振動分析儀之裂紋的產(chǎn)生、增長和斷裂

     轉(zhuǎn)子彎曲往往會在軸的外表面產(chǎn)生*大應(yīng)力，轉(zhuǎn)子裂紋通常始于外表面或外表面附近。起因于振動分析儀鍋爐擾動的淬火或熱沖擊，也會導(dǎo)致蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面出現(xiàn)裂紋。但是，轉(zhuǎn)子的迅速受熱會在轉(zhuǎn)子中心或中心孔表面產(chǎn)生較高的拉伸應(yīng)力。有時，振動分析儀由于轉(zhuǎn)子剛柸存在化學(xué)或其它加工問題，轉(zhuǎn)子在突入使用前，內(nèi)部可能已經(jīng)存在微小裂紋。

     如果循環(huán)應(yīng)力足夠大，裂紋前沿（裂紋**）會逐漸擴(kuò)散，使裂紋平面與拉升應(yīng)力場的方向垂直。此應(yīng)力場的方向受應(yīng)力類型（彎曲或扭曲）和幾何因素影響。如果轉(zhuǎn)子只受簡單的彎曲應(yīng)力影響，則振動分析儀應(yīng)力場方向為轉(zhuǎn)子長軸方向，并且裂紋會直接擴(kuò)散至轉(zhuǎn)子截面，形成橫向裂紋。

     純扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會產(chǎn)生方向與轉(zhuǎn)子軸成45度角的拉升應(yīng)力場。此振動分析儀應(yīng)力場中的裂紋會擴(kuò)散至轉(zhuǎn)子，往往會在軸表面形成螺旋狀裂紋。在大多數(shù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，應(yīng)力場由彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力混合而成。彎曲應(yīng)力通常是主導(dǎo)力量，因此振動分析儀裂紋經(jīng)常會或多或少地以橫向裂紋形式擴(kuò)散至轉(zhuǎn)子，但也可能出現(xiàn)其它幾何形狀的裂紋。振動分析儀在典型的高度疲勞情況下，零件約90%的使用壽命都消耗在產(chǎn)生和增長微小裂紋上。在此期間，裂紋要么不存在，要么及其微小，并且擴(kuò)散速度極慢。

     隨著裂紋達(dá)到可測量的大小，裂紋進(jìn)入**個增長階段。振動分析儀在零件*后10%的使用壽命中，雖然裂紋的增長率迅速提高，但軸材料仍足以克服靜態(tài)和動態(tài)載荷。因此在處于運行狀態(tài)的機(jī)器中，必須在這一相對較短的時間段診斷出裂紋。振動分析儀裂紋擴(kuò)散的*后一個階段是極速破壞。隨著裂紋增長，振動分析儀能夠沿軸傳遞載荷的可用材料越來越少，而剩余軸材料承受的局部應(yīng)力越來越大。振動分析儀在達(dá)到某一時刻，即剩余橫截面變得極小以致在施加下一載荷時，局部應(yīng)力強(qiáng)度超出了剩余材料的強(qiáng)度。從而使剩余截面發(fā)生脆性斷裂，*終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂。

    斷裂韌性是材料抵抗快速斷裂的一種度量，取決于合金，熱處理、材料溫度和載荷施加速率。材料的斷裂韌性越高，材料能夠承受的應(yīng)力強(qiáng)度越大，而不發(fā)生斷裂。此外，振動分析儀在轉(zhuǎn)子溫度高于韌脆轉(zhuǎn)變（無延性）溫度（對于大多數(shù)轉(zhuǎn)子鋼，接近或高于室溫）時，剛的斷裂韌性更高。冷轉(zhuǎn)子可能低于韌脆轉(zhuǎn)變溫度且斷裂韌性較低，這正是振動分析儀為何必須格外小心地加熱蒸汽渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的原因之一。低于自身韌脆轉(zhuǎn)變溫度的轉(zhuǎn)子斷裂韌性較低，因此受到熱沖擊時更容易發(fā)生破壞。

  轉(zhuǎn)子軸通常由在工作溫度下具有較高斷裂韌性的材料制成。振動分析儀在轉(zhuǎn)子軸裂紋面積超過軸橫向截面積的90%后，軸*終才會斷裂，但這不是**的決定因素。振動分析儀在處于運行狀態(tài)的機(jī)器中，確定裂紋大小并非易事，因此在懷疑存在軸裂紋時，機(jī)器均應(yīng)盡快關(guān)機(jī)。