Neuer ANSI/ASA-Wellenausrichtungsstandard übernommen

Die Wellenausrichtung ist ein entscheidender Schritt bei der Installation rotierender Maschinen, sei es bei einer Neuanlage oder einer reparierten Maschine. Das Überspringen oder Versäumen dieses Schritts kann die Betriebseffizienz beeinträchtigen und die Lebensdauer der Maschine verkürzen. Das Verfahren zum Ausrichten zweier rotierender Maschinen erfordert das Messen ihrer relativen Wellenpositionen und das Anpassen eines oder beider Maschinengehäuse, normalerweise durch Ausgleichen an den Füßen. Wie genau die Wellen ausgerichtet sein müssen, war jedoch bis vor Kurzem eine offene Frage. Das änderte sich mit der Veröffentlichung des Standards 2.75-17 des American National Standards Institute/Acoustical Society of America (ANSI/ASA). Hier finden Sie eine Zusammenfassung dessen, was es abdeckt und welche Vorteile es Benutzern bietet, die mit der Ausrichtung von Wellenmaschinen zu tun haben.

Bevor wir fortfahren, ist es wichtig anzuerkennen, dass ANSI/ASA S2.75-17 einen großen Fortschritt darstellt. Bisher gab es keinen branchenweiten Standard für die Festlegung von Wellenausrichtungstoleranzen und Best Practices; Daher fiel die Aufgabe den Maschinenherstellern und Organisationen zu, die sich auf branchenspezifische Anwendungen konzentrieren.

Beispielsweise hat das American Petroleum Institute (API) 670 Wellenausrichtungstoleranzen für bestimmte hydrodynamische Pumpen angegeben, die in der petrochemischen Industrie verwendet werden. Leitlinien zu Wellenausrichtungstoleranzen und Best Practices wurden von verschiedenen Maschinenbauexperten der Branche und von Anbietern von Wellenausrichtungsinstrumenten entwickelt. Obwohl die am weitesten verbreiteten Modelle ähnliche Methoden und Kurven verwenden, um engere Toleranzen für schnellere Maschinen darzustellen, unterscheiden sie sich erheblich in der zulässigen Restfehlausrichtung.

Im Dezember 2013 starteten das Vibration Institute und die ASA eine gemeinsame Initiative zur Schaffung eines universellen, branchenweiten Standards für die Wellenausrichtung. Diese Bemühungen gipfelten 2017 in der Veröffentlichung von „ANSI/ASA S2.75-2017: Shaft Alignment Methodology, Parts 1 and 2. Part 1: General Principles, Methods, Practices, and Tolerances“. Diese Norm befasst sich mit der Wellenausrichtung der gängigsten Maschinenkonfiguration: einer horizontalen Maschine mit einer antreibenden und angetriebenen Komponente, jeweils mit zwei Lagern (ein Satz mit vier Lagern) und einer flexiblen Kupplung zwischen den Wellen. „Teil 2: Wortschatz“ definiert die in Teil 1 verwendeten Begriffe. Teil 3, dessen Veröffentlichung für 2022 geplant ist, befasst sich mit der Wellenausrichtung vertikaler Maschinen.

Neben Leitlinien zu Wellenausrichtungstoleranzen bietet ANSI/ASA S2.75-2017 Methoden für manuelle und Lasermessungen. Außerdem werden Ausrichtungsqualitätsstufen festgelegt, Best Practices für Korrekturmaßnahmen beschrieben und grundlegende Montage- und Sockelprobleme behandelt. Darüber hinaus enthält das Dokument mehrere informative Anhänge, darunter:

Zu den grundlegenden Bedenken, die ANSI/ASA S2.75-2017 anspricht, gehören akzeptable Toleranzen für die relative Wellenposition (Wellenausrichtung). Außerdem werden Toleranzen für andere kritische Faktoren wie die Ebenheit und Nivellierung der Basis, Wellenschlag, Kupplungsschlag, Kippfuß und OLTR-Maschinenbewegung vorgeschrieben.

Darüber hinaus legt die Norm eine Toleranz für Rohr- und Leitungsspannungen fest, die „nicht ausreichen darf, um Änderungen in der Wellenausrichtung in einer Größenordnung von mehr als 50 Mikrometern (2 mil; mil = 1/1000 Zoll) vertikal oder horizontal zu verursachen, gemessen.“ an der Kupplung.“ Der beigefügte Anhang C bietet eine Methode zur Identifizierung und Korrektur dieses Zustands beim Ausrichten von Pumpenwellen.

Wichtig ist, dass ANSI/ASA S2.75-2017 einen umfassenden Ansatz für den Wellenausrichtungsprozess bietet, einschließlich eines Flussdiagramms, das wichtige Schritte und Entscheidungspunkte zeigt.

Von den beiden gängigen Methoden zur Bewertung der Wellenausrichtung (siehe Bild des oberen Rotators) verwendet eine den Versatz und die Winkligkeit zwischen den Wellenmittellinien, um die Ausrichtung anzuzeigen. Der andere berechnet den Versatz an jeder der beiden Kopplungsflächen relativ zum Abstand zwischen ihnen und ergibt ein Winkelpaar, das in Mil Versatz/Zoll Abstand (Mil/Zoll oder µm/mm) beschrieben wird.

ANSI/ASA S2.75-2017 bezeichnet das flexible Element zwischen den Kupplungsnaben als „Coupling Mechanical Link“ (CML). Die Winkligkeit zwischen dem CML und jeder Nabe, die an einem Punkt auftritt, der als Flexebene bezeichnet wird, gleicht die Fehlausrichtung von Welle zu Welle aus. Da diese beiden Biegeebenenwinkel die durch die flexible Kopplung geleistete Arbeit genauer darstellen als Versatz- und Winkligkeitswerte, verwendet ANSI/ASA S2.75-2017 diese Methode zur Festlegung von Ausrichtungstoleranzen.

Ein weiterer Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie die an beiden Biegeebenen erforderliche Toleranz von zwei Werten (einem Versatz und einem Winkel) auf einen einzigen Winkel reduziert, was die Umsetzung erleichtert.

ANSI/ASA S2.75-2017 bietet Ausrichtungsqualitätsstufen in der Einheit mils/in (µm/mm), basierend auf der Maschinenbetriebsgeschwindigkeit und den Biegeebenenwinkeln, direkt im Verhältnis zum Verhältnis des Versatzes an der Biegeebene zum Abstand der Biegeebene . Die Toleranzen werden in Tabellen und grafisch in einer Ausrichtungstabelle (Bild 1) dargestellt. Sie können auch mit der Formel in Gleichung 1 berechnet werden.

Das Diagramm hebt drei Ausrichtungsgrade hervor: AL4,5 = minimal; AL2.2 = akzeptabel; und AL1,2 = ausgezeichnet. Ein Maschinenhersteller, Dienstleister oder Endbenutzer kann je nach Maschinenkonstruktion und Betriebszustand unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit eine beliebige Ausrichtungsstufe wählen. Ein Pumpenhersteller, der robuste Maschinen für den rauen Einsatz baut, könnte also AL2.0 für seine Maschinen spezifizieren, während ein Werkzeugmaschinenhersteller, der einen außergewöhnlich reibungslosen Betrieb wünscht, möglicherweise AL1.0 spezifiziert. Eine Produktionsanlage könnte AL1.2 für neu installierte Maschinen vorgeben, AL2.2 jedoch zulassen, wenn Randbedingungen (z. B. Bolzen- oder Sockelbindung) Maschinenbewegungen einschränken.

Beispielsweise würde eine Messung des Kupplungsausrichtungsversatzes (umgekehrte Messuhr oder Lasersystem) von 0,004 Zoll an einer Biegeebene und ein Abstand der Biegeebene von 2 Zoll ein Verhältnis von 4 Mil/2 Zoll = 2 Mil/Zoll ergeben (Bild 4). . Das Diagramm der Ausrichtungsgrade (Bild 3) zeigt, dass bei 1.800 Umdrehungen pro Minute (U/min) ein Biegeebenenwinkel von 2 mil/in über AL2,2 und unter AL4,5 liegt. Um diese Ausrichtung auf AL1.2 zu verbessern, müssen beide Flexebenenwinkel weniger als 0,72 mil/Zoll betragen, mit einem tatsächlich gemessenen Versatz von weniger als 1,44 mil an jeder Flexebene. Diese Werte können aus der zuvor genannten Formel berechnet werden. Hinweis: Beide Biegeebenenwinkel müssen innerhalb der Toleranz liegen, sodass nur der größere der beiden ausgewertet werden muss.

Viele Ausrichtungstechniker sind mit den Toleranztabellen vertraut, die verschiedene Anbieter von Ausrichtungswerkzeugen bereitstellen. In der Regel geben diese Tabellen Wellenmittellinienversatz und Winkligkeitswerte für übliche Maschinendrehzahlen an, wenn der Kupplungsnabenabstand weniger als 4 Zoll beträgt, und Versatzwerte an der Kupplungsnabe, wenn der Abstand mehr als 4 Zoll beträgt. Diese Methode stellt einen Kompromiss zwischen Bedenken hinsichtlich der Kräfte dar, die eine Fehlausrichtung auf Kupplungen ausübt, und dem Wunsch nach Toleranzen in dem Format, das beliebt war, als die Kupplungsausrichtung nur mit geraden Kanten und Fühlerlehren durchgeführt wurde.

Der Einfachheit halber stellt ANSI/ASA S2.75-2017 Tabellen im Versatz- und Winkelformat mit Werten bereit, die den Toleranzen AL4.5 minimal, AL2.2 akzeptabel und AL1.2 ausgezeichnet entsprechen. Durch die Einhaltung dieser Werte wird die Konformität mit den entsprechenden Toleranzen in der Norm sichergestellt, die geometrischen Unterschiede zwischen den Toleranzformaten können jedoch zu einer engeren Ausrichtung als nötig führen. Das ist zwar nicht schlecht für die Maschine, kann aber zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand erfordern.

Bei ANSI/ASA S2.75-2017 handelt es sich nicht um ein Schulungshandbuch, es enthält jedoch Informationen und Richtlinien zum Bewegen von Maschinengehäusen – ein Schritt im Ausrichtungsprozess, der durch Probleme wie Kippfuß und Boden- oder Bolzenbindung vereitelt werden kann Bedingungen. Beispielsweise werden Abdrückschrauben und verwandte Techniken zur kontrollierten Einstellung der Maschinenposition erwähnt und die Bedeutung der Positionierung des Achsabstands (Kupplungsspalt) angesprochen. Obwohl der Umfang begrenzt ist, sind diese Informationen für Ausrichtungstechniker hilfreich, die auf diese Probleme stoßen.

Das Fehlen einer umfassenden Wellenausrichtungsnorm war ein Hindernis für die Entwicklung effektiver Schulungs- und Arbeitsabläufe. ANSI/ASA S2.75-2017 markiert einen neuen Tag für Endbenutzer, Instrumentenverkäufer und Berater, die sich mit der Ausrichtung von Maschinenwellen befassen. Mit einem umfassenden Standard, der unter Einbeziehung einer breiten Palette von Maschinentechnikexperten erstellt wurde, können Arbeitsabläufe und technische Spezifikationen übereinstimmen, und Wellenausrichtungstechniker müssen sich nicht auf einen Flickenteppich bewährter Verfahren und manchmal fehlerhafter Faustregeln verlassen.

Teil 1 von ANSI/ASA S2.75-2017 befasst sich mit der Ausrichtung gängiger Vierlagersätze mit flexiblen Kupplungen, und Teil 3, der demnächst veröffentlicht wird, befasst sich mit vertikalen Maschinen, die häufig über feste Kupplungen oder Kardanwellenantriebe verfügen. Auch wenn weitere Teile folgen werden, werden die Teile 1 und 3 zusammen das Hauptsegment gängiger Industriemaschinen abdecken.

Eugene Vogel ist Pumpen- und Vibrationsspezialist bei EASA, Inc. in St. Louis, Missouri. Er ist unter 314-993-2220 oder 314-993-1269 (Fax) erreichbar. Weitere Informationen finden Sie unter www.easa.com.