Wyjaśnienie sprzęgieł membranowych: konstrukcja, ograniczenia niewspółosiowości i zastosowania

W petrochemicznym układzie pomp obiegowych co dziewięć miesięcy gubi się sprzęgło. Główną przyczyną był kołnierz wylotowy silnika umieszczony 1,2 mm nad wlotem pompy, co mieści się w granicach tolerancji ustawienia na zimno, ale jest destrukcyjne dla nasmarowanych zębów przekładni przy 3600 obr./min. Zespół konserwacyjny przeszedł na sprzęgło dwumembranowe z przekładką, a okres wymiany wydłużył się do czterech lat. Wynik ten jest typowy: sprzęgła membranowe ulegają awariom rzadziej, ponieważ nie mają zębów, które mogłyby się zużywać, nie mogą tracić smaru ani nie zużywają się elastomeru.

Jak działa sprzęgło membranowe

Sprzęgło membranowe przenosi moment obrotowy poprzez cienką metalową tarczę lub zestaw cienkich tarcz, przykręconych na przemian do kołnierzy napędzających i napędzanych. Kiedy rozpoczyna się obrót, ścieżka momentu obrotowego przechodzi przez membranę pod wpływem ścinania i rozciągania wokół okręgu śrubowego. Tarcza odkształca się elastycznie, absorbując ruchy kątowe i osiowe, co sprawia, że ​​sprzęgło jest elastyczne.

Kompletny zespół zwykle zawiera lewą piastę, pakiet membran, wałek dystansowy, drugi pakiet membran i prawą piastę. Wałek dystansowy pozwala sprzęgłu wypełnić szczelinę pomiędzy dwoma wałami maszynowymi, a także jest elementem umożliwiającym konstrukcje z podwójnym ugięciem.

Prawie przy każdej decyzji dotyczącej sprzęgła membranowego obowiązują dwie zasady. Po pierwsze, pojedynczy zestaw membran radzi sobie tylko z niewspółosiowością kątową. Jeśli maszyna ma równoległe przesunięcie wału, potrzebne są dwa zestawy membran oddalonych od siebie, ponieważ taka kombinacja tworzy pływającą sekcję środkową, która przekłada się na odchylenie kątowe. Po drugie, ponieważ moment obrotowy przepływa przez wstępnie naprężone połączenia śrubowe, sprzęgła membranowe są z natury pozbawione luzów.

Konstrukcje z pojedynczą i podwójną membraną

To rozróżnienie ma większe znaczenie, niż przyznaje większość porównań arkuszy danych. Sprzęgło jednomembranowe jest sztywne we wszystkich kierunkach z wyjątkiem osiowego i kątowego. Pasuje do silników o bliskim sprzężeniu, enkoderów i czujników momentu obrotowego, w których wały są wyrównane z dokładnością do ułamków milimetra. Jednostka z podwójną membraną to właściwy wybór, gdy trzeba zaakceptować zmierzone przesunięcie i nadal płynnie przenosić moment obrotowy.

Pojedyncze pakiety membran wykonane z wytrzymałego stopu aluminium utrzymują niską bezwładność, co jest cenne w przypadku serwoosi i stołów pozycjonujących. Ta konfiguracja jest dostępna z piastami zaciskowymi w szerokim zakresie średnic.

RSK-CPSM Aluminiowe sprzęgło jednomembranowe z piastami zaciskowymi W tym sprzęgle zastosowano tuleję ze stopu aluminium o wysokiej wytrzymałości i membranę ze stali nierdzewnej 304. Jego niska bezwładność i wysoka sztywność momentu obrotowego są odpowiednie dla osi serwo i stołów pozycjonujących wymagających precyzyjnej kontroli obrotu. Zobacz produkt →

Gdy układ napędowy ma przesunięcie równoległe, którego nie można wyeliminować, aluminiowe sprzęgło z podwójną membraną jest praktyczną odpowiedzią na kompaktowe wrzeciona CNC i osie maszyn.

RSK-CPLF Aluminiowe sprzęgło z podwójną membraną do wrzecion CNC Wyposażone w krótki zacisk z tuleją ze stopu aluminium i membranami ze stali nierdzewnej, sprzęgło to radzi sobie z przesunięciem równoległym w kompaktowych wrzecionach CNC i osiach maszyn, zapewniając precyzyjne sterowanie serwomotorami i silnikami krokowymi. Zobacz produkt →

Gdzie sprzęgła membranowe zarabiają na życie

Sprzęgła membranowe są standardem w sprzęcie obrotowym, gdzie przestoje są kosztowne, a prędkości duże. Najczęstszym zadaniem są maszyny turbo: turbiny parowe i gazowe, sprężarki odśrodkowe i duże pompy procesowe. Maszyny te pracują z tysiącami obrotów na minutę, w miarę nagrzewania rosną o kilka milimetrów i nie tolerują sprzęgów wymagających konserwacji pomiędzy remontami. Stalowe sprzęgło membranowe z dwoma elastycznymi pakietami i przekładką radzi sobie we wszystkich tych warunkach bez smarowania.

Zakres zastosowań jest jednak szerszy niż w przypadku turbin. Na stanowiskach testowych o dużej prędkości testowane są sprzęgła membranowe pomiędzy silnikiem napędowym a kołnierzem momentu obrotowego, gdzie zerowy luz i stabilny stopień wyważenia mają większe znaczenie niż rzeczywisty moment obrotowy. Morskie napędy pomocnicze wykorzystują je tam, gdzie atmosfera wody morskiej mogłaby zaszkodzić smarowanym sprzęgom. Jeśli chodzi o precyzję, serwoprzekładnie, śruby kulowe i wrzeciona CNC wykorzystują małe aluminiowe sprzęgła membranowe, ponieważ nie powodują one luzów i utrzymują niską bezwładność.

Do pracy komory testowej przy prędkościach do 10 000 obr./min dostosowane do indywidualnych potrzeb sprzęgło membranowe o dużej prędkości równoważy wiele pakietów membran z wąskimi tolerancjami produkcyjnymi i udokumentowanym stopniem wyważenia, zapewniającym trwałą pracę przy dużych prędkościach.

Kryteria wyboru i typowe błędy specyfikacji

Wybierz sprzęgło membranowe, definiując sześć parametrów przed przejrzeniem katalogu:

1. Moment obrotowy: należy zastosować moment szczytowy lub przeciążeniowy, a nie tylko moment znamionowy silnika i zastosować współczynnik bezpieczeństwa od 1,5 do 2 dla obciążeń cyklicznych.
2. Niewspółosiowość: mierzyć wartości kątowe i przesunięcia w temperaturze roboczej i uwzględniać wzrost temperatury obudów maszyn.
3. Prędkość: potwierdzić maksymalne obroty sprzęgu i nachylenie równowagi w stosunku do najszybszej ciągłej prędkości, jaką osiągnie pociąg.
4. Przesuw osiowy: uwzględnij wydłużenie wału i wybierz konstrukcję z podwójnym ugięciem z przekładką, jeśli skok przekracza kilka dziesiątych milimetra.
5. Otwór i montaż: wybierać między piastami zaciskowymi a piastami wpustowymi; piasty zaciskowe upraszczają montaż i eliminują luz klinowy.
6. Środowisko: temperatura, wilgotność i zmywane chemikalia decydują o rodzinie materiałów, zazwyczaj jest to aluminium lub stal nierdzewna.

Powtarzają się dwa błędy w specyfikacji. Pierwszym z nich jest zbyt mały rozmiar dla maksymalnego momentu obrotowego: sprzęgło, które wytrzymuje statycznie moment obrotowy 1000 Nm, może nie wytrzymać cyklicznego momentu obrotowego 500 Nm przy 6000 obr/min przez czas nieokreślony, ponieważ membrana ulega uszkodzeniu pod wpływem zmęczenia, a nie przeciążenia statycznego. Drugim jest ignorowanie sztywności osiowej. W maszynie blisko sprzężonej osiowo sztywne sprzęgło może wcisnąć znaczną siłę do łożysk urządzenia, gdy wały rosną pod wpływem ciepła, dlatego określony przesuw osiowy musi być dostosowany do rzeczywistego wzrostu termicznego.

Porównanie sprzęgieł membranowych z konstrukcjami przekładniowymi i elastomerowymi

Sprzęgła membranowe zwykle konkurują ze sprzęgłami zębatymi i sprzęgłami elastomerowymi.

Sprzęgła zębate zapewniają większy moment obrotowy w zależności od rozmiaru i tolerują większe niewspółosiowości, ale wymagają smaru, ich luz stale rośnie w miarę zużycia zębów i wymagają zdyscyplinowanej konserwacji. Sprzęgła elastomerowe są niedrogie i wybaczają wiele błędów, ale zmiękczają układ napędowy, obniżają częstotliwości własne i szybciej się zużywają przy ciągłym momencie obrotowym. Sprzęgło membranowe znajduje się pomiędzy nimi: zerowe smarowanie, zerowy luz, wysoka sztywność skrętna i umiarkowana zdolność do niewspółosiowości przy przewidywalnej trwałości zmęczeniowej. Inżynierowie, którzy chcą zapoznać się z szerszą logiką wydajności stojącą za tym kompromisem, mogą przeczytać podsumowanie zalety sprzęgła na stronie firmowej.

Konserwacja i oczekiwany okres użytkowania

Sprzęgła membranowe są często oznaczone jako bezobsługowe, ponieważ nie zawierają części smarowanych. W praktyce oznacza to, że konserwacja ma charakter okresowy i wizualny, a nie stały.

• Sprawdź pakiety membran pod kątem pęknięć, wżerów lub korozji, zwłaszcza wokół otworów na śruby.
• Po pierwszych tygodniach pracy i po każdym remoncie sprzęgła należy sprawdzić momenty dokręcania śrub.
• Po otwarciu maszyny w celu konserwacji należy sprawdzić wyrównanie, znaki wyważenia i stan elementów złącznych.

Żywotność jest ograniczona zmęczeniem metalu, a nie zużyciem ślizgowym. Duże przemysłowe sprzęgła membranowe w czystym środowisku zwykle wymagają wymiany pakietu membran po upływie dziesięciu lat. W przypadku pojawienia się pęknięć zmęczeniowych pakiet membrany jest wymieniany jako moduł, a piasty i element dystansowy mogą nadal pracować, co pozwala utrzymać niskie koszty cyklu życia.

Niezawodnym sposobem określenia sprzęgła membranowego nie jest wybieranie go wyłącznie na podstawie rozmiaru otworu. Zdefiniuj kopertę momentu obrotowego, rzeczywistą niewspółosiowość pomiędzy kołnierzami w temperaturze roboczej, klasę prędkości i wyważenia oraz przemieszczenie osiowe generowane przez sprzęt. Po zapisaniu tych liczb wybór projektu staje się prosty. Jiangsu Rokang produkuje aluminiowe i stalowe sprzęgła jedno- i dwumembranowe oraz jednostki szybkoobrotowe do obrotowego sprzętu badawczego, a cały asortyment jest organizowany według dyżurów strona korporacyjna .