Vad är en axelspricka? Detektion och diagnos • Bärbar balanseringsmaskin, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer Vad är en axelspricka? Detektion och diagnos • Bärbar balanseringsmaskin, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer

Vad är en axelspricka? Detektion och diagnos

Publicerad av admin på

Förstå axelsprickor i roterande maskiner

Definition: Vad är en axelspricka?

A axelspricka är en spricka eller diskontinuitet i en roterande axel som uppstår på grund av utmattning, spänningskoncentration eller materialdefekter. Sprickor börjar vanligtvis vid ytan och sprider sig inåt vinkelrätt mot riktningen för maximal dragspänning. I roterande maskiner är axelsprickor extremt farliga eftersom de kan utvecklas från en liten, oupptäckbar defekt till ett fullständigt axelbrott på några timmar eller dagar, vilket potentiellt kan orsaka katastrofala utrustningsfel.

Axelsprickor producerar distinkta vibration signaturer, särskilt en karakteristisk 2× (två gånger per varv) komponent som uppträder när sprickan utvecklas. Tidig upptäckt genom vibrationsanalys är avgörande för att förhindra fullständigt axelhaveri och därmed sammanhängande säkerhetsrisker.

Vanliga orsaker till axelsprickor

1. Trötthet från cykliska stressfaktorer

Den vanligaste orsaken, särskilt i roterande maskiner:

  • Böjningströtthet: Roterande axel med ojämn styvhet eller belastningar skapar cyklisk böjspänning
  • Torsionell utmattning: Oscillerande vridmoment i kraftöverföringsaxlar
  • Högcyklisk trötthet: Miljontals stresscykler ackumuleras under flera års drift
  • Stresskoncentration: Kilspår, hål, filéer och geometriska diskontinuiteter koncentrerar spänningar

2. Driftsförhållanden

  • Överdriven Obalans: Höga centrifugalkrafter skapar böjspänningar
  • Feljustering: Böjmoment från feljustering accelererar utmattning
  • Resonansoperation: Verksam vid eller nära kritiska hastigheter skapar höga avböjningar
  • Överbelastning: Drift bortom designgränserna
  • Termisk stress: Snabba uppvärmnings-/kylcykler eller termiska gradienter

3. Material- och tillverkningsfel

  • Materialinnehåll: Slagg, porer eller främmande material i schaktmaterial
  • Felaktig värmebehandling: Otillräcklig härdning eller anlöpning
  • Bearbetningsfel: Verktygsmärken, urholkningar eller repor som skapar spänningshöjande egenskaper
  • Korrosionsgrötning: Ytkorrosion som skapar sprickinitieringsplatser
  • Nötning: Vid presspassningsgränssnitt eller kilspår

4. Operativa händelser

  • Överhastighetshändelser: Nöd- eller oavsiktlig överhastighet som skapar höga påfrestningar
  • Svåra skav: Kontaktgenererande värme och lokal spänningskoncentration
  • Stötbelastning: Plötsliga belastningar från processstörningar eller mekaniska stötar
  • Tidigare reparationer: Svetsning eller bearbetning som orsakar kvarvarande spänningar

Vibrationssymptom på en sprucken axel

Den karakteristiska 2×-komponenten

Den kännetecknande vibrationssignaturen hos en sprucken axel är en framträdande 2× (andra harmonisk) komponent:

Varför 2× vibrationer utvecklas

  • En spricka öppnas och stängs två gånger per varv när axeln roterar
  • När sprickan är i kompression (rotationens botten) är styvheten högre
  • När sprickan är spänd (rotationens topp) öppnas sprickan och styvheten är lägre.
  • Denna förändring av styvheten två gånger per varv skapar 2× tvång
  • 2× amplituden ökar när sprickan fortplantar sig och styvhetsasymmetrin växer

Ytterligare vibrationsindikatorer

  • 1× Ändringar: Gradvis ökning av 1× vibration från förändrad styvhet och kvarvarande böjning
  • Högre övertoner: 3×, 4× kan uppstå när sprickornas svårighetsgrad ökar
  • Fasförskjutningar: Fasvinkeln ändras under start/utrullning eller vid olika hastigheter
  • Hastighetsberoende beteende: Vibrationer kan förändras icke-linjärt med hastigheten
  • Temperaturkänslighet: Vibrationer kan korrelera med termisk expansionsöppning/stängningsspricka

Start-/avstängningsegenskaper

  • 2×-komponenten uppvisar ovanligt beteende under transienter
  • Kan visa två toppar i Bode-diagrammet (vid 1/2 av varje kritisk hastighet)
  • Fasförändringar hos 1×-komponenten kan skilja sig från normalt obalanssvar

Detektionsmetoder

Vibrationsövervakning

Trendanalys

  • Övervaka 2X/1X-förhållandet över tid
  • Gradvis ökning av 2× amplitud är ett varningstecken
  • 2X/1X-förhållandet > 0,5 motiverar utredning
  • Plötsliga förändringar i vibrationsmönstret misstänkta

Spektralanalys

  • Regelbunden FFT analys som visar övertoner
  • Jämför nuvarande med historiska baslinjespektra
  • Håll utkik efter uppkomst eller tillväxt av 2× topp

Transientanalys

  • Vattenfallstomter under uppstart/utrullning
  • Bode-diagram som visar amplitud och fas kontra hastighet
  • Ovanligt beteende vid passager med kritisk hastighet

Vibrationsfria metoder

1. Magnetisk partikelinspektion (MPI)

  • Upptäcker ytliga och ytnära sprickor
  • Kräver tillgänglig schaktyta
  • Hög tillförlitlighet för sprickdetektering
  • En del av rutinmässiga underhållsinspektioner

2. Ultraljudsprovning (UT)

  • Upptäcker inre och ytliga sprickor
  • Kan hitta sprickor innan de ger vibrationssymptom
  • Kräver specialutrustning och utbildad personal
  • Rekommenderas för kritiska axlar

3. Inspektion av färgpenetrerande medel

  • Enkel metod för att upptäcka ytsprickor
  • Kräver rengöring och ytbehandling
  • Användbart för tillgängliga områden vid avbrott

4. Virvelströmsmätning

  • Detektering av beröringsfria ytor med sprickor
  • Bra för automatiserad inspektion
  • Effektiv på både icke-magnetiska och magnetiska material

Åtgärder och korrigerande åtgärder

Omedelbara åtgärder vid upptäckt

  1. Öka övervakningsfrekvensen: Från månadsvis till veckovis eller dagligen
  2. Minska driftssvårighetsgraden: Sänk hastigheten eller belastningen om möjligt
  3. Plannedstängning: Planera reparation eller utbyte så snart som möjligt
  4. Utför NDE: Bekräfta förekomsten av sprickor och bedöm svårighetsgraden
  5. Riskbedömning: Avgör om fortsatt drift är säker

Långsiktiga lösningar

  • Axelbyte: Den mest pålitliga lösningen för bekräftade sprickor
  • Reparation (begränsade fall): Vissa sprickor kan tas bort genom maskinbearbetning och uppbyggnad med svetsning (kräver expertbedömning)
  • Analys av rotorssaker: Identifiera varför sprickan utvecklades för att förhindra återfall
  • Designändringar: Åtgärda spänningskoncentrationer, förbättra materialvalet, modifiera driftsförhållandena

Förebyggande strategier

Designfas

  • Eliminera vassa hörn och stresskoncentrationer
  • Använd generösa kälradier vid diameterförändringar
  • Specificera lämpliga material för stressnivåer och miljö
  • Utför finita elementspänningsanalys
  • Applicera ytbehandlingar (kulblästring, nitrering) för att förbättra utmattningsbeständigheten

Driftsfas

  • Håll goda balanskvalitet för att minimera cyklisk böjspänning
  • Säkerställ precisionsjustering
  • Undvik drift vid kritiska hastigheter
  • Förhindra överhastighetshändelser
  • Kontrollera termiska spänningar genom korrekt uppvärmning/nedkylning

Underhållsfas

  • Regelbundna inspektioner med lämpliga NDE-metoder
  • Vibrationstrender för att upptäcka tidiga symtom
  • Periodisk balansering för att minimera utmattningsspänningar
  • Korrosionsskydd och underhåll av beläggningar

Axelsprickor representerar ett av de allvarligaste potentiella felen i roterande maskiner. Kombinationen av vibrationsövervakning (för att upptäcka karakteristiska 2×-signaturer) och regelbunden oförstörande undersökning ger den bästa strategin för tidig sprickdetektering, vilket möjliggör planerat underhåll innan katastrofala fel inträffar.

← Tillbaka till huvudmenyn

Kategorier:
WhatsApp