Identifizierung mechanischer Lockerungen mit der Schwingungsspektralanalyse

Mechanische Lockerungen werden im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien eingeteilt: strukturelle Lockerungen und Lockerungen von rotierenden Komponenten. Diese Klassifizierung hilft bei der Ermittlung der Grundursache und der Durchführung geeigneter Korrekturmaßnahmen.

Die Ursachen für mechanische Lockerungen sind vielfältig und können unter anderem sein:

1. Schlechte Installations- oder Montagepraktiken
2. Längerer Verschleiß von Komponenten
3. Beschädigung des Fundaments oder der Grundstruktur
4. Verschlechterung oder Ausfall von Einzelteilen
5. Übermäßiges Spiel bei Bauteilpassungen
6. Unsachgemäßes Anziehen von Befestigungselementen
7. Thermische Ausdehnungs- und Kontraktionszyklen

Mechanische Lockerheit wirkt wie ein Schwingungsverstärker und verschlimmert bestehende Probleme wie Unwuchten und Ausrichtungsfehler. Dieser Verstärkungseffekt kann zu einer Kaskade von Ausfällen führen, wenn die Lockerheit fortschreitet, was zu beschleunigtem Verschleiß, Ermüdung und in schweren Fällen sogar zu katastrophalen Ausfällen führen kann.

Es gibt zwar keinen allgemein anerkannten Standard für die Kategorisierung von Lockerungsarten, aber Industriepraktiker und Schwingungsanalytiker erkennen im Allgemeinen drei verschiedene Arten von mechanischer Lockerung an. Jeder Typ weist einzigartige Merkmale in Bezug auf Schwingungsfrequenzspektren und Phasenbeziehungen auf:

1. Typ A: Strukturelle Lockerheit (z. B. lose Befestigungsschrauben, rissiges oder schwaches Fundament)
2. Typ B: Lockerheit der rotierenden Komponenten (z. B. zu großes Spiel zwischen rotierenden und feststehenden Komponenten)
3. Typ C: Nichtlineare Lockerheit (z. B. falsch ausgerichtete oder verzogene Montagefüße)

1. Typ A: Lose Struktur mit Rahmen und Fundament

1. Lockerungsphänomen und Behandlungsmaßnahmen

Diese Art von Lockerheit umfasst die folgenden Fehler:

- Lockere Strukturen oder unzureichende Festigkeit des Gerätefundaments, der Bodenplatte und des Betonfundaments.

- Verschlechterung oder Bruch des Mörtels.

- Verformung des Rahmens oder der Basis.

- Lose Ankerbolzen, etc.

Diese Lockerungsprobleme sind auf der Baustelle leicht zu beobachten, und ihre zerstörerische Wirkung ist in der Regel erheblich. In schweren Fällen können sie das Ungleichgewicht oder die Fehlausrichtung der Ausrüstung verschlimmern.

Behandlungsmaßnahmen:

• Stärkung des Fundaments und Korrektur der Struktur.
• Straffung lose Bolzen, usw.

Bei Geräten, die bereits aus dem Gleichgewicht geraten oder falsch ausgerichtet sind, ist es wichtig, die Unwucht oder die falsche Ausrichtung gleichzeitig zu beseitigen.

2. Typisches Lockerungsfrequenzspektrum und grundlegende Merkmale

Das typische Frequenzspektrum der Lockerheit ist in Abbildung 1 dargestellt, und die grundlegenden Merkmale, die die Lockerheit aufweist, sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Abb. 1 Typisches Diagramm des Auflockerungsspektrums von Typ A

Tabelle 1 Grundlegende Merkmale des Typs A: Lockerheit

Anmerkungen:

• Dieses typische Lockerungsmerkmal ist vergleichbar mit den Schwingungen, die durch einen unwuchtigen oder exzentrischen Rotor verursacht werden, und sie können anhand der Phase unterschieden werden.
• In der Regel konzentrieren sich starke Vibrationen auf einen einzigen Rotor (z. B. den Antrieb, die angetriebene Maschine oder das Getriebe), was sie von Unwucht oder Ausrichtungsfehlern unterscheidet, da die durch diese Probleme verursachten starken Vibrationen nicht auf einen einzigen Rotor beschränkt sind.
• In einigen Ausnahmefällen, z. B. bei Schrauben zur Befestigung des Pumpenlagersitzes, wirkt die Kraft in axialer Richtung. Wenn sich diese Schrauben lockern, werden die axialen Schwingungen mit nur einer Geschwindigkeit erhöht, was einem Ausrichtungsfehler ähnelt. Sobald diese Schrauben jedoch angezogen werden, verringern sich die Vibrationen.

2. Typ B: Lockerheit durch Rollbewegung oder Strukturbruch und Bruch des Lagerbocks

1. Lockerungsphänomen und Behandlungsmaßnahmen

Diese Art von Lockerheit tritt nur auf, wenn die folgenden Fehler auftreten:

• Eine beschädigte Struktur oder ein beschädigtes Fundament.
• Eine Instabilität, die manchmal durch eine ungleiche Länge der Stützfüße verursacht wird.
• In seltenen Fällen lockere Lagersitzbolzen.
• Kleinere Montageprobleme mit losen Lagern oder ungeeigneten Teilen (ohne nennenswerte Auswirkungen).

Diese Lockerungsprobleme können auch vor Ort beobachtet werden, aber die Passungsprobleme der internen Komponenten können nur durch Demontage und Untersuchung festgestellt und bestätigt werden.

Behandlungsmaßnahmen:

Die Vibrationen können durch den Austausch beschädigter Teile oder durch die Korrektur der Passform falscher Teile verringert werden, Anzugsbolzen, usw.

2. Typisches Lockerungsfrequenzspektrum und grundlegende Merkmale

Das typische Frequenzspektrum der Lockerheit ist in Abbildung 2 dargestellt, und die grundlegenden Merkmale, die die Lockerheit widerspiegelt, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Abb. 2 Typisches Diagramm des Auflockerungsspektrums von Typ B

Tabelle 2 Grundlegende Merkmale, die durch den Typ B Lockerheit wiedergegeben werden

Anmerkungen:

- Unter normalen Bedingungen treten diese Schwingungserscheinungen nicht auf, wenn keine anderen Erregungskräfte vorhanden sind.

- Wenn die Lockerheit durch das lose Lager des Lagerträgers oder die losen Teile auf der Welle verursacht wird, bleibt die Vibration meist bei der 1x- und 2x-Geschwindigkeit, bis sie sich zu einem Pulsieren oder Stoßen verschlimmert.

In diesem Fall führt die Pulsation zu einer Nichtlinearität der Wellenform im Zeitbereich, was zu vielen Oberschwingungen führt, die stärker sind als die Lockerungen des Typs C.

- Manchmal wird das Versagen der Kupplung durch den Bruch und die Lockerung des Gerätefußes noch verschlimmert, was zu Verschleiß und Lockerung im elastischen Block der Kupplung führt. Dieses Spektrum weist auch Oberschwingungen auf, die über die Lockerheit des Typs C hinausgehen.

3. Typ C: Lockerheit aufgrund von losen Lagern oder unsachgemäßem Zusammenbau von Komponenten

1. Lockerungsphänomen und Behandlungsmaßnahmen

Diese Art von Lockerheit umfasst die folgenden Fehler:

- Lose Lager im Lagerbock.

- Übermäßiges Lagerspiel in den Lagern.

- Lose Lagerbuchsen im Lagersitz.

- Loser Rotor.

- Lose Lager oder Laufringe, etc.

Diese Probleme lassen sich durch Öffnen des Enddeckels des Lagerträgers feststellen. Diese Art von Lockerheit steht in direktem Zusammenhang mit den Lagern und Wellen von rotierenden Geräten.

Bei starkem Spiel kommt es zum Verschleiß von Lagern, Wellen oder zugehörigen Gegenstücken oder in schweren Fällen zur völligen Blockierung der rotierenden Ausrüstung.

Behandlungsmaßnahmen:

Das Problem kann durch den Austausch des Lagers oder der Buchse und die Anpassung der Passung zwischen den Komponenten gelöst werden.

2. Typisches Lockerungsfrequenzspektrum und grundlegende Merkmale

Ein typisches Lockerungsfrequenzspektrum ist in Abb. 3 dargestellt, und die grundlegenden Merkmale der Lockerung sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Abb. 3 Typisches Diagramm des Auflockerungsspektrums von Typ C

Tabelle 3 Grundlegende Merkmale, die durch den Typ C Lockerheit wiedergegeben werden

Anmerkungen:

- Lockerungen können auch auftreten, wenn das Bauteil seine Betriebstemperatur erreicht hat und sich thermisch ausdehnt.

- Das Vorhandensein eines deutlichen 1/2x-Peaks deutet auf ein komplexeres Lockerungsproblem hin, das möglicherweise mit Reibung zu tun hat.

- Wenn der Rotor, z. B. eines Pumpenlaufrads, lose ist, wechselt die Phase nach jedem Start.

- Das Schwingungsspektrum dieser Art von Lockerheit, das durch viele Oberschwingungen der 1×-Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, deutet eigentlich auf ein schwerwiegenderes Problem hin, wie z. B. Lockerheit in den Lagern und im Ringlauf.

Dieses Problem kann zu einer Welle führen Spannen und erhebliche Geräteausfälle.