轉(zhuǎn)軸裂紋的原因、失效機(jī)理及診斷

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)展情況并實現(xiàn)合理維護(hù)，對于保障安全生產(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。 長期運行后，轉(zhuǎn)軸容易出現(xiàn)橫向疲勞裂紋，造成嚴(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。

??裂紋對振動響應(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)軸裂紋對振動的響應(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，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，就是這種情況。

??封閉裂紋對軸的振動影響不大，不易檢測。

??2. 開裂

??當(dāng)裂紋區(qū)處于拉應(yīng)力狀態(tài)時，軸裂紋始終處于開放狀態(tài)。

??開裂會引起軸剛度的不對稱，使振動具有非線性特性，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，轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一圈裂紋就會開合，對振動的影響更為復(fù)雜。

??理論分析表明，有裂紋轉(zhuǎn)子的振動響應(yīng)可以根據(jù)偏心距和重力兩個影響因素考慮，然后進(jìn)行線性疊加。

??由于偏心因素的影響，兩個非對稱剛度對應(yīng)的臨界速度之間會出現(xiàn)振動峰值； 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，會出現(xiàn)一個更大的峰值。 ?.

??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)一圈裂紋就會打開或關(guān)閉。