W 6. DIAGNOZOWANIE WAŁÓW I WIRNIKÓW
Transkrypt
W 6. DIAGNOZOWANIE WAŁÓW I WIRNIKÓW
NIEWYRÓWNOWAśENIE (NIEWYWAśENIE) W 6. DIAGNOZOWANIE WAŁÓW I WIRNIKÓW Ogólna charakterystyka zjawiska Wspólna cecha wszystkich elementów wirujących: maszyny wirnikowe - niewywaŜenie jest niepoŜądane, efekt uboczny wynikający z: • niedoskonałości materiału, • procesu wytwarzania, • zuŜycia eksploatacyjnego, WAŁ: element maszynowy o stosunkowo znacznej długości w porównaniu z wymiarami poprzecznymi, obracający się wokół osi podłuŜnej i przenoszący moment obrotowy między osadzonymi na nim elementami. maszyny tłokowe (w przypadku wałów wykorbionych) • niewywaŜenie jest dobrane przez konstruktora; • najlepiej aby było niezmienne w czasie eksploatacji. WIRNIK - ciało zdolne do wykonywania ruchu obrotowego i mające czopy podpierane przez łoŜyska. NIEWYRÓWNOWAśENIE - SKUTKI) Podstawowe typy zjawisk, niesprawności i uszkodzeń wałów: • niewyrównowaŜenie (niewywaŜenie - PN) • zgięcie • niewspółosiowość elementów wirnika • luzy posadowienia • pękniecie • • • • • • • Diagnozowanie wirników wałów NIEWYRÓWNOWAśENIE (NIEWYWAśENIE) Optymalne miejsce obserwacji drgań dla detekcji zjawiska : • węzły łoŜyskowe w kierunku promieniowym najlepiej H (poziomo); jest to zazwyczaj kierunek ocieranie o uszczelnienia, ocieranie wirnika o obudowę , przytarcia w łoŜyskach ślizgowych, zmęczenie materiału wirnika (pękanie), duŜe obciąŜenia dynamiczne łoŜysk tocznych w konsekwencji zmniejszenie ich trwałości lub zniszczenie, drgania rezonansowe maszyny, zwiększenie luzów mechanicznych Diagnozowanie wirników wałów NIEWYRÓWNOWAśENIE (NIEWYWAśENIE) F=mω2R Identyfikacja niewywaŜenia w widmie drgań: Związane jest ze składową o częstotliwości obrotowej wirnika (1 x fo). Amplituda składowej 1 x fo w duŜym zakresie jest proporcjonalna do wielkości niewyrównowaŜenia, (nie jest jednak to zaleŜności liniowa) większej podatności węzła łoŜyskowego (dla wałów poziomych). Składowa obrotowa • wirniki wspornikowe (przewieszone) mogą równieŜ doznawać znacznych drgań w kierunku osiowym A. A H H H Przykładowe widmo drgań węzła łoŜyskowego maszyny wirnikowej. JeŜeli np. prędkość obrotowa wirnika n= 750 obr/min to częstotliwość obrotowa fo= 12.5 Hz . Wysokość tej składowej świadczy o niewywaŜeniu wirnika Diagnozowanie wirników wałów Diagnozowanie wirników wałów NIEWYRÓWNOWAśENIE - przyczyny NIEWYRÓWNOWAśENIE - przyczyny WADY MONTAśOWE mogą powodować: ZUśYCIE CIERNE . Np.. ycieranie się materiału elementów wirnika na skutek realizacji procesu technologicznego, zuŜywanie się ściernicy w procesie szlifowania ZUśYCIE EROZYJNE • erozja chemiczna (korozja), • elektrochemiczna (elektroerozja), • o charakterze mechanicznym np. kawitacja - generacja OSADZANIE (PRZYKLEJANIE) SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ na wirniku przyczyna (wilgoć+ pył; efekt nieszczelności instalacji, niesprawność układów filtrujących). Nagłe oderwanie się osadu będzie widoczne w trendzie drgań jako nieciągłość (spadek lub wzrost). OSADZANIE SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ W PROFILACH ZAMKNIĘTYCH Osadzanie się pyłu wewnątrz łopatek o przekroju lotniczego (nieszczelność, pęknięcia , przetarcie). Wraz ze wzrostem grubości (masy) osadu rośnie niewyrównowaŜenie. • • deformacje ( wygięcie) wirnika przykoszenie tarczy łopatkowej itp. Typowe wady montaŜowe: • nierównomierne dokręcanie śrub - powoduje asymetryczne odkształcenie złącza. Stosowanie śrub o róŜnych długościach , podkładek itp. Źle dobrane połączenia skurczowe - mogą powodować duŜe jednostronne napręŜenia ściskające wzdłuŜne i w konsekwencji wygięcie wału. Nie usunięcie napręŜeń spawalniczych (poprzez np. wyŜarzanie , odpręŜanie wibracyjne) WADY MATERIAŁOWE (rzadzizny, niedolania, niejednorodność materiału - nierównomierny rozkład gęstości materiału , jamy skurczowe w duŜych elementach odlewanych). W kołach samochodowych - wady opon, bieŜnikowanie, nadmierne zuŜycie (po np. awaryjnym hamowaniu) WADY OBRÓBCZE (błędy kształtu) Wyjątkowo duŜe niewywaŜenie dla elementów spawanych i odlewanych. Znacznie mniejsze niewywaŜenie dla elementów wykonanych obróbką skrawaniem (wynikają z błędów mocowania elementów w obrabiarce) DEFORMACJE TERMICZNE (np. wygięcie wału, tarcz, wieńców łopatkowych) Mogą być powodowane przez niejednorodność materiału, nierównomierny rozkład temperatur na wirniku. 1 Diagnozowanie wirników wałów Diagnozowanie wirników wałów RODZAJE NIEWYRÓWNOWAśENIA NIEWYRÓWNOWAśENIE - przyczyny OBLUZOWANIE I PRZEMIESZCZANIE się elementów wirnika (na skutek np. pęknięcia i utraty łopatki w turbinie; obluzowanie pręta klatki silnika asynchronicznego; przemieszczenie się uzwojeń w silnikach generatorach itp.) NIEWYWAśENIE HYDRAULICZNE jest efektem asymetrii rozkładu ciśnień cieczy przepływającej przez wirnik (pierwotną przyczyną jest asymetria osiowa wirnika lub niedokładności obróbki wirnika). BŁĘDY KONSTRUKCYJNE projektowanie osiowo niesymetrycznych elementów wirujących Prawidłowo skonstruowany element wirujący powinien mieć kształt bryły obrotowej. W przypadku odstępstwa od tej zasady (jeśli są konieczne np. otwory, wpusty, kliny) konstruktor musi przewidzieć zrównowaŜenie wszystkich wirujących mas PEŁZANIE (zmiana kształtu na skutek płynięcia materiału) nie ma charakteru zuŜyciowego. Występuje w napręŜonych elementach maszyn poddanych wpływowi wysokich temperatur (kilkuset oC) lub/i drgań . Przyczyną pełzania jest obniŜenie granicy plastyczności ze wzrostem temperatury. NIEWYWAśENIE STATYCZNE MoŜe oznaczać wielkość równoległego przesunięcia e głównej centralnej osi bezwładności względem osi obrotu. Reakcje łoŜysk i drgania w węzłach łoŜyskowych są współfazowe (przesunięcie fazowe =0o). Wartości reakcji są takie same. Przy załoŜeniu Ŝe podpory łoŜyskowe są identyczne, podobne zaleŜności dotyczą faz i amplitud drgań na podporach. • KaŜde niewyrównowaŜenie mas w ruchu obrotowym jest źródłem wirujących sił lub momentów sił bezwładności. • Przenoszą się one przez łoŜyska na korpus i pobudzają cały układ do drgań. RODZAJE NIEWYWAśENIA: • statyczne • quasistatyczne • momentowe • dynamiczne Identyfikacja rodzaju niewywaŜenia poprzez: • pomiar amplitudy składowej obrotowej • pomiar fazy na węzłach łoŜyskowych NIEWYWAśENIE QUASISTATYCZNE Powstaje gdy niezrównowaŜona masa leŜy poza płaszczyzną środka cięŜkości. Główna oś bezwładności przecina oś obrotu poza środkiem cięŜkości S dając niewyrównowaŜenie właściwe e. Reakcje łoŜysk (i drgania na sąsiednich podporach) są współfazowe, ale mają róŜne wartości. 5.0 5.0 2.5 2.5 0.0 0.0 -2.5 -2.5 -5.0 5.0 -5.0 5.0 2.5 2.5 0.0 0.0 -2.5 -2.5 -5.0 25 Y/t Chart 0 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Y/t Chart 1 325 350 -5.0 ms 25 Y/t Chart 0 NIEWYWAśENIE MOMENTOWE Powstaje gdy masy rozłoŜone są symetrycznie i przemiennie względem środka masy. Główna oś bezwładności przecina oś obrotu w środku cięŜkości. Reakcje łoŜysk (i drgania na sąsiednich podporach) są równe i przeciwnego znaku ( są w przeciwfazie o 180o) 5.0 NIEWYWAśENI E DYNAMICZNE 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Y/t Chart 1 ms Najogólniejszy stan niewyrównowaŜenia Główna oś bezwładności wirnika jest wichrowata od osi obrotu Przypadek ten moŜna zredukować do wypadkowego wektora siły przyłoŜonego w środku cięŜkości i pary sił równej sumie momentów bezwładności niewyrównowaŜenia. Kąt przesunięcia fazowego reakcji i drgań na sąsiednich podprach jest róŜny od 0 i 180 o , róŜne są równieŜ wartości reakcji (i amplitud drgań) . 5.0 2.5 2.5 0.0 0.0 -2.5 -2.5 -5.0 5.0 -5.0 5.0 2.5 2.5 0.0 0.0 -2.5 -2.5 -5.0 -5.0 25 Y/t Chart 0 50 75 25 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Y/t Chart 1 ms Y/t Chart 0 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 Y/t Chart 1 ms 2