Forståelse af lateral vibration i roterende maskiner

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er lateral vibration?

Lateral vibration (også kaldet radial vibration eller tværgående vibration) refererer til bevægelsen af en roterende aksel vinkelret på dens rotationsakse. Enkelt sagt er det akselens side-til-side eller op-og-ned bevægelse, når den roterer. Lateral vibration er den mest almindelige type af vibrationer i roterende maskiner og er typisk forårsaget af radiale kræfter som f.eks. ubalance, forskydning, bøjede aksler eller lejefejl.

Forståelse af lateral vibration er fundamental for rotordynamik fordi den repræsenterer den primære vibrationstilstand for det meste roterende udstyr og er fokus for det meste vibrationsovervågning og afbalancering aktiviteter.

Retning og måling

Lateral vibration måles i planet vinkelret på akselaksen:

Koordinatsystem

• Horisontal retning: Side-til-side bevægelse parallelt med jorden
• Lodret retning: Op-og-ned bevægelse vinkelret på jorden
• Radial retning: Enhver retning vinkelret på akselaksen (kombination af vandret og lodret)

Målesteder

Lateral vibration måles typisk ved:

• Lejehuse: Brug af accelerometre eller hastighedstransducere monteret på lejekapsler eller piedestaler
• Akseloverflade: Brug af berøringsfri nærhedsonder til direkte måling af akselbevægelse
• Flere orienteringer: Målinger i både horisontal og vertikal retning giver et komplet billede af lateral bevægelse

Primære årsager til lateral vibration

Lateral vibration kan opstå fra adskillige kilder, der hver især producerer karakteristiske vibrationssignaturer:

1. Ubalance (mest almindelig)

Ubalance er den hyppigste årsag til lateral vibration. En asymmetrisk massefordeling skaber en roterende centrifugalkraft, der producerer:

• 1X (én gang pr. omdrejning) vibrationsfrekvens
• Relativt stabil fase forhold
• Amplitude proportional med kvadratet af hastigheden
• Cirkulær eller elliptisk akselkredsløb

2. Forskydning

Forskydning af aksel mellem koblede maskiner skaber sidekræfter:

• Primært 2X vibration (to gange pr. omdrejning)
• Kan også excitere 1X og højere harmoniske
• Viser ofte også en høj aksial komponent
• Faserelationer adskiller sig fra ubalance

3. Bøjet eller buet skaft

En permanent bøjet eller buet aksel skaber geometrisk excentricitet:

• 1X vibration, der kan ligne ubalance
• Høj vibration selv ved lave rullehastigheder
• Vanskelig at korrigere ved alene at afbalancere

4. Lejefejl

Rullende elementleje defekter producerer karakteristisk lateral vibration:

• Højfrekvente komponenter (lejefejlfrekvenser)
• Moduleret af lavere frekvenser, der skaber sidebånd
• Kræver ofte konvolutanalyse til detektion

5. Mekanisk løshed

Løse lejer, fundamenter eller monteringsbolte skaber:

• Flere harmoniske (1X, 2X, 3X osv.)
• Ikke-lineær reaktion på tvang
• Uregelmæssig eller ustabil vibration

6. Rotor-stator-gnidning

Kontakt mellem roterende og stationære dele genererer:

• Subsynkrone komponenter
• Pludselige ændringer i vibrationsamplitude og -fase
• Mulig termisk bøjning

Lateral vibration vs. andre vibrationstyper

Roterende maskiner kan opleve vibrationer i tre hovedretninger:

Lateral (radial) vibration

• Retning: Vinkelret på akselaksen
• Typiske årsager: Ubalance, skæv justering, bøjet aksel, lejefejl
• Måling: Accelerometre eller hastighedssensorer på lejehuse; nærhedsprober på akslen
• Dominans: Normalt den største amplitude vibrationskomponent

Aksial vibration

• Retning: Parallelt med akselaksen
• Typiske årsager: Forkert justering, problemer med axiallejer, problemer med procesflow
• Måling: Accelerometre monteret aksialt
• Dominans: Typisk lavere amplitude end lateral, men diagnostisk for visse forkastninger

Torsionsvibrationer

• Retning: Vridende bevægelse omkring akselaksen
• Typiske årsager: Problemer med gearindgreb, elektriske problemer med motoren, koblingsproblemer
• Måling: Kræver specialiserede torsionsvibrationssensorer eller belastningsmålere
• Dominans: Normalt lille, men kan forårsage udmattelsesfejl

Laterale vibrationstilstande og kritiske hastigheder

I rotordynamik, beskriver laterale vibrationstilstande akslens karakteristiske afbøjningsmønstre:

Første laterale tilstand

• Simpel bøjningsform (enkelt bue eller bue)
• Laveste naturlige frekvens
• Lettest ophidset af ubalance
• Først kritisk hastighed svarer til denne tilstand

Anden lateral tilstand

• S-formet afbøjning med ét knudepunkt
• Højere naturlig frekvens
• Anden kritisk hastighed
• Vigtigt for fleksible rotorer

Højere laterale tilstande

• Stadig mere komplekse former med flere noder
• Kun relevant for rotorer med meget høj hastighed eller meget fleksible rotorer
• Kan blive exciteret af bladpassage eller andre højfrekvente excitationer

Måling og overvågning

Måleparametre

Lateral vibration er karakteriseret ved flere parametre:

• Amplitude: Bevægelsens størrelse, målt i forskydning (µm, mils), hastighed (mm/s, in/s) eller acceleration (g, m/s²)
• Frekvens: Typisk 1X driftshastighed for ubalancedominerede vibrationer, men kan omfatte harmoniske og andre frekvenser
• Fase: Tidspunktet for maksimal forskydning i forhold til et referencemærke på akslen
• Kredsløb: Den faktiske bane, som akselmidten tegner, set fra enden

Målestandarder

Internationale standarder giver vejledning til acceptable laterale vibrationsniveauer:

• ISO 20816-serien: Vibrationsgrænser for forskellige maskintyper baseret på RMS-hastighed
• API 610, 617, 684: Branchespecifikke standarder for pumper, kompressorer og rotordynamik
• Sværhedszoner: Definer acceptable niveauer, forsigtighedsniveauer og alarmniveauer baseret på udstyrstype og -størrelse

Kontrol og afbødning

Afbalancering

Afbalancering er den primære metode til at reducere lateral vibration fra ubalance:

• Enkeltplansbalancering til skiveformede rotorer
• To-plans balancering til de fleste industrielle rotorer
• Modal balancering til fleksible rotorer, der opererer over kritiske hastigheder

Justering

Præcisionsakseljustering reducerer sidekræfter fra skæv justering:

• Laserjusteringsværktøjer til præcis akselpositionering
• Overvejelse af termisk vækst i justeringsprocedurer
• Blød fodkorrektion før justering

Dæmpning

Dæmpning styrer laterale vibrationsamplituder, især ved kritiske hastigheder:

• Væskefilmslejer giver betydelig dæmpning
• Klemfilmdæmpere for ekstra kontrol
• Dæmpningsbehandlinger til støttestrukturer

Stivhedsmodifikation

Ændring af systemstivhed øger kritiske hastigheder:

• Øget akseldiameter øger kritiske hastigheder
• Reduktion af lejespændvidde øger den første kritiske hastighed
• Fundamentsafstivning påvirker den samlede systemrespons

Diagnostisk betydning

Lateral vibrationsanalyse er hjørnestenen i maskindiagnostik:

• Trending: Overvågning af lateral vibration over tid afslører udviklende problemer
• Fejlidentifikation: Vibrationsfrekvens og -mønster identificerer specifikke fejltyper
• Vurdering af alvorlighed: Amplitude sammenlignet med standarder angiver problemets alvor
• Balancebekræftelse: Lateral vibrationsreduktion bekræfter vellykket afbalancering
• Tilstandsbaseret vedligeholdelse: Vibrationsniveauer udløser vedligeholdelseshandlinger

Effektiv håndtering af laterale vibrationer er afgørende for pålidelig og langsigtet drift af roterende maskiner, hvilket gør det til et primært fokus i vibrationsovervågningsprogrammer, prædiktive vedligeholdelsesstrategier og overvejelser om rotordynamikdesign.

---

← Tilbage til hovedindekset