Hulda
Litt om drivlinjer og vibrasjoner. Tenker spesielt på @lassepelle og hans vinterprosjekt. Allerede har @Komodo og @ebonita meget bra innlegg om hva og hvordan. Grunnen til at jeg skriver dette under 'Såga om Hulda', er at det er min tråd. Jeg besvarer mer enn gjerne spørsmål, men jeg gidder ikke å kverulere. Jeg er fullstendig klar over at alt kan gjøres på andre måter og noen vet noe bedre. Greit, og akseptert. Må legge til at jeg har kurset innenfor temaet. Når jeg titter tilbake, kan jeg ikke skjønne at jeg noen gang har vært så vidt oppegående. Glemselens slør har til en viss grad senket seg. Og jeg har ingen intensjoner om å løfte på sløret.
Når det gjelder vibrasjoner har vi tre hovedtyper, kan man kalle det:
1) Utsvingende masser, mest vanlig, det er dette vi balanserer for
2) Torsjonsvibrasjoner
3) Aksielle vibrasjoner
4) Systemvibrasjoner, flere elementer 'synger' i samme frekvens.
Alle vibrasjoner vil kunne betegnes som sinuskurver (bølger). Her kommer det artige at man kan overlagre og underlagre slike kurver. Som når man går gjennom et sund, vil kunne oppleve at sjøene bygger seg opp. Samme greia.
Drifter/installasjoner:
1) Propellaksling flenset rett på gir (svært vanlig, og nærmest enerådende tidligere)
2) Propellaksling flenset rett på en torsjonsmyk (fleksibel) kopling (svært vanlig), kopling flenset rett på gir
3) Propellaksling koblet rett inn på trykklager, deretter homokinetisk ledd, deretter flenset på gir (diverse løsninger av temaet forekommer)
4) Propellaksling flenset på trykklager, deretter mellomaksling med kryss, osv....
I dag er de fleste motorer montert på gummilabber av forskjellig utforming og fabrikat. Da har vi det grøvste. Drevinstallasjoner er ikke med her. Vet ingenting om det.
Man starter altså med et tomt motorrom. Oppi her dumper man motor og gir ned på fundamenter:
De fleste har gummilabber, som vist ut for varmeveksleren på bildet over.
Så nå kommer første OBS!!!
Fundamentene blir utsatt for diverse påkjenninger. For det første rister motoren og sender 'sinuskurver' ned gjennom fundamentboltene. Deretter vil alle drifter som ikke har trykklager sende resultanten av propellkraften gjennom gir og motor ned gjennom fundamentboltene. Derfor er det viktig at fundamentboltene er så korte som overhode mulig. Rett og slett for å unngå det vi betegner som vibrasjonsutmatting. Bilde fra Hulda. Doble muttere (kontramuttere), låsemuttere, eller andre former for låsing anbefales.
Hulda har homokinetisk ledd med trykklager, som under:
Hele propellakslingen til Hulda er ikke lenger enn ca. 70 cm, dia. 40 mm. Over ser vi Volvokondom tetning, Sleipner klemflens, brakett for trykklager (thrust bearing). Når ting blir så kort som dette, blir samtidig muligheten for vibrasjon redusert. Deretter et homokinetisk ledd:
Nå spurte jeg lassepelle om utvekslingen på giret hans. Grunnen var å få et inntrykk av rpm på propellakslingen. For det er viktig, og det er noe som man lever med. Ikke så mye man kan gjøre for å endre forholdet. Så tar man lassepelle, så har kanskje motoren en rpm på 3000. Giret er grovt regnet 2:1. Motoren snurrer to ganger når propellakslingen snurrer en gang. Propellakslingen går med 1500 rpm. På Hulda er forholdet 2,5:1. Og med mitt favoritturtall, ligger propellakslingen mellom 600- og 800 rpm. Her kan man, uten å gå i detalj, at Hulda tåler mye mer ubalanse i systemet før det gir utslag, enn systemet til lassepelle. Kravet til nøyaktighet øker. Kravet til nensom hånd og mindre sleggemekanikk øker.
Nav/flenser maskineres vanligvis i bløtt konstruksjonsstål (mild steel). Om man skal opp i API-krav skal det stålet være smidd (API 610). Det er lett å sette et hammermerke. Det man skal være klar over, er at et hammermerke gir materialflyt. Det samme gjør feil tiltrekking av bolter. Enten for lite eller for mye. Derfor skal man følge fabrikantens spec. til gjengesmøring og tiltrekking.
Under, se nøye på hullet:
Ca. klokken 11 i bildet vises en 'rygg'. Denne ryggen er forårsaket av festebolten. Dette er en flens til et gir drevet av en 18 tonn elektromotor, ca. 10 MW @ 1800 rpm. Ryggen løfter flensene fra hverandre ved å strekke bolten. Foruten at det er livsfarlig, gir det ubalanse. En flens til, fra en annen drift:
Og dette er utdannede mekanikere med fagbrev. Navet over gikk i metallskroten. Navet med bolten ble reparert. Vi hadde ikke mulighet til å få saken i en dreiebenk. Navet var en integrert del av en aksling, der hele greia veide et snaut tonn. Trikset var å bruke et flatt bryne og slipe området plant. De få grammene som forsvant (12 bolthull med samme feil) ga ingen utslag på Bently Nevada (vibrasjonsmonitorering). Nå sklir jeg litt ut, men på bildene jeg ser hos lassepelle, kan jeg se hammerslag. Det beste lassepelle kan gjøre, er å anvende 'Komodo-metoden'. Målene vi gikk etter var som følger:
Disse målene tilfredsstiller API 671 (en standard for hurtig roterende utstyr).
Litt om oppretting. En del av det jeg presenterer er fra foretak som Flexibox ltd, John Crane inc., etc. Har fått lov å bruke det i undervisningsøyemed. Har jobbet i de foretakene en 15 års tid.
Vi har følgende opprettingsforhold å forholde oss til:
I virkelighetens verden er det naturligvis kombinasjoner av disse. Og de virker i horisontalplanet og vertikalplanet, de tre nederste. Den øverste gjelder stort sett bare oss med trykklager. For der ligger det en mellomaksling med en spline som ikke må låse i lengderetningen. De nederste tre er de vi, med vekslende hell, prøver å rette opp ved å måle mellom gir- og propellflens. Søkerblad mellom flensene er noe proffene ikke bruker i virkelighetens verden, når det gjelder offshore. Men under er noen forskjellige metoder/apparaturer:
Og her er hva man kan forvente å oppnå:
Søkerblad mellom flenser vil i realiteten ligge mellom de to nederste. Og merk: Om man tror at man kan oppnå måleverdi på 1/10 (0,1) mm om flensen(e) er preget av hammerslag, må man tro om igjen. Du måler 1/10, men det er ikke det samme som at vinkelfeilen mellom giraksling og propellaksling er <1/10 mm. Det er kun når forberedelsene er etter Komodo/ebonita-metoden. Ikke noe annet gjelder.
Lenger oppi her nevnte jeg torsjonssvingninger. De ser slik ut:
Coupling er kopling, og koplingen over har et mellomstykke, slik som Aqua-leddet til Hulda over. 'Node' kan oversettes med nullpunkt (målepunkt). Bildet illustrerer en torsjonsstiv kopling. Bruker slike på el-motorer, turbiner, etc. På forbrenningsmotorer brukes torsjonsmyke koplinger. Grunnen er at stempelmotoren avsetter torsjonssvingninger. På en båt er det mer utfordrende, for propellen avsetter også torsjonssvingninger. Disse svingningene møte et sted i propellakslingen (node). Det er en av grunnene til at vi monterer torsjonsmyke koplinger. Hulda har ingen torsjonsmyk kopling, så hos meg driver disse svingningene og sloss et eller annet sted. Og det er greit, så lenge svingningene ikke finner en kompis med samme frekvens. Og det er derfor man finner i girfabrikanters manualer, at slik vibrasjon tar de ikke ansvar for. Vibrasjoner er frekvenser. Dårlig oppretting (de tre nederste) vil også kunne sette av vibrasjoner. Se over 'Types of Misalignement', de to nederste gjelder. Her er det vinkelfeil og parallelfeil. Dette skal akselkoplingen ta seg av. Og det gjør den. Eller, om man en stiv forbindelse, kreftene blir overført til aksling og opplagring. Så sier man: "Jeg slenger inn et trykklager og mellomaksling som på en bil. Den tar 10 grader vienkelfeil pr. akselkryss på strak arm!" Det er riktig, men det forutsetter at parallelliteten er tilnærmet perfekt. For ellers får man denne:
Her ser man at rotasjonen for hver omdreining av propellakslingen vil få en aksellrasjon med påfølgende retardasjon. Det vil i og for seg ikke gjøre noe, annet enn at det er en vibrasjon. Med påfølgende materialutmatting, et eller annet sted i systemet. Grunnen er at selve mellomakselkrysset vil få varierende vinkelfart gjennom hver omdreining. Stemmer frekvensen med egenfrekvensen til giret, er helvete løs, tro meg :-)
Så kommer rosinen i pølsa. Jeg har vibrasjon kun på 1500 rpm, der kan jeg ikke kjøre motoren i det hele tatt. Det er et par grunner til det. Det ene kan være sleng/uthengte vekter i propellakslingen. Det andre kan være at torsjonssvingninger fra et cutlesslager som ikke har perfekt vannplaning. Begge lager et svare styr.
En propellaksling som blir utsatt for 'bend'/sidekrefter/dårlig oppretting, vil henge som et slakt tau mellom to punkter. Grovt overdrevet. I visse turtall vil akslingen gå med samme posisjon av denne nedbukingen. Når hastigheten når et 'kritisk turtall' vil akslingen begynne å gå som et hoppetau. Da kommer bråket. Når man kommer over det kritiske turtallet, blir alt stille igjen. Se illustrasjon fra Sulzer under:
Nå er diagrammet over for 'naturlige frekvenser'. Samme for 'påførte frekvenser'. Når vi startet opp hurtigroterende utstyr for første gang, var det alltid spennende. Fra tid til annen ville utstyr som hadde kjørt perfekt på fabrikken, ikke oppføre seg pent ute i felt. Da var det hver gang spennende om systemet kom gjennom 'første kritiske turtall'. Og det er hva lassepelle og mange andre opplever. En vibrasjon der en del av det roterende systemet spiller på lag med flere elementer, trolig. Så når vi startet opp offshore, hadde vi blikket stivt rettet mot vibrasjonsmålerene. De oppførte seg pent, 2000 rpm flott, 2800 rpm- kurvene skjøt i taket, poff- shut down, faen også! Så var det ut å feilsøke :-)
De fleste av oss ligger langt under første kritiske turtall. For 100 år siden drev jeg med 'ping-tester' og greier, regnet på den slags. Har glemt hele greia, og slik skal det fortsette.
Nå har jeg skrevet så my at jeg gidder ikke mer. Håper det har kommet litt fornuft ut av det. For den vanlige båteier er fasit: Nøye med rene flater, rette flater, riktig tiltrekking. Uten dette blir det aldri riktig oppretting. Selv om du tror det selv. Hvordan måle akslinger har blitt beskrevet i tråden til lassepelle. Og uten at dette over er på stell, vil en hver balansering være bortkastet, garantert. For det vet jeg også noe om.
Eldgammelt bilde, prinsippet er det samme i dag. Det man ser over, er en 'high performance coupling' under balansering. Og vi balanserte kanskje en kopling på la oss si 500 rpm. Det var nok til at vi kunne si hvordan den ville oppføre seg på 3600 rpm. Og at den ville ha første kritiske turtall på teoretiske 25000 rpm. Men det er utafor det vi driver med. Men prinsippene er basert på naturlover og fysikk. Gjelder for alle.
