Pochopení radiálních vibrací v rotačních 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 radiální vibrace?

Radiální vibrace je pohyb rotujícího hřídele kolmý k jeho ose otáčení, vycházející ze středu ven jako poloměry kružnice. Termín “radiální” označuje jakýkoli směr vyzařující ze středové osy hřídele a zahrnuje jak horizontální (ze strany na stranu), tak vertikální (nahoru a dolů) pohyb. Radiální vibrace jsou synonymem pro boční vibrace nebo příčné vibrace a představují nejčastěji měřenou a monitorovanou formu vibrace v rotačních strojích.

V praktických aplikacích se radiální vibrace obvykle měří ve dvou kolmých směrech – horizontálním a vertikálním – v každém ložisku, aby se získal úplný obraz pohybu hřídele kolmého k jeho ose.

Pokyny k měření

Horizontální radiální vibrace

Horizontální vibrace se měří ve směru ze strany na stranu:

Kolmo k ose hřídele a rovnoběžně s podlahou/zemí
Často nejdostupnější místo měření
Typicky ukazuje účinky gravitace, asymetrie tuhosti základů a horizontálních silových funkcí
Standardní orientace měření pro většinu programů pro monitorování vibrací

Vertikální radiální vibrace

Vertikální vibrace se měří ve směru nahoru a dolů:

Kolmo k ose hřídele a kolmo k zemi/podlaze
Ovlivněno gravitací a hmotností rotoru
Často vyšší amplituda než horizontální kvůli hmotnosti rotoru, což vytváří asymetrickou tuhost
Kritické pro detekci problémů u vertikálně orientovaných strojů (vertikální čerpadla, motory)

Celkové radiální vibrace

Celkové radiální vibrace lze vypočítat jako vektorový součet horizontální a vertikální složky:

Radiální součet = √(horizontální² + vertikální²)
Představuje skutečnou velikost pohybu bez ohledu na směr
Užitečné pro posouzení závažnosti pomocí jednoho čísla

Primární příčiny radiálních vibrací

Radiální vibrace jsou generovány silami působícími kolmo k ose hřídele:

1. Nerovnováha (dominantní příčina)

Nevyváženost je nejčastějším zdrojem radiálních vibrací v rotačních strojích:

Vytváří odstředivou sílu otáčející se rychlostí hřídele (1X)
Velikost síly úměrná hmotnosti nevyváženosti, poloměru a druhé mocnině rychlosti
Vytváří kruhové nebo eliptické oběžná dráha hřídele
Opravitelné prostřednictvím vyvažování postupy

2. Nesprávné zarovnání

Nesouosost hřídele mezi spřaženými stroji vytváří jak radiální, tak axiální vibrace:

Primárně 2X (dvakrát za otáčku) radiální vibrace
Generuje také 1X, 3X a vyšší harmonické
Vysoké axiální vibrace doprovázejí radiální vibrace
Fázové vztahy mezi ložisky diagnostikují typ nesouososti

3. Mechanické vady

Různé mechanické problémy vytvářejí charakteristické radiální vibrační vzory:

Vady ložisek: Vysokofrekvenční rázy při poruchových frekvencích ložiska
Ohnutá nebo prohnutá hřídel: 1X vibrace podobné nevyváženosti, ale přítomné i při pomalém otáčení
Vůle: Více harmonických (1X, 2X, 3X) s nelineárním chováním
Trhliny: Vibrace 1X a 2X se změnami během spouštění/vypínání
Tření: Subsynchronní a synchronní komponenty

4. Aerodynamické a hydraulické síly

Procesní síly v čerpadlech, ventilátorech a kompresorech vytvářejí radiální působení:

Frekvence průchodu lopatek (počet lopatek × otáčky za minutu)
Hydraulická nevyváženost z asymetrického proudění
Uvolňování vírů a turbulence proudění
Recirkulace a provoz mimo konstrukční rámec

5. Rezonanční podmínky

Při provozu v blízkosti kritické rychlosti, radiální vibrace se dramaticky zesilují:

Vlastní frekvence se shoduje s frekvencí vynucování
Amplituda omezena pouze systémem tlumení
Potenciál katastrofických úrovní vibrací
Vyžaduje v návrhu dostatečné oddělovací rezervy

Měřicí standardy a parametry

Měrné jednotky

Radiální vibrace lze vyjádřit třemi souvisejícími parametry:

Přemístění: Skutečná vzdálenost pohybu (mikrometry, µm, mils). Používá se pro měření nízkorychlostních strojů a bezdotykových sond.
Rychlost: Rychlost změny posunutí (mm/s, in/s). Nejběžnější pro všeobecné průmyslové stroje, základ pro normy ISO
Akcelerace: Rychlost změny rychlosti (m/s², g). Používá se pro vysokofrekvenční měření a detekci vad ložisek.

Mezinárodní standardy

Řada norem ISO 20816 stanoví limity závažnosti radiálních vibrací:

ISO 20816-1: Obecné pokyny pro hodnocení vibrací strojů
ISO 20816-3: Specifická kritéria pro průmyslové stroje > 15 kW
Zóny závažnosti: A (dobré), B (přijatelné), C (neuspokojivé), D (nepřijatelné)
Místo měření: Typicky na ložiskových tělesech v radiálních směrech

Standardy specifické pro dané odvětví

API 610: Mezní hodnoty radiálních vibrací odstředivých čerpadel
API 617: Kritéria vibrací odstředivých kompresorů
API 684: Postupy analýzy dynamiky rotoru pro predikci radiálních vibrací
NEMA MG-1: Mezní hodnoty vibrací elektromotoru

Monitorovací a diagnostické techniky

Rutinní monitorování

Standardní programy pro monitorování vibrací měří radiální vibrace:

Sběr dat na základě trasy: Periodická měření v pevných intervalech (měsíčně, čtvrtletně)
Celkový trend úrovně: Sledování celkové amplitudy vibrací v čase
Limity alarmu: Nastaveno na základě ISO nebo norem specifických pro dané zařízení
Srovnání: Aktuální vs. základní linie, horizontální vs. vertikální

Pokročilá analýza

Podrobná analýza radiálních vibrací poskytuje diagnostické informace:

Analýza rychlé převodu (FFT): Frekvenční spektrum zobrazující vibrační složky
Časový průběh: Vibrační signál v čase odhalující přechodové jevy a modulaci
Fázová analýza: Časové vztahy mezi body měření
Analýza oběžné dráhy: Vzory pohybu středové osy hřídele
Analýza obálky: Vysokofrekvenční demodulace pro detekci vad ložisek

Nepřetržité monitorování

Kritická zařízení mají často trvalé monitorování radiálních vibrací:

Bezdotykové sondy pro přímé měření pohybu hřídele
Trvale namontované akcelerometry na ložiskových pouzdrech
Trendy a alarmy v reálném čase
Integrace automatického ochranného systému

Horizontální vs. vertikální rozdíly

Typické vztahy amplitudy

U mnoha strojů vertikální radiální vibrace převyšují horizontální:

Gravitační efekt: Hmotnost rotoru vytváří statickou deformaci, která ovlivňuje vertikální tuhost
Asymetrická tuhost: Základové a podpůrné konstrukce jsou často horizontálně tužší
Typický poměr: Vertikální vibrace 1,5-2× horizontální jsou běžné
Vliv vyvážení hmotnosti: Korekční závaží umístěná na spodní straně rotoru (snadný přístup) přednostně snižují vertikální vibrace

Diagnostické rozdíly

Nevyváženost: Může se projevovat silněji v jednom směru v závislosti na umístění nevyváženosti
Vůle: Často vykazuje nelinearitu výraznější ve vertikálním směru
Problémy s nadací: Vertikální vibrace jsou citlivější na zhoršení stavu základů
Nesprávné zarovnání: Může se lišit v horizontální a vertikální orientaci v závislosti na typu vychýlení

Vztah k dynamice rotoru

Radiální vibrace jsou ústředním bodem dynamika rotoru analýza:

Kritické rychlosti

Radiální vlastní frekvence určují kritické rychlosti
První kritická rychlost obvykle odpovídá prvnímu radiálnímu ohybovému módu
Campbellovy diagramy předpovědět chování radiálních vibrací v závislosti na rychlosti
Oddělovací okraje od kritických otáček zabraňují nadměrným radiálním vibracím

Tvary módu

Každý radiální vibrační mód má charakteristický tvar výchylky
První režim: jednoduché obloukové ohýbání
Druhý režim: S-křivka s uzlovým bodem
Vyšší módy: stále složitější vzory

Vyvažovací aspekty

Vyvažování cílí na snížení radiálních vibrací při 1X frekvenci
Koeficienty vlivu vztáhnout korekční závaží ke změnám radiálních vibrací
Optimální umístění korekčních rovin na základě tvarů radiálních módů

Korekční a kontrolní metody

Pro nevyváženost

Vyvážení pole s použitím přenosných analyzátorů
Jednorovinný nebo vyvažování ve dvou rovinách postupy
Přesné vyvažování kritických součástí v dílně

Pro mechanické problémy

Přesné zarovnání pro korekci nesouososti
Výměna ložiska z důvodu vady ložiska
Utahování uvolněných součástí
Opravy základů z důvodu strukturálních problémů
Rovnání hřídelí nebo výměna ohnutých hřídelí

Pro problémy s rezonancí

Změny rychlosti pro zamezení kritických rozsahů rychlosti
Úpravy tuhosti (průměr hřídele, změny umístění ložiska)
Vylepšení tlumení (tlumiče s kompresní fólií, výběr ložisek)
Změny hmoty pro posun vlastních frekvencí

Důležitost prediktivní údržby

Monitorování radiálních vibrací je základem programů prediktivní údržby:

Včasná detekce poruch: Změny radiálních vibrací předcházejí poruchám o týdny nebo měsíce
Trendy: Postupné zvyšování naznačuje rozvíjející se problémy
Diagnostika poruch: Frekvenční obsah identifikuje specifické typy poruch
Posouzení závažnosti: Amplituda indikuje závažnost a naléhavost problému
Plánování údržby: Údržba založená na stavu, nikoli na čase
Úspora nákladů: Zabraňuje katastrofálním poruchám a optimalizuje intervaly údržby

Radiální vibrace, jakožto primární měření vibrací v rotačních strojích, poskytují zásadní informace o stavu zařízení, a proto jsou nezbytné pro zajištění spolehlivého, bezpečného a efektivního provozu průmyslových rotačních zařízení.

← Zpět na hlavní index

Co je to radiální vibrace v rotačních strojích?

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