مسئله ترک ماهیت و پیچیدگی‌های خاص خودش را دارد. معمولاً با ايجاد ترك در يك ماشین، سفتي سازه تشکیل‌دهنده ماشین دچار تغييراتي محلي شده و درنتيجه رفتار ارتعاشي سازه دستخوش تغيير می‌شود. ازآنجایی‌که فرکانس طبیعی به میزان سختی بستگی دارد؛ ترک میزان سختی را تغییر داده و بنابراین فرکانس طبیعی نیز به‌این‌علت تغییر می‌کند. نه‌تنها اولین مود فرکانس طبیعی در ارتعاش با یک درجه آزادی تغییر می‌کند، بلکه فرکانس‌های طبیعی تمام مودهای ارتعاشی نیز تغییر می‌کنند. این تغییر معمولاً به صورت کاهش در فرکانس طبیعی است.
نشانگرهای وجود ترک
اصل اساسی هنگام گسترش ترک این است که سختی روتور در جهت عمود بر جهت ترک کاهش مییابد. برای درک بهتر مسئله خط کش فولادی تختی را در نظر بگیرید. با استفاده از یک نخ وزنه سنگینی را به انتهای خط کش ببندید. وقتی خط کش را می‌چرخانیم، هنگامی‌که خط کش رو به بالا قرار می‌گیرد، انحنای زیادی رخ می‌دهد. وقتی خط کش 90 درجه بچرخد، لبه خط کش رو به بالا قرار می‌گیرد و به‌سختی می‌توان انحنایی را دید. بنابراین، در یک دور چرخش خط کش، دو بار انحنای زیادی اتفاق می‌افتد، و در دو لحظه انحنا تقریباً صفر خواهد بود.
دو انحنای زیاد در هر دور چرخش، باعث ایجاد ارتعاش در فرکانس 2X می‌شود. برای شفتی که یک‌طرف آن بار وجود دارد نیز همین اتفاق می‌افتد، مانند توربینی که تحت جاذبه می‌باشد. اگر ترکی روی محیط روتور گسترش پیدا کند، عمود بر محور شفت، سختی در صفحه عمود به ترک کاهش مییابد ولی در صفحه متعامد دیگر ثابت باقی می‌ماند.
شکل 1 شفت ترکدار
دو نشانه اساسی برای وجود ترک در شفت توربین به قرار زیر است:
1- تغییرات غیرمنتظره در دامنه و فاز 1X
اولین نشانه حیاتی وجود ترک، تغییرات در دامنه و فاز 1X است. همچنین در توربو ماشین‌هایی که با سنسورهای غیر تماسی مانند ادی کارنت پراکسیمیتی پراب، ارتعاش شفت را اندازه‌گیری می‌کند، ممکن است بردار کمانشی در دور آرام مشاهده شود.
خمیدگی شفت حاصل از ترک عرضی، تغییراتی در دامنه و فاز 1X ایجاد می‌کند. باید توجه داشت که دامنه و فاز ممکن است بیشتر یا حتی کمتر شود. بنابراین، هرگونه تغییری در دامنه و فاز زنگ خطری برای احتمال ترک می‌باشد.
2- ایجاد فرکانس ارتعاش 2X
نشانه مهم دیگر وجود ترک، ایجاد فرکانس ارتعاش 2X در طیف فرکانسی است. علت این فرکانس، ناشی از نامتقارنی در سختی شفت در جهت افقی در مقابل نیروهای شعاعی مانند جاذبه می‌باشد. اگر طیف فرکانسی را هنگام راه‌اندازی ماشین یا توقف آن مشاهده کنید؛ زمانی که دور ماشین در محدوده نصف سرعت بحرانی باشد؛ فرکانس دو برابر دور یا 2X به‌طور خاص برجسته می‌شود.
وقتی سرعت افزایش پیدا می‌کند دامنه ارتعاش 2X کاهش مییابد. هنگامی‌که روتور از سرعت بحرانی می‌گذرد، علاوه برافزایش ارتعاش 2X فرکانس 3X و 4X نیز ممکن است وجود داشته باشند. وقتی روتور به‌سرعت نهایی میرسد، دامنهX 1 ممکن است با فرکانس 2X همراه باشد. باید در نظر داشت عوامل دیگری نظیر بار، جریان محلی، شرایط بخار یا دیگر پارامترهای کارکرد می‌توانند تغییر کنند و باعث تغییرات در دامنه و فاز 1X و 2X شوند.
نابالانسی و وزش حرارتی در یک توربین بخار بزرگ می‌تواند باعث دامنه زیاد 1X و عدم هم‌محوری نیز می‌تواند باعث دامنه زیاد در 1X و 2X گردد. در تمامی این عیوب اگر تمهیدات اصلاحی مانند الاینمنت کردن یا بالانس کردن شفت، منجر به کاهش ارتعاشات نشود، به‌احتمال‌زیاد مشکل ارتعاشات به علت ترک شفت می‌باشد.
همچنین یک تغییر سریع در زاویه فاز می‌تواند نشانه وقوع ترک باشد. یک تغییر در فاز به تغییر در زمان انتقال نیرو بین دو مبدل اشاره می‌کند، خصوصاً تغییر در زمان ایجاد نیرو و رسیدن آن به مکان نسور. اگر چه تغییر زاویه فاز علاوه بر ترک، ناشی از عوامل متعددی مانند لقی، شرایط بالانس و درستی فونداسیون بوده که همگی آن‌ها روی امپدانس مکانیکی اثر می‌گذارند؛ ولی تغییرات زاویه فاز نسبت به ترک حساسیت بیشتری دارد.
