Jak zabránit uvolnění závitu šroubů v kompresorových sestavách namáhaných vibracemi

Jak zabránit uvolnění závitu šroubů v kompresorových sestavách namáhaných vibracemi

Když se u kompresorové sestavy uvolní kryt, válec, konzola nebo přírubové spojení, viditelným příznakem je často šroub, který se vysunul. Skutečnou příčinou je obvykle něco konkrétnějšího: spoj ztratil natolik předpínací sílu, že začal docházet k relativnímu pohybu. Jakmile tento pohyb dosáhne zóny závitového styku, může se závitový šroub při opakovaných vibracích otáčet směrem k uvolnění. Výměna součásti bez opravy spoje pravděpodobně povede ke stejnému selhání znovu.

Z hlediska inženýra specializujícího se na výběr spojovacích prvků je užitečným výchozím bodem ne otázka „který zajišťovací výrobek bychom měli přidat?“, nýbrž: kam zmizel předpínací tlak, co se posunuje v příčném směru a zda dvojkoncový šroub funguje ve shodě s geometrií spoje, nikoli proti ní? Tato posloupnost je zvláště důležitá u kompresorů, kde pulsace, vibrace rotačních zařízení, tepelné cyklování a přístup pro údržbu mohou spoj ovlivnit každý jiným způsobem.

Uvolnění začíná ztrátou upínací síly, nikoli viditelným závitem

Šrouby udržují spoj pohromadě tím, že se mírně protahují při utahování. Toto pružné protažení vytváří upínací sílu mezi styčnými plochami. Pokud zůstávají vnější síly nižší než třecí kapacita vyvolaná touto upínací silou, části zůstávají v klidu a spoj má dobré šance udržet utahovací moment. Pokud však příčné zatížení tření překoná, může dojít k mikroskopickému prokluzování upnutých částí. Relativní pohyb na ložiskové ploše a na závitech je stav spojený s rotací a samo-uvolňováním spoje za vibrací.

V praxi při odstraňování poruch se před otočením závitového šroubu běžně snižuje předpětí třemi způsoby:

• Ztráta způsobená zabořením a usazením: barva, ostří, nerovnoměrnost povlaku, drsnost povrchu nebo nedokonale usazené podložky se stlačují během počátečních provozních cyklů.
• Tepelné nebo materiálové uvolnění: změny teploty a místní plastická deformace mohou změnit rozložení sil v spoji.
• Nedostatečné počáteční napnutí nebo nerovnoměrné utahování: zdánlivě správný krouticí moment nemusí vytvořit požadované předpínací zatížení, pokud se mění tření, mazání nebo řízení nástroje.

Je lákavé reagovat tím, že se zadají nejpevnější šrouby (studs) dostupné. To však může přehlédnout skutečný mechanismus. Vyšší pevnostní třída může být vhodná po technickém posouzení, avšak sama o sobě neodstraní prokluz spoje, nedostatečné zasazení závitu ani proces utahování krouticím momentem, který nedokáže dosáhnout opakovatelného předpínání.

Nejprve identifikujte, která styková oblast se pohybuje.

Dvoustranný šroub (stud) vytváří dvě závitové stykové oblasti: instalovaný konec v základní součásti a konec pro matku, která připíná vnější část. Problém může nastat v kterékoli ze stykových oblastí. Před demontáží označte šroub (stud), pouzdro a matici; poté po řízeném provozu zkontrolujte stopy (witness marks), pokud to povolují provozní postupy na místě. Tím lze odlišit odšroubování šroubu (studu) z závitu součásti od otáčení matice na vystaveném konci.

Zkontrolujte instalovaný konec.

U koncového závitu umístěného v krytu kompresoru nebo ve výztuži ověřte čistotu závitu, skutečnou délku závitového zasazení, vůli na dno a zda byl závitový šroub nasazován metodou, která poškodila závit nebo způsobila nezáměrný kroutící moment. Závitový šroub, který dosedne na dno dříve, než je jeho plánovaný koncový stav, může působit jako utažený, avšak poskytovat nedostatečnou odolnost proti cyklickému pohybu. Pokud opravy vedly k instalaci vložek, povlaků nebo změně hloubky závitu, znovu posuďte délku závitového zasazení místo toho, abyste předpokládali, že původní utahovací moment stále platí.

Zkontrolujte závitový konec

Na straně matice zkontrolujte rovnost podložek a stykových ploch, stav otvorů pro šrouby, místní opotřebení třením a zda je svírací sada dostatečně tuhá. Dlouhá, pružná sada nebo měkká styková vrstva může ztratit významnou část předpínací síly při deformaci povrchů. Naopak příliš krátký účinný záběr může vést k tomu, že systém bude méně odolný vůči malým změnám deformace. Správná rovnováha závisí na konkrétním kompresorovém spoji, nikoli na obecném pravidle.

Vytvořte plán zajištění spojení, nikoli plán založený na jediném výrobním tvrzení.

Následující postup poskytuje údržbářským a konstrukčním týmům obhajitelný způsob rozhodování o tom, co změnit.

1. Definujte směr zatížení. Zaznamenejte, zda jsou vibrace převážně axiální, příčné nebo jejich kombinace. Příčný pohyb si vyžaduje zvláštní pozornost, protože může způsobit relativní pohyb napříč spojením.
2. Stanovte metodu předpětí. Použijte dokumentovanou metodu utahování, která je kompatibilní se specifikovanými šrouby, stavem maziva, typem matice a přístupem. Pouze moment utažení je nepřímou kontrolou; pokud je spojení kritické, zvažte inženýrsky schválenou ověřovací metodu, která lépe odráží tah nebo prodloužení.
3. Upravte ložné plochy. Odstraňte ostří a nestabilní povlaky z upínací stykové plochy v souladu s návrhem. Používejte kalené nebo specifikované podložky tam, kde to návrh vyžaduje, a zajistěte, aby byly ložné plochy rovnoběžné.
4. Potvrďte zapnutí závitu. Přizpůsobte délku, stoupání a zanoření závitového kolíku materiálu, do kterého je zasazován, a podmínkám zatížení. U oboustranného kolíku musí mít montážní geometrie takový tvar, aby nevytvářela falešnou zarážku ani nezanechávala nedostatečnou účinnou závitovou délku.
5. Vyberte kompatibilní způsob proti uvolnění. Matice s předem vytvořeným momentem utahování, mechanické zajišťovací prvky, lepidlové závitové zajišťovací prostředky nebo jiné metody udržení mohou být užitečné, avšak každá z nich má omezení týkající se teploty, servisní přístupnosti, stavu povrchu a montáže. Vyberte jednu z nich po určení, která část stykové plochy vyžaduje zajištění.
6. Ověřte za podmínek reprezentativního vibrace. Hodnocení příčné vibrace, často diskutované ve vztahu k testování podle Junkera, umožňuje porovnat různé konfigurace spojů za cyklického pohybu. Sestava testu, předpětí, materiály a teplota by měly co nejvíce odpovídat skutečnému použití, aby bylo možné na jejich základě rozhodnout.

Kde se používají závitové kolíky, svařovací kolíky a šroubové kolíky

Terminologie může skrývat důležité konstrukční rozhodnutí. A vnitřně šroubovaný tyč se často vybírá, pokud jeden konec musí zůstat v součásti, zatímco druhý přijme matici. A dvojkoncový závitový šroub může pomoci v případech, kdy by opakovaná údržba jinak poškodila závit v základní součásti, avšak geometrie jeho nainstalovaného konce musí být stále řízena. A svářený šroub je odlišným přístupem ke spojování a vyžaduje posouzení kvality svaru, základního materiálu a cesty vibrací; není automatickou náhradou pro odnímatelné závitové spojení. A stud bolt je obvykle plně závitovým, tyčovitým spojovacím prvkem používaným s maticemi na obou koncích, často v případě přírubových aplikací. Samotný termín neurčuje, zda spojení odolá uvolnění.

Při práci s kompresory neprovádějte mezi těmito typy substituci pouze na základě podobnosti jejich průměrů. Porovnejte trasu zatížení, přístupnost pro údržbu, tepelné namáhání, kompatibilitu materiálů a požadovaný postup montáže. Výsledkem by měla být specifikace spojení, nikoli pouze změna čísla dílu.

Instalační kontroly, které zamezují opakující se přepracování

Mnoho opakujících se poruch se vrací k nekontrolované proměnné při instalaci. Vytvořte pracovní pokyn, který určuje třídu a povrchovou úpravu spojovacího prostředku, stav maziva nebo závitu utěsňujícího prostředku, orientaci podložky, pořadí utahování, cílovou metodu a bod kontroly. Pokud se používá závitu utěsňující prostředek, dokumentujte přípravu povrchu, požadavky na dobu zasychání a očekávání při demontáži; chování výrobku se může výrazně změnit za přítomnosti olejové kontaminace nebo zvýšené teploty.

Dále pomáhá oddělit jednorázové usazení od trvalé ztráty utahovací síly způsobené vibracemi. Po definovaném období provozního rozjezdu schváleném vlastníkem zařízení kontrolujte míru pohybu a ukazatele utahovací síly namísto opakovaného aplikování vyššího krouticího momentu bez předchozí diagnostiky. Opakované utahování spoje, který se prokluzuje kvůli poškozené styčné ploše nebo nedostatečnému závitu, může skrýt skutečnou příčinu a zároveň zvýšit riziko poškození závitu.

Praktická kontrolní seznam pro prohlídku

• Ověřte místo poruchy: zasazený konec šroubu, matice nebo pohyb mezi sevřenými částmi.
• Porovnejte skutečnou závitovou záběrovou délku a volnou hloubku se výkresem a historií oprav.
• Hledejte opotřebení (fretting), lesklé kontaktní plochy, poškozené povlaky nebo nerovnoměrné stopy podložek.
• Zkontrolujte, zda postup utahování odpovídá stavu spojovacího prostředku používaného v provozu.
• Projděte směr vibrací, teplotní cykly a blízké rotující nebo pulzující zatížení.
• Před nasazením navrhovaného způsobu zajištění na celou flotilu jej otestujte na reprezentativním sestavovacím vzorku.

Závěrečné doporučení

Zabránit vyšroubování šroubů v kompresorové sestavě namáhané vibracemi znamená udržet předpínací sílu a omezit relativní pohyb. Začněte lokalizací pohyblivého rozhraní, poté upravte záběrovou délku, ložné plochy, tuhost spoje a kontrolu utahování, než přidáte prvek zajištění. U kritického zařízení ověřte celou sestavu za reprezentativních vibrací místo spoléhání na štítek nebo jedinou hodnotu utahovacího momentu. Tento postup přiřadí šroubům, maticím a okolnímu spoji jasnou roli v opakovatelném plánu spolehlivosti.