Identificarea prin vibratii defectelor arborilor elastici

Lucrarea de laborator isi propune urmatoarele studii experimentale:

a) Simularea “fisurii in arbore” a unui arbore cu capat proiectatb) Simularea “fisurii in arbore” pe un rotor elastic.

1.1. Consideratii teoretice

În această unitate, este simulat printr-o îmbinare asimetrică a flanșei comportamentul caracteristic al arborelui cu o crăpătură. Îmbinarea flanșei este făcută prin distribuirea în jurul circumferinței a șase șuruburi. Prin strângerea flașei de montare cu spații, va fi făcută o conexiune care, în funcție de direcția de montare a bucșei, ține împreună îmbinarea flanșei atât cu joc cât și fără. Când este rotită sub o sarcină de îndoire, această conexiune de flanșă rezultă în decalajul temporal al îmbinării. Acest efect se aseamănă foarte mult cu crăparea arborelui. Pentru crearea acestui efect, îmbinarea flanșei trebuie să fie supusă încărcării sub un punct de îndoire (ex.: de către cureaua de transmisie Pt 500.14 sau neechilibrată cu un disc de masă).

Arbore fara crăpătură – îmbinare a flanșei cu 6 șuruburi pentru suportul încărcăturii.

Arbore cu o crăpătură mică - îmbinare a flanșei cu șuruburi pentru suportul încărcăturii

Arbore cu o crăpătură maximă - îmbinare a flanșei cu 2 șuruburi pentru suportul încărcăturii A = conexiune lejeră, B = conexiune fixă

În această unitate, este simulat printr-o îmbinare

asimetrică a flanșei comportamentul caracteristic al

arborelui cu o crăpătură. Îmbinarea flanșei este

făcută prin distribuirea în jurul circumferinței a șase

șuruburi. Prin strângerea flașei de montare cu spații,

va fi făcută o conexiune care, în funcție de direcția

de montare a bucșei, ține împreună îmbinarea flanșei

atât cu joc cât și fără. Când este rotită sub o sarcină

de îndoire, această conexiune de flanșă rezultă în

decalajul temporal al îmbinării. Acest efect se

aseamănă foarte mult cu crăparea arborelui. Pentru

crearea acestui efect, îmbinarea flanșei trebuie să fie

supusă încărcării sub un punct de îndoire (ex.: de

către cureaua de transmisie Pt 500.14 sau

neechilibrată cu un disc de masă).

Fig.1.

Fig. 2.

Fig.3.

1.2. Instalatia experimentala

1 Arbore de acționare2 Set de prindere 3 Dorn de centrare4 Disc de montare5 Șuruburi hexagon6 Dispozitiv de spațiere7 Flanșă cu arbore lung (ieșire pentru discul de masă)8 Flanșă cu arbore scurt (ieșire pentru cureaua de transmisie)

Fig. 4 Privire de ansamblu asupra ”Detectării crăpăturilor în trusa pentru arborele rotativ” PT 500.11

1.3. Montarea îmbinării flanșei pentru a simula o crăpătură- Aliniați flanșa cu arborele (Figura 4, obiectul 7 sau 8) și discul de montare (4) folosing

dornul de centrare (3) și strângeți cu șuruburile hexagon (5).- Introduceți și strângeți dispozitivele de spațiere (6) conform funcției lor.- Folosirea dispozitivului de spațiere pentru o conexiune lejeră este arătată în Figura 2.5.

când sunt folosiți ca dispozitiv de spațiere, flanșa și discul de montare sunt ținuți împreună cu joc, de către șuruburi. Când dispozitivul de spațiere este folosit pentri o conexiune fixă, trebuie rotit.

Folosirea dispozitivului de spațiere pentru o conexiune fixă a discului de montare și a flanșei este arătată în Figura 2.6. În acest mod de folosire discul de montare și flanșa sunt ținuți împreună de câtre forța șurubului, fără niciun joc.

- Introduceți setul de prindere al arborelui (2) în discul de montare (4).

Fig.4.

- Montați unitatea ”arborelui cu crăpătură” în configurarea experimentală cu prinderea arborelui setată la unul din capetele arborelui.

1.4. Fixarea îmbinării flanșei de arbore cu un set de prinderePentru a fixa discul de montare pe arbore cu ajutorul setului de prindere, cu unitatea stinsă, procedați astfel:

- Cu setul de prindere slăbit, împingeți discul de montare în arbore.- Verificați dacă setul de prindere este bine introdus în discul de montare.- Strângeți șurubul hexagon din exterior (A) în timp de țineți șurubul hexagon din

interior(B). Filamentul hexagonului exterior se înșurubează pe rola conică (C) în bucșa hexagonului interior. Acest lucru deformează arborele cu discul de masă. Când se slăbește setul de prindere, țineți bine hexagonul interior (B) și deșurubați hexagonul exterior. După depășirea cuplului de despărțire inițial, continuați să întoarceți până când rezistența crește din nou. Prin rotații următoare setul de prindere este împins înafara suportului și poate fi desprins cu mâna.

Fig..5 Conexiune lejeră cu dispozitive de spațiere

Fig.6 Conexiune fixă cu dispozitive de spațiere

Fig.5.Fig. 6.

Experimente

2. Simularea ”Crăpăturii în arbore” a unui arbore cu un capăt proiectat

O crăpătură în arbore la capătul proiectat al arborelui este simulată folosind arborele scurt cu flanșă. Sarcina radială constantă este generată de către cureaua de transmisie. În experimentul fără crăpături în arbore toate cele șase șuruburi cu dispozitive de spațiere sunt montate drept conexiuni fixe, fără joc (Fig .6)În experimentul cu crăpătură în arbore, patru șuruburi consecutive sunt slăbite și montate cu dispozitivele de spațiere drept conexiuni lejere (Fig..5).

2.1. pregătire și configurare

- Potriviți unitatea de acționare (13) pe cadrul de bază- Conctați unitatea de acționare- Asamblați arborele scurt (9) cu două butucuri ale rulmenților (11,8) pentru ca arborele

scurt să poată fi conectat prin cuplare (12) la unitatea de acționare.- Securizați unitatea complet asamblată care cuprinde discul de montare (5) și arborele

scurt cu flanșă (4) (secțiunea 2.2) cu setul de prindere (6) pe capătul arborelui (9). Pentru experimentul ”arbore cu crăpătură” flanșa trebuie montată după cum este descris în secțiunea 2.3

4 șuruburi hexagon cu dispozitive de spațiere drept conexiuni lejere 2 șuruburi hexagon cu dispozitive de spațiere drept conexiuni fixe

- Securizați cureaua scripete mică (3) cu setul de prindere de capătul ”arborelui cu flanșă”- Finalizați cureaua de transmisie cu butucul rulmentului și dispozitivul de tensionare a

curelei (Curea de transmisie), aliniați și aplicați tensiune curelei. Luați în considerare direcția de rotație ulterioară. Dispozitivul de tensionare trebuie montat pe partea curelei care nu este supusă sarcinii.

disc de montare

Arbore

Fig. 7

- Înșurubați un senzor de accelerație aproape de arborele cu crăpătură la gaura atinsă orizontal a butucului rulmentului.

- Poziționați și aliniați un senzor de referință pentru a înregistra viteza de rotație.- Aplicați o dungă de adeziv reflector pentru senzorul de referință, de exemplu pe arbore.

(Unghiul de reflecție de pe arbore nu trebuie să fie exact de 90°, deoarece poate interfera cu înregistrarea vitezei.)

2.2. Instalarea tensiunii curelei pe arborele cu crăpătură:Creșteți tensiunea curelei până când calibrul setat la 0.4 mm se potrivește între flanșele de pe partea opusă șuruburilor rulmenților. Trebuie făcute măsurători pe partea opusă curelei de transmisie. (Pe partea unde stresul tracțiunii acționează asupra arborelui)1 Dispozitiv de tensionare a curelei2 Curea3 Scripete mic4 Arbore mic cu flanșă5 Disc de montare6 Set de prindere a arborelui7 Senzor de accelerație8 Butuc al rulmentului9 Arbore mic10 Senzor de refință11 Butuc al rulmentului12 Cuplare13 Unitate de acționare14 Placă de oțel pentru cadrul magnetului15 Suport magnetic

Fig.8.

16 Scripete mare cu butuc al rulmentului17 Marcator de reflexieFig. 8. Configurare experimentală ”Arbore cu fisura cu capăt proiectat al arborelui”

Fig. 9. Instalarea tensiunii curelei cu calibru

2.3. Metoda experimentală

2.4. Înregistrarea spectrului frecvenței

Senzor de accelerație: AS-020Setări de configurare:

Fig. 9.

Configurare pentru spectrul frecvenței (o singură măsurare) (Vibroport 41)

Configurare 1 Configurare 2Intrare Activă Activă

Tipul senzorului Accelerație AccelerațieSenzitivitate 100 mV/g 100 mV/g

Unitate m/s² - eff m/s² - effGamă de măsurare

20 (variabil) 20 (variabil)

Gamă de frecvență

0-200 Hz 0-200 Hz

Număr de linii 1600 1600Fereastră Hanning Hanning

- Închideți husa protectoare- Porniți unitatea de acționare pentru motorul electric- Setați direcția de rotație- Porniți motorul electric- Setați viteza de pompare la de ex. 2400 rpm- Înregistrați spectrul pentru ”arbore cu fisura”, setați viteza la 0- Opriți motorul- Transformați ”arborele cu fisura” pentru experimentul fără crăpătură, adică montați toate

cele șase șuruburi cu un manșon de prindere drept conexiune fixă- Porniți motorul electric- Păstrați aceeași direcție de rotație- Setați viteza la 2400 rpm- Înregistrați spectrul pentru ”arbore fără fisura”- Setați viteza la 0- Opriți motorul

2.5. Evaluare

Caracteristic pentru arborele cu fisura sunt vibrațiile de ordinul doi în spectrul frecvenței. Acestea sunt cauzate de rigiditățile anizotropice ale arborelui. În acestea, arborele trece de două ori prin gama de rigiditate scăzută și de două ori prin gama de rigiditate ridicată, la fiecare rotație. Acest lucru are ca rezultat vibrații la de două ori frecvența vitezei de rotație. Prima oară apare spectrul frecvenței arborelui fără fisura (rulmentul cu șase șuruburi). Aici apare în principal oscilația fundamentală la 40 Hz. Celelalte vibrații la 62 Hz, 125 Hz și 190 Hz rezultă din cureaua de transmisie.

Configurare pentru referințăConfiguare 1

Referință externă ActivăNivel de declanșare 50%Limită de declanșare PozitivăUnitate pentru viteză HZ

Viteză/referință 1/1

Fig. 10. Spectrul frecvenței proiectând capătul arborelui fără fisura (sarcina rulmentului cu 6 șuruburi) 2400 rpm = 40Hz

Fig. 11. Spectrul frecvenței proiectând capătul arborelui cu fisura (sarcina rulmentului cu 2 șuruburi) 2400 rpm = 40Hz

Fundamentalul este arătat de asemenea pe arborele cu fisura. Amplitudinea fundamentalului cu și fără fisura este aproape la fel (0.4/0.5 mm/s). Arborele fisurat arăta de asemenea în mod clar creșterea caracteristică în oscilația de ordinul doi. Acesta este un indicator al fisurii.

3. Simularea ”crăpăturii în arbore” pe un rotor elastic

O crăpătură în arbore în cazul unui rotor elastic este simulată folosind arborele lung cu flanșă și disc de masă. Sunt înregistrate analizele de urmărire de ordinul unu și doi și curbele orbitei.

3.1. Pregătire și configurare

1 Senzor de accelerație, orizontal2 Butucul rulmentului3 Arbore lung cu flanșă4 Disc de montare5 Senzor de distanță, vertical6 Senzor de distanță, orizontal7 Rulment de siguranță8 Arbore scurt9 Senzor de referință10 Butucul rulmentului11 Burdufuri de metal12 Unitate de acționare13 Placă de oțel pentru suportul de magnet14 Suport de magnet pentru senzorul de referință15 Inel de instalare pentru atașare axială 16 Greutate cu set de prindere17 Set de prindere al arborelui18 Dispozitiv de spațiere19 Șuruburi hexagon (flanșă)Fig 12. Configurare experimentala pentru simularea ”arborelui cu crăpătură” pe rotorul elastic

- Potriviți unitatea de acționare (12) pe cadrul de bază- Conectați unitatea de acționare- Asamblați abrorele scurt (8) cu un butuc al rulmentului (10), inelul de instalare (15),

discul de masă (16) și rulmentul de siguranță (7) astfel încât arborele scurt să poată fi conectat prin cuplare (11) la unitatea de acționare.

- Securizați unitatea complet asamblată (arbore cu crăpătură), compresând discul de montare (4) și arborele lung cu flanșă (3) (ca în secțiunea 2.2), cu setul de prindere (17) la celălalt capăt (8) al arborelui scurt. Pentru o mai bună manevrare, al doilea butuc al rulmentului (2) trebuie potrivit la capătul liber al ”arborelui cu flanșă”.

- Inelele de instalare (15) trebuie potrivite așa cum se cere. Ele protejează cuplarea de forțele axiale. Arborele se poate autosusține pe ineul interior al rulmentului prin inelul de instalare.

- Înșurubați senzorul de accelerație (1) în gaură atinsă orizontal a butucului rulmentului (2)- Poziționați și aliniați un senzor de referință (9) pentru a înregistra viteza de rotație- Aplicați o dungă de adeziv reflector pentru senzorul de referință, de exemplu pe arbore.

(Unghiul de reflecție de pe arbore nu trebuie să fie exact de 90°, deoarece poate interfera cu înregistrarea vitezei.)

- Montați senzorii de distanță pe rulmentul de siguranță Canalul senzorului 1—> X (orizontal)Canalul senzorului 2 —> Y (vertical)

Montarea și ajustarea senzorilor de distanță- Înșurubați senzorii de distanță în rulmentul de siguranță pentru a nu intra în contact cu

arborele- Conectați senzorii de distanță la Vibroport și ajustați distanța (distanșa zero) folosind

afișarea Vibroport pentru voltaj DC- În meniu (la ”Task(Sarcină)”, ”Characterisics (Caracteristici)”, ”Axial position (Poziție

axială)”, ”Numeric (Numeric)”, ”Measure (Măsură)”) poate fi măsurată valoarea de voltaj DC pentru distanța de la senzori la arbore. Distanța trebuie în așa fel setată pentru ca voltajul DC pentru distanșa zero să fie -4 V. apoi valoarea este introdusă în ”Setările poziției axiale” pentru distanța zero. Aluminiul din butucul rulmentului influențează semnalul, așa că afișarea zero trebuie să fie aproximativ -4 V.

Configurare pentru măsurarea poziției axiale, numeric (Vibroport 41)Configurare 1

Intrare ActivăTipul senzorului DistanțăSenzitivitate 8 mV/ μmUnitate MmAfișarea zero -4 VPoziția pentru care s-a aplicat Creșterea voltajului distanței

Pentru următorul experiment senzorii de distanță trebuie să fie deconectați de la Vibroport iar senzorii de accelerație trebuie conectați pentru analizele de urmărire.

3.2. Metoda experimentală

3.3. Analizele de urmărire de ordinul unu și doi

Senzor de accelerație: AS-020Setări de configurare:

Configurare pentru analiza urmăririiConfigurare 1 Configurare

2Admisie Activă Activă

Tipul senzorului Accelerație AccelerațieSenzitivitate 100 mV/g 100 mV/g

Unitate m/s - eff m/s - effGamă de măsurare

20 (variabil) 20 (variabil)

- Închideți husa protectoare- Porniți unitatea de acționare- Setați direcția de rotație- Porniți motorul electric- Pregătiți Vibroport 41 pentru măsurare și începeți măsurarea- Creșteți încet viteza de la 0 la 3000 rpm; salvați sau tipăriți rezultatul-3.4. Înregistrarea curbelor orbitei

Tipul senzorului de distanță: IN-085Configurări pentru curbele orbitei

Configurare pentru orbităConfigurare 1 Configurare 2

Intrare Activă ActivăTipul senzorului De distanță De distanță

Senzitivitate 8 mV/ μm 8 mV/gUnitate mm μm

Gamă de măsurare 200 (variabil) 200 (variabil)Filtru cu trecere

mare10 HZ 10HZ

Filtru cu trecere mică

1 kHz 1 kHz

- Conectați doi senzori de distanță la rulmentul de siguranță, canalul senzorului 1 -> X, canalul senzorului 2 -> Y

- Închideți husa protectoare- Porniți unitatea de acționare- Setați direcția de rotație- Porniți motorul electric- Prgătiți Vibroport 41 pentru măsurare și începeți măsurarea

Configurare pentru referințăConfiguare 1

Referință externă ActivăNivel de declanșare 50%Limită de declanșare PozitivăUnitate pentru viteză rpm

Viteză/referință 1/1

Configurare pentru referințăReferință externă ActivăNivel de declanșare 50%Nivel de limită PozitivăUnitate pentru viteză RpmViteză/Referință 1/1

- Setați viteza și înregistrați curba orbitei; salvați sau tipăriți rezultatul.

3.5. Evaluare

Pe arborele elastic apariția oscilațiilor de ordinul doi depinde de sarcina de pe arbore. Aceasta se schimbă odată cu viteza de rotație, datorită oscilațiilor rezonanței. Ca urmare, o măsurare la o viteză de rotație fixă poate să nu ofere nicio informație folositoare. O analiză a urmăririi pe parcursul unei game mai largi a frecvenței va găsi cu singuranță oscilațiile de ordinul doi care au fost căutate.

Fig. 13 Analiza căutării, rotorul elastic fără fisura, ordinul unu.

Fig. 14 Analiza căutării, rotorul elastic fără crăpătură, ordinul doi

Fig. 15. Analiza căutării, rotorul elastic cu crăpătură, ordinul unu

Fig. 16. Analiza căutării, rotorul elastic cu crăpătură, ordinul doi, creștere semnificativă în aplitudinea de ordinul doi la aprox. 2000 rpm

O analiză de urmărire de acest tip poate fi executată pe un rotor real (turbină a unei centrale electrice) la o stingere programată. Factorul important este că sunt disponibile date de referință de la un rotor fără stricăciuni. Pentru a arăta creșterea în oscilațiile de ordinul doi drept o funțiune a cracări, multiple analize ale umăririi sunt suprapuse într-o singură imagine. Aici chiar si crăpăturile mici (strâns cu cinci șuruburi) arată deviații față de arborele fără crăpătură.

Caracteristici ale arborelui cu o crăpătură: Amplitudinea de ordinul doi este în unele game mai mare decât în primul ordin Amplitudinea de ordinul doi crește în mărime odată cu crăpătura

Oscilațiile de ordinul doi sunt de asemenea ușor de distins în curbele orbitei. Metoda este potrivită pentru a fi folosită pentru rotorii cu fricțiune bazați pe rulmenți, echipați cu un recorder pentru orbita staționară. Prima oară curbele orbitei unui arbore fără crăpătură la diverse viteze. Aici se distinge o formă mai mult sau mai puțin circulară.

Fig.17. Arbore fără fisura; n = 1468 rpm

Fig. 18 Arbore fără crăpătură; n- 1725 rpmÎn eventualitatea unei crăpături, oscilațiile de ordinul doi rezultă în bucle în curba orbitei. În funcție de unghiul fazei, pot apărea diferite forme. Curbe caracteristice ale orbitei cu oscilații majore de ordinul doi ale arborelui cu crăpătură la diferite viteze.

Fig. 19. Arbore cu crăpătură; n = 1468 rpm

Fig. 20. Arbore cu crăpătură; n = 1631 rpm

Fig. 21. Arbore cu crăpătură; n = 1720 rpm

Fig. 22. Arbore cu crăpătură; n = 1780 rpm

3.6. Date tehnice

Lungimea maximă: 250 mmDiametrul flanșei: 90 mmGreutatea aproximativă: 5 kgȘuruburile hexagon ale flanșei: DIN 933-8.8 M8x20 mmArborele scurt pentru pârghiePunctul de îndoire maxim permis pe arbore: 15.9 NmAsta înseamnă forța perpendiculară maximă pe arbore în cazul unui braț de pârghie de l=106 mm: 150 NArbore lung pentru discul de masăPunctul de îndoire maxim permis pe arbore: 3.9 NmÎn cazul unui braț de pârghie de l=220 mm, maximul forței perpendiculare pe arbore este: 15.5 NFolosirea continuă la viteza critică de îndoire trebuie evitată. Viteza critică de îndoire depinde de configurările experimentale individuale.