Мембранные муфты: принципы работы, преимущества и руководство по выбору

Во время планового исследования вибрации на высокоскоростной компрессорной установке инженеры обнаружили всплеск скорости на 4,5 мм/с на конце привода двигателя. Причиной стала изношенная зубчатая муфта, сухая от нехватки смазки. Замена его на диафрагменную муфту устранила проблему навсегда. Мембранные муфты представляют собой несмазываемые гибкие металлические муфты, которые допускают перекосы и при этом передают полный номинальный крутящий момент. Они стали выбором по умолчанию для высокоскоростного вращающегося оборудования не потому, что они новы, а потому, что решают реальные эксплуатационные проблемы.

Что такое мембранная муфта?

Мембранная муфта соединяет два вала с помощью одной или нескольких тонких металлических диафрагм. Крутящий момент передается от ведущего фланца через гибкую диафрагму к ведомому фланцу. Диафрагма спроектирована так, чтобы изгибаться контролируемым образом, что позволяет ей компенсировать угловое смещение, параллельное смещение и осевое смещение без скользящих частей и люфта.

В отличие от зубчатых муфт, мембранные муфты не используют смазанные зубья. Металлический изгиб осуществляется за счет упругой деформации, поэтому фрикционный износ отсутствует. Это дает несколько практических преимуществ:

• Не требуется система смазки или уплотнения, что сокращает необходимость технического обслуживания и исключает утечки масла.
• Широкий диапазон рабочих температур, обычно от -40 °C до более 250 °C в зависимости от материала.
• Плавная передача крутящего момента без периодического шума зубьев.
• Отсутствие люфта делает их пригодными для прецизионных и реверсивных приводов.
• Предсказуемая жесткость на кручение, которая помогает избежать критических проблем со скоростью в высокоскоростных поездах.

Мембранная муфта и зубчатая муфта: ключевые различия

Наиболее частое сравнение при проектировании вращающегося оборудования проводится между зубчатыми и мембранными муфтами. В таблице ниже приведены наиболее важные различия в обслуживании.

Для более глубокого инженерного сравнения читайте почему мембранная муфта часто более подходит, чем зубчатая муфта .

Однодисковые, двухдиафрагменные конструкции и конструкции с промежуточным валом

Мембранные муфты изготавливаются в нескольких конфигурациях. Однодисковый агрегат имеет один гибкий элемент и выдерживает умеренные угловые перекосы. Если вам требуется большее параллельное смещение или большая податливость, в двухдиафрагменной муфте используются два гибких элемента, разделенных центральной прокладкой. Это наиболее распространенная промышленная конфигурация, поскольку она обеспечивает компенсацию как угла, так и смещения, не создавая при этом больших сил реакции на подшипники.

Двухмембранная муфта JMII для компактных промышленных трансмиссий В этой дисковой муфте из нержавеющей стали используются два гибких элемента и центральная прокладка для компенсации углового и параллельного смещения. Его компактная цельная конструкция подходит для передачи на короткие расстояния в насосах, станках и системах автоматизации. Посмотреть продукт →

Для более длинных промежутков между машинами мембранная муфта с промежуточным валом соединяет два мембранных пакета с помощью легкой трубки. Такое расположение позволяет инженерам преодолевать большие расстояния, поддерживать баланс системы и снижать общий вес по сравнению с цельным цельным валом. Он широко используется в насосных и моторных поездах, градирнях и генераторных установках.

Мембранная муфта JMIJ с промежуточным валом для больших пролетов Эта муфта соединяет два пакета диафрагм с помощью легкого промежуточного вала, обеспечивая передачу крутящего момента на большие расстояния, одновременно уменьшая вес и сохраняя баланс. Идеально подходит для насосно-моторных поездов, градирен и генераторных установок. Посмотреть продукт →

В обеих конструкциях используется один и тот же принцип, не требующий обслуживания: металлическая диафрагма упруго изгибается, возвращается к исходной форме при снятии нагрузки и никогда не требует смазки. Выбор между ними зависит от пролета и требуемой мощности перекоса.

Как выбрать мембранную муфту

Выбор правильной мембранной муфты является простым процессом, если учесть следующие данные применения:

• Номинальный крутящий момент и коэффициент эксплуатации — рассчитайте фактически передаваемый крутящий момент и примените коэффициент ударных нагрузок, пусковой частоты и скорости.
• Рабочая скорость — убедиться, что максимальная скорость муфты превышает максимальную скорость машины, и проверить критические запасы скорости для высокоскоростных поездов.
• Требования к перекосу - определить угловые, параллельные и осевые смещения, ожидаемые в результате теплового роста, осадки фундамента или производственных допусков.
• Размеры отверстий и шпоночные канавки — подогнать отверстие муфты под оба диаметра вала; Нестандартные отверстия являются обычным явлением и должны быть указаны при заказе.
• Космический конверт — измерьте расстояние между концами вала и имеющимся радиальным пространством.
• Окружающая среда — учитывать требования к температуре, влажности, химическому воздействию и промывке. Мембраны и крепежные детали из нержавеющей стали могут быть заказаны для коррозионно-активных зон.
• Качество баланса — для высокоскоростных или прецизионных приводов укажите класс балансировки, например G2,5 или G1, согласно ISO 21940.

Зная эти параметры, инженеры могут рассчитать размер муфты, используя значения крутящего момента и перекоса, указанные производителем. Поскольку гибкий элемент не является изнашиваемой деталью, одну и ту же муфту часто можно повторно использовать в новой установке при условии проверки переходников отверстий и расстояния.

Где используются мембранные муфты

Мембранные муфты появляются везде, где важны надежность и чистота. Они являются стандартным выбором для компрессоров, насосов, генераторов, газовых турбин и другого высокоскоростного вращающегося оборудования. Их используют в химической, нефтехимической, морской и энергетической отраслях, поскольку они устраняют утечки масла и сокращают объем технического обслуживания в удаленных или труднодоступных местах. В тяжелой промышленности, например, в сталелитейной и горнодобывающей промышленности, мембранные муфты все чаще используются в приводах, в которых ранее использовались зубчатые муфты, особенно там, где затраты из-за простоя высоки.

Производители муфт по индивидуальному заказу обслуживают эти промышленные сектора с проточенными и сбалансированными узлами, часто изготавливаемыми в соответствии с существующими конструкциями без замены оборудования. Хорошо изготовленная мембранная муфта может прослужить долгие годы без какого-либо вмешательства, кроме периодического визуального осмотра.

Рекомендации по установке и техническому обслуживанию

Качество установки оказывает сильное влияние на срок службы мембранной муфты. Гибкий элемент допускает определенное несовпадение, но не дает права на грубое выравнивание. Всегда следуйте этим правилам:

• По возможности выровняйте валы при рабочей температуре; термический рост изменяет значения холодного выравнивания.
• Проверьте осевое расстояние, чтобы мембранный пакет работал в пределах предполагаемого диапазона осевого перемещения.
• Затяните болты ступицы и гибкого элемента с моментом, указанным производителем, с помощью калиброванного динамометрического ключа.
• Проверьте отверстия для болтов на правильность посадки; Мембранная муфта чувствительна к неравномерному зажатию болтов.
• После установки медленно поверните узел и измерьте биение по наружному диаметру фланцев.

Периодическое техническое обслуживание ограничивается проверкой диафрагмы на наличие трещин, коррозии и состояния болтов. Смазка не требуется, поэтому многие пользователи при капитальном ремонте переоборудуют любой проблемный зубчатый привод на мембранную муфту.

Заключение

Мембранные муфты обеспечивают уникальное сочетание отсутствия смазки, предсказуемого усталостного ресурса и чистой работы. Для высокоскоростных машин или машин с высоким крутящим моментом, где простои обходятся дорого, они стали предпочтительной альтернативой зубчатым муфтам. Определив крутящий момент, скорость, перекос и размеры вала, вы можете выбрать стандартный узел или изготовленную по индивидуальному заказу мембранную муфту, которая будет надежно работать в течение многих лет. Если вы заменяете изношенную муфту на ответственном приводе, простая замена необслуживаемой мембранной муфты часто устраняет основную причину повторяющихся сбоев.