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轉(zhuǎn)軸裂紋的原因、失效機(jī)理及診斷
閱讀:1099 發(fā)布時(shí)間:2022-12-30一、轉(zhuǎn)軸裂紋診斷的意義
1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門。 在轉(zhuǎn)軸發(fā)生災(zāi)難性斷軸之前發(fā)現(xiàn)裂紋,監(jiān)測裂紋擴(kuò)展情況并實(shí)現(xiàn)合理維護(hù),對(duì)于保障安全生產(chǎn)和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)具有特殊意義。
2、石化行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般轉(zhuǎn)速很高,負(fù)荷大。 長期運(yùn)行后,轉(zhuǎn)軸容易出現(xiàn)橫向疲勞裂紋,導(dǎo)致嚴(yán)重的斷軸事故。
二、轉(zhuǎn)軸裂紋產(chǎn)生的原因
轉(zhuǎn)軸裂紋的失效概率遠(yuǎn)低于其他故障,但軸裂紋的潛在原因有很多,例如:
各種因素引起的應(yīng)力集中
復(fù)雜的力狀態(tài)
惡劣的工作條件和環(huán)境等。
裂紋對(duì)振動(dòng)響應(yīng)不夠敏感(深度為1/4直徑的裂紋,軸剛度變化僅10%左右,臨界速度變化僅5%左右),可能發(fā)展為斷口 軸事故,危害極大。
三、轉(zhuǎn)軸裂紋失效機(jī)理
轉(zhuǎn)軸裂紋對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)與裂紋的軸向位置、裂紋的深度和受力有關(guān)。 根據(jù)裂紋所在部分的應(yīng)力狀態(tài),裂紋將呈現(xiàn)三種不同的形式。
1. 閉合裂縫
當(dāng)軸在壓應(yīng)力作用下旋轉(zhuǎn)時(shí),裂紋總是閉合的。
例如,當(dāng)轉(zhuǎn)子重量較小,不平衡離心力較小,或不平衡力恰好在裂紋的另一側(cè)時(shí),就是這種情況。
封閉裂紋對(duì)軸的振動(dòng)影響不大,不易檢測。
2. 開裂
當(dāng)裂紋區(qū)處于拉應(yīng)力狀態(tài)時(shí),軸裂紋始終處于開放狀態(tài)。
開裂會(huì)引起軸剛度的不對(duì)稱,使振動(dòng)具有非線性特性,并伴有2×、3×、...等高頻分量。
隨著裂紋的增長,l×、2×和其他頻率的振幅也增加。
3.開合裂縫
當(dāng)裂紋區(qū)域的應(yīng)力由自重或其他徑向載荷產(chǎn)生時(shí),轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一圈裂紋就會(huì)開合,對(duì)振動(dòng)的影響更為復(fù)雜。
理論分析表明,有裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)可以根據(jù)偏心距和重力兩個(gè)影響因素考慮,然后進(jìn)行線性疊加。
由于偏心因素的影響,兩個(gè)非對(duì)稱剛度對(duì)應(yīng)的臨界速度之間會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)峰值; 重力因子的結(jié)果是,當(dāng)速度在無裂紋軸的臨界速度附近時(shí),會(huì)出現(xiàn)一個(gè)更大的峰值。 .
裂紋的張開或閉合與裂紋的初始狀態(tài)、偏心率、重力大小和渦流速度有關(guān),還與裂紋的深度有關(guān)。
如果轉(zhuǎn)子同步渦旋,裂紋將只保持一種狀態(tài),即打開或關(guān)閉,這與其初始狀態(tài)有關(guān)。
在非同步渦流的情況下,裂紋在一定條件下可能保持打開或關(guān)閉,但在正常情況下,轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈裂紋就會(huì)打開或關(guān)閉。