Razumevanje razpok gredi v vrtečih se 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 razpoka v gredi?

A razpoka gredi je zlom ali prekinitev v vrteči se gredi, ki nastane zaradi utrujenosti, koncentracije napetosti ali napak v materialu. Razpoke se običajno začnejo na površini in se širijo navznoter pravokotno na smer največje natezne napetosti. Pri vrtečih se strojih so razpoke gredi izjemno nevarne, ker lahko v nekaj urah ali dneh napredujejo od majhne, neopazne napake do popolnega zloma gredi, kar lahko povzroči katastrofalno okvaro opreme.

Razpoke v gredi povzročajo značilne vibracije podpisi, zlasti značilna komponenta 2× (dvakrat na obrat), ki se pojavi, ko se razpoka razvija. Zgodnje odkrivanje z analiza vibracij je ključnega pomena za preprečevanje popolne odpovedi gredi in s tem povezanih varnostnih tveganj.

Pogosti vzroki razpok gredi

1. Utrujenost zaradi cikličnih obremenitev

Najpogostejši vzrok, zlasti pri vrtljivih strojih:

• Upogibna utrujenost: Vrteča se gred z neenakomerno togostjo ali obremenitvami ustvarja ciklično upogibno napetost
• Torzijska utrujenost: Nihajoči navor v gredeh za prenos moči
• Utrujenost zaradi visokih ciklov: V letih delovanja se naberejo milijoni ciklov obremenitve
• Koncentracija stresa: Utori, luknje, zaobljenja in geometrijske diskontinuitete koncentrirajo napetost

2. Delovni pogoji

• Prekomerno Neravnovesje: Visoke centrifugalne sile ustvarjajo upogibne napetosti
• Neusklajenost: Upogibni momenti zaradi neusklajenosti pospešujejo utrujenost
• Resonančna operacija: Deluje na ali blizu kritične hitrosti ustvarja visoke odklone
• Preobremenitev: Delovanje preko meja zasnove
• Toplotni stres: Hitri cikli segrevanja/hlajenja ali toplotni gradienti

3. Napake v materialu in izdelavi

• Vključeni materiali: Žlindra, praznine ali tujki v materialu gredi
• Nepravilna toplotna obdelava: Nezadostno kaljenje ali popuščanje
• Napake pri obdelavi: Sledi orodja, vdolbine ali praske, ki ustvarjajo dvigala napetosti
• Korozijska jamka: Površinska korozija, ki ustvarja mesta nastanka razpok
• Strganje: Na vtisnjenih vmesnikih ali utorih za ključ

4. Operativni dogodki

• Dogodki prekoračitve hitrosti: Nenamerna ali nenamerna prekoračitev hitrosti, ki povzroča visoke obremenitve
• Hude drgnjenja: Kontakt, ki ustvarja toploto in lokalno koncentracijo napetosti
• Udarna obremenitev: Nenadne obremenitve zaradi procesnih motenj ali mehanskih udarcev
• Prejšnja popravila: Varjenje ali strojna obdelava, ki povzroča preostale napetosti

Simptomi vibracij razpokane gredi

Karakteristična komponenta 2×

Značilen vibracijski podpis razpokane gredi je izrazit 2× (drugi harmonik) komponenta:

Zakaj se razvije 2× vibracija

• Razpoka se med vrtenjem gredi dvakrat odpre in zapre
• Ko je razpoka v stiskanju (dno rotacije), je togost večja
• Ko je razpoka v napetosti (vrh rotacije), se razpoka odpre, togost je manjša
• Ta dvakratna sprememba togosti na obrat ustvari 2× silo
• 2× amplituda se povečuje s širjenjem razpoke in naraščanjem asimetrije togosti

Dodatni indikatorji vibracij

• 1× Spremembe: Postopno povečanje 1× vibracij zaradi spremenjene togosti in preostalega loka
• Višji harmoniki: 3×, 4× se lahko pojavita, ko se resnost razpoke poveča
• Fazni premiki: Fazni kot se spreminja med zagonom/iztekanjem ali pri različnih hitrostih
• Obnašanje, odvisno od hitrosti: Vibracije se lahko nelinearno spreminjajo s hitrostjo
• Temperaturna občutljivost: Vibracije so lahko povezane s toplotnim raztezanjem pri odpiranju/zapiranju razpoke

Značilnosti zagona/izpraznitve

• Komponenta 2× kaže nenavadno vedenje med prehodnimi pojavi
• Lahko pokaže dva vrhova v Bodejeva krivulja (pri 1/2 vsake kritične hitrosti)
• Fazne spremembe komponente 1× se lahko razlikujejo od normalnega odziva na neuravnoteženost

Metode odkrivanja

Spremljanje vibracij

Analiza trendov

• Spremljajte razmerje 2X/1X skozi čas
• Postopno povečanje 2× amplitude je opozorilni znak
• Razmerje 2X/1X > 0,5 zahteva preiskavo
• Nenadne spremembe v vzorcu vibracij so sumljive

Spektralna analiza

• Redno Hitra pretvorba (FFT) analiza, ki prikazuje harmonike
• Primerjava trenutnih s zgodovinskimi osnovnimi spektri
• Pazite na pojav ali rast 2× vrha

Prehodna analiza

• Slapovi med zagonom/iztekanjem
• Bodejevi diagrami, ki prikazujejo amplitudo in fazo v odvisnosti od hitrosti
• Nenavadno vedenje pri kritičnih hitrostnih prehodih

Metode brez vibracij

1. Magnetna preiskava delcev (MPI)

• Zazna površinske in skoraj površinske razpoke
• Zahteva dostopno površino gredi
• Visoka zanesljivost pri odkrivanju razpok
• Del rednih vzdrževalnih pregledov

2. Ultrazvočno testiranje (UT)

• Zazna notranje in površinske razpoke
• Lahko odkrije razpoke, preden povzročijo simptome vibracij
• Zahteva specializirano opremo in usposobljeno osebje
• Priporočljivo za kritične gredi

3. Pregled s penetrantom barvila

• Preprosta metoda za odkrivanje površinskih razpok
• Zahteva čiščenje in pripravo površine
• Uporabno za dostopna območja med izpadi

4. Testiranje z vrtinčnimi tokovi

• Brezkontaktno zaznavanje površinskih razpok
• Dobro za avtomatiziran pregled
• Učinkovito na nemagnetnih in magnetnih materialih

Odziv in korektivni ukrepi

Takojšnji ukrepi ob odkritju

1. Povečajte pogostost spremljanja: Od mesečnega do tedenskega ali dnevnega
2. Zmanjšajte resnost delovanja: Če je mogoče, nižja hitrost ali obremenitev
3. Zaustavitev načrta: Popravilo ali zamenjavo načrtujte čim prej, ko je to mogoče.
4. Izvedite NDE: Potrdite prisotnost razpoke in ocenite njeno resnost
5. Ocena tveganja: Ugotovite, ali je nadaljnje delovanje varno

Dolgoročne rešitve

• Zamenjava gredi: Najbolj zanesljiva rešitev za potrjene razpoke
• Popravilo (omejeni primeri): Nekatere razpoke je mogoče odstraniti z obdelavo in navarjanjem (zahteva strokovno oceno)
• Analiza temeljnih vzrokov: Ugotovite, zakaj se je razpoka razvila, da preprečite ponovitev
• Spremembe oblikovanja: Obravnavanje koncentracij napetosti, izboljšanje izbire materialov, spreminjanje obratovalnih pogojev

Strategije preprečevanja

Faza načrtovanja

• Odpravite ostre vogale in koncentracije napetosti
• Pri spremembah premera uporabite velike radije zaobljenja
• Določite ustrezne materiale glede na raven obremenitve in okolje
• Izvedite analizo napetosti s končnimi elementi
• Za izboljšanje odpornosti proti utrujanju uporabite površinske obdelave (krokovanje, nitriranje)

Operativna faza

• Ohranite dobro kakovost ravnovesja za zmanjšanje ciklične upogibne napetosti
• Zagotovite natančno poravnavo
• Izogibajte se delovanju pri kritičnih hitrostih
• Preprečite dogodke prekoračitve hitrosti
• Nadzorujte toplotne obremenitve z ustreznim ogrevanjem/ohlajanjem

Faza vzdrževanja

• Redni pregledi z ustreznimi metodami nerazgradnje
• Programi za merjenje vibracij za odkrivanje zgodnjih simptomov
• Periodično uravnoteženje za zmanjšanje utrujenosti
• Preprečevanje korozije in vzdrževanje premazov

Razpoke gredi predstavljajo eno najresnejših potencialnih okvar vrtečih se strojev. Kombinacija spremljanja vibracij (za zaznavanje značilnih 2× podpisov) in periodičnih nedestruktivnih pregledov zagotavlja najboljšo strategijo za zgodnje odkrivanje razpok, kar omogoča načrtovano vzdrževanje, preden pride do katastrofalne okvare.

---

← Nazaj na glavno kazalo