Anlaufvibrationen in rotierenden Maschinen verstehen

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Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

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Schwingungssensor

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Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

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Balanset-4

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Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

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Reflektierendes Band

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Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

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Definition: Was ist Startup Vibration?

Startvibration bezieht sich auf die Vibration Eigenschaften und Verhalten rotierender Maschinen während der Beschleunigungsphase vom Stillstand auf die normale Betriebsdrehzahl. Dies umfasst sowohl die erwarteten vorübergehende Schwingung während die Maschine durchläuft kritische Geschwindigkeiten und alle ungewöhnlichen Vibrationsphänomene, die speziell während der Startphase auftreten können, wie z. B. Thermobogen, Lagerinstabilitäten oder mechanisches Setzen.

Für einen sicheren Maschinenbetrieb ist es entscheidend, die Anlaufschwingungen zu verstehen und zu überwachen, da sich viele vibrationsbedingte Probleme beim Anlaufen am deutlichsten zeigen und der Anlaufübergang die mechanisch belastendste Betriebsphase sein kann.

Typische Vibrationseigenschaften beim Start

Normaler Vibrationsverlauf beim Start

Bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Maschine folgen die Vibrationen beim Anlauf einem vorhersehbaren Muster:

Anfangsphase (0-20% Geschwindigkeit)

• Sehr geringe Vibration von Unwucht (Kraft proportional zur Geschwindigkeit²)
• Jede signifikante Vibration weist auf mechanische Probleme hin oder Thermobogen
• Langsame Rollvibrationen liefern eine Grundlage für den mechanischen Zustand

Beschleunigung durch kritische Geschwindigkeiten

• Die Schwingungsamplitude nimmt mit der Annäherung an die kritische Geschwindigkeit zu
• Spitzenamplitude bei der kritischen Drehzahl (Resonanz)
• Schnelle Abnahme, wenn die Geschwindigkeit die kritische Geschwindigkeit überschreitet
• 180° Phase Schalten Sie durch jede kritische Geschwindigkeit
• Mehrere Spitzen, wenn mehrere kritische Geschwindigkeiten unterhalb der Betriebsgeschwindigkeit vorhanden sind

Ansatz zur Betriebsgeschwindigkeit

• Die Vibration pendelt sich auf ein stabiles Niveau ein
• Vorwiegend 1× Komponente aus Restunwucht
• Die thermische Stabilisierung kann in den ersten 30-60 Minuten zu allmählichen Veränderungen führen

Häufige Probleme mit Vibrationen beim Start

1. Thermischer Bogen

Thermobogen ist das häufigste startspezifische Vibrationsproblem:

• Symptom: Starke Vibrationen während der anfänglichen Beschleunigung, die mit zunehmender Erwärmung der Maschine allmählich abnehmen
• Ursache: Asymmetrische Erwärmung erzeugt vorübergehende Schaftkrümmung
• Frequenz: 1× synchron
• Verhalten: Hoch auch bei niedrigen Walzengeschwindigkeiten; sinkt, wenn das thermische Gleichgewicht erreicht ist
• Lösung: Erweiterte Aufwärmprozeduren, Drehwerksbetrieb

2. Übermäßige kritische Geschwindigkeitsvibration

• Symptom: Sehr hohe Schwingungsspitzen beim Durchfahren kritischer Drehzahlen
• Ursachen: Arm Dämpfung, hohe Unwucht, Betrieb zu nahe an der kritischen Drehzahl
• Risiko: Mögliche Schäden an Lagern und Dichtungen bei jedem Start
• Lösung: Verbessern Sie die Balance, erhöhen Sie die Beschleunigung in kritischen Zonen und fügen Sie Dämpfung hinzu

3. Reiben beim Beschleunigen

• Symptom: Plötzliche unregelmäßige Vibrationen und subsynchrone Komponenten
• Ursache: Unzureichende Abstände, übermäßige Vibrationen bei kritischer Drehzahl, die Kontakt verursachen
• Risiko: Thermische Schäden, Zerstörung der Dichtung
• Lösung: Spiel überprüfen, Balance verbessern, Beschleunigung verlangsamen

4. Lagerinstabilität beim Anlauf

• Symptom: Subsynchrone Vibrationen, die während der Beschleunigung auftreten
• Ursache: Lager noch nicht auf Betriebstemperatur und optimaler Steifigkeit/Dämpfung
• Verhalten: Kann verschwinden, wenn sich das Lager erwärmt
• Lösung: Ausgedehntes Aufwärmen bei mittlerer Geschwindigkeit vor der Vollbeschleunigung

Entwurf des Startvorgangs

Optimierung der Beschleunigungsrate

Die Beschleunigungsrate sollte an die Maschineneigenschaften angepasst sein:

Langsame Beschleunigungszonen

• Anfangsrolle (0-10%-Geschwindigkeit): Sehr langsam beim Erkennen von thermischen Verbiegungen oder mechanischen Problemen
• Unter dem ersten kritischen Punkt: Moderate Rate für thermisches Aufwärmen
• Über alle Kritikpunkte: Kann schneller auf Betriebsgeschwindigkeit beschleunigen

Schnelle Durchfahrtszonen

• Kritische Geschwindigkeitsbereiche: Schnelle Beschleunigung (±15-20% um jede kritische Geschwindigkeit)
• Typischer Tarif: 2-5× normale Beschleunigungsrate
• Zweck: Minimieren Sie die Resonanzzeit und begrenzen Sie den Aufbau der Schwingungsamplitude.

Haltepunkte

• Thermische Haltegeschwindigkeiten: Halten Sie bei 30%, 50%, 70% für große Turbinen
• Dauer: 10–30 Minuten bei jedem Halten
• Zweck: Ermöglichen Sie thermische Stabilisierung und reduzieren Sie thermische Gradienten
• Vibrationsprüfung: Überprüfen Sie, ob die Vibration akzeptabel ist, bevor Sie fortfahren

Überwachungs- und Abnahmekriterien

Echtzeitüberwachung

Überwachen Sie während des Startvorgangs:

• Gesamtvibrationspegel: Sollte bei keiner Geschwindigkeit die Alarmgrenzen überschreiten
• Lagertemperaturen: Allmählicher Anstieg akzeptabel; schneller Anstieg weist auf Probleme hin
• Geschwindigkeitsverfolgung: Bestätigen Sie, dass die Maschine gleichmäßig beschleunigt
• Phasenwinkel: Achten Sie auf unerwartete Änderungen, die auf mechanische Probleme hinweisen

Akzeptanzkriterien

• Kritische Geschwindigkeitsspitzen: Sollte mit den Vorhersagen ±10-15% übereinstimmen
• Spitzenamplituden: Sollte die Konstruktionsgrenzen (normalerweise in den Gerätespezifikationen definiert) nicht überschreiten.
• Stationäre Vibration: Sollte nach der thermischen Stabilisierung akzeptable Werte erreichen
• Wiederholbarkeit: Aufeinanderfolgende Startups sollten ein konsistentes Verhalten zeigen

Fehlerbehebung bei abnormalen Startvibrationen

Hohe Anfangsvibration

Mögliche Ursachen:

• Thermische Krümmung durch vorherigen Betrieb oder Abschaltung
• Mechanischer Bogen oder gebogener Schaft
• Lagerprobleme (Verschleiß, Fehlausrichtung)
• Lockerheit oder mechanische Defekte

Zunehmende Vibrationen während des Aufwärmens

Mögliche Ursachen:

• Entwicklung einer thermischen Krümmung durch asymmetrische Erwärmung
• Thermisches Wachstum beeinflusst die Ausrichtung
• Das Lagerspiel ändert sich mit der Temperatur
• Wärmeausdehnung schließt Spielräume und führt zu Reibung

Unregelmäßige Vibrationen beim Beschleunigen

Mögliche Ursachen:

• Reiben oder intermittierender Kontakt
• Lose Bauteile setzen sich ab oder verschieben sich
• Kupplungsprobleme
• Variables Lagerverhalten

Dokumentation und Basisdaten

Erstinbetriebnahme

Erstellen Sie eine Basis-Vibrationssignatur beim Start:

• Vollständige Hochlaufdaten aufzeichnen
• Erzeugen Bode-Diagramme und Wasserfall-Plots
• Dokumentieren Sie alle kritischen Geschwindigkeiten und Spitzenamplituden
• Archiv als Referenz für spätere Vergleiche

Periodischer Vergleich

• Vergleichen Sie den aktuellen Start mit der Baseline
• Achten Sie auf Änderungen an kritischen Geschwindigkeitsbereichen (deutet auf mechanische Änderungen hin)
• Verfolgen Sie Änderungen der Spitzenamplituden (zeigt Unwucht oder Dämpfungsänderungen an)
• Überwachung auf neue Schwingungskomponenten, die in der Baseline nicht vorhanden sind

Die Analyse von Anlaufschwingungen bietet Einblicke in den Maschinenzustand und ergänzt die stationäre Überwachung. Viele Probleme treten beim Anlauf am deutlichsten zutage. Daher ist die Analyse von Anlaufschwingungstrends ein wertvolles Werkzeug zur vorausschauenden Wartung kritischer rotierender Maschinen.

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