Osiowanie wału - Shaft alignment

Pracownicy sprawdzają wyrównanie wału turbiny u góry łożyska prowadzącego w Watts Bar Dam , Tennessee, USA.

Wyrównanie wału to proces wyrównywania dwóch lub więcej wałów względem siebie w ramach tolerowanego marginesu. Jest to bezwzględny wymóg dla maszyn przed oddaniem ich do użytku.

Kiedy napęd, taki jak silnik elektryczny lub turbina, jest połączony z pompą, generatorem lub jakimkolwiek innym elementem wyposażenia, istotne jest, aby wały obu części były wyrównane. Każda niewspółosiowość między nimi zwiększa naprężenia na wałach i prawie na pewno spowoduje nadmierne zużycie i przedwczesną awarię sprzętu. Może to być bardzo kosztowne. Gdy sprzęt nie działa, produkcja może być ograniczona. Również łożyska lub uszczelnienia mechaniczne mogą ulec uszkodzeniu i wymagać wymiany. Sprzęgła elastyczne są zaprojektowane tak, aby umożliwić podłączenie sterownika (silnik elektryczny, silnik, turbina, silnik hydrauliczny) do napędzanego urządzenia. Elastyczne łączniki wykorzystują wkładkę elastomerową, aby umożliwić niewielki stopień niewspółosiowości. W łącznikach elastycznych można również stosować zestawy podkładek. Sprzęgła te nazywane są sprzęgłami tarczowymi. Narzędzia używane do osiowania mogą być mechaniczne lub optyczne, takie jak metoda osiowania wału lasera lub oparte na żyroskopie. Systemy oparte na żyroskopach mogą być bardzo wydajne czasowo i mogą być również używane, jeśli wały mają duże odległości (np. Na statkach morskich).

Przed takim wyrównaniem wału ważne jest również, aby fundamenty pod napęd i element napędzany zostały prawidłowo zaprojektowane i zainstalowane. W takim przypadku można rozpocząć osiowanie wału.

Wynikową wadą, jeśli osiowanie nie zostanie osiągnięte w ramach wymaganych specyfikacji, jest niewspółosiowość wału, która może być równoległa, kątowa lub obie. Niewspółosiowość może powodować zwiększone wibracje i obciążenia części maszyny, dla których nie zostały zaprojektowane (tj. Niewłaściwa obsługa).

Rodzaje niewspółosiowości

Istnieją dwa rodzaje niewspółosiowości: niewspółosiowość równoległa i kątowa. W przypadku niewspółosiowości równoległej linie środkowe obu wałów są równoległe, ale są przesunięte. W przypadku niewspółosiowości kątowej wały są ustawione względem siebie pod kątem.

Niewspółosiowość równoległa może być dalej podzielona na niewspółosiowość poziomą i pionową. Niewspółosiowość pozioma to niewspółosiowość wałów w płaszczyźnie poziomej, a niewspółosiowość pionowa to niewspółosiowość wałów w płaszczyźnie pionowej:

  • Równoległa niewspółosiowość pozioma występuje, gdy wał silnika jest odsunięty poziomo od wału pompy, ale oba wały są nadal w tej samej płaszczyźnie poziomej i równoległe.
  • Równoległa niewspółosiowość pionowa występuje wtedy, gdy wał silnika jest odsunięty pionowo od wału pompy, ale oba wały są nadal w tej samej płaszczyźnie pionowej i równoległe.

Podobnie, niewspółosiowość kątową można podzielić na niewspółosiowość poziomą i pionową:

  • Niewspółosiowość kątowa występuje wtedy, gdy wał silnika znajduje się pod kątem względem wału pompy, ale oba wały nadal znajdują się w tej samej płaszczyźnie poziomej.
  • Niewspółosiowość pionowa kątowa występuje wtedy, gdy wał silnika znajduje się pod kątem z wałem pompy, ale oba wały są nadal w tej samej płaszczyźnie pionowej.

Błędy wyrównania mogą być spowodowane niewspółosiowością równoległą, niewspółosiowością kątową lub kombinacją tych dwóch.

Wykrywanie niewspółosiowości

Niewłaściwie ustawione maszyny wirujące powodują wysokie koszty dla przemysłu, ponieważ powodują przedwczesne uszkodzenia maszyn, straty w produkcji i nadmierne zużycie energii. Niewspółosiowość jest najczęstszą przyczyną wadliwego działania maszyn. Źle wyregulowana maszyna może kosztować od 20% do 30% przestoju maszyny, części zamienne, zapasy i koszty energii. Duże zwroty są zwykle widoczne przy regularnym ustawianiu maszyny. Całkowity czas pracy jest wydłużony, a warunki procesu są zoptymalizowane pod kątem wydajności. Dlatego też niezwykle ważne staje się zrozumienie przez konserwatorów i inżynierów niesprawności maszyn spowodowanych niewspółosiowością.

Podpisy wibracyjne są szeroko promowane do badania awarii maszyn. Jednak większość literatury nie będzie w stanie zapewnić jasnego obrazu charakterystyk sygnatur, które można jednoznacznie i bezpośrednio przypisać niewspółosiowości. Każdy autor zgłosi różne podpisy. Nadal nie ma doniesień o systematycznych, kontrolowanych eksperymentach o różnych parametrach. Możemy jednak przeprowadzić różne eksperymenty, aby wyjaśnić wszelkie spójne cechy sygnatur drgań niewyrównanych maszyn.

Na początek rozważmy symulator, który jest bezawaryjny i może generować usterki kontrolowane, powinien posiadać trzy parametry pracy maszyny, typy sprzęgieł, wielkość niewspółosiowości i prędkość silnika, która będzie się systematycznie zmieniać, a wszystkie inne parametry będą utrzymywane na stałym poziomie . Maszyna powinna być wolna od usterek, z wyjątkiem celowych niewspółosiowości, które są systematycznie zmieniane. Dlatego podstawowe dane dotyczące drgań są rejestrowane dla każdego z warunków badania. Wibracje należy monitorować za pomocą czujników, które należy umieścić w strategicznych miejscach, aby uzyskać dokładne dane. Układ współrzędnych X, Y, Z służy do wskazywania kierunku. W tym doświadczeniu możemy użyć trzech różnych połączeń sztywności, cztery poziomy przesunięcia należy zastosować na lewej obudowie łożyska, aby zasymulować kombinację niewspółosiowości kątowej i równoległej. Równoważne przesunięcie na prawej obudowie łożyska, aby uzyskać równoległą niewspółosiowość. Eksperyment musi obejmować cztery prędkości obrotowe, a celem musi być określenie wpływu sztywności sprzęgu, poziomu i rodzaju niewspółosiowości oraz wreszcie prędkości obrotowej na widma drgań.

Dane można pozyskać ze specjalnie zaprojektowanego sprzętu i oprogramowania symulatora. Celem tego eksperymentu powinno być zbadanie widm spowodowanych niewspółosiowością między silnikiem a wałami wirnika. Porównania widmowe należy przeprowadzić w punktach pomiarowych sprzęgła na lewej obudowie łożyska i silniku. Dane należy porównywać zarówno w kierunku pionowym, jak i osiowym. Jeśli wyniki przy 960 i 2100 RPM nie wykazują znaczących wibracji, badanie można ograniczyć do wyższych prędkości 2900 i 3800 RPM. Nie można było dostrzec korelacji między niewspółosiowością a sygnaturą drgań. Dane dla wszystkich przypadków zawierały kilka harmonicznych. We wszystkich przypadkach obecne były zarówno drgania osiowe, jak i boczne. Dominująca harmoniczna zmieniała się w zależności od stanu. Zgodnie z ogólną zasadą, zgodnie z oczekiwaniami, zwiększona niewspółosiowość skutkowała zwiększonymi szczytami drgań. Zgodnie z inną ogólną zasadą, szczytowe drgania w niewspółosiowej maszynie były w kierunku osiowym. W przypadku zastosowań konserwacji predykcyjnej , w których celem jest monitorowanie stanu maszyn, wystarczy zdać sobie sprawę, że problem jest złożony. Można rutynowo trenować widma drgań, aż staną się poważne. Jednak w przypadku analizy przyczyn źródłowych należy zachować ostrożność i przeprowadzić szczegółową analizę. Oczywiście zasady podane na szkoleniach i tablicach ściennych są w najlepszym razie wątpliwe. Obserwowane zmiany, które nastąpiły przy zmianach prędkości i niewspółosiowości, nie wykazują typowej sygnatury dla widm drgań niewspółosiowości. Stąd można wywnioskować, że drgania niewspółosiowości są silną funkcją prędkości maszyny i sztywności sprzęgła. Jednopunktowe widmo drgań nie zapewnia dobrego i niezawodnego wskazania niewspółosiowości maszyn. Do zdiagnozowania efektów niewspółosiowości potrzebne są obserwacje widm w kierunkach osiowym i promieniowym przy różnych prędkościach i kilku punktach. Mogą być również potrzebne wykresy orbitalne pomiarów pionowych i poziomych w dziedzinie czasu. Aby uzyskać pełne zrozumienie skutków niewspółosiowości, należy przeprowadzić nieliniowe modelowanie dynamiczne. Wreszcie potrzeba więcej pracy w tej dziedzinie, aby opracować proste zasady diagnozowania niewspółosiowości wałów maszyn.

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Ogólne łącza zewnętrzne związane z osiowaniem wału: