Pochopení axiálních vibrací v rotačních strojích

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to axiální vibrace?

Axiální vibrace (nazývané také podélné vibrace nebo tahové vibrace) je pohyb tam a zpět rotor ve směru rovnoběžném s jeho osou otáčení. Na rozdíl od boční vibrace což je pohyb ze strany na stranu kolmý k hřídeli, axiální vibrace představuje pohyb hřídele dovnitř a ven podél své délky, podobně jako pohyb pístu.

Ačkoli mají axiální vibrace obvykle nižší amplitudu než boční vibrace, jsou vysoce diagnostické pro určité typy poruch strojů, zejména nesouosost, problémy s axiálními ložisky a problémy související s procesy v čerpadlech a kompresorech.

Charakteristiky a měření

Směr a pohyb

Axiální vibrace se vyskytují podél středové osy hřídele:

• Pohyb je rovnoběžný s osou otáčení hřídele
• Rotor se pohybuje tam a zpět jako vratný pohyb
• Obvykle se měří na ložiskových pouzdrech nebo koncích hřídelí
• Amplituda obvykle menší než radiální vibrace, ale diagnosticky vysoce významná

Nastavení měření

Axiální vibrace vyžadují specifickou montáž senzoru:

• Orientace senzoru: Akcelerometr nebo snímač rychlosti namontovaný rovnoběžně s osou hřídele
• Typická místa: Na koncových víkách ložiskových těles, koncových zvonech motoru nebo tělesech axiálních ložisek
• Sondy pro měření přiblížení: Při montáži směřující k čelní ploše hřídele lze přímo měřit axiální polohu
• Význam: Často přehlížené, ale zásadní pro kompletní diagnostiku strojů

Primární příčiny axiálních vibrací

1. Nesprávné zarovnání (nejčastější příčina)

Nesouosost hřídele, zejména úhlové nesouosost, je hlavní příčinou axiálních vibrací:

• Příznak: Vysoká 1X nebo 2X axiální vibrace při provozní rychlosti
• Mechanismus: Úhlové posunutí mezi spřaženými hřídeli vytváří oscilační axiální síly přenášené spojkou
• Diagnostický indikátor: Amplituda axiálních vibrací > 50% radiálních vibrací silně naznačuje nesouosost
• Fázový vztah: Axiální vibrace na hnacím a nepoháněném konci obvykle o 180° mimo fázi

2. Vady axiálního ložiska

Problémy s axiálními ložisky, která ovládají polohu axiálního hřídele, způsobují charakteristické axiální vibrace:

• Opotřebení nebo poškození axiálního ložiska
• Nedostatečné předpětí axiálního ložiska
• Selhání axiálního ložiska způsobující nadměrnou axiální vůli
• Problémy s mazáním specifické pro axiální ložiska

3. Hydraulické nebo aerodynamické síly

Procesní síly v čerpadlech, kompresorech a turbínách vytvářejí axiální síly:

• Kavitace čerpadla: Zhroucení bublin páry vytváří axiální rázové síly
• Nevyváženost oběžného kola: Asymetrické proudění vytváří oscilující axiální tah
• Axiální turbulence proudění: V axiálních kompresorech a turbínách
• Vzrůstající: Prudký nárůst tlaku v kompresoru vytváří silné axiální vibrace
• Recirkulace: Provoz mimo návrh způsobující nestabilitu proudění

4. Mechanická vůle

Nadměrné vůle umožňují axiální pohyb:

• Opotřebované povrchy axiálních ložisek
• Volné spojky komponentů
• Nedostatečné axiální uchycení v konstrukci ložiska
• Opotřebované distanční podložky nebo podložky

5. Problémy se spojováním

Opotřebení nebo nesprávná montáž spojky generuje axiální vibrace:

• Opotřebované zuby ozubené spojky umožňující axiální vznášení
• Nesprávně nainstalované pružné spojky
• Chyby délky distančních podložek spojky
• Úhly univerzálního kloubu vytvářející složky axiální síly

6. Problémy s tepelným růstem

Rozdílná tepelná roztažnost může vyvolat axiální síly:

• Tepelná roztažnost potrubí při tlačení/tahání zařízení
• Nerovnoměrný tepelný růst mezi spřaženými stroji
• Sednutí základů ovlivňující osové uspořádání

Diagnostický význam

Diagnostika nesouososti

Axiální vibrace jsou klíčovým ukazatelem pro diagnostiku nesouososti:

• Pravidlo: Pokud axiální vibrace > 50% nebo radiální vibrace, existuje podezření na nesouosost.
• Frekvenční obsah: Převážně 2X pro paralelní odsazení; 1X a 2X pro úhlové odsazení
• Fázová analýza: Fázový rozdíl 180° mezi axiálními měřeními na opačných koncích potvrzuje nesouosost
• Potvrzení: Vysoká axiální vibrace, která se po potvrzení diagnózy a přesném ustavení výrazně sníží

Diagnostika čerpadel a kompresorů

Pro rotační zařízení manipulující s kapalinami:

• Kavitace: Vysokofrekvenční, náhodné axiální vibrace se širokopásmovými charakteristikami
• Hydraulická nevyváženost: 1X axiální vibrace z asymetrického zatížení oběžného kola
• Přepětí: Velká amplituda, nízkofrekvenční axiální oscilace
• Frekvence průchodu čepele: Axiální složka při frekvenci průchodu lopatky naznačuje problémy s prouděním

Posouzení stavu ložiska

• Náhlé zvýšení axiálních vibrací může naznačovat opotřebení axiálního ložiska
• Axiální vibrace s frekvencemi defektů axiálního ložiska potvrzují problém s ložiskem
• Nadměrné axiální vznášení měřené bezdotykovými sondami indikuje opotřebení ložiska

Přijatelné úrovně a standardy

Obecné pokyny

Zatímco normy jako ISO 20816 se primárně zabývají radiálními vibracemi, limity axiálních vibrací jsou obvykle vyjádřeny jako:

• Relativní vzhledem k radiálnímu směru: Axiální by měl být < 50% radiální vibrace za normálních podmínek
• Absolutní limity: Typicky 25-50% limitů radiálních vibrací pro danou třídu stroje
• Základní srovnání: Nárůst o 50-100% oproti základnímu vyšetřování zatykače

Normy specifické pro zařízení

• API 610 (Odstředivá čerpadla): Specifikuje radiální i axiální limity vibrací
• API 617 (Odstředivé kompresory): Zahrnuje kritéria akceptace axiálních vibrací
• Turbínové stroje: Často nepřetržitě monitorováno pomocí senzorů axiální polohy a vibrací

Metody korekce a zmírnění

Pro nesouosost

1. Přesné ustavení hřídelí: Použijte laserové zarovnávací nástroje k opravě úhlového a rovnoběžného nesouososti
2. Korekce měkkých chodidel: Před zarovnáním se ujistěte, že všechny montážní nožičky jsou vodorovně
3. Úvaha o tepelném růstu: Zohledněte roztažnost v důsledku provozní teploty při zarovnání
4. Odlehčení tahu potrubí: Eliminujte síly v potrubí, které vychylují zařízení z osy

Pro problémy s axiálními ložisky

• Vyměňte opotřebované součásti axiálního ložiska
• Ověřte správné předpětí a vůle axiálního ložiska
• Zajistěte dostatečné mazání povrchů axiálních ložisek
• Zkontrolujte správnou instalaci axiálního ložiska a podložky

Pro procesně podmíněné axiální síly

• Odstranění kavitace: Zvyšte vstupní tlak, snižte teplotu kapaliny, zkontrolujte, zda není vstup ucpaný
• Optimalizace provozního bodu: Provozovat čerpadla a kompresory v rámci projektovaného rozsahu
• Vyvážení hydraulických sil: Použijte vyvažovací otvory nebo zpětné lopatky na oběžných kolech
• Ochrana proti přepětí: Zaveďte účinnou ochranu kompresorů před přepětím

Pro mechanické problémy

• Vyměňte opotřebované spojky a součásti spojky
• Utáhněte uvolněné mechanické spoje
• Ověřte správné rozměry distančních podložek a podložek
• Zajistěte správnou instalaci spojky dle specifikací výrobce

Osvědčené postupy měření

Instalace snímače

• Pevná montáž: Pro axiální měření používejte pokud možno spíše sloupky nebo lepidlo než magnety.
• Ověřte orientaci: Ujistěte se, že senzor je skutečně rovnoběžný s osou hřídele (ne pod úhlem).
• Oba konce: Změřte axiální vibrace na hnacím i nepoháněném konci pro porovnání fází
• Sondy pro měření přiblížení: U kritických zařízení instalujte permanentní axiální snímače polohy

Sběr dat

• Vždy shromažďujte axiální data spolu s horizontálními a vertikálními radiálními měřeními
• Zaznamenejte fázové vztahy mezi axiálními měřeními na různých místech
• Porovnejte poměry axiální a radiální amplitudy
• Sledování trendu axiálních vibrací v čase pro detekci vyvíjejících se problémů

Porovnání axiálních a radiálních vibrací

Klíčové rozdíly

Aspekt	Radiální (boční) vibrace	Axiální vibrace
Směr	Kolmo k ose hřídele	Rovnoběžně s osou hřídele
Typická amplituda	Vyšší	Nižší (obvykle < 50% radiálního)
Primární příčiny	Nevyváženost, ohnutý hřídel, vady ložisek	Nesprávné vyrovnání, problémy s axiálními ložisky, procesní síly
Diagnostická hodnota	Celkový stav strojů	Specificky pro problémy s nesouosostí a axiálním tlakem
Priorita monitorování	Primární zaměření	Sekundární, ale pro diagnózu zásadní

Průmyslové aplikace

Monitorování axiálních vibrací je obzvláště důležité pro:

• Odstředivá čerpadla: Detekce hydraulických sil a kavitace
• Kompresory: Monitorování axiálních ložisek a detekce přepětí
• Turbíny: Axiální síly na lopatkách turbíny a stav axiálních ložisek
• Připojené zařízení: Ověření souososti a stavu spojení
• Procesní zařízení: Monitorování stavu proudění

Ačkoli axiální vibrace jsou často zastíněny výraznějšími radiálními vibracemi, zkušení analytici vibrací si uvědomují jejich zásadní diagnostickou hodnotu. Mnoho problémů se stroji, které by mohly být přehlédnuty pouze zkoumáním radiálních vibrací, jsou jasně odhaleny vzorci axiálních vibrací, což z nich činí nezbytnou součást komplexních programů monitorování stavu strojů.

---

← Zpět na hlavní index