Tolerancje ustawienia wałów: czym są, dlaczego są ważne i jak osiągnąć ustawienie w ramach tolerancji

Prawidłowe ustawienie współosiowości maszyny jest kluczem do wydłużenia jej żywotności, poprawy niezawodności i obniżenia kosztów konserwacji. Jednak osiągnięcie 100% idealnego ustawienia współosiowości jest w niektórych konfiguracjach praktycznie niemożliwe, dlatego większość maszyn i sprzęgieł ma tolerancje ustawienia, które zapewniają niewielki zakres dopuszczalnych ustawień współosiowości.

Ten poradnik dokładnie wyjaśni, czym są tolerancje ustawienia i dlaczego są tak ważne podczas wykonywania ustawień. Zawiera również praktyczne wskazówki dotyczące tego, jak uzyskać ustawienie w ramach tolerancji i dlaczego istotne może być zaostrzenie tolerancji w przypadku niektórych urządzeń.

Czym są tolerancje ustawienia wałów?

Tolerancje współosiowości to dopuszczalna wartość odchylenia, kątowego lub przesunięcia, pomiędzy wałami sprzęgniętymi, która nie wpływa negatywnie na niezawodność. Tolerancje określają zakres, w którym maszyna może nadal pracować z maksymalną wydajnością i minimalnym uszkodzeniem podzespołów.

Tolerancje ustawienia wałów są często określane na podstawie prędkości obrotowej maszyny. Wyższe obroty na minutę wymagają węższych tolerancji, podczas gdy maszyny o wolniejszej prędkości obrotowej mogą mieć większe tolerancje.

Standardowe normy dotyczące ustawienia wałów są ustalane przez takie organizacje jak Amerykański Narodowy Instytut Normalizacyjny (ANSI) i Amerykański Instytut Naftowy (API). Są one również określane przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO). Jednak poszczególne maszyny mogą mieć własne tolerancje ustawienia wałów określone przez producenta oryginalnego sprzętu (OEM).

Dlaczego tolerancje ustawienia wałów są ważne

Prawidłowe ustawienie wału w granicach tolerancji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia długowieczności i wydajności obracające się maszynyGdy wały są niewspółosiowe poza dopuszczalnymi granicami, nadmierne siły przenoszone są na łożyska, uszczelnienia i inne podzespoły, co prowadzi do zwiększonych wibracji, ciepła i zużycia. Może to prowadzić do przedwczesnej awarii sprzętu, kosztownych przestojów i wyższych kosztów konserwacji. Przestrzeganie ścisłych tolerancji współosiowości wałów minimalizuje te naprężenia, wydłużając żywotność maszyny i jej podzespołów.

Dodatkowo, precyzyjne ustawienie wałów zwiększa wydajność operacyjną. Niewspółosiowość wałów może powodować straty energii z powodu zwiększonego tarcia i wibracji, co obniża ogólną wydajność systemu i zwiększa koszty eksploatacji. W przypadku sprzęgieł, prawidłowe ustawienie wałów zapewnia ich działanie w granicach konstrukcyjnych, zapobiegając nadmiernemu zużyciu lub awarii.

Oprócz uszkodzeń sprzętu, niewspółosiowość krytycznych zasobów może stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa, takie jak nieoczekiwane awarie turbiny szybkoobrotowe lub sprężarek, co sprawia, że ​​precyzyjne ustawienie jest kluczowe dla bezpieczeństwa pracowników.

Wreszcie, osiągnięcie zgodności w ramach tolerancji poprawia również kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak średni czas między awariami (MTBF) i średni czas naprawy (MTTR), optymalizując wydajność i minimalizując koszty operacyjne.

Rodzaje niewspółosiowości wałów

Niewspółosiowość występuje w dwóch formach: przesunięciu (znanym również jako równoległe, gdy wały są rozsunięte) i kątowym (gdy wały są nachylone względem siebie). Tolerancje współosiowości zapewniają maksymalny margines tolerancji dla obu rodzajów niewspółosiowości.

Tolerancję odchylenia równoległego lub przesunięcia mierzy się w bardzo małych jednostkach, zwanych milami. Jeden mil to jedna tysięczna (lub 0.001) cala, czyli mniej więcej szerokość ludzkiego włosa. Ta niewielka wartość może być niedostrzegalna gołym okiem, ale zaledwie kilka mil może zadecydować o tym, czy maszyna jest wyrównana w granicach tolerancji, czy też jest rozbieżna.

Odchylenie kątowe mierzy się w milach na cal, co opisuje, o ile wały odchylają się od siebie na danym odcinku. Na przykład, odchylenie kątowe wynoszące 1 mil na cal oznacza, że ​​szczelina między osiami wałów zwiększa się o 1 milę na każdy cal długości.

Inne czynniki wpływające na tolerancje

Jak już wspomniano, tolerancje ustawienia wałów zależą od prędkości obrotowej maszyny i jej zachowania podczas pracy. Tabele tolerancji ustawienia wałów w zależności od prędkości obrotowej zawierają wytyczne dotyczące dopuszczalnej niewspółosiowości w zależności od prędkości obrotowej maszyny. Tabele te, często udostępniane przez producentów lub zgodnie z normami branżowymi, zapewniają zgodność ustawienia z wymaganiami maszyny, zmniejszając zużycie łożysk, uszczelnień i sprzęgieł.

Maszyny zmieniają się również podczas pracy ze względu na wzrost cieplny i obciążenia eksploatacyjne. Ciepło powoduje rozszerzanie się elementów metalowych, co powoduje zmianę współosiowości wałów, a siły takie jak moment obrotowy lub naprężenia w rurociągach mogą powodować dalsze przemieszczenia. Aby temu przeciwdziałać, technicy wykonują osiowanie na zimno, celowo ustawiając wały lekko niewspółosiowo, aby uwzględnić oczekiwane zmiany, tak aby były idealnie wyosiowane podczas pracy maszyny. Na przykład, jeśli silnik podnosi się o 4 milsy na gorąco, to po ostygnięciu jest on wyosiowany o 4 milsy niżej. Nowoczesne narzędzia do osiowania laserowego upraszczają te regulacje, uwzględniając dane dotyczące rozszerzalności cieplnej.

Tolerancje ustawienia wałów a tolerancje ustawienia sprzęgieł

Należy również pamiętać o rozróżnieniu tolerancji ustawienia wałów i tolerancjach ustawienia sprzęgieł. Tolerancje ustawienia wałów chronią samą maszynę, a także jej podzespoły, takie jak łożyska i uszczelnienia. Tolerancje ustawienia sprzęgieł chronią sprzęgło, dlatego tolerancje ustawienia sprzęgieł mogą różnić się od tolerancji ustawienia wałów.

Tolerancje ustawienia sprzęgieł są często większe niż tolerancje ustawienia maszyn, szczególnie w przypadku sprzęgieł elastycznych. Jednak w przypadku niektórych typów sprzęgieł sztywnych, sprzęgło może mieć węższe tolerancje niż wał. Samo ustawienie wałów zazwyczaj pozwala na dokładne dopasowanie ustawienia sprzęgieł do tolerancji ustawienia sprzęgieł.

Co zrobić, gdy „w granicach tolerancji” to za mało

Tolerancje wyrównania są zazwyczaj wyrażane jako liczba reprezentująca maksymalne odchylenie, które nadal mieści się w granicach tolerancji. Na przykład, tolerancja dla maszyny może wynosić 8 mil odchylenia i 0.5 mila/cal tolerancji odchylenia kątowego. Oznacza to, że chociaż 8 mil i 0.5 mila/cal mieszczą się w granicach tolerancji, to wszystkie wartości poniżej również mieszczą się w granicach tolerancji.

W większości przypadków im mniejsza niewspółosiowość, tym lepsza praca maszyny. Zatem, o ile przesunięcie osi zaledwie o 8 milów może mieścić się w granicach tolerancji, to przesunięcie o 6 milów, czyli o 2 mile mniej niż deklarowana tolerancja, byłoby jeszcze bardziej optymalne.

W przypadku wielu maszyn przestrzeganie opublikowanych tolerancji producentów lub norm branżowych gwarantuje niezawodną pracę. Tolerancje te są przeznaczone do ogólnych zastosowań, w których drobne odchylenia współosiowości nie mają znaczącego wpływu na wydajność. Łączą one precyzję z praktycznymi aspektami, takimi jak czas i koszt osiowania, dzięki czemu nadają się do stosowania w przypadku zasobów niekrytycznych lub standardowych warunków pracy.

Jednak w przypadku krytycznych zasobów, takich jak sprężarki odśrodkowe w rafineriach, generatory w elektrowniach czy wrzeciona wysokoobrotowe w przemyśle produkcyjnym, ściślejsze specyfikacje dotyczące współosiowości mogą znacznie wydłużyć żywotność i zminimalizować przestoje. Krytyczne urządzenia często pracują z wysokimi obrotami na minutę lub w wymagających warunkach (takich jak praca ciągła, wysoki moment obrotowy lub trudne warunki), gdzie nawet niewielkie odchylenia współosiowości mogą nasilać drgania, naprężać łożyska i uszczelnienia lub prowadzić do katastrofalnych awarii. Dokręcanie tolerancje wykraczające poza opublikowane normy zmniejsza to ryzyko, zwiększając niezawodność i bezpieczeństwo.

Decyzja o tym, kiedy zaostrzyć tolerancje, wiąże się z oceną korzyści wynikających z dokładniejszego ustawienia względem wysiłku włożonego w osiągnięcie i utrzymanie ustawienia.

Wyrównywanie tolerancji w prosty sposób

Technicy dokonują ustawienia za pomocą narzędzi takich jak czujniki zegarowe, które mierzą odchylenie od osi obrotu wałów lub zaawansowane systemy laserowego ustawiania, które zapewniają dane w czasie rzeczywistym i zautomatyzowane wskazówki umożliwiające precyzyjne wprowadzanie zmian.

Pojedyncze laserowe narzędzia do osiowania firmy Pruftechnik są wyposażone we wbudowane tabele tolerancji osiowania, które ułatwiają zachowanie tolerancji zgodnych ze standardami ANSI. Wystarczy wybrać typ sprzęgła, format sprzęgła, średnicę i prędkość obrotową maszyny, a system osiowania wyświetli tabelę z trzema poziomami osiowania – minimalnym, standardowym i precyzyjnym. Minimalne osiowanie mieści się w granicach tolerancji, natomiast precyzyjne przekracza normy tolerancji i jest najdokładniejszym możliwym ustawieniem.

Następnie wystarczy wykonać pomiary, obracając wał, uzyskać wyniki w czasie rzeczywistym i postępować zgodnie ze zautomatyzowanym, sterowanym procesem, aż do uzyskania wyrównania w granicach tolerancji.

W przypadku maszyn wymagających mniejszych tolerancji niż standardowe, narzędzia Pruftechnik umożliwiają użytkownikom definiowanie własnych tolerancji, w tym tolerancji asymetrycznych, w celu uzyskania osiowania wymaganego dla konkretnego zastosowania. Technicy mogą użyć znacznika RFID do oznakowania maszyny, a narzędzia Pruftechnik mogą odczytywać znaczniki RFID, łączyć się z chmurą i pobierać historyczne dane osiowania, w tym tolerancje określone przez użytkownika, co pozwala na szybsze i bardziej precyzyjne osiowanie.

Tolerancje osiowania wskazują technikom, jak dokładne muszą być osiowania, ale narzędzia Pruftechnik ułatwiają osiągnięcie osiowania w granicach tolerancji, nawet dla techników bez wcześniejszego doświadczenia. Dowiedz się więcej o laserowych narzędziach do osiowania wałów Pruftechnik. w tym miejscu.