1

W 6. DIAGNOZOWANIE WAŁÓW I WIRNIKÓW

WAŁ: element maszynowy o stosunkowo znacznej długo

ś

ci w

porównaniu z wymiarami poprzecznymi, obracaj

ą

cy si

ę

wokół osi

podłu

ż

nej i przenosz

ą

cy moment obrotowy mi

ę

dzy osadzonymi na nim

elementami.

WIRNIK - ciało zdolne do wykonywania ruchu obrotowego i maj

ą

ce czopy

podpierane przez ło

ż

yska.

Podstawowe typy zjawisk, niesprawno

ś

ci i uszkodze

ń

wałów:

•

niewyrównowa

ż

enie (niewywa

ż

enie - PN)

•

zgi

ę

cie

•

niewspółosiowo

ść

elementów wirnika

•

luzy posadowienia

•

p

ę

kniecie

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE (NIEWYWA

ś

ENIE)

Ogólna charakterystyka zjawiska
Wspólna cecha wszystkich elementów wiruj

ą

cych:

maszyny wirnikowe - niewywa

ż

enie jest niepo

żą

dane,

efekt uboczny wynikaj

ą

cy z:

•

niedoskonało

ś

ci materiału,

•

procesu wytwarzania,

•

zu

ż

ycia eksploatacyjnego,

maszyny tłokowe (w przypadku wałów wykorbionych)

•

niewywa

ż

enie jest dobrane przez konstruktora;

•

najlepiej aby było niezmienne w czasie eksploatacji.

•

ocieranie o uszczelnienia,

•

ocieranie wirnika o obudow

ę

,

•

przytarcia w ło

ż

yskach

ś

lizgowych,

•

zm

ę

czenie materiału wirnika (p

ę

kanie),

•

du

ż

e obci

ąż

enia dynamiczne ło

ż

ysk tocznych w konsekwencji zmniejszenie

ich trwało

ś

ci lub zniszczenie,

•

drgania rezonansowe maszyny,

•

zwi

ę

kszenie luzów mechanicznych

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE - SKUTKI)

Optymalne miejsce obserwacji drga

ń

dla detekcji zjawiska :

• w

ę

zły ło

ż

yskowe w kierunku

promieniowym najlepiej H
(poziomo);

jest to zazwyczaj kierunek

wi

ę

kszej podatno

ś

ci w

ę

zła ło

ż

yskowego

(dla wałów poziomych).

• wirniki wspornikowe

(przewieszone) mog

ą

równie

ż

doznawa

ć

znacznych drga

ń

w

kierunku osiowym A.

Diagnozowanie wirników wałów

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE (NIEWYWA

ś

ENIE)

F=m

ω

2

R

A

H

H

H

Identyfikacja niewywa

ż

enia w widmie drga

ń

:

Zwi

ą

zane jest ze składow

ą

o cz

ę

stotliwo

ś

ci obrotowej wirnika (1 x fo).

Amplituda składowej 1 x fo w du

ż

ym zakresie jest

proporcjonalna do wielko

ś

ci niewyrównowa

ż

enia, (nie jest jednak

to zale

ż

no

ś

ci liniowa)

Diagnozowanie wirników wałów

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE (NIEWYWA

ś

ENIE)

Przykładowe widmo drga

ń

w

ę

zła ło

ż

yskowego

maszyny wirnikowej. Je

ż

eli np. pr

ę

dko

ść

obrotowa wirnika n= 750 obr/min to cz

ę

stotliwo

ść

obrotowa f

o

= 12.5 Hz . Wysoko

ść

tej składowej

ś

wiadczy o niewywa

ż

eniu wirnika

Składowa obrotowa

ZU

ś

YCIE CIERNE . Np.. ycieranie si

ę

materiału elementów wirnika na

skutek realizacji procesu technologicznego, zu

ż

ywanie si

ę ś

ciernicy w

procesie szlifowania

Diagnozowanie wirników wałów

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE - przyczyny

ZU

ś

YCIE EROZYJNE
•

erozja chemiczna (korozja),

•

elektrochemiczna (elektroerozja),

•

o charakterze mechanicznym np. kawitacja - generacja

OSADZANIE (PRZYKLEJANIE) SI

Ę

ZANIECZYSZCZE

Ń

na wirniku

przyczyna (wilgo

ć

+ pył; efekt nieszczelno

ś

ci instalacji, niesprawno

ść

układów filtruj

ą

cych). Nagłe oderwanie si

ę

osadu b

ę

dzie widoczne w

trendzie drga

ń

jako nieci

ą

gło

ść

(spadek lub wzrost).

OSADZANIE SI

Ę

ZANIECZYSZCZE

Ń

W PROFILACH ZAMKNI

Ę

TYCH

Osadzanie si

ę

pyłu wewn

ą

trz łopatek o przekroju lotniczego (nieszczelno

ść

,

p

ę

kni

ę

cia , przetarcie). Wraz ze wzrostem grubo

ś

ci (masy) osadu ro

ś

nie

niewyrównowa

ż

enie.

WADY MONTA

ś

OWE mog

ą

powodowa

ć

:

•

deformacje ( wygi

ę

cie) wirnika

•

przykoszenie tarczy łopatkowej itp.

Typowe wady monta

ż

owe:

•

nierównomierne dokr

ę

canie

ś

rub - powoduje asymetryczne odkształcenie zł

ą

cza.

Stosowanie

ś

rub o ró

ż

nych długo

ś

ciach , podkładek itp.

Ź

le dobrane poł

ą

czenia

skurczowe - mog

ą

powodowa

ć

du

ż

e jednostronne napr

ęż

enia

ś

ciskaj

ą

ce wzdłu

ż

ne i

w konsekwencji wygi

ę

cie wału. Nie usuni

ę

cie napr

ęż

e

ń

spawalniczych (poprzez

np. wy

ż

arzanie , odpr

ęż

anie wibracyjne)

Diagnozowanie wirników wałów

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE - przyczyny

WADY MATERIAŁOWE

(rzadzizny, niedolania, niejednorodno

ść

materiału - nierównomierny rozkład g

ę

sto

ś

ci

materiału , jamy skurczowe w du

ż

ych elementach odlewanych). W kołach samochodowych

- wady opon, bie

ż

nikowanie, nadmierne zu

ż

ycie (po np. awaryjnym hamowaniu)

WADY OBRÓBCZE (bł

ę

dy kształtu)

Wyj

ą

tkowo du

ż

e niewywa

ż

enie dla elementów spawanych i odlewanych.

Znacznie mniejsze niewywa

ż

enie dla elementów wykonanych obróbk

ą

skrawaniem -

(wynikaj

ą

z bł

ę

dów mocowania elementów w obrabiarce)

DEFORMACJE TERMICZNE

(np. wygi

ę

cie wału, tarcz, wie

ń

ców łopatkowych)

Mog

ą

by

ć

powodowane przez niejednorodno

ść

materiału, nierównomierny rozkład

temperatur na wirniku.

2

Diagnozowanie wirników wałów

NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIE - przyczyny

OBLUZOWANIE I
PRZEMIESZCZANIE si

ę

elementów

wirnika (na skutek np. p

ę

kni

ę

cia i

utraty łopatki w turbinie; obluzowanie
pr

ę

ta klatki silnika asynchronicznego;

przemieszczenie si

ę

uzwoje

ń

w

silnikach generatorach itp.)

PEŁZANIE (zmiana kształtu na
skutek płyni

ę

cia materiału) nie ma

charakteru zu

ż

yciowego. Wyst

ę

puje w

napr

ęż

onych elementach maszyn

poddanych wpływowi wysokich
temperatur (kilkuset

o

C) lub/i drga

ń

.

Przyczyn

ą

pełzania jest obni

ż

enie

granicy plastyczno

ś

ci ze wzrostem

temperatury.

NIEWYWA

ś

ENIE HYDRAULICZNE -

jest efektem asymetrii rozkładu ci

ś

nie

ń

cieczy przepływaj

ą

cej przez wirnik

(pierwotn

ą

przyczyn

ą

jest asymetria

osiowa wirnika lub niedokładno

ś

ci

obróbki wirnika).

BŁ

Ę

DY KONSTRUKCYJNE -

projektowanie osiowo niesymetrycznych
elementów wiruj

ą

cych Prawidłowo

skonstruowany element wiruj

ą

cy

powinien mie

ć

kształt bryły obrotowej. W

przypadku odst

ę

pstwa od tej zasady

(je

ś

li s

ą

konieczne np. otwory, wpusty,

kliny) konstruktor musi przewidzie

ć

zrównowa

ż

enie wszystkich wiruj

ą

cych

mas

Diagnozowanie wirników wałów

RODZAJE NIEWYRÓWNOWA

ś

ENIA

• Ka

ż

de niewyrównowa

ż

enie mas w ruchu obrotowym jest

ź

ródłem

wiruj

ą

cych sił lub momentów sił bezwładno

ś

ci.

• Przenosz

ą

si

ę

one przez ło

ż

yska na korpus i pobudzaj

ą

cały układ do

drga

ń

.

Identyfikacja
rodzaju niewywa

ż

enia poprzez:

• pomiar amplitudy składowej

obrotowej

• pomiar fazy na w

ę

złach

ło

ż

yskowych

RODZAJE NIEWYWA

ś

ENIA:

• statyczne
• quasistatyczne
• momentowe
• dynamiczne

NIEWYWA

ś

ENIE

STATYCZNE

Mo

ż

e oznacza

ć

wielko

ść

równoległego przesuni

ę

cia e głównej

centralnej osi bezwładno

ś

ci wzgl

ę

dem osi obrotu.

Reakcje ło

ż

ysk i drgania w w

ę

złach ło

ż

yskowych s

ą

współfazowe

(przesuni

ę

cie fazowe =0

o)

. Warto

ś

ci reakcji s

ą

takie same. Przy zało

ż

eniu

ż

e podpory ło

ż

yskowe s

ą

identyczne, podobne zale

ż

no

ś

ci dotycz

ą

faz i

amplitud drga

ń

na podporach.

ms

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

Y/t Chart 0

Y/t Chart 1

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

NIEWYWA

ś

ENIE

QUASISTATYCZNE

Powstaje gdy niezrównowa

ż

ona masa le

ż

y poza płaszczyzn

ą

ś

rodka ci

ęż

ko

ś

ci.

Główna o

ś

bezwładno

ś

ci przecina o

ś

obrotu poza

ś

rodkiem

ci

ęż

ko

ś

ci S daj

ą

c niewyrównowa

ż

enie wła

ś

ciwe e.

Reakcje ło

ż

ysk (i drgania na s

ą

siednich podporach) s

ą

współfazowe, ale maj

ą

ró

ż

ne warto

ś

ci.

ms

25

50

75

100 125

150 175

200 225

250 275 300

325 350

Y/t Chart 0

Y/t Chart 1

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

NIEWYWA

ś

ENIE MOMENTOWE

Powstaje gdy masy rozło

ż

one s

ą

symetrycznie i przemiennie wzgl

ę

dem

ś

rodka

masy.
Główna o

ś

bezwładno

ś

ci przecina o

ś

obrotu w

ś

rodku ci

ęż

ko

ś

ci.

Reakcje ło

ż

ysk (i drgania na s

ą

siednich

podporach) s

ą

równe i przeciwnego znaku ( s

ą

w przeciwfazie o 180

o

)

ms

25

50

75

100

125

150

175

200

225 250

275

300

325

350

Y/t Chart 0

Y/t Chart 1

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

NIEWYWA

ś

ENI

E DYNAMICZNE

Najogólniejszy stan niewyrównowa

ż

enia

Główna o

ś

bezwładno

ś

ci wirnika jest wichrowata od osi obrotu

Przypadek ten mo

ż

na zredukowa

ć

do wypadkowego wektora siły

przyło

ż

onego w

ś

rodku ci

ęż

ko

ś

ci i pary sił równej sumie

momentów bezwładno

ś

ci niewyrównowa

ż

enia

.

K

ą

t przesuni

ę

cia fazowego reakcji i drga

ń

na s

ą

siednich

podprach jest ró

ż

ny od 0 i 180

o

, ró

ż

ne s

ą

równie

ż

warto

ś

ci

reakcji (i amplitud drga

ń

) .

ms

25

50

75

100 125

150

175

200 225

250

275 300

325

350

Y/t Chart 0

Y/t Chart 1

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0

5.0

2.5

0.0

-2.5

-5.0