Yıkım Zinciri: Bir Hata Nasıl Zincirleme Tepki Verir?

Titreşim tek bir sorun değil, bir çarpan etkisidir. Tek bir temel neden – dengesizlik, yanlış hizalama, gevşeklik – tüm makineye yayılan döngüsel kuvvetler üretir. Her bileşen enerjinin bir kısmını emer ve hasar görmüş her bileşen, her şeyi daha da kötüleştirecek şekilde dinamikleri değiştirir.

Tipik bir şelale şöyle görünür:

Her aşama titreşimi daha da artırarak bir sonraki aşamayı besler. Aşınmaya başlayan bir rulman, arıza frekanslarında darbeler üretir. Bu darbeler, bitişik contalar ve kaplinler üzerindeki dinamik yükü artırır. Conta sızdırır, kirlilik girer, rulman daha hızlı aşınır ve titreşim daha da yükselir. Operatör gürültüyü duyduğunda, bu süreç zaten 3-4 aşamayı tamamlamış olur.

Rulmanlar: İlk Bozulan Şey

Döner elemanlı rulmanlar, dönen ve sabit parçalar arasında doğrudan yer alır. Her türlü dengesizlik, yanlış hizalama ve gevşeme kuvvetinden kaynaklanan tüm dinamik yükü emerler. Bu nedenle rulmanlar neredeyse her zaman ilk hasar gören parçalardır.

Titreşim, rulman yatağını nasıl bozar?

Yorgunluktan kaynaklanan pul pul dökülme. Titreşimden kaynaklanan döngüsel gerilim, yatak malzemesinde yüzey altı yorulma çatlakları oluşturur. Çatlaklar yüzeye doğru büyür ve sonunda pul pul dökülerek bir çatlak (yatak yüzeyinde bir çukur) oluşturur. Yuvarlanan bir eleman her çatlak üzerinden geçtiğinde bir darbe üretir ve bu darbeler titreşimi daha da artırarak hasarı hızlandırır. Bu geri besleme döngüsü, çatlak oluşumu başladıktan sonra arızanın hızla ivme kazandığı anlamına gelir.

Brinellleme. Yüksek genlikli titreşim, yatak yüzeylerinde kalıcı izler bırakabilir. Daha da sinsi olanı ise: titreşimin sabit Makine (yakındaki ekipmandan iletilen) mikro hareket aşınmasına neden olarak yağlama filmini siler. Bu "yanlış brinell aşınması", rulmanın asla başa çıkmak üzere tasarlanmadığı eşit aralıklı girintiler oluşturur.

Yağlama filminin bozulması. Titreşim, her devirde dinamik yük aralığını artırır. Tepe yüklerinde, yağlama filmi minimum tasarım kalınlığının altına iner ve metal-metal temasına izin verir. Kısa süreli metal teması bile, yağlayıcıyı kirleten ve rulman içinde öğütücü ortam görevi gören mikroskobik aşınma parçacıkları oluşturur.

Sıvı film yatakları: farklı bir arıza modu

Büyük turbo makinelerdeki hidrodinamik (mil) yataklar farklı şekillerde arızalanır. Mili destekleyen yağ filminin dinamik yer değiştirme kapasitesi sınırlıdır. Titreşim, şaft yörüngesini filmin kararlılık sınırının ötesine ittiğinde, iki tehlikeli durum ortaya çıkabilir: yağ girdabı (yaklaşık 0,4× RPM'de kendiliğinden oluşan titreşim) ve yağ kamçısı (doğal frekansta kilitlenmiş şiddetli şaft hareketi). Şaft yörüngesi yatak boşluğunu aşarsa, metal temas yatak yüzeyini sıyırır ve mili çizer; bu da yalnızca parça maliyetinde on binlerce dolara mal olan bir arızadır.

Contalar, Kaplinler ve Miller

Mühürler: kirlenmenin kapısı

Sızdırmazlık elemanları, genellikle milimetrenin yüzde birleri cinsinden ölçülen sabit boşluklara bağlıdır. Radyal titreşim, şaftın yörünge hareketine neden olarak bir tarafta boşluklar açar ve diğer tarafta sürtünme teması oluşturur. Yörünge hareketi, dudak contalarını aşındırır ve labirent dişlerini yıpratır. Conta sızdırdığında, iki şey aynı anda olur: yağlayıcı dışarı çıkar ve kirleticiler içeri girer. Kirlenme döngüsü, her iç yüzeydeki aşınmayı hızlandırır.

Burada termal bir boyut da var. Sürtünen contalar ısı üretir. Yüksek hızlı bir makinede, conta sürtünmesinden kaynaklanan lokal ısınma, mili bükebilir ve titreşimi daha da artıran ek bir dengesizlik yaratabilir. Bu, teşhis edilmesi en zor arıza modlarından biridir; belirti dengesizlik gibi görünse de, asıl neden hasarlı bir contadır.

Kaplinler: küçük hizalama hataları için tasarlanmıştır, döngüsel aşırı yüklenme için değil.

Esnek kaplinler (disk paketleri, elastomerik elemanlar, ızgaralar) küçük miktardaki hizalama hatalarını telafi edecek şekilde tasarlanmıştır. Titreşim, bunları 1× ve 2× RPM'de döngüsel olarak yükler ve esnek elemanlarda yorulmaya neden olur. Disk paketleri çatlar, elastomerler ısınır ve bozulur, ızgara yayları göbeklerinde oluklar açar. Çalışan bir makinede kaplin arızası, yüksek enerjili parçacıkların açığa çıkmasına neden olabilir.

Dişli kaplinlerin ek bir arıza modu daha vardır: titreşim, eksenel yer değiştirmeyi karşılayan kayma hareketini engelleyebilir. Kaplin "kilitlendiğinde", itme yüklerini doğrudan itme yatağına aktarır ve bu da orijinal titreşim analizinin izlemediği bir yerde ikincil yatak hasarına neden olur.

Şaftlar: Felaketle sonuçlanan arıza

Mil, makinedeki tüm dinamik kuvvetleri taşır. Yüksek döngülü eğilme gerilimi her devirde tekrarlanır. Yorulma çatlakları, gerilim yoğunlaştırıcı noktalarda (kama yuvaları, çap basamakları, korozyon çukurları, işleme izleri) başlar ve mil kırılana kadar görünmez bir şekilde büyür. Mil arızası ani, şiddetlidir ve neredeyse her zaman gövdeye, temele ve bitişik ekipmanlara ikincil hasar verir.

Sık karşılaşılan gerçek dünya zincirleme reaksiyonu şöyledir: Önce rulman çöker. Sürtünme hızla artar. Mil yatağında sıcaklık aniden yükselir. Mil malzemesi yerel olarak mukavemetini kaybeder ve bir çatlak oluşur. Çalışmaya devam edilmesi – hatta birkaç dakika bile olsa – çatlağı mil boyunca yayar. Sonuç olarak, tüm makineyi devre dışı bırakan ve genellikle gövdeye ve temele de zarar veren bir kırılma meydana gelir.

Temeller ve Yapısal Hasarlar

Titreşim rulmanda durmaz. Rulman yuvasından, kaideye, taban plakasına ve temele doğru ilerler. Bu yol üzerindeki her cıvata, derz ve beton yüzey döngüsel gerilimi emer.

Çapa cıvataları gevşedi. Döngüsel yükleme, cıvata ön yüklemesine karşı çalışır. Aylar içinde ankraj cıvataları gerilimini kaybeder. Makine tabanında sallanmaya başlar. Gevşeklik, titreşim tepkisini doğrusal olmayan hale getirir; şimdi aynı dengesiz kuvvet, harmonikler ve alt harmoniklerle öngörülemeyen bir hareket üretir. Dengeleme yazılımı düzeltmeyi hesaplayamıyor. Çünkü sistem doğrusal davranmıyor.

Derz dolgusu zamanla bozulur. Harç ile beton arasındaki arayüzde oluşan döngüsel sıkıştırma/gerilme, çatlamaya ve tabaka ayrılmasına neden olur. Harç bozulduğunda, taban plakası düzgün desteğini kaybeder. Gerilim, kalan temas noktalarında yoğunlaşarak taban plakası kaynaklarındaki yorulmayı hızlandırır.

Rezonans her şeyi güçlendirir. Eğer uyarıcı frekans, bir kızak, boru hattı veya destek yapısının doğal frekansıyla eşleşirse, tepki dinamik büyütme faktörüyle (hafif sönümlü çelik yapılar için potansiyel olarak 5-20 kat) yükseltilir. Boru kaynaklarında çatlaklar oluşur. Enstrüman boruları kırılır. Elektrik boruları yorulur.

Gerçek Maliyet: Dikkat Çeken Rakamlar

Fiziksel hasar doğrudan maddi kayba dönüşür. Maliyetler üç kategoriye ayrılır ve üçüncüsü neredeyse her zaman en büyük olanıdır.

Saha Raporu: 47.000 €'ya Mal Olan Bir Rulman

Kuzey Avrupa'da bir tahıl işleme tesisinde, 1480 RPM hızında çalışan 75 kW'lık kayış tahrikli bir egzoz fanı bulunuyordu. Aylık titreşim kontrolleri, genel seviyelerin üç ay içinde 3,2 → 4,8 → 6,5 mm/sn arttığını gösterdi. Bakım ekibi bunu kayıtlara geçirdi ancak harekete geçmedi; makine hala çalışıyordu ve bir sonraki planlı bakım duruşu 6 hafta sonra olacaktı.

İki hafta sonra, tahrik mili yatağı sıkıştı. Sürtünme ısısı, mil sıcaklığını 300°C'nin üzerine çıkardı. Mil, termal deformasyondan dolayı eğildi. Ani şoktan dolayı kaplin örümceği parçalandı. Yatak yuvası çatladı. Fan, yeni bir mil gelene kadar 11 gün boyunca çalışmaz durumda kaldı.

Planlanan rulman değişimi (ki ekip bunu erteliyordu) parça maliyeti olarak 900 € ve planlı bir duruş sırasında 4 saatlik işçilik gerektirecekti. Gerçek arıza maliyeti ise şu şekilde oldu: 12.400 € parça (yeni şaft, rulmanlar, kaplin, gövde onarımı), 4.600 € acil işçilik ve yaklaşık 30.000 € üretim kaybı. Toplam: 47.000 €. Bu, planlanan onarım maliyetinin 52 katı.

Yeniden yapılandırmanın ardından, fanı Balanset-1A ile dengeledik. Titreşim, yeniden yapılandırma sonrası 2,4 mm/s'den 0,9 mm/s'ye düştü. Tesis, 4,5 mm/s'lik bir müdahale eşiği belirledi ve buna göre hareket etme taahhüdünde bulundu.

ISO 10816 — Hasarın Başladığı Yer

ISO 10816-3, 15 kW ile 300 kW arasındaki endüstriyel makineler için hasar şiddeti bölgeleri belirler. Bu bölgeler, bileşen hasarının hızlandığı sınırları işaretler.

Büyük makinelerdeki şaft titreşimi için ISO 7919, yakınlık probu limitlerini belirler. Rulmanlara özgü titreşim sınıfları için ise ISO 15242-1, yeni rulman kabul kriterlerini kapsar. Önemli nokta şu: titreşim şiddeti öznel değildir. Belirlenmiş eşikler vardır ve bunlar, on yıllarca süren endüstriyel verilerin hasarın nerede başladığını göstermesi nedeniyle mevcuttur.

Sıkça Sorulan Sorular