Tại sao trục chân vịt hàng hải bị hỏng trong điều kiện kết hợp
Hầu hết các hư hỏng nghiêm trọng của trục không thể giải thích được chỉ bằng mô-men xoắn danh nghĩa. Trục đẩy quay phải chịu các chu kỳ tải lặp đi lặp lại, trong khi uốn, xoắn, rung, điều kiện bề mặt, hình học cục bộ và tiếp xúc với môi trường ảnh hưởng đến cách phân bổ các tải trọng đó. Theo thời gian, một điểm gián đoạn nhỏ trên bề mặt hoặc dưới bề mặt có thể trở thành điểm bắt đầu mỏi và tăng dần cho đến khi phần còn lại không còn chịu được tải trọng vận hành nữa.
Lỗi mỏi trục chân vịt thường bắt đầu ở một điểm gián đoạn cục bộ hơn là ở một phần đồng nhất của trục. Rãnh, vai, góc lượn, giao diện khớp nối, chuyển tiếp cổ trục, dấu gia công, vết xước, bề mặt có vết xước, hố ăn mòn và các khu vực đã được sửa chữa trước đó cần được chú ý kiểm tra nhiều hơn vì chúng có thể làm tăng ứng suất cục bộ.
Điều này có nghĩa là trục có thể có vật liệu nền thích hợp nhưng vẫn gặp sự cố nếu hình dạng, tình trạng bề mặt, độ khít hoặc môi trường vận hành thực tế của nó tạo ra sự tập trung ứng suất nghiêm trọng. Do đó, tình trạng bán kính chuyển tiếp nhỏ hoặc bề mặt lắp bị hư hỏng có thể quan trọng hơn so với biểu hiện ban đầu của nó.
MỘT Trục chân vịt hàng hải cũng hoạt động như một phần của hệ thống đẩy được kết nối chứ không phải là một bộ phận quay biệt lập. Mối quan hệ của nó với các khớp nối, vòng bi, bố trí bịt kín và các phần trục liền kề ảnh hưởng đến sự liên kết và phân bổ tải trọng. Do đó, thân trục, các khu vực khớp nối, trục và các phần chuyển tiếp phải được đánh giá cùng nhau thay vì coi vết nứt hoặc bề mặt bị mòn như một khuyết tật độc lập.
Ăn mòn thêm một lớp rủi ro khác. Quá trình oxy hóa bề mặt nói chung có thể không làm giảm ngay phần trục đủ để gây ra hỏng hóc, nhưng vết rỗ cục bộ có thể tạo ra các vết khía nhỏ nơi tập trung ứng suất tuần hoàn. Nếu vết nứt mỏi bắt đầu ở đáy hố ăn mòn, việc tiếp tục chịu tải và tiếp xúc với môi trường có thể đẩy nhanh quá trình hư hỏng. Do đó, độ mỏi do ăn mòn trục phải được đánh giá thông qua cả tổn thất vật liệu và khả năng hình thành vết nứt thay vì chỉ nhìn bề ngoài.
Dấu hiệu cảnh báo cần thay đổi mức độ ưu tiên kiểm tra
Một vết nứt nhìn thấy được là một cảnh báo rõ ràng, nhưng nó có thể đã thể hiện giai đoạn hư hỏng tương đối nặng. Các dấu hiệu trước đó thường là những thay đổi trong cách hoạt động của hệ thống trục. Chỉ một triệu chứng không chứng minh rằng trục các đăng bị lỗi, nhưng xu hướng phát triển, một số triệu chứng xuất hiện cùng nhau hoặc sự bất thường sau khi tiếp đất, va chạm với chân vịt, công việc ổ trục, công việc khớp nối hoặc thay đổi căn chỉnh trục sẽ làm tăng mức độ ưu tiên kiểm tra.
Rung động đặc biệt quan trọng vì nó có thể là kết quả của sự mất cân bằng, lệch trục, hư hỏng ổ trục, biến dạng trục, hư hỏng cánh quạt, lỏng lẻo hoặc vết nứt ngày càng gia tăng. Giá trị chẩn đoán của nó đến từ sự so sánh hơn là từ một lần đọc riêng lẻ. Tốc độ vận hành, tải trọng, hướng rung, đặc tính tần số và độ lệch so với đường cơ sở trước đó của tàu phải được xem xét cùng nhau.
Nhiệt độ ổ trục, tình trạng bôi trơn và hoạt động của cổ trục cung cấp một cái nhìn khác về tình trạng trục. Sự thay đổi trong phân bổ tải trọng của ổ trục có thể cho thấy sự liên kết hoặc độ lệch của trục bị thay đổi. Ngược lại, sự hư hỏng của ổ trục có thể thay đổi cách trục được đỡ và làm tăng ứng suất uốn ở những nơi khác. Ổ trục nóng không nên tự động được coi chỉ là một vấn đề về ổ trục, cũng như rung động bất thường của trục không nên tự động được coi chỉ là một vấn đề về trục.
| quan sát | Ưu tiên kiểm tra | Khu vực đầu tiên cần kiểm tra |
|---|---|---|
| Rung mới hoặc tăng | Cao | Sự thẳng hàng, vòng bi, vùng khớp nối, độ lệch trục, tình trạng chân vịt |
| Vòng bi quá nhiệt lặp đi lặp lại | Cao | Bề mặt ổ trục, bôi trơn, phân bổ tải trọng, tình trạng cổ trục, căn chỉnh |
| Hố ăn mòn hoặc hư hỏng lớp bảo vệ | Cao ở những vị trí căng thẳng | Khu vực tiếp xúc với nước, chuyển tiếp, tạp chí, bề mặt liền kề với con dấu |
| Các mảnh vụn kim loại hoặc cặn bã | Cao | Khớp nối, bề mặt lắp, rãnh then, bề mặt tiếp xúc ổ trục |
| Rò rỉ dầu hoặc hoạt động bịt kín bất thường | Trung bình đến cao | Tình trạng bịt kín, bề mặt trục, chạy lệch tâm, căn chỉnh |
| Vết trầy xước, vết lõm hoặc vết sửa chữa | Phụ thuộc vào vị trí và độ sâu | Các vùng và bề mặt tập trung ứng suất dưới sự uốn cong theo chu kỳ |
| Tiếng ồn động cơ không giải thích được | Trung bình đến cao | Vòng bi, khớp nối, căn chỉnh trục, chân vịt, kết cấu đỡ |
Điểm quan trọng là sự ưu tiên. Dấu hiệu bề mặt nông ở khu vực ứng suất tương đối thấp và dấu vết tương tự bên cạnh rãnh then hoặc đường chuyển tiếp đường kính sẽ không tự động nhận được mức đánh giá rủi ro tương tự. Vị trí, hướng, độ sâu, lịch sử vận hành và trường ứng suất xung quanh cần được xem xét cùng nhau.
Quy trình kiểm tra vết nứt trục cánh quạt thực tế
Một quy trình kiểm tra hiệu quả sẽ chuyển từ hoạt động của hệ thống sang xác nhận lỗi cục bộ. Bắt đầu ngay lập tức bằng một phương pháp kiểm tra không phá hủy có thể xác định được một số khuyết tật, nhưng nó có thể không tiết lộ lý do tại sao chúng phát triển. Nếu tình trạng ban đầu không thay đổi thì cơ chế hỏng hóc tương tự có thể quay trở lại ngay cả sau khi khu vực bị hư hỏng đã được sửa chữa.
1. Xem lại lịch sử vận hành trước khi mở đường trục
So sánh hành vi rung gần đây, nhiệt độ vòng bi, quan sát bôi trơn, tác động, sự kiện quá tải, công việc lắp ghép, sửa chữa trục, công việc cánh quạt và thay đổi căn chỉnh. Mục tiêu là xác định những gì đã thay đổi trước khi triệu chứng bất thường xuất hiện.
Ví dụ, độ rung bắt đầu sau khi va chạm với cánh quạt sẽ dẫn đến mức độ cần kiểm tra khác với độ rung tăng dần trong thời gian vận hành dài. Việc thiết lập trình tự này giúp các nhóm kiểm tra ưu tiên các điều kiện có khả năng xảy ra thay vì xem xét mọi nguyên nhân có thể có cùng mức độ quan trọng.
2. Kiểm tra đường dẫn trục hoàn chỉnh
Kiểm tra các bề mặt trục, khớp nối, ốc vít, ổ trục, vòng bi, vòng đệm và kết cấu đỡ có thể tiếp cận được. Cần đặc biệt chú ý đến các vết ăn mòn, vết xước, các vùng được đánh bóng bất thường, vết khía, vết lõm, vết gia công, kiểu tiếp xúc bất thường và bằng chứng về chuyển động tương đối giữa các bộ phận được lắp.
Kiểm tra đường trục hoàn chỉnh cũng giúp phân biệt giữa nguyên nhân gốc rễ và tác động phụ. Ví dụ, độ mòn tạp chí có thể là kết quả của việc căn chỉnh kém, trong khi ổ trục đã xuống cấp có thể góp phần gây ra tải trọng trục bất thường.
3. Kiểm tra hình học và căn chỉnh
Độ đảo, độ thẳng, tình trạng khớp nối, vị trí ổ trục và độ thẳng hàng của đường trục phải được đánh giá khi thích hợp. MỘT Trục trung gian rèn kết nối các bộ phận chính của trục đẩy và làm việc cùng với các ổ trục và các đoạn trục liền kề. Do đó, trạng thái hình học của nó có thể ảnh hưởng đến độ rung, khả năng hỗ trợ và sự căn chỉnh trong toàn bộ đường trục.
Việc thay thế trục các đăng bị hỏng mà không xác nhận hình dạng của trục trung gian, ổ đỡ vòng bi và các giao diện khớp nối có thể khiến trục thay thế gặp phải các điều kiện uốn hoặc căn chỉnh bất thường tương tự đã góp phần gây ra sự cố ban đầu.
4. Nâng cao các phương pháp phát hiện vết nứt phù hợp
Chỉ kiểm tra bằng mắt không thể chứng minh rằng bề mặt tới hạn không có vết nứt. Tùy thuộc vào vật liệu trục, hình học, khả năng tiếp cận, tình trạng bề mặt và hướng khuyết tật dự kiến, việc kiểm tra có thể yêu cầu thử nghiệm thẩm thấu, thử nghiệm hạt từ tính, thử nghiệm siêu âm hoặc kết hợp các phương pháp phù hợp.
Phương pháp kiểm tra phải phù hợp với lỗi bị nghi ngờ thay vì chỉ được chọn vì nó thường có sẵn. Nhiều vết nứt hoặc khuyết tật nằm gần nhau cũng đáng được chú ý nhiều hơn vì khoảng cách, hướng và tương tác của chúng có thể ảnh hưởng đến điều kiện chịu tải còn lại.
5. Kiểm tra hệ thống hỗ trợ trước khi chỉ định nguyên nhân gốc rễ
MỘT Ổ trục trượt thủy động hỗ trợ tải trọng hướng tâm và giúp duy trì vị trí trục trung gian trong quá trình vận hành. Do đó, cần đánh giá tình trạng bề mặt ổ trục, độ vừa vặn về kích thước, bôi trơn và căn chỉnh khi các triệu chứng trục cho thấy sự hỗ trợ không đồng đều, tiếp xúc cổ trục bất thường hoặc rung động bất thường.
Hồ sơ kiểm tra cuối cùng không chỉ là một tuyên bố đạt hay không đạt đơn giản. Ghi lại từng khuyết tật liên quan đến vai, rãnh then, trục, mặt bích, vòng bi và hình học liên quan khác. Kích thước, hướng, tình trạng bề mặt và mối quan hệ với các triệu chứng vận hành của nó cũng phải được ghi lại. Bản đồ tình trạng giúp cho các quyết định sửa chữa trong tương lai và việc kiểm tra lặp lại trở nên hữu ích hơn rất nhiều.
Sửa chữa hoặc thay thế: Điều gì nên đưa ra quyết định?
Việc phát hiện hư hỏng không tự động có nghĩa là có thể chấp nhận sửa chữa và việc phát hiện ra một lỗi nhỏ không tự động có nghĩa là toàn bộ trục phải được thay thế. Câu hỏi trọng tâm là liệu khuyết tật có thể được loại bỏ hoàn toàn trong khi vẫn bảo toàn được hình dạng, phần chịu tải còn lại, tình trạng bề mặt và các mối quan hệ kích thước cần thiết để tiếp tục sử dụng hay không.
Vị trí vết nứt có thể quan trọng hơn độ dài có thể nhìn thấy
Thiệt hại gần rãnh then, vai, giao diện khớp nối, tạp chí chịu tải nặng hoặc khu vực tập trung ứng suất khác có thể mang lại mức độ mỏi lớn hơn so với khuyết tật có kích thước tương tự ở khu vực ít nghiêm trọng hơn. Độ sâu và hướng vết nứt cũng quan trọng vì khuyết tật kéo dài đến phần chịu tải chính không thể được đánh giá chỉ dựa vào chiều dài bề mặt nhìn thấy được.
Sửa chữa ăn mòn phải tính đến tổn thất kích thước
Gia công hoặc đánh bóng có thể loại bỏ các vết ăn mòn và cải thiện tình trạng bề mặt, nhưng việc loại bỏ vật liệu cũng làm thay đổi kích thước cục bộ. Nếu việc dọn dẹp đầy đủ ảnh hưởng đến độ khít của trục, đường kính trục, hình học chuyển tiếp hoặc mối quan hệ căn chỉnh thì việc tạo ra một bề mặt trực quan sạch sẽ không nhất thiết khiến trục được chấp nhận để tiếp tục sử dụng.
Trước khi quyết định rằng có thể loại bỏ sự ăn mòn bằng cách gia công hay không, hãy xác nhận xem cần loại bỏ bao nhiêu vật liệu và liệu các kích thước thu được có còn tương thích với vòng bi, vòng đệm, khớp nối và các bộ phận kết nối khác hay không.
Các khu vực đã sửa chữa trước đây cần được giám sát bổ sung
Việc sửa chữa trước đó sẽ không tự động biện minh cho việc sửa chữa khác bằng cách sử dụng cùng một phương pháp. Quá trình mài, gia công, hàn hoặc các quá trình phục hồi khác có thể ảnh hưởng đến hình dạng, độ hoàn thiện bề mặt, ứng suất dư và khả năng tiếp cận kiểm tra trong tương lai.
Nếu việc sửa chữa tạo ra các vết gia công mới, các chuyển tiếp sắc nét, các vết khía cục bộ hoặc sự không nhất quán về kích thước thì các khu vực này có thể trở thành vị trí bắt đầu mỏi trong tương lai dưới tác dụng của tải trọng theo chu kỳ. Do đó, việc kiểm tra sau sửa chữa phải xác minh cả việc loại bỏ khuyết tật và tình trạng do chính việc sửa chữa tạo ra.
Khi sự thay thế trở nên phù hợp hơn
Việc thay thế thường trở nên hấp dẫn hơn khi vết nứt lan rộng, nhiều khuyết tật tương tác với nhau, việc loại bỏ vật liệu bị hư hỏng sẽ tạo ra sự mất kích thước quá mức, hình dạng quan trọng không thể được phục hồi một cách đáng tin cậy, trục bị biến dạng đáng kể, các bề mặt được lắp bị hư hỏng nghiêm trọng hoặc tình trạng hư hỏng ban đầu không thể được loại bỏ một cách tự tin.
Việc sửa chữa có khả năng phòng ngừa cao hơn khi khuyết tật đã được mô tả rõ ràng, có thể được loại bỏ hoàn toàn trong giới hạn kích thước cho phép và bộ phận được sửa chữa có thể được xác minh về hình học, tính toàn vẹn bề mặt và khả năng tương thích với phần còn lại của đường trục.
Ngăn ngừa tái phát sau khi sửa chữa thiệt hại ngay lập tức
Một phản ứng thất bại hiệu quả sẽ loại bỏ được cả thiệt hại và tình trạng đã tạo ra nó. Việc thay thế một trục bị gãy trong khi vẫn giữ được độ thẳng hàng kém, tải trọng ổ trục bất thường, khớp nối không phù hợp, khả năng bảo vệ bề mặt không đầy đủ hoặc độ rung gây hư hỏng chỉ đơn thuần là khởi động lại quá trình hư hỏng tương tự trên một bộ phận mới.
Lập kế hoạch bảo trì nên kết hợp kiểm tra vật lý định kỳ với xu hướng tình trạng. Những thay đổi về độ rung, nhiệt độ ổ trục, tình trạng bôi trơn, độ đảo trục, ăn mòn và hoạt động của khớp nối sẽ hữu ích hơn khi chúng có thể được so sánh với các phép đo trước đó. Một xu hướng đang phát triển thường cung cấp nhiều giá trị chẩn đoán hơn so với việc đọc một lần mà không có bối cảnh lịch sử.
Khoảng thời gian kiểm tra cũng phải đáp ứng mức độ nghiêm trọng của dịch vụ thay vì dựa hoàn toàn vào các khoảng thời gian cố định. Nước biển xâm nhập, thao tác nặng lặp đi lặp lại, rung động bất thường kéo dài, va chạm chân vịt, tiếp đất hoặc công việc gần đây của đường trục có thể biện minh cho việc kiểm tra sớm hơn vì những sự kiện này có thể làm thay đổi tải trọng trục hoặc tình trạng bề mặt.
Kiểm soát thông số kỹ thuật cũng quan trọng không kém khi việc thay thế trở nên cần thiết. Vật liệu trục, xử lý nhiệt, các kích thước chính, bán kính chuyển tiếp, độ hoàn thiện của cổ trục, độ đồng trục, độ khít của khớp nối, các yêu cầu kiểm tra và thông tin về thành phần ghép nối phải được đánh giá dưới dạng một gói thông số kỹ thuật.
Việc chọn trục thay thế chỉ theo đường kính hoặc mômen danh nghĩa có thể bỏ qua các điều kiện hình học, căn chỉnh và hỗ trợ ảnh hưởng đến hiệu suất mỏi thực tế. Một số thông số phải được xem xét cùng nhau vì không có một chiều nào có thể xác định liệu trục thay thế có hoạt động chính xác trong đường truyền động hiện có hay không.
Hồ sơ kiểm tra có thể theo dõi cũng cần được lưu giữ. Các bức ảnh, bản đồ khuyết tật, phép đo độ đảo, dữ liệu căn chỉnh, kết quả kiểm tra không phá hủy, quan sát vòng bi và kích thước sửa chữa cuối cùng cho phép các cuộc kiểm tra sau này phân biệt giữa các điều kiện ổn định và sự xuống cấp dần dần.
Phần kết luận
Hiểu nguyên nhân hỏng trục chân vịt hàng hải đòi hỏi nhiều hơn việc kiểm tra bề mặt gãy cuối cùng. Độ mỏi, ăn mòn, rung, lệch trục, hư hỏng bề mặt, hỗ trợ vòng bi và các lần sửa chữa trước đó có thể tác động qua lại rất lâu trước khi xảy ra hư hỏng cuối cùng. Do đó, việc kiểm tra nên ưu tiên thay đổi các triệu chứng vận hành và các vị trí có ứng suất cao, sau đó kết nối các khuyết tật cục bộ với hệ thống trục đẩy hoàn chỉnh.
Shanghai TOTEM Machinery Co., Ltd. là nhà sản xuất và cung cấp trục hàng hải và các bộ phận hỗ trợ liên quan. Thông số kỹ thuật, kiểm soát kích thước và kiểm tra cấp hệ thống cẩn thận có thể giúp chủ tàu, nhà máy đóng tàu và đội MRO đưa ra quyết định sửa chữa hoặc thay thế đáng tin cậy hơn và giảm nguy cơ hư hỏng trục lặp lại.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên nhân hư hỏng trục chân vịt hàng hải phổ biến nhất là gì?
Các nguyên nhân phổ biến bao gồm mỏi theo chu kỳ, rỗ ăn mòn, lệch trục, rung quá mức, tập trung ứng suất, hư hỏng bề mặt, vấn đề về khớp nối, hư hỏng vòng bi và các khuyết tật xuất hiện trong quá trình gia công hoặc sửa chữa.
Vết nứt trục các đăng có thể tồn tại mà không có rung động rõ ràng không?
Đúng. Vết nứt mỏi sớm có thể phát triển cục bộ mà không tạo ra rung động mạnh ngay lập tức, do đó, chỉ riêng hiện tượng rung động thông thường không thể khẳng định rằng các khu vực quan trọng của trục không có vết nứt.
Nên tập trung kiểm tra vết nứt trục chân vịt ở đâu trước tiên?
Các khu vực ưu tiên bao gồm rãnh then, vai, phi lê, vùng khớp nối, tạp chí, hố ăn mòn, bề mặt bị mài mòn, hư hỏng gia công, khu vực sửa chữa trước đó và các vị trí liên quan đến điều kiện ổ trục hoặc căn chỉnh bất thường.
Có phải sự ăn mòn luôn có nghĩa là trục hàng hải phải được thay thế?
Không. Quyết định này phụ thuộc vào độ sâu ăn mòn, vị trí, kích thước còn lại, sự hiện diện của vết nứt và liệu vật liệu bị hư hỏng có thể được loại bỏ mà không ảnh hưởng đến hình dạng hoặc phần chịu tải cần thiết hay không.
Có nên kiểm tra vòng bi sau khi trục các đăng bị hỏng không?
Đúng. Tình trạng ổ trục và sự căn chỉnh trục có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Hỗ trợ không đồng đều, các vấn đề về bôi trơn, mài mòn bất thường hoặc tải trọng ổ trục thay đổi có thể góp phần làm trục bị cong, rung và hư hỏng do mỏi tái diễn.
