Разбиране на аксиалните вибрации във въртящи се машини
Определение: Какво е аксиална вибрация?
Аксиална вибрация (наричано още надлъжна вибрация или вибрация на тягата) е движението напред-назад на ротор в посока, успоредна на оста му на въртене. За разлика от странична вибрация което е движение от страна до страна, перпендикулярно на вала, аксиалната вибрация представлява движението на вала навътре и навън по неговата дължина, подобно на движението на буталото.
Въпреки че обикновено са с по-ниска амплитуда от страничните вибрации, аксиалните вибрации са силно диагностични за определени видове машинни повреди, особено несъответствие, проблеми с аксиалните лагери и проблеми, свързани с процеса в помпите и компресорите.
Характеристики и измерване
Посока и движение
Аксиални вибрации възникват по централната ос на вала:
- Движението е успоредно на оста на въртене на вала
- Роторът се движи напред-назад подобно на възвратно-постъпателно движение
- Обикновено се измерва в корпусите на лагерите или краищата на вала
- Амплитудата обикновено е по-малка от радиалната вибрация, но е силно диагностично значима.
Настройка на измерването
Аксиалните вибрации изискват специфичен монтаж на сензора:
- Ориентация на сензора: Акселерометър или датчик за скорост, монтиран успоредно на оста на вала
- Типични местоположения: Върху капачки на лагерни корпуси, камбани на двигателни краища или корпуси на аксиални лагери
- Сонди за близост: Може да измерва аксиалното положение директно, когато е монтирано срещу повърхността на края на вала
- Значение: Често пренебрегвано, но критично важно за пълната диагностика на машините
Основни причини за аксиални вибрации
1. Неправилно подравняване (най-честа причина)
Несъосност на вала, особено ъгловото несъосие, е водещата причина за аксиални вибрации:
- Симптом: Висока 1X или 2X аксиална вибрация при скорост на движение
- Механизъм: Ъгловото отместване между свързаните валове създава осцилиращи аксиални сили, предавани през съединителя
- Диагностичен индикатор: Амплитудата на аксиалните вибрации > 50% или радиалните вибрации силно подсказва за несъосност
- Фазова връзка: Аксиални вибрации на задвижващия и незадвижващия край, обикновено на 180° извън фаза
2. Дефекти на аксиалните лагери
Проблеми с аксиалните лагери, които контролират аксиалното положение на вала, причиняват характерни аксиални вибрации:
- Износване или повреда на аксиалния лагер
- Недостатъчно предварително натоварване на аксиалния лагер
- Повреда на аксиалния лагер, позволяваща прекомерен аксиален хлабина
- Проблеми със смазването, специфични за аксиалните лагери
3. Хидравлични или аеродинамични сили
Процесните сили в помпите, компресорите и турбините създават аксиални сили:
- Кавитация на помпата: Свиването на парните мехурчета създава аксиални ударни сили
- Дисбаланс на работното колело: Асиметричният поток създава осцилираща аксиална тяга
- Аксиална турбулентност на потока: В аксиални компресори и турбини
- Нарастващо: Пренапрежението на компресора създава силни аксиални вибрации
- Рециркулация: Непроектна експлоатация, причиняваща нестабилност на потока
4. Механична хлабавост
Прекомерните хлабини позволяват аксиално движение:
- Износени повърхности на аксиалните лагери
- Компоненти за хлабаво свързване
- Недостатъчно аксиално ограничение в конструкцията на лагера
- Износени дистанционни вложки или подложки
5. Проблеми със свързването
Износването или неправилният монтаж на съединителя генерира аксиални вибрации:
- Износени зъби на зъбната муфа, позволяващи аксиално плаване
- Неправилно монтирани гъвкави съединители
- Грешки в дължината на дистанционните елементи на съединителя
- Ъгли на универсалните шарнири, създаващи компоненти на аксиалната сила
6. Проблеми с термичния растеж
Различното термично разширение може да предизвика аксиални сили:
- Термично разширение на тръбите при натискане/издърпване на оборудване
- Неравномерно термично нарастване между свързаните машини
- Слягане на основите, влияещо върху аксиалното подравняване
Диагностично значение
Диагностика на неправилно подравняване
Аксиалната вибрация е ключовият индикатор за диагностициране на несъосност:
- Правило: Ако аксиалната вибрация е > 50% или радиалната вибрация, има съмнение за несъосност.
- Честотно съдържание: Преобладаващо 2X за паралелно отместено несъответствие; 1X и 2X за ъглово несъответствие
- Фазов анализ: Фазова разлика от 180° между аксиалните измервания в противоположните краища потвърждава несъответствие
- Потвърждение: Висока аксиална вибрация, която намалява значително след прецизно подравняване, потвърждава диагнозата
Диагностика на помпи и компресори
За въртящо се оборудване, работещо с течности:
- Кавитация: Високочестотни, произволни аксиални вибрации с широколентови характеристики
- Хидравличен дисбаланс: 1X аксиална вибрация от асиметрично натоварване на работното колело
- Пренапрежение: Аксиално трептене с голяма амплитуда и ниска честота
- Честота на преминаване на острието: Аксиалният компонент при честотата на преминаване на лопатката показва проблеми с потока
Оценка на състоянието на лагерите
- Внезапното увеличаване на аксиалните вибрации може да показва износване на аксиалния лагер
- Аксиални вибрации с честоти на дефект на аксиалния лагер потвърждават проблем с лагера
- Прекомерното аксиално плаване, измерено с безконтактни сонди, показва износване на лагера
Приемливи нива и стандарти
Общи насоки
Докато стандарти като ISO 20816 се отнасят предимно до радиалните вибрации, границите на аксиалните вибрации обикновено се изразяват като:
- Относно радиалното: Аксиалното трябва да бъде < 50% радиални вибрации при нормални условия
- Абсолютни граници: Обикновено 25-50% от границите на радиални вибрации за класа на машината
- Сравнение на базовите нива: Увеличения на 50-100% от първоначалното разследване на заповедта
Стандарти, специфични за оборудването
- API 610 (Центребожни помпи): Определя както радиални, така и аксиални граници на вибрации
- API 617 (Центребожни компресори): Включва критерии за приемане на аксиални вибрации
- Турбомашини: Често се наблюдава непрекъснато с аксиални сензори за положение и вибрации
Методи за корекция и смекчаване
За несъответствие
- Прецизно центриране на валовете: Използвайте инструменти за лазерно подравняване, за да коригирате ъгловото и паралелното несъответствие
- Корекция на мекия крак: Уверете се, че всички монтажни крачета са поставени равномерно преди подравняване
- Съображения за термичен растеж: Отчитане на разширението при работна температура при подравняване
- Облекчаване на напрежението в тръбите: Елиминирайте силите в тръбопроводите, които изкривяват оборудването от подравняването му
За проблеми с аксиалните лагери
- Сменете износените компоненти на аксиалния лагер
- Проверете правилното предварително натоварване и хлабини на аксиалния лагер
- Осигурете адекватно смазване на повърхностите на аксиалните лагери
- Проверете за правилен монтаж и подложки на аксиалния лагер
За аксиални сили, свързани с процеса
- Премахване на кавитацията: Увеличете входното налягане, намалете температурата на флуида, проверете за запушвания на входа
- Оптимизиране на работната точка: Работете с помпи и компресори в рамките на проектния диапазон
- Баланс на хидравличните сили: Използвайте балансиращи отвори или задни лопатки на работното колело
- Контрол против пренапрежение: Внедрете ефективно предотвратяване на пренапрежение за компресорите
За механични проблеми
- Сменете износените съединители и компоненти на съединителя
- Затегнете хлабавите механични връзки
- Проверете правилните размери на дистанционните вложки и подложките
- Осигурете правилен монтаж на съединителя съгласно спецификациите на производителя
Най-добри практики за измерване
Монтаж на сензора
- Твърд монтаж: Използвайте шпилки или лепило, вместо магнити за аксиални измервания, когато е възможно
- Проверете ориентацията: Уверете се, че сензорът е наистина успореден на оста на вала (не под ъгъл)
- И двата края: Измерете аксиалните вибрации както на задвижващия, така и на незадвижващия край за сравнение на фазите
- Сонди за близост: За критично оборудване инсталирайте постоянни сензори за аксиално положение
Събиране на данни
- Винаги събирайте аксиални данни заедно с хоризонтални и вертикални радиални измервания
- Запишете фазовите зависимости между аксиалните измервания на различни места
- Сравнете съотношенията на аксиалната и радиалната амплитуда
- Следете тенденцията на аксиалните вибрации във времето, за да откриете развиващи се проблеми
Сравнение на аксиални и радиални вибрации
Ключови разлики
| Аспект | Радиална (странична) вибрация | Аксиални вибрации |
|---|---|---|
| Посока | Перпендикулярно на оста на вала | Успоредно на оста на вала |
| Типична амплитуда | По-високо | По-ниско (обикновено < 50% радиален) |
| Основни причини | Дисбаланс, огънат вал, дефекти в лагерите | Несъосност, проблеми с аксиалните лагери, технологични сили |
| Диагностична стойност | Общо състояние на машините | Специфично за проблеми с несъосността и тягата |
| Приоритет на мониторинга | Основен фокус | Вторично, но критично за диагнозата |
Приложения в индустрията
Мониторингът на аксиалните вибрации е особено важен за:
- Центробежни помпи: Хидравлични сили и откриване на кавитация
- Компресори: Мониторинг на аксиалните лагери и откриване на пренапрежение
- Турбини: Аксиални сили върху лопатките на турбината и състояние на аксиалния лагер
- Свързано оборудване: Проверка на подравняването и условие за свързване
- Процесно оборудване: Мониторинг на състоянието на потока
Въпреки че аксиалните вибрации често са засенчени от по-забележимите радиални вибрации, опитните анализатори на вибрации признават тяхната критична диагностична стойност. Много проблеми с машините, които биха могли да бъдат пропуснати чрез изследване само на радиалните вибрации, се разкриват ясно от моделите на аксиални вибрации, което ги прави съществен компонент от цялостните програми за мониторинг на състоянието на машините.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 