KOBLING AF UDFORDRINGER OG UDVIKLINGEN I KOBLINGER

Koblinger kan findes i mange vigtige anvendelser og repræsenterer en af de mest udfordrende boltforbindelser, der skal sikres. Og da maskiner fortsat bliver større og mere kraftfulde, bliver kravene til koblinger endnu større.

Koblinger er lige så gamle som selve industrialiseringen. Selv tidlige enkle maskiner, såsom bomuldsmøller og vindmøller er det blevet brugt, da de har brug for en eller anden måde at forbinde aksler.

Lige siden opfindelsen af dampturbinen tilbage i 1884 er skaftkoblinger blevet vigtige inden for energiproduktion og skibsfart. Som følge af at både turbiner og skibsfartøjer er steget i størrelse, har den mængde af kraft og drejningsmoment, der skal transmitteres, også steget. Dette har igen i høj grad øget kravene til aksler og koblinger og i tilfælde af boltekoblinger til selve boltene.

"I energiproduktion og den maritime industri har koblinger altid været der, og de har virkelig ikke udviklet sig meget," siger Martin Walsh, en ingeniør med over 30 års erfaring med at arbejde med store boltekoblinger. ”Hvis man ser på en kobling for 60-70 år siden, er det stort set det samme design og koncept som i dag. Imidlertid har teknikken bag dem udviklet sig meget. Især bolte er et område, hvor koblinger er blevet meget mere sofistikerede, og dette har gjort det muligt for mindre koblinger at overføre mere drejningsmoment. ”

En af de vigtigste funktioner i en boltet kobling er at opretholde akseljustering. I marine applikationer, hvor aksler typisk drejer ved lav hastighed, vil enhver forkert justering forårsage vibrationer, hvilket igen lægger unødvendig belastning på lejerne. I applikationer til elproduktion, hvor rotationen kan være så høj som 3.600 omdrejninger i minuttet, er selv den mindste vibration eller ujævne belastning uacceptabel. Det vil i høj grad begrænse vindmøllens evne til at køre med fuld effekt.

Af denne grund investeres der meget tid og ressourcer i optimering af akseljustering.

"Når du har tilpasset akseljusteringen, skal boltene holde den, som den blev indstillet, og bevare denne tilpasning i drift," siger Walsh. ”På et eller andet tidspunkt i fremtiden vil du tage disse bolte ud og frakoble akslen. Når du sætter det sammen igen, vil du have det til at være præcis der hvor det var før, fordi du allerede har investeret meget i at få justeringen rigtig. ”

I mange år var den mest almindelige boltningsløsning som standard med bolte, som er relativt billige og let tilgængelige. En bolt indsættes simpelthen gennem boringen og strammes med møtrikker i begge ender for at skabe en friktionsforbindelse. Men mængden af drejningsmoment, der kan overføres gennem friktion, er stærkt begrænset, og overdreven drejningsmoment kan føre til glidning og forkert justering. Mikrobevægelser og ujævn belastning kan derefter føre til beskadigede bolte og boringer.

Koblingen skal derfor genopbygges og skaftjustering genoprettes.

I teorien kan monterede bolte, der fylder boringen ud, tilbyde større momentkapacitet, da drejningsmomentet derefter drives igennem direkte forskydning over tværsnittet af bolten. I praksis er det vanskeligt at opnå en fuldstændig fastmonteret bolt, da boltens diameter reduceres, når den strammes. Dette skaber et mellemrum mellem bolten og boringen, hvilket fører til de samme problemer med glidning og boltfejl.

Dette behov for at etablere og vedligeholde akseljustering, selv efter at en kobling er blevet demonteret og samlet igen, har ført til den øgede anvendelse af ekspanderende bøsninger. Da ekspanderende muffebolte udvides i boringen, kan de sikre en fuldstændig fastmonteret bolt og en langt mere jævn belastningsfordeling.

Dette eliminerer bevægelse og glidning, så akseljustering automatisk skal genoprettes, når de ekspanderende bøsningsbolte er geninstalleret.

”Den ekspanderende bøsning har sandsynligvis været det største enkelt fremskridt i nøjagtighed gennem de sidste 30 år,” siger Steve Brown, Global Product Manager - Expansion Bolts, Nord-Lock Group. "Der er mange fordele og meget få ulemper - nem installation, nøjagtighed ved tilpasning, nemme at fjerne igen, genvinding af justering og med korrekt forberedte huller, genvinding af koncentricitet og genanvendelighed."

En nøglefaktor, der driver udviklingen af boltekoblinger, har været udviklingen inden for ingeniøranalyse. ”For 70-80 år siden var koblinger og bolte overkonstrueret og større, end de havde brug for at være, da ingeniører fejlede ved siden af forsigtighed,” siger Walsh. "Det var en situation, der eksisterede i mange brancher, fordi evnen til at foretage sofistikerede beregninger og simuleringer ikke var tilgængelig."

Nu har mange OEM'er evnen til at teste effekterne af temperatur, forskellige materialer og driftsforhold ved hjælp af computermodellering og simuleringer. På grund af kompleksiteten af roterende koblinger bliver finite element method (FEM) mere og mere almindelig til at identificere svage punkter og momenttolerance for specifikke installationer. Forskydningstest er også blevet anvendt med succes for at demonstrere de fysiske begrænsninger ved forskellige boltløsninger.

”Der er stadig plads til yderligere analyse, og det ville være nyttigt at se nøjagtigt, hvordan det nyere design af bolte med udvidede muffer sammenlignes med de ældre bolte, når det kommer til transmission af højere drejningsmoment,” tilføjer Walsh. "At have en fuld FE-analyse kan være en væsentlig fordel, da det viser potentialet for at reducere antallet af bolte og størrelsen på koblingen, især i industrier som f.eks. vindmøller, hvor de har tendens til at undgå boltekoblinger på grund af pladsbegrænsninger."

Behovet for at designe smartere og mindre koblinger vil fortsat være vigtigt, da turbiner og skibsfart fortsætter med at vokse i størrelse og output og har brug for at transmittere endnu mere drejningsmoment.

C.A. Parsons ”Turbinia”

1884 opfandt den britiske ingeniør Sir Charles Algernon Parsons den første dampturbine.

Hans første model genererede kun 7,5 kW elektricitet, men det demonstrerede det enorme potentiale for at generere elektricitet og til at drive skibe. I 1893 blev Parsons Marine Steam Turbine Company oprettet, og for at demonstrere kapaciteterne i den nye teknologi begyndte udviklingen af det eksperimentelle fartøj Turbinia.

Det nye skib var udstyret med tre aksialstrømsturbiner monteret på tre aksler, hvor hver aksel drev tre propeller. Efter afslutningen i 1894 var Turbinia det hurtigste skib i verden, der nåede hastigheder på op til 34 knob (63 km / t) - til sammenligning kunne Royal Navy's hurtigste skibe kun nå 27 knob.

I 1897 dukkede Turbinia uanmeldt op til Navy Review for Queen Victoria's Diamond Jubilee, og foran royalty og senior Navy-figurer var det i stand til klart at demonstrere sin overlegenhed i hastighed og magt. Inden for to år blev Parson's turbiner taget i brug af Royal Navy og kort efter brugt til at drive transatlantiske passagerskibe med.

Sir Charles Algernon Parsons designs oplevede også, at dampturbiner hurtigt blev opskaleret, hvilket gjorde det muligt at generere billig og rigelig elektricitet. I 1899 blev den første megawatt-turbine bygget i et kraftproduktionsanlæg i Tyskland, og inden for Parsons 'levetid blev hans opfindelse taget i brug af alle større kraftværker i verden.

Lad os holde sammen

Behovet for at samle komponenter i boltsamlinger går langt tilbage. Længe var den gennemgående bolt standard til gevindfastgørelse. Bolten indsættes gennem boringen og strammes med møtrikker i begge ender for at skabe en friktionsforbindelse. For stort drejningsmoment kan føre til glidning og forkert justering, hvilket igen kan føre til beskadigede bolte og boringer.

Den ekspanderende muffekoblingsbolt er en nyere opfindelse, som løser disse problemer. Det udvider sig i boringen og sikrer en virkelig monteret bolt sammen med en mere jævn belastningsfordeling. Det forenkler også installation og fjernelse samt eftermontering.