Pochopení bočních vibrací v rotujících strojích

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

Kompletní sada pro vibrační diagnostiku a vyvažování od společnosti Vibromera, včetně čtyř vibračních senzorů s kabely, modulu signálního rozhraní, laserového otáčkoměru s magnetickým stojanem, digitální váhy, USB kabelu a přepravního kufříku. Systém je určen pro vyvažování rotorů a monitorování stavu průmyslových zařízení.

Zařízení

Magnetický stojan Insize-60-kgf

Díly

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

Definice: Co je to boční vibrace?

Boční vibrace (také nazývané radiální vibrace nebo příčné vibrace) označuje pohyb rotujícího hřídele kolmý k jeho ose otáčení. Jednoduše řečeno, jedná se o pohyb hřídele ze strany na stranu nebo nahoru a dolů při jejím otáčení. Boční vibrace jsou nejběžnějším typem vibrace v rotačních strojích a je obvykle způsoben radiálními silami, jako například nevyváženost, nesouosost, ohnuté hřídele nebo vady ložisek.

Pochopení bočních vibrací je zásadní pro dynamika rotoru protože představuje primární režim vibrací pro většinu rotačních zařízení a je předmětem většiny monitorování a vyvažování aktivity.

Směr a měření

Boční vibrace se měří v rovině kolmé k ose hřídele:

Souřadnicový systém

Horizontální směr: Pohyb ze strany na stranu rovnoběžně se zemí
Vertikální směr: Pohyb nahoru a dolů kolmý k zemi
Radiální směr: Libovolný směr kolmý k ose hřídele (kombinace horizontálního a vertikálního směru)

Místa měření

Boční vibrace se obvykle měří v:

Ložisková pouzdra: Použití akcelerometrů nebo snímačů rychlosti namontovaných na ložiskových víkách nebo podstavcích
Povrch hřídele: Použití bezkontaktních přibližovacích sond pro přímé měření pohybu hřídele
Více orientací: Měření v horizontálním i vertikálním směru poskytuje kompletní obraz o bočním pohybu

Hlavní příčiny bočních vibrací

Boční vibrace mohou vznikat z mnoha zdrojů, z nichž každý produkuje charakteristické vibrační podpisy:

1. Nerovnováha (nejčastější)

Nevyváženost je nejčastější příčinou bočních vibrací. Asymetrické rozložení hmoty vytváří rotační odstředivou sílu, která produkuje:

1X (jednou za otáčku) frekvence vibrací
Relativně stabilní fáze vztah
Amplituda úměrná druhé mocnině rychlosti
Kruhový nebo eliptický oběžná dráha hřídele

2. Nesprávné zarovnání

Nesouosost hřídele mezi spřaženými stroji vznikají boční síly:

Primárně 2X vibrace (dvakrát za otáčku)
Může také budit 1X a vyšší harmonické
Často vykazuje také vysokou axiální složku
Fázové vztahy se liší od nevyváženosti

3. Ohnutá nebo prohnutá hřídel

Trvale ohnutá nebo prohnutá hřídel vytváří geometrickou excentricitu:

1X vibrace, které se mohou jevit jako nevyváženost
Vysoké vibrace i při nízkých rychlostech válcování
Obtížné opravit pouhým vyvážením

4. Vady ložisek

Valivé ložisko vady způsobují charakteristické boční vibrace:

Vysokofrekvenční složky (frekvence poruch ložisek)
Modulováno nižšími frekvencemi, které vytvářejí postranní pásma
Často vyžaduje analýza obálky pro detekci

5. Mechanická vůle

Uvolněná ložiska, základy nebo montážní šrouby způsobují:

Více harmonických (1X, 2X, 3X atd.)
Nelineární odezva na působení síly
Nepravidelné nebo nestabilní vibrace

6. Tření rotoru a statoru

Kontakt mezi rotujícími a stacionárními částmi generuje:

Subsynchronní komponenty
Náhlé změny amplitudy a fáze vibrací
Možné tepelné prohýbání

Boční vibrace vs. jiné typy vibrací

Rotující stroje mohou vibrovat ve třech hlavních směrech:

Boční (radiální) vibrace

Směr: Kolmo k ose hřídele
Typické příčiny: Nevyváženost, nesouosost, ohnutá hřídel, vady ložisek
Měření: Akcelerometry nebo snímače rychlosti na ložiskových tělesech; bezdotykové sondy na hřídeli
Dominance: Obvykle složka vibrací s největší amplitudou

Axiální vibrace

Směr: Rovnoběžně s osou hřídele
Typické příčiny: Nesprávné vyrovnání, problémy s axiálními ložisky, problémy s procesním tokem
Měření: Akcelerometry montované axiálně
Dominance: Typicky nižší amplituda než laterální, ale diagnostická pro určité poruchy

Torzní vibrace

Směr: Kroutivý pohyb kolem osy hřídele
Typické příčiny: Problémy se záběrem ozubených kol, elektrické problémy s motorem, problémy se spojkou
Měření: Vyžaduje specializované torzní vibrační senzory nebo tenzometry
Dominance: Obvykle malé, ale mohou způsobit únavové selhání

Režimy bočních vibrací a kritické rychlosti

Na adrese dynamika rotoru, boční vibrační módy popisují charakteristické průhybové vzorce hřídele:

První boční režim

Jednoduchý tvar ohybu (jednoduchý oblouk nebo loketní ohyb)
Nejnižší vlastní frekvence
Nejsnáze se vzruší nerovnováhou
První kritická rychlost odpovídá tomuto režimu

Druhý boční režim

Průhyb ve tvaru S s jedním uzlovým bodem
Vyšší přirozená frekvence
Druhá kritická rychlost
Důležité pro flexibilní rotory

Vyšší laterální módy

Stále složitější tvary s více uzly
Relevantní pouze pro velmi vysokorychlostní nebo velmi flexibilní rotory
Může být buzen průchodem lopatky nebo jiným vysokofrekvenčním buzením

Měření a monitorování

Parametry měření

Boční vibrace jsou charakterizovány několika parametry:

Amplituda: Velikost pohybu měřená v posunutí (µm, mils), rychlosti (mm/s, in/s) nebo zrychlení (g, m/s²)
Frekvence: Typicky 1X rychlost chodu pro vibrace s převahou nevyváženosti, ale může zahrnovat harmonické a další frekvence
Fáze: Načasování maximálního posunutí vzhledem k referenční značce na hřídeli
Obíhat: Skutečná dráha vytyčená středem hřídele při pohledu z boku

Měřicí standardy

Mezinárodní normy poskytují pokyny pro přijatelné úrovně bočních vibrací:

Řada ISO 20816: Mezní hodnoty vibrací pro různé typy strojů na základě efektivní hodnoty rychlosti (RMS)
API 610, 617, 684: Průmyslové normy pro čerpadla, kompresory a dynamiku rotorů
Zóny závažnosti: Definujte přijatelné, výstražné a alarmové úrovně na základě typu a velikosti zařízení

Kontrola a zmírňování

Vyvažování

Vyvažování je primární metodou pro snížení bočních vibrací způsobených nevyvážeností:

Vyvažování v jedné rovině pro kotoučové rotory
Vyvažování ve dvou rovinách pro většinu průmyslových rotorů
Vyvažování modálních směrů pro flexibilní rotory pracující nad kritickými otáčkami

Zarovnání

Přesné ustavení hřídele snižuje boční síly způsobené nesouosostí:

Laserové ustavovací nástroje pro přesné polohování hřídele
Zohlednění tepelného růstu v postupech zarovnávání
Měkká korekce chodidla před zarovnáním

Tlumení

Tlumení řídí amplitudy bočních vibrací, zejména při kritických rychlostech:

Ložiska s fluidním filmem poskytují značné tlumení
Tlumiče s lisovací fólií pro dodatečnou kontrolu
Tlumicí úpravy nosných konstrukcí

Modifikace tuhosti

Změna tuhosti systému mění kritické rychlosti:

Zvětšení průměru hřídele zvyšuje kritické otáčky
Zmenšení rozpětí ložisek zvyšuje první kritickou rychlost
Zpevnění základů ovlivňuje celkovou odezvu systému

Diagnostický význam

Analýza bočních vibrací je základem diagnostiky strojů:

Trendy: Monitorování bočních vibrací v průběhu času odhaluje vznikající problémy
Identifikace poruchy: Frekvence a vzorec vibrací identifikují specifické typy poruch
Posouzení závažnosti: Amplituda v porovnání se standardy indikuje závažnost problému
Ověření vyvážení: Snížení bočních vibrací potvrzuje úspěšné vyvážení
Údržba podle stavu: Úrovně vibrací spouštějí údržbu

Efektivní řízení bočních vibrací je nezbytné pro spolehlivý a dlouhodobý provoz rotačních strojů, a proto je primárním cílem programů monitorování vibrací, strategií prediktivní údržby a úvah o dynamickém návrhu rotoru.

← Zpět na hlavní index

Co je to boční vibrace u rotujících strojů?

Publikováno uživatelem admin dne Říjen 31, 2025 Říjen 31, 2025