Vad är torsionsvibration?

Vridningsvibrationer uppstår på grund av obalans i roterande system, såsom feljustering av en roterande axel eller en svag koppling som möjliggör små oönskade rörelser längs rotationsaxeln. Delar är konstruerade för att snurra med konstant hastighet eller ibland krävs för att påskynda eller bromsa ner. Ju färre plötsliga eller slumpmässiga vibrationer en roterande del upplever under drift, desto längre livslängd. Många torsionskomponenter är konstruerade med material som tål långvarig vridskada, även känd som vridningsutmattning. Utan adekvat testning under vibrationsbelastning kan spinndelar spricka igenom, misslyckas katastrofalt och orsaka periferiskada - till och med döda maskinföraren.

Roterande stavar, vanligtvis en del av ett kraftverk, såsom transmissionaxlar, kamaxlar, vevaxlar, drivaxlar och spindlar upplever vridningsvibrationer när de överför kraft från någon form av genereringsanordning. Sådana roterande axlar är konstruerade av duktila material, till exempel metaller som har större seghet i sprickorna - motstånd mot sprickbildning. Metall roterande delar misslyckas genom långsam sprickbildning från ytan där den största vridspänningen upplevs och där sprickorna är lättast att identifiera. Sprickor kan också växa från roterande kopplingar, från ytfel inuti fästhålen. Terminalsprickor vid felytor växer i ett ungefärligt plan vinkelrätt mot längden på den roterande axeln och runt centralaxeln.

Ett enkelt exempel på vridningsvibrationer är en vägskylt i en stadig vind. Fästen och konsoler som håller skyltarna upp under normala förhållanden är inte utformade för att motstå rotationsrörelse. I en storm kommer vägmärken att piska fram och tillbaka i vinden under påverkan av vridningsvibrationer. Till och med några mycket stora skyltar kan rivas från deras förtöjningar och bli granat till det orubbliga som fångats ut i en orkan.

Torsionsvibrationer kan uppstå med specifika resonansgeometrier hos axeln eller när rotationshastigheterna är höga, ökar över ett visst begränsningsvärde. Vid denna punkt blir rotation kring axelns axel dynamiskt instabil och skadliga vibrationer uppstår. Dessa slumpmässiga vibrationer, i strid med den normala kontinuerliga rörelsen av axeln, öppnar sprickor i metallen och är de främsta orsakerna till att roterande delar misslyckas.

Om en del av en tunn roterande komponent, till exempel ett turbinblad, upplever katastrofalt fel från en genomgående spricka, kan det leda till större obalanser som kan förstöra hela kraftsystemen. Anledningen till att vridningsvibrationerna är svåra att redogöra för är att det är komplicerat att applicera periodiska vridningsbelastningar under testningen. Idag är axlar designade med analysverktyg för att optimera axlarnas längder och diametrar för att minimera vridningsvibrationer.