Ložisko-telo: Opotrebovaný otvor v telese, uvoľnený kryt ložiska, nedostatočné nalisovanie
- Vnútorné ložisko: Nadmerné vôľa ložiska z opotrebenia
- Príznak: 1×, 2×, 3× harmonické; vyššie v radiálnych smeroch
Typ B: Štrukturálna uvoľnenosť (podstavec/základ)
Nedostatočné upevnenie nerotujúcich komponentov:
- Voľné podstavce: Kotevné skrutky nie sú utiahnuté, poškodená zálievková hmota
- Montáž na voľnú základňu: Uvoľnené alebo chýbajúce montážne skrutky zariadenia
- Prasknutý rám alebo základ: Štrukturálne poškodenie umožňujúce pohyb
- Príznak: Viaceré harmonické (často až 5× alebo viac); nepravidelná, nelineárna odozva
Typ C: Voľnosť komponentov
Voľne zmontované komponenty:
- Uvoľnené obežné kolesá: Obežné koleso je uvoľnené na hriadeli, opotrebované alebo chýbajúce pero
- Voľné spojky: Uvoľnené spojovacie náboje na hriadeľoch
- Uvoľnené kladky/ozubené kolesá: Uvoľnené poháňané komponenty na hriadeli
- Voľné kryty/ochranné kryty: Plechové panely hrkotajú
- Príznak: Harmonické a subharmonické; možné zložky 1/2×, 1/3×
Vibračný podpis
Frekvenčné charakteristiky
Voľnosť vytvára charakteristické frekvenčné vzorce:
- Viaceré harmonické: Silný 1×, 2×, 3×, 4× a vyšší (na rozdiel od nevyváženosti, ktorá je primárne 1×)
- Subharmonické: Môže sa vyskytnúť 1/2×, 1/3× komponenty (vôľa typu C)
- Neharmonický obsah: Vrcholy pri neceločíselných násobkoch rýchlosti behu
- Zvýšená hladina hluku: Zvýšenie širokopásmového pripojenia v dôsledku náhodných vplyvov
Amplitúdové správanie
- Vysoká celková úroveň: Celkové vibrácie neúmerné hnacím silám
- Nelineárne: Vibrácie sa nepredvídateľne menia s rýchlosťou alebo zaťažením
- Nepravidelné: Amplitúda sa medzi meraniami výrazne líši
- Smerové rozdiely: V jednom smere môže byť 2 – 5× vyššia ako v kolmom smere
Fázové charakteristiky
- Nestabilný Fáza: Fázový uhol sa medzi meraniami mení nepravidelne
- Veľký fázový rozptyl: odchýlka ±30-90° pri rovnakej rýchlosti
- Vyvažovanie porážok: Nepredvídateľná fáza robí vyrovnávacie výpočty nespoľahlivými
Funkcie časového priebehu
- Nepravidelný, nesínusový priebeh
- Skrátené alebo orezané vrcholy (nárazy na obmedzenia)
- Náhodné impulzívne udalosti
- Strata periodickej štruktúry
Bežné miesta a príčiny
Súvisiace s ložiskami
- Opotrebované povrchy čapu hriadeľa umožňujúce kývanie ložiska
- Opotrebované alebo poškodené otvory ložiskového telesa
- Nedostatočné uloženie s presakom (nesprávny výber tolerancie)
- Skrutky ložiskového vieka uvoľnené alebo nedostatočne utiahnuté
- Rozštiepené ložiskové telesá s opotrebovanými lícovacími plochami
Základ a montáž
- Uvoľnené kotviace skrutky (najčastejšie štrukturálne uvoľnenie)
- Zhoršená alebo chýbajúca škárovacia hmota pod podstavcami
- Popraskané betónové základy
- Uvoľnené skrutky upevnenia zariadenia k základnej doske
- Poškodené alebo predĺžené otvory pre skrutky
Rotujúce komponenty
- Ventilátor alebo obežné koleso uvoľnené na hriadeli (opotrebované pero, uvoľnené nastavovacie skrutky)
- Spojovacie náboje s nedostatočným presakom
- Uvoľnené alebo chýbajúce skrutky na nastavenie kladky
- Uvoľnené komponenty rotora na hriadeli
Štrukturálne
- Prasknuté rámy alebo kryty strojov
- Únavové trhliny vo zvaroch
- Uvoľnené konštrukčné skrutky
- Zhoršené spojenie alebo lepidlá
Metódy detekcie
Analýza vibrácií
- Analýza rýchlej premeny (FFT): Hľadajte viacero harmonických (1×, 2×, 3×, 4×, 5×+)
- Testovanie koherencie: Nízka koherencia medzi meraniami naznačuje nelineárne správanie
- Smerové porovnanie: Veľké rozdiely medzi horizontálnou a vertikálnou rovinou
- Reakcia na vonkajšie budenie: Výčapný stroj, pozorujte abnormálnu reakciu
Fyzická kontrola
Vizuálna kontrola
- Hľadajte medzery, praskliny, koróziu, poškodenia
- Skontrolujte stopy svedkov naznačujúce pohyb
- Sledujte vzorce opotrebovania farby na rozhraniach
- Hľadajte kovové triesky, ktoré naznačujú praskliny
Testovanie poklepaním
- Podozrivé uvoľnené komponenty udrite kladivom
- Namiesto pevného zvonenia počúvajte hrkotanie alebo tupé zvuky
- Vnímajte nadmerný pohyb alebo vibrácie
- Porovnajte so známymi dobrými komponentmi
Overenie krútiaceho momentu
- Skontrolujte všetky skrutky momentovým kľúčom
- Overiť podľa špecifikácií
- Hľadajte zlomené, poškodené alebo skorodované spojovacie prvky
- Skontrolujte, či nie sú strhnuté nite
Testovanie tlakom/ťahom
- Použite silu na podozrivé komponenty
- Sledujte pohyb, ktorý by sa nemal vyskytnúť
- Na kvantifikáciu hry použite číselníkové indikátory
- Porovnajte s novými alebo správne zaistenými komponentmi
Korekčné postupy
Pre vôľu ložiska
- Výmena ložiska: Ak je samotné ložisko opotrebované
- Oprava hriadeľa: Opotrebovaný hriadeľ napraviť chrómovaním alebo zváraním a opracovať na požadovanú veľkosť.
- Oprava bývania: Zväčšenie telesa stroja, použitie väčšieho ložiska alebo nanesenie vrstvy striekaním/zváraním kovu
- Zlepšenie kondície: Použite správne uloženie s presakom podľa špecifikácií výrobcu.
- Kryty ložísk: Utiahnite alebo vymeňte, ak je opotrebované
Pre štrukturálnu uvoľnenosť
- Utiahnite všetky upevňovacie prvky: Utiahnite podľa špecifikácie s použitím správneho vzoru
- Výmena poškodených skrutiek: Nainštalujte nové skrutky správnej triedy a veľkosti
- Opravný základ: Odstráňte starú škárovaciu hmotu, vyčistite povrchy, nalejte novú škárovaciu hmotu
- Trhliny vo zvaroch: V prípade potreby opravte praskliny v rámoch alebo podstavcoch
- Pridať výstuž: Klíny alebo výstuhy pre slabé konštrukcie
Pre uvoľnenie komponentov
- Utiahnite nastavovacie skrutky správnym krútiacim momentom a zaistením závitu
- Vymeňte opotrebované perá a drážky
- Pre lisované komponenty použite správne presné uloženie
- Komponenty čapov alebo kľúčov, ktoré sa opakovane uvoľnili
- Vymeňte poškodené komponenty
Preventívne stratégie
Fáza návrhu
- Uveďte dostatočné rozmery a množstvo spojovacích prvkov
- Navrhnite správne interferenčné uloženie
- Zabezpečiť dostatočnú štrukturálnu tuhosť
- Zabráňte koncentráciám napätia, ktoré vedú k praskaniu
- Špecifikujte vhodné triedy a materiály spojovacích prvkov
Fáza inštalácie
- Používajte kalibrované momentové kľúče
- Dodržujte správne postupy uťahovania
- V prípade potreby použite zaisťovacie hmoty na závity
- Pred montážou sa uistite, že povrchy sú čisté a rovné
- Overte, či pasuje k špecifikáciám
- Vykonávať kontroly kvality
Fáza údržby
- Pravidelné overovanie krútiaceho momentu (ročne alebo podľa harmonogramu monitorovania vibrácií)
- Trendy vibrácií na detekciu vyvíjajúcej sa vôle
- Vizuálne kontroly počas výpadkov
- Podľa potreby dotiahnite
- Vibrácie riešte okamžite skôr, ako spôsobia uvoľnenie
Diagnostické výzvy
Maskovanie iných problémov
- Voľnosť môže maskovať alebo napodobňovať iné chyby
- Zabraňuje presnému vyvažovanie kvôli nelineárnej odozve
- Značky zarovnanie ťažké alebo nemožné
- Môže generovať vibračné vzory podobné prasklinám alebo chybám ložísk
Progresívna povaha
- Uvoľnenosť často začína mierne a postupne sa zhoršuje
- Vibrácie z uvoľnenia spôsobujú ešte väčšie uvoľnenie (pozitívna spätná väzba)
- Ak sa neopraví, môže sa v priebehu niekoľkých týždňov zhoršiť z mierneho na závažný stav
- Nakoniec spôsobuje sekundárne poškodenie ložísk, hriadeľov, základov
Vzťah k iným chybám
Voľnosť vs. nevyváženosť
| Funkcia | Nerovnováha | Voľnosť |
|---|---|---|
| Primárna frekvencia | iba 1× | 1×, 2×, 3×, 4×+ harmonické |
| Fázová stabilita | Konzistentné, opakovateľné | Nepravidelné zmeny medzi meraniami |
| Linearita | Vibrácie ∝ rýchlosť² | Nelineárne, nepredvídateľné |
| Reakcia na vyvažovanie | Znížené vibrácie | Minimálne alebo žiadne zlepšenie |
| Smerový vzor | Podobné horizontálne/vertikálne | Často oveľa vyššie v jednom smere |
Voľnosť vs. nesprávne zarovnanie
- Nesprávne zarovnanie: Primárne 2× s niekoľkými 1×, stabilná fáza
- Voľnosť: Viaceré harmonické (1× až 5×+), nestabilná fáza
- Kombinácia: Nesprávne zarovnanie môže spôsobiť uvoľnenie a uvoľnenie zhoršuje účinky nesprávneho zarovnania
Vplyv na výkon stroja
Priame účinky
- Vysoká vibrácia: Nadmerné hladiny spôsobujúce nepohodlie a bezpečnostné obavy
- Hluk: Hrkotavé, búchajúce alebo klopajúce zvuky
- Znížená presnosť: Chyby polohovania hriadeľa
- Zrýchlené opotrebovanie: Nárazové zaťaženie poškodzuje komponenty
Sekundárne poškodenie
- Poškodenie ložiska: Rázové zaťaženia a nesprávne zarovnanie v dôsledku uvoľnenia poškodzujú ložiská
- Trenie hriadeľa: Mikropohyby pri voľných uloženiech spôsobujú koróziu trením
- Zlyhanie upevňovacieho prvku: Skrutky sa môžu unavovať a zlomiť v dôsledku striedavého zaťaženia
- Šírenie trhlín: Vibrácie šíria existujúce trhliny
- Zhoršenie stavu základov: Neustále vibrácie poškodzujú betón a škárovaciu hmotu
Prevádzkové problémy
- Zabraňuje efektívnemu vyvažovaniu
- Znemožňuje udržiavanie zarovnania
- Diagnostický zmätok maskujúci iné problémy
- Znížená spoľahlivosť zariadenia
Príklad prípadu
Situácia: Veľký ventilátor s indukčným saním, 1200 ot./min., nadmerné vibrácie
- Počiatočné príznaky: Celkové vibrácie 8 mm/s (limit alarmu 4,5 mm/s)
- Spektrum: Silné komponenty 1×, 2×, 3×, 4×
- Pokusy o vyváženie: Tri pokusy, žiadne zlepšenie, fáza nepravidelná
- Vyšetrovanie: Fyzikálna kontrola odhalila uvoľnené štyri z ôsmich kotevných skrutiek
- Oprava: Všetky kotviace skrutky boli znovu utiahnuté na špecifikáciu 400 N·m
- Výsledok: Vibrácie okamžite klesli na 1,8 mm/s
- Následné kroky: Jediný vyvažovací cyklus znížil vibrácie na 0,8 mm/s (teraz bol systém lineárny)
- Lekcia: Pred vyvážením vždy skontrolujte uvoľnenie
Najlepšie postupy
Diagnostický kontrolný zoznam
Pri skúmaní problémov s vibráciami vždy skontrolujte uvoľnenie:
- Analyzujte spektrum pre viacero harmonických
- Skontrolujte opakovateľnosť fázy
- Vykonajte poklepávacie testy na podozrivých komponentoch
- Skontrolujte uťahovacie momenty všetkých skrutiek
- Skontrolujte praskliny, opotrebovanie, poškodenie
- Najprv opravte uvoľnenie pred inými diagnostickými zákrokmi alebo korekciami
Protokol údržby
- Zahrňte kontroly krútiaceho momentu skrutiek do plánov údržby
- Zdokumentujte základné hodnoty krútiaceho momentu
- Trend relaxácie krútiaceho momentu v priebehu času
- Na kritické spojovacie prvky použite zaisťovacie hmoty na závity
- Ak sa uvoľňovanie opakuje, radšej ho vymeňte, než opakovane uťahujte.
Mechanická vôľa je častou, ale často prehliadanou príčinou vibrácií strojov. Jej charakteristický viacnásobný harmonický podpis, nelineárne správanie a interferencia s inými diagnostickými a nápravnými opatreniami robia nevyhnutným kontrolu a opravu vôle ako prvý krok pri akomkoľvek úsilí o riešenie problémov s vibráciami.
Kategórie:
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 