4 sposoby diagnozowania i korygowania niewspółosiowości wałów

Dzięki technologii i zaawansowanym narzędziom zespoły konserwacyjne mogą szybciej i łatwiej zająć się problemem niewspółosiowości wałów.

Niewspółosiowość wałów występuje, gdy dwa obracające się wały nie są równoległe do siebie lub są równoległe, ale przesunięte w różnych płaszczyznach. Ten rodzaj niewspółosiowości maszyn jest niezwykle powszechny w urządzeniach obrotowych i często jest przyczyną awarii.

Dobra wiadomość jest taka, że ​​dzisiejsze narzędzia do ustawiania wałów przyspieszają i ułatwiają identyfikację niewspółosiowości w silnikach, pompach, dmuchawach i wentylatorach. Po zdiagnozowaniu niewspółosiowości wałów te same narzędzia do ustawiania wałów ułatwiają również naprawę problemu i wykonanie precyzyjnego ustawienia maszyn.

Co oznacza „niewspółosiowość”?

Obracające się urządzenia, takie jak wentylatory i pompy, wymagają użycia wałów do przenoszenia mocy mechanicznej z silnika do podłączonego urządzenia. Silnik generuje moment obrotowy i prędkość na swoim wale wyjściowym. Wał silnika jest połączony z wałem innego urządzenia, takiego jak wentylator lub pompa, za pomocą sprzęgła, co umożliwia przenoszenie momentu obrotowego między wałami. Pozwala to wentylatorowi lub pompie na otrzymywanie mocy mechanicznej potrzebnej do wykonywania zamierzonej operacji. 

Aby uzyskać najbardziej efektywny transfer mocy, oba wały muszą być idealnie wyrównane. Niewspółosiowość wałów oznacza, że ​​wały nie są prawidłowo wyrównane na tej samej osi i nie mają tej samej linii środkowej. 

Chociaż moc może nadal być przenoszona z silnika do podłączonego sprzętu, niewspółosiowość jest szkodliwa dla obu części sprzętu. Niewspółosiowość wału może powodować problemy, takie jak wibracje lub nadmierne zużycie sprzętu. A jeśli niewspółosiowość nie zostanie skorygowana, może to skrócić żywotność sprzętu, zwiększyć zużycie części lub spowodować gwałtowny wzrost kosztów konserwacji. Jeśli nie zostanie sprawdzona, niewspółosiowość może ostatecznie spowodować awarię silnika, podłączonego sprzętu lub obu.

5 rodzajów rozbieżności maszyn

Eksperci generalnie zgadzają się, że istnieje pięć typów niewspółosiowości wału maszyny. Jednak problemy z wyrównaniem są często kombinacją wielu typów niewspółosiowości. Nazywa się to również niewspółosiowością złożoną. 

Oto pięć typów:

1. Niewspółosiowość równoległa: Niewspółosiowość równoległa występuje, gdy dwa wały mają linie środkowe równoległe do siebie, ale linie środkowe są przesunięte. Wały mogą być niewspółosiowe zarówno w płaszczyźnie pionowej, jak i poziomej. 
2. Odchylenie kąta pionowego: Niewspółosiowość kąta pionowego to niewspółosiowość dwóch wałów w płaszczyźnie pionowej. Wały przecinają się pod kątem na płaszczyźnie pionowej zamiast być współliniowe i tworzyć kąt, gdy są oglądane z boku.
3. Niewspółosiowość kąta poziomego: Niewspółosiowość kąta poziomego to niewspółosiowość dwóch wałów w płaszczyźnie poziomej. Wały przecinają się pod kątem na płaszczyźnie poziomej zamiast być współliniowe i tworzyć kąt, gdy są widziane z góry.
4. Połączone odchylenie kąta pionowego i przesunięcia: Połączone odchylenie kąta pionowego i przesunięcia występuje wtedy, gdy jeden wał znajduje się pod kątem względem drugiego, ale oba wały nadal poruszają się w tej samej płaszczyźnie pionowej.
5. Połączone odchylenie kąta poziomego i przesunięcia: Połączenie odchylenia poziomego i przesunięcia występuje, gdy jeden wał znajduje się pod kątem względem drugiego, ale oba wały nadal poruszają się w tej samej płaszczyźnie poziomej.

W normalnych warunkach wyrównanie wałów jest osiągane, gdy pozycjonowanie środków obrotowych dwóch lub więcej wałów jest ułożone w jednej linii prostej, zarówno poziomo, jak i pionowo. Jednak nawet jeśli wały były prawidłowo wyrównane podczas instalacji, z czasem może wystąpić rozbieżność, ponieważ na wały i silniki działają różne siły, co ostatecznie prowadzi do rozbieżności.

Przyczyny i skutki nieprawidłowego ustawienia

Istnieje kilka głównych przyczyn rozbieżności wałów maszyn:

• Osiadanie płyty fundamentowej, powodujące miękka stopa:Jeśli maszyna wirująca jest ustawiona na podstawie lub ramie i jedna ze stóp nie ma pełnego kontaktu, może to doprowadzić do problemów z rozbieżnością.
• Deformacja wału spowodowana skręcaniem podczas rozruchu:Gdy wał ulega skręceniu podczas rozruchu, ruch skręcający może spowodować odkształcenie, które zmienia kształt samego wału i prowadzi do rozbieżności.
• Niewystarczające lub niskiej jakości pomiary wyrównania spowodowane błędem ludzkim:Narzędzia takie jak liniał mierniczy mogą być używane w celu poprawy ustawienia, jednak nie wystarczają do zapewnienia precyzyjnego i dokładnego ustawienia w dłuższej perspektywie.
• Naprężenie rury powodujące odchylenie równoległe i kątowe: Nieprawidłowa instalacja, ciśnienie termiczne lub zmiany procesu mogą prowadzić do niepożądanych ruchów rur, co z kolei może powodować ich rozosiowanie.
• Rozszerzalność cieplna:Wzrost temperatury występujący podczas pracy maszyn może powodować rozszerzalność cieplną, co może ostatecznie spowodować utratę współosiowości środka obrotu. 
• Wibracje i wstrząsy: Siły zewnętrzne, takie jak wibracje wytwarzane przez inne urządzenia lub wstrząsy mechaniczne spowodowane uderzeniem przedmiotu w wał, silnik lub podłączony sprzęt, mogą spowodować rozregulowanie wałów.

Chociaż przyczyn nieprawidłowego ustawienia może być wiele, skutki są takie same. 

Niewspółosiowość osi wału może powodować chwianie się wału i znaczne drgania. Może to prowadzić do hałasu, zmniejszonej wydajności i uszkodzenia otaczających podzespołów, takich jak uszczelnienia, łożyska i sprzęgła. 

Może również powodować przegrzanie komponentów z powodu zwiększonego tarcia występującego między częściami. Tarcie powoduje wzrost temperatury, zmniejszając skuteczność smarowania i degradując komponenty. 

Niewspółosiowość wału może również prowadzić do uszkodzenia i odkształcenia samego wału, co skraca żywotność sprzętu lub może spowodować nagłą i kosztowną awarię wymagającą wymiany całego urządzenia.

Wszystkie te efekty powodują wzrost kosztów konserwacji zarówno robocizny, jak i części, ponieważ uszkodzone części będą musiały być wymieniane częściej niż w innych przypadkach. Niewspółosiowość może również prowadzić do kosztownych nieplanowanych przestojów, zmniejszonej produkcji i nieefektywności energetycznej.

Wykrywanie niewspółosiowości i identyfikacja przyczyn leżących u jej podstaw są konieczne, aby zapewnić, że maszyna osiągnie oczekiwaną żywotność. Prawidłowe wyrównanie nie tylko zmniejsza koszty konserwacji i poprawia ogólną wydajność zakładu, ale także zmniejsza koszty wymiany sprzętu i wydłuża żywotność aktywów.

4 sposoby na wykrycie problemów z niewspółosiowością wałów

Sprawdzenie niewspółosiowości wału jest często pierwszym krokiem, jaki należy podjąć, gdy maszyna zaczyna mieć problem. Czasami niewspółosiowość jest wyraźnie widoczna, gdy obserwuje się maszynę podczas pracy. Tradycyjne narzędzia, takie jak linijka, mogą również dostarczyć pewnych informacji, które pomogą zidentyfikować większe niewspółosiowości. Jednak korzystanie z tych narzędzi jest czasochłonne i mogą być niedokładne.

Nowoczesne narzędzia diagnostyczne mogą pomóc w uzyskaniu dokładniejszych informacji o tym, jak wałki są niewspółosiowe. Mogą one również ujawnić, jak duże szkody niewspółosiowość powoduje w innych elementach. Niektóre z tych narzędzi mogą również pomóc w określeniu najlepszego sposobu skorygowania niewspółosiowości.

1. Diagnostyka za pomocą systemu laserowego ustawiania wałów
   System laserowego ustawiania wału określa niewspółosiowość przy sprzęgle i oblicza odpowiedni ruch maszyny, który ma zostać wykonany u jego podstawy. Systemy laserowego ustawiania wału zapewniają pomiary w czasie rzeczywistym, dokładne i precyzyjne, które dokładnie informują, kiedy zostanie osiągnięte ustawienie.
   
   Narzędzia do laserowego ustawiania wałów mogą być albo podwójnymi, albo pojedynczymi typami lasera. Jednakże system wyrównywania podwójnym laserem nie jest tak wydajny jak system pojedynczego lasera. Często technicy mają trudności z utrzymaniem linii do detektora, gdy próbują skorygować niedopasowanie kątowe.
   
   Niestety, wraz ze wzrostem odległości pomiaru, wzrasta również trudność. W rezultacie technicy muszą ponownie rozpocząć pomiary, które wymagają zatrzymania się, poluzowania nóżek, przesunięcia maszyny i ponownego dokręcenia nóżek — wszystko to bez gwarancji, że detektor znajdzie się w zasięgu. Z każdym powtórzeniem czas przetwarzania wydłuża się, a ryzyko błędu rośnie.
   
   System wyrównywania z pojedynczym laserem usuwa wszystkie problemy systemu z podwójnym laserem. Rozwiązuje niemal każde wyzwanie wyrównywania wału, niezależnie od tego, czy jest ono proste, czy złożone, takie jak maszyna z kołnierzem pionowym i przekładniami kątowymi. System z pojedynczym laserem wykorzystuje dwie płaszczyzny detektora optycznego w jednym czujniku, eliminując potrzebę zatrzymywania, luzowania i ponownego dokręcania nóżek lub powtarzania pomiarów przez technika. Technologia pojedynczego lasera umożliwia precyzyjne, szybkie wykonywanie zadań wyrównywania.
   
2. Analiza drgań
   Monitorowanie drgań i analiza drgań stały się w ostatnich latach bardziej powszechne ze względu na szybkość, z jaką współczesne kolektory danych mogą przetwarzać sygnały czujników trójosiowych. Każda maszyna ma swój poziom normalnych drgań, ale zdarzają się przypadki, gdy drgania maszyny wzrastają lub przekraczają dopuszczalne parametry.
   
   Niektóre z przyczyn wzrostu wibracji obejmują luzy, rezonans, niewyważenie i oczywiście, brak wyrównania. Wibracje są najczęściej mierzone za pomocą akcelerometrów, a następnie czujników zbliżeniowych lub przetworników prędkości. Po zebraniu tych sygnałów za pomocą kolektora danych i czujników analityk wibracji może dalej diagnozować usterki maszyny.
   
   Ponieważ monitory są często pozostawiane na zasobach przez pewien czas, kolektor danych przechwytuje zarówno dane w czasie rzeczywistym, jak i dane historyczne. Nowe dane można porównać z danymi historycznymi, aby określić, kiedy drgania zaczęły się nasilać. Jedną z głównych zalet analizy drgań jest to, że można ją sparować z systemem, który powiadamia członków zespołu, gdy drgania przekraczają normalne parametry, dając technikom możliwość zidentyfikowania i rozwiązania problemu, zanim doprowadzi on do awarii maszyny lub nieplanowanego przestoju.
   
3. Termografia
   Termografia może zapewnić wczesne wykrywanie problemów z niewspółosiowością poprzez identyfikację nieprawidłowych gorących punktów. Niewspółosiowość może powodować wzrost tarcia w maszynie, a w związku z tym wzrost temperatury. kamera termowizyjna wykrywa i mierzy energię podczerwoną obiektu i zamienia dane podczerwone na obraz elektroniczny pokazujący widoczną temperaturę powierzchni obiektu.
   
   Obszary mogą być okresowo skanowane za pomocą narzędzi termograficznych, aby technicy mogli odnotować wzrosty temperatury. Mogą być również montowane w celu skupienia się na jednym problematycznym obszarze, aby zapewnić stały monitoring. Dzięki zastosowaniu termografii technicy mogą zlokalizować źródło wzrostu temperatury i wykorzystać te informacje do zidentyfikowania i skorygowania problemów z niewspółosiowością. 
   
4. Analiza oleju
   Analiza oleju może pomóc wykryć niewspółosiowość, dostarczając ogólny stan zasobu, oleju i zanieczyszczeń. Gdy monitorowanie stanu wykryje nieprawidłowość za pomocą analizy oleju, można podjąć natychmiastowe działania w celu zidentyfikowania przyczyny źródłowej lub podjęcia działań w związku z pojawiającą się awarią.
   
   Zwiększone zanieczyszczenia mogą być oznaką zwiększonego tarcia spowodowanego przez niewspółosiowość wału. Łożyska kulkowe, uszczelnienia i sprzęgła mogą się rozpaść i zanieczyścić olej. Analiza oleju może być skomplikowana; w rezultacie wiele organizacji zleca wykonanie tej pracy specjalistycznym firmom.

Niewspółosiowość wałów powoduje szereg objawów i poważne problemy z maszynami. Wdrożenie rutynowej konserwacji zapobiegawczej w celu weryfikacji dokładnego wyrównania maszyn pozwoli zaoszczędzić pieniądze i czas. Utrzymując wyrównanie wałów, poprawiasz również efektywność energetyczną, wydłużasz czas sprawności i maksymalizujesz wydajność produkcji.

Dowiedz się więcej na temat nieprawidłowego ustawienia kół i sposobów jego korygowania, czytając ten dokument.