Razumevanje upogiba gredi v vrtljivih strojih

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je gredni lok?

Gred loka (imenovano tudi upogibanje gredi, upogib rotorja ali preprosto "upogib") je stanje, pri katerem rotor gred je razvila trajno ali poltrajno ukrivljenost, zaradi česar odstopa od ravne središčne črte. Za razliko od začasne iztekanje ki ga lahko povzroči ohlapna komponenta ali ekscentrična pritrditev, ukrivljenost gredi predstavlja dejansko deformacijo samega materiala gredi.

Gred loka proizvaja vibracije simptomi, ki so površno podobni neravnovesje, vendar tega ni mogoče popraviti s konvencionalnimi metodami uravnoteženje postopki. Zaradi tega je pravilna diagnoza ključnega pomena, da se izognemo izgubi časa pri poskusu uravnoteženja ukrivljene gredi.

Vrste lokov z gredjo

Ukrivljenost gredi lahko razdelimo glede na vzrok in trajanje:

1. Trajni mehanski lok

To je plastična (trajna) deformacija materiala gredi, ki jo povzroči:

• Mehanska preobremenitev ali udarec
• Nepravilno dvigovanje ali ravnanje med vzdrževanjem
• Spuščanje rotorja
• Prekomerna upogibna obremenitev med delovanjem
• Proizvodne napake ali nepravilna toplotna obdelava

Ko se gred enkrat upogne (trajno deformira), lok ostane takšen, tudi ko gred miruje in so vse obremenitve odstranjene.

2. Termični lok (prehodni)

Imenuje se tudi termični lok ali vroč lok, to je začasno stanje, ki ga povzroča neenakomerno segrevanje gredi. Ogrevana stran se razširi bolj kot hladna stran, kar ustvari začasno krivuljo. Vzroki vključujejo:

• Asimetrični viri toplote (vroča procesna tekočina na eni strani, hladilni zrak na drugi)
• Ogrevanje ležaja zaradi trenja na eni strani gredi
• Rotor se tre, kar povzroča lokalno segrevanje
• Solarno ogrevanje na zunanji opremi
• Nepravilni postopki ogrevanja velikih turbin

Termični lok običajno izgine, ko se gred enakomerno ohladi ali ko je doseženo toplotno ravnovesje. Vendar pa lahko ponavljajoči se cikli termičnega loka sčasoma povzročijo trajno strjevanje.

3. Lok za preostalo napetost

Notranje preostale napetosti zaradi varjenja, toplotne obdelave ali proizvodnih procesov lahko povzročijo, da se gred sčasoma počasi upogne, zlasti če je izpostavljena obratovalnim temperaturam ali mehanskim obremenitvam, ki povzročajo razbremenitev napetosti.

Vzroki za lok gredi

Razumevanje temeljnih vzrokov pomaga preprečiti upogibanje gredi in usmerjati korektivne ukrepe:

Mehanski vzroki

• Preobremenitev: Delovanje pri obremenitvah, ki presegajo projektne omejitve
• Nepravilno shranjevanje: Shranjevanje gredi v vodoravnem položaju brez ustrezne opore, kar sčasoma povzroči povešanje
• Nepravilno ravnanje: Dvigovanje za gred namesto za določene dvižne točke
• Nesreča ali udarec: Padec, trk ali poškodba zaradi tujega predmeta
• Zasedenost ležaja: Zagozden ležaj lahko povzroči, da se gred upogne pod pogonskim navorom

Toplotni vzroki

• Neenakomerno segrevanje: Neenakomerna porazdelitev temperature po obodu gredi
• Hitre spremembe temperature: Toplotni šok med zagonom ali zaustavitvijo
• Vroče točke: Lokalizirano segrevanje zaradi trenja, drgnjenja ali procesnih pogojev
• Nezadostno ogrevanje: Prehiter zagon hladnih turbin ali velikih strojev
• Postopki zaustavitve: Omogočanje, da se vroča gred ustavi pred ohlajanjem (toplotni used)

Materialni in proizvodni vzroki

• Slaba kakovost materiala: Vključki, praznine ali nehomogenosti materiala
• Nepravilna toplotna obdelava: Preostale napetosti zaradi kaljenja ali popuščanja
• Varilna distorzija: Asimetrično varjenje, ki ustvarja zaostale napetosti
• Strojne napetosti: Napetosti, ki nastanejo med proizvodnjo

Kako gredni lok povzroča vibracije

Ukrivljena gred ustvarja vibracije prek dveh mehanizmov:

1. Geometrijsko neravnovesje

Ko se ukrivljena gred vrti, njena ukrivljena središčna črta tvori stožec ali drugo nekrožno pot. Tudi če je porazdelitev mase rotorja popolnoma uravnotežena, ukrivljena geometrija ustvarja ekscentrično vrtečo se maso, ki ustvarja centrifugalne sile in povzroča 1X vibracije (vibracije pri vrtilni frekvenci gredi).

2. Obremenitev ležajev z momentom

Ukrivljenost ustvarja upogibne momente, ki se prenašajo na ležaje, kar povzroča nihajoče obremenitve ležajev in vibracije.

Zaznavanje loka gredi

Razlikovanje ukrivljenosti gredi od dejanske neuravnoteženosti mase je ključnega pomena za učinkovito odpravljanje težav:

Primerjava simptomov: upogib v primerjavi z neuravnoteženostjo

Značilnost	Neravnovesje	Gred loka
Frekvenca vibracij	1X hitrost teka	1X hitrost teka
Fazni odnos	Dosledno, vedno enako	Med ogrevanjem se lahko spremeni
Počasno nihanje kotaljenja	Prisotno (sorazmerno s hitrostjo²)	Prisotno in pogosto pomembno že pri zelo nizki hitrosti
Odgovor na uravnoteženje	Zmanjšanje vibracij s pravilnim uravnoteženjem	Minimalno ali brez izboljšanja; lahko se poslabša
Toplotna občutljivost	Relativno stabilno glede na temperaturo	Med ogrevanjem/ohlajanjem se občutno spremeni
Merjenje izteka	Nizka, ko rotor miruje	Visoko tečenje tudi v mirovanju (trajni upogib)

Diagnostični testi

1. Merjenje počasnega kotaljenja

Gred vrtite zelo počasi (običajno 5-10% delovne hitrosti) in izmerite iztekanje z merilno sondo za bližino ali merilno uro. Veliko iztekanje pri počasnem kotaljenju kaže na ukrivljenost gredi ali mehansko iztekanje, ne pa na neuravnoteženost (ki povzroča silo, sorazmerno s kvadratom hitrosti).

2. Fazni premik ob izklopu

Vibracije monitorja fazni kot ko se stroj izklopi. Prava neuravnoteženost ohranja konstantno fazo ne glede na hitrost. Ukrivljena gred lahko kaže fazne spremembe, zlasti ko se ohlaja.

3. Preskus toplotnega loka

V primeru suma toplotnega loka spremljajte vibracije med zagonom in ogrevanjem. Toplotni lok običajno kaže naraščajoče vibracije, ko se stroj ogreva, nato pa se lahko stabilizira ali zmanjša, ko je doseženo toplotno ravnovesje.

4. Preverjanje izven stroja

Odstranite rotor, ga podprite na V-blokih ali stružnici in ga počasi vrtite, medtem ko s časovnim merilnikom merite radialno odstopanje. Znatno odstopanje (običajno > 0,001″ ali 25 µm) potrjuje trajno ukrivljenost.

5. Vizualni pregled

Pri velikih jaških lahko vizualni pregled vzdolž jaška ali uporaba optičnih metod (lasersko poravnavanje) razkrije očitno ukrivljenost.

Metode korekcije

Ustrezna korekcija je odvisna od resnosti in vrste loka:

Za trajni mehanski lok

1. Ravnanje gredi

Za blag do zmeren lok (običajno < 0,005" ali 125 µm), je mogoče gred včasih hladno ali vroče ravnati s hidravličnimi stiskalnicami. To zahteva specializirano opremo in usposobljene tehnike. Gred je podprta in skrbno obremenjena, da se plastično deformira nazaj v ravno površino.

2. Lajšanje toplotnih obremenitev

Toplotna obdelava gredi za lajšanje preostalih napetosti, kar lahko zmanjša ali odpravi upogib zaradi vzrokov, povezanih z napetostjo. To zahteva ustrezno opremo peči in nadzor procesa.

3. Zamenjava gredi

Pri hudih upogibih ali kritičnih aplikacijah je zamenjava pogosto najbolj zanesljiva rešitev. Stroške nove gredi je treba pretehtati glede na čas izpada in tveganje neuspešnih poskusov ravnanja.

4. “Uravnoteženje okoli loka”

V nekaterih primerih, zlasti pri velikih turbinah, je mogoče izračunati in namestiti korekcijske uteži, ki preprečujejo učinek premca. To ne odpravi premca, ampak zmanjša vibracije. Ta pristop ima omejitve in je običajno začasna rešitev.

Za termični lok

1. Spremembe operativnih postopkov

• Izvajajte postopke počasnega ogrevanja
• Med izklopom vzdržujte neprekinjeno delovanje vrtljivega zobnika, da preprečite toplotni pad.
• Natančneje nadzorujte dovod pare ali temperaturo procesne tekočine
• Zagotovite simetrično ogrevanje/hlajenje

2. Spremembe oblikovanja

• Dodajte izolacijo za zmanjšanje toplotnih gradientov
• Za enakomerno ogrevanje namestite grelne plašče
• Izboljšajte hladilni sistem za zagotovitev enakomerne porazdelitve temperature

3. Delovanje obračalnega zobnika

Pri velikih turbinah med ogrevanjem in ohlajanjem upravljajte vrtilno gonilo (počasni rotacijski pogon), da zavrtite gred in preprečite nastanek toplotnega loka.

Strategije preprečevanja

Preprečevanje upogibanja gredi je veliko lažje kot njegovo odpravljanje:

Oblikovanje in proizvodnja

• Za zmanjšanje preostalih napetosti uporabite ustrezne postopke toplotne obdelave
• Zasnujte ustrezno togost gredi za uporabo
• Določite ustrezne materiale za toplotno okolje

Namestitev in vzdrževanje

• Rotorje vedno dvigujte z uporabo za to namenjenih dvižnih točk, nikoli za gred
• Rezervne rotorje shranjujte z ustrezno oporo, da preprečite povešanje
• Med rokovanjem se izogibajte mehanskim udarcem
• Redno preverjajte ravnost gredi (letno ali po urniku proizvajalca)

Operacija

• Sledite proizvajalčevim postopkom ogrevanja in zaustavitve
• Izogibajte se hitrim temperaturnim spremembam
• Med zagoni spremljajte znake toplotnega loka
• Preiščite morebitne nepojasnjene spremembe v fazi vibracij

Vpliv na postopke uravnoteženja

Poskus uravnoteženja ukrivljene gredi je običajno nesmiseln in lahko ima kontraproduktivni učinek:

• Neučinkoviti popravki: Uteži za uravnoteženje, izračunane za neuravnoteženost mase, ne bodo popravile geometrijskega loka
• Prikrivanje problema: Delno uspešno "uravnoteženje" ukrivljene gredi lahko začasno zmanjša vibracije, vendar osnovne težave ne odpravi.
• Izgubljeni čas: Večkratne neuspešne iteracije uravnoteženja kažejo na potrebo po preverjanju upogiba
• Potencialna škoda: Dodajanje velikih korekcijskih uteži na ukrivljeno gred lahko poveča napetosti in povzroči nadaljnjo škodo.

Najboljša praksa: Pred začetkom postopkov uravnoteženja vedno preverite, ali je gred ukrivljena, zlasti če je imel rotor zgodovino rokovanja, toplotnih dogodkov ali nepojasnjenih težav z vibracijami.

---

← Nazaj na glavno kazalo