Förstå axelböjning i roterande maskiner

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

$2,358.31

Delar

Vibrationssensor

$107.47

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

$148.07

Anordningar

Balanset-4

$8,123.32

Delar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

$54.93

Delar

Reflekterande tejp

$11.94

Anordningar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definition: Vad är en skaftbåge?

Axelbåge (även kallad axelböjning, rotorböjning eller helt enkelt "böjning") är ett tillstånd där en rotor axeln har utvecklat en permanent eller semipermanent krökning, vilket gör att den avviker från en rak mittlinje. Till skillnad från tillfälliga slutkörning som kan orsakas av en lös komponent eller excentrisk montering, representerar axelböjning faktisk deformation av själva axelmaterialet.

Axelbågen producerar vibration symtom som ytligt sett liknar obalans, men det kan inte korrigeras med konventionella metoder balansering Detta gör korrekt diagnos avgörande för att undvika att slösa tid på att försöka balansera en böjd axel.

Typer av skaftbåge

Axelböjning kan kategoriseras baserat på dess orsak och varaktighet:

1. Permanent mekanisk båge

Detta är plastisk (permanent) deformation av axelmaterialet orsakad av:

• Mekanisk överbelastning eller stöt
• Felaktig lyftning eller hantering under underhåll
• Att släppa rotorn
• Överdriven böjspänning under drift
• Tillverkningsfel eller felaktig värmebehandling

När axeln har gett efter (permanent deformerats) kvarstår bågen även när axeln är i vila och alla laster är borttagna.

2. Termisk båge (övergående)

Även kallad termisk rosett eller het båge, detta är ett tillfälligt tillstånd som orsakas av ojämn uppvärmning av axeln. Den uppvärmda sidan expanderar mer än den kalla sidan, vilket skapar en tillfällig kurva. Orsaker inkluderar:

• Asymmetriska värmekällor (varm processvätska på ena sidan, kylluft på den andra)
• Lagerfriktion som värmer ena sidan av axeln
• Rotorn gnider och genererar lokal uppvärmning
• Solvärme på utomhusutrustning
• Felaktiga uppvärmningsprocedurer för stora turbiner

Termisk böjning försvinner vanligtvis när axeln svalnar jämnt eller när termisk jämvikt uppnås. Upprepade termiska böjningscykler kan dock så småningom orsaka permanent stelning.

3. Båge för kvarvarande spänning

Interna kvarvarande spänningar från svetsning, värmebehandling eller tillverkningsprocesser kan orsaka att en axel långsamt böjs med tiden, särskilt när den utsätts för driftstemperaturer eller mekaniska belastningar som orsakar spänningsavlastning.

Orsaker till axelböjning

Att förstå grundorsakerna hjälper till att förhindra axelböjning och vägleda korrigerande åtgärder:

Mekaniska orsaker

• Överbelastning: Arbetar vid belastningar som överstiger konstruktionsgränserna
• Felaktig förvaring: Att förvara axlar horisontellt utan ordentligt stöd, vilket orsakar nedböjning med tiden
• Felaktig hantering: Lyftning i axeln istället för avsedda lyftpunkter
• Olycka eller kollision: Fall, kollision eller skada på främmande föremål
• Lagerfastsättning: Ett fastkärvat lager kan orsaka att axeln böjs under drivmomentet

Termiska orsaker

• Ojämn uppvärmning: Ojämn temperaturfördelning runt axelns omkrets
• Snabba temperaturförändringar: Termisk chock vid uppstart eller avstängning
• Heta platser: Lokal uppvärmning från friktion, gnidning eller processförhållanden
• Otillräcklig uppvärmning: För snabbt att starta kalla turbiner eller stora maskiner
• Avstängningsprocedurer: Att låta en het axel sluta rotera innan den kyls ner (termisk nedsänkning)

Material- och tillverkningsorsaker

• Dålig materialkvalitet: Inneslutningar, tomrum eller materialinhomogeniteter
• Felaktig värmebehandling: Restspänningar från kylning eller anlöpning
• Svetsningsförvrängning: Asymmetrisk svetsning som skapar kvarvarande spänningar
• Bearbetningsspänningar: Spänningar inducerade under tillverkning

Hur axelböjning orsakar vibrationer

En böjd axel skapar vibrationer genom två mekanismer:

1. Geometrisk obalans

När en böjd axel roterar, sveper dess böjda mittlinje ut en kon eller annan icke-cirkulär bana. Även om rotorns massfördelning är perfekt balanserad, skapar den böjda geometrin en excentrisk roterande massa som genererar centrifugalkrafter, vilket producerar 1X vibration (vibration vid axelns rotationsfrekvens).

2. Momentbelastning på lager

Krökningen skapar böjmoment som överförs till lagren, vilket orsakar fluktuerande lagerbelastningar och vibrationer.

Detektering av axelbåge

Att skilja axelböjning från verklig massobalans är avgörande för effektiv felsökning:

Symptomjämförelse: Båge vs. obalans

Karakteristisk	Obalans	Axelbåge
Vibrationsfrekvens	1X löphastighet	1X löphastighet
Fasförhållande	Konsekvent, samma hela tiden	Kan ändras under uppvärmningen
Långsam rullningsvibration	Nuvarande (proportionell mot hastighet²)	Närvarande och ofta betydande även vid mycket låg hastighet
Svar på balansering	Vibrationer minskade genom korrekt balansering	Minimal eller ingen förbättring; kan förvärras
Termisk känslighet	Relativt stabil med temperaturen	Förändringar avsevärt under uppvärmning/nedvarvning
Mätning av utkast	Låg när rotorn står stilla	Högt kastavstånd även i vila (permanent böjning)

Diagnostiska tester

1. Långsam rullningsmätning

Rotera axeln mycket långsamt (vanligtvis 5-10% driftshastighet) och mät slutkörning med en närhetsprob eller mätklocka. Högt kastanj vid långsam rullning indikerar axelböjning eller mekaniskt kastanj, inte obalans (vilket producerar en kraft proportionell mot hastigheten i kvadrat).

2. Fasförskjutning vid avstängning

Övervaka vibrationer fasvinkel när maskinen stängs av. Verklig obalans bibehåller konstant fas oavsett hastighet. En böjd axel kan uppvisa fasförändringar, särskilt när den svalnar.

3. Termiskt böjtest

Vid misstänkt termisk böjning, övervaka vibrationerna under start och uppvärmning. Termisk böjning visar vanligtvis ökande vibrationer när maskinen värms upp, och kan sedan stabiliseras eller minska när termisk jämvikt uppnås.

4. Kontroll av utmattning utanför maskinen

Ta bort rotorn, stöd den på V-block eller en svarv och rotera den långsamt medan du mäter radiellt kastanje med en mätklocka. Betydande kastanje (vanligtvis > 0,001″ eller 25 µm) bekräftar permanent böjning.

5. Visuell inspektion

För stora axlar kan visuell siktning längs axelns längd eller med hjälp av optiska metoder (laserjustering) avslöja tydlig böjning.

Korrigeringsmetoder

Lämplig korrigering beror på bågens svårighetsgrad och typ:

För permanent mekanisk båge

1. Axelriktning

För mild till måttlig böjning (vanligtvis < 0,005" eller 125 µm), kan axeln ibland kall- eller varmriktas med hydrauliska pressar. Detta kräver specialutrustning och skickliga tekniker. Axeln stöds och belastas noggrant för att plastiskt deformera den tillbaka mot rak linje.

2. Termisk stressavlastning

Värmebehandla axeln för att avlasta kvarvarande spänningar, vilket potentiellt minskar eller eliminerar böjning orsakad av spänningsrelaterade orsaker. Detta kräver korrekt ugnsutrustning och processkontroll.

3. Axelbyte

Vid kraftig böjning eller i kritiska tillämpningar är utbyte ofta den mest tillförlitliga lösningen. Kostnaden för en ny axel måste vägas mot driftstopp och risken för att rätningsförsök misslyckas.

4. "Balansering runt bågen"“

I vissa fall, särskilt för stora turbiner, kan korrektionsvikter beräknas och installeras för att motverka bågens effekt. Detta fixerar inte bågen men minimerar vibrationer. Denna metod har begränsningar och är vanligtvis en tillfällig lösning.

För termisk båge

1. Ändringar i driftsförfarandet

• Implementera långsamma uppvärmningsprocedurer
• Bibehåll kontinuerlig drift av vridväxlarna under avstängning för att förhindra termisk nedböjning
• Kontrollera ånginflödet eller processvätsketemperaturerna mer noggrant
• Säkerställ symmetrisk uppvärmning/kylning

2. Designändringar

• Lägg till isolering för att minska värmegradienter
• Installera värmejackor för jämn uppvärmning
• Förbättra kylsystemet för att säkerställa jämn temperaturfördelning

3. Vridväxelns drift

För stora turbiner, manövrera vridväxeln (långsam rotationsdrift) under uppvärmning och nedsvalning för att rotera axeln och förhindra att termisk böjning utvecklas.

Förebyggande strategier

Att förebygga axelböjning är mycket enklare än att korrigera den:

Design och tillverkning

• Använd lämpliga värmebehandlingsmetoder för att minimera kvarvarande spänningar
• Utforma tillräcklig axelstyvhet för applikationen
• Specificera lämpliga material för den termiska miljön

Installation och underhåll

• Lyft alltid rotorerna med hjälp av avsedda lyftpunkter, aldrig i axeln.
• Förvara reservrotorer med korrekt stöd för att förhindra att de hänger
• Undvik mekaniska stötar vid hantering
• Kontrollera axelns rakhet regelbundet (årligen eller enligt tillverkarens schema)

Drift

• Följ tillverkarens uppvärmnings- och avstängningsprocedurer
• Undvik snabba temperaturförändringar
• Övervaka tecken på termisk böjning under uppstart
• Undersök eventuella oförklarade förändringar i vibrationsfasen

Påverkan på balanseringsförfaranden

Att försöka balansera en böjd axel är i allmänhet meningslöst och kan vara kontraproduktivt:

• Ineffektiva korrigeringar: Balansvikter beräknade för massobalans korrigerar inte geometrisk båge
• Maskera problemet: Delvis lyckad "balansering" av en böjd axel kan minska vibrationerna tillfälligt men lämna det underliggande problemet oåtgärdat.
• Bortkastad tid: Flera balanseringsiterationer utan framgång indikerar behovet av att kontrollera bågen
• Potentiell skada: Att lägga till stora korrektionsvikter på en böjd axel kan öka spänningarna och orsaka ytterligare skador.

Bästa praxis: Kontrollera alltid axelns böjning innan balansering påbörjas, särskilt om rotorn har en historia av hantering, termiska händelser eller oförklarade vibrationsproblem.

---

← Tillbaka till huvudmenyn