درک ارتعاش محوری در ماشین آلات دوار
تعریف: ارتعاش محوری چیست؟
ارتعاش محوری (که ارتعاش طولی یا ارتعاش رانشی نیز نامیده می‌شود) حرکت رفت و برگشتی یک روتور در جهتی موازی با محور چرخش آن. برخلاف ارتعاش جانبی که حرکت از یک طرف به طرف دیگر عمود بر شفت است، ارتعاش محوری نشان دهنده حرکت شفت به داخل و خارج در امتداد طول آن است، شبیه به حرکت پیستون.
اگرچه معمولاً دامنه ارتعاش محوری کمتر از ارتعاش جانبی است، اما برای انواع خاصی از عیوب ماشین‌آلات، به ویژه ...، بسیار تشخیصی است. ناهم‌ترازی, ، مشکلات یاتاقان‌های رانشی و مسائل مربوط به فرآیند در پمپ‌ها و کمپرسورها.
ویژگی‌ها و اندازه‌گیری
جهت و حرکت
ارتعاش محوری در امتداد محور مرکزی شفت رخ می‌دهد:
- حرکت موازی با محور چرخش شفت است
- روتور مانند یک حرکت رفت و برگشتی به جلو و عقب حرکت می‌کند
- معمولاً در محفظه‌های یاتاقان یا انتهای شفت اندازه‌گیری می‌شود
- دامنه معمولاً کوچکتر از ارتعاش شعاعی است اما از نظر تشخیصی بسیار قابل توجه است
تنظیمات اندازه‌گیری
لرزش محوری نیاز به نصب حسگر خاصی دارد:
- جهت گیری سنسور: شتاب‌سنج یا مبدل سرعت که به موازات محور شفت نصب شده است
- مکان‌های معمول: روی درپوش‌های انتهایی محفظه یاتاقان، زنگوله‌های انتهایی موتور یا محفظه یاتاقان‌های کف‌گرد
- پروب‌های مجاورتی: می‌تواند موقعیت محوری را مستقیماً هنگام نصب رو به سطح انتهایی شفت اندازه‌گیری کند
- اهمیت: اغلب نادیده گرفته می‌شود اما برای تشخیص کامل ماشین‌آلات بسیار مهم است
علل اصلی ارتعاش محوری
۱. عدم هم‌ترازی (شایع‌ترین علت)
ناهمراستایی شفت, ، به ویژه عدم هم‌ترازی زاویه‌ای، علت اصلی ارتعاش محوری است:
- علامت: لرزش محوری بالا ۱X یا ۲X در سرعت چرخش
- مکانیسم: جابجایی زاویه‌ای بین شفت‌های کوپل شده، نیروهای محوری نوسانی ایجاد می‌کند که از طریق کوپلینگ منتقل می‌شوند.
- شاخص تشخیصی: دامنه ارتعاش محوری > 50% در ارتعاش شعاعی، قویاً نشان‌دهنده عدم هم‌ترازی است.
- رابطه فاز: ارتعاش محوری در دو انتهای محرک و غیر محرک معمولاً ۱۸۰ درجه اختلاف فاز دارد
۲. عیوب یاتاقان‌های رانشی
مشکلات مربوط به یاتاقان‌های کف‌گرد که موقعیت محوری شفت را کنترل می‌کنند، باعث ارتعاش محوری مشخصه می‌شوند:
- فرسودگی یا آسیب یاتاقان رانش
- پیش بار ناکافی یاتاقان کف گرد
- خرابی یاتاقان رانشی که باعث لقی محوری بیش از حد می‌شود
- مشکلات روانکاری مختص یاتاقان‌های کف‌گرد
۳. نیروهای هیدرولیکی یا آیرودینامیکی
نیروهای فرآیندی در پمپ‌ها، کمپرسورها و توربین‌ها نیروهای محوری ایجاد می‌کنند:
- کاویتاسیون پمپ: فروپاشی حباب بخار نیروهای ضربه‌ای محوری ایجاد می‌کند
- عدم تعادل پروانه: جریان نامتقارن، نیروی محوری نوسانی ایجاد می‌کند
- آشفتگی جریان محوری: در کمپرسورها و توربین‌های محوری
- موج زدن: افزایش ناگهانی فشار کمپرسور، ارتعاش محوری شدیدی ایجاد می‌کند
- گردش مجدد هوا: عملکرد خارج از طراحی که باعث ناپایداری جریان می‌شود
۴. شل‌شدگی مکانیکی
فواصل زیاد باعث حرکت محوری می‌شوند:
- سطوح یاتاقان محوری فرسوده
- اجزای اتصال شل
- عدم کفایت قید محوری در طراحی یاتاقان
- اسپیسرها یا شیم‌های فرسوده
۵. مشکلات کوپلینگ
سایش کوپلینگ یا نصب نادرست آن باعث ایجاد ارتعاش محوری می‌شود:
- دندانه‌های کوپلینگ چرخ‌دنده فرسوده که باعث شناوری محوری می‌شوند
- نصب نادرست کوپلینگ‌های انعطاف‌پذیر
- خطاهای طول فاصله دهنده کوپلینگ
- زوایای اتصال جهانی که مولفه‌های نیروی محوری را ایجاد می‌کنند
۶. مشکلات رشد حرارتی
انبساط حرارتی تفاضلی می‌تواند نیروهای محوری را القا کند:
- انبساط حرارتی لوله‌کشی، هل دادن/کشیدن تجهیزات
- رشد حرارتی ناهموار بین ماشین‌های کوپل شده
- نشست فونداسیون که بر تراز محوری تأثیر می‌گذارد
اهمیت تشخیصی
تشخیص ناهمراستایی
ارتعاش محوری شاخص کلیدی برای تشخیص عدم هم‌ترازی است:
- قاعده کلی: اگر ارتعاش محوری > 50% یا ارتعاش شعاعی باشد، به ناهمراستایی مشکوک شوید
- محتوای فرکانسی: عمدتاً 2X برای عدم هم‌ترازی متوازی و 1X و 2X برای عدم هم‌ترازی زاویه‌ای
- تحلیل فازی: اختلاف فاز ۱۸۰ درجه بین اندازه‌گیری‌های محوری در دو انتهای مخالف، ناهم‌ترازی را تأیید می‌کند.
- تأیید: لرزش محوری بالا که پس از تراز دقیق، تشخیص را تأیید می‌کند، به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد
عیب‌یابی پمپ و کمپرسور
برای تجهیزات چرخشی که مایعات را جابجا می‌کنند:
- کاویتاسیون: ارتعاش محوری تصادفی با فرکانس بالا و ویژگی‌های پهنای باند
- عدم تعادل هیدرولیکی: ۱ برابر لرزش محوری ناشی از بارگذاری نامتقارن پروانه
- موج: نوسان محوری با دامنه بزرگ و فرکانس پایین
- فرکانس عبور تیغه: مولفه محوری در فرکانس عبور پره، مشکلات جریان را نشان می‌دهد
ارزیابی وضعیت یاتاقان
- افزایش ناگهانی ارتعاش محوری ممکن است نشان دهنده خرابی یاتاقان تراست باشد.
- ارتعاش محوری با فرکانس‌های نقص یاتاقان تراست، مشکل یاتاقان را تأیید می‌کند
- شناوری محوری بیش از حد که با پروب‌های مجاورتی اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده‌ی فرسودگی یاتاقان است.
سطوح و استانداردهای قابل قبول
دستورالعمل‌های عمومی
در حالی که استانداردهایی مانند ISO 20816 در درجه اول به ارتعاش شعاعی می‌پردازند، محدودیت‌های ارتعاش محوری معمولاً به صورت زیر بیان می‌شوند:
- نسبت به شعاعی: محوری باید باشد <50% ارتعاش شعاعی در شرایط عادی
- محدودیت‌های مطلق: معمولاً 25-50% از محدودیت‌های ارتعاش شعاعی برای کلاس ماشین
- مقایسه پایه: افزایش ۵۰-۱۰۰۱TP۳T از بررسی اولیه حکم
استانداردهای خاص تجهیزات
- API 610 (پمپ‌های گریز از مرکز): محدودیت‌های ارتعاش شعاعی و محوری را مشخص می‌کند
- API 617 (کمپرسورهای گریز از مرکز): شامل معیارهای پذیرش ارتعاش محوری است
- توربوماشین‌ها: اغلب به طور مداوم با سنسورهای موقعیت محوری و ارتعاش کنترل می‌شود
روش‌های اصلاح و کاهش اثرات
برای ناهمراستایی
- تراز دقیق شفت: از ابزارهای تراز لیزری برای اصلاح ناهم‌ترازی زاویه‌ای و موازی استفاده کنید
- اصلاح نرمی پا: قبل از تراز کردن، مطمئن شوید که همه پایه‌های نصب صاف قرار گرفته‌اند.
- ملاحظات رشد حرارتی: در نظر گرفتن افزایش دمای عملیاتی در ترازبندی
- کاهش کرنش لوله: نیروهای لوله‌کشی که تجهیزات را از تراز خارج می‌کنند، حذف کنید
برای مشکلات یاتاقان‌های رانشی
- قطعات یاتاقان محوری فرسوده را تعویض کنید
- پیش بارگذاری و فواصل مناسب یاتاقان کف گرد را بررسی کنید
- اطمینان از روانکاری کافی برای سطوح یاتاقان‌های رانشی
- نصب و شیمینگ صحیح یاتاقان کف گرد را بررسی کنید
برای نیروهای محوری مرتبط با فرآیند
- رفع کاویتاسیون: فشار ورودی را افزایش دهید، دمای سیال را کاهش دهید، انسداد ورودی را بررسی کنید
- نقطه عملیاتی بهینه: پمپ‌ها و کمپرسورها را در محدوده طراحی به کار بیندازید.
- نیروهای هیدرولیکی را متعادل کنید: از سوراخ‌های تعادل یا پره‌های پشتی روی پروانه‌ها استفاده کنید
- کنترل ضد نوسانات برق: اجرای موثر پیشگیری از سرج برای کمپرسورها
برای مشکلات مکانیکی
- کوپلینگ‌ها و اجزای کوپلینگ فرسوده را تعویض کنید
- اتصالات مکانیکی شل را محکم کنید
- ابعاد صحیح فاصله دهنده و واشر را تأیید کنید
- اطمینان از نصب صحیح کوپلینگ طبق مشخصات سازنده
بهترین شیوه‌های اندازه‌گیری
نصب سنسور
- نصب محکم: در صورت امکان، برای اندازه‌گیری‌های محوری از گل‌میخ یا چسب به جای آهنربا استفاده کنید.
- جهت گیری را تأیید کنید: مطمئن شوید که سنسور واقعاً موازی با محور شفت است (نه در زاویه).
- هر دو انتها: ارتعاش محوری را در هر دو انتهای محرک و غیر محرک برای مقایسه فاز اندازه‌گیری کنید.
- پروب‌های مجاورتی: برای تجهیزات حساس، حسگرهای موقعیت محوری دائمی نصب کنید
جمع‌آوری داده‌ها
- همیشه داده‌های محوری را همراه با اندازه‌گیری‌های شعاعی افقی و عمودی جمع‌آوری کنید.
- ثبت روابط فازی بین اندازه‌گیری‌های محوری در مکان‌های مختلف
- نسبت دامنه محوری به شعاعی را مقایسه کنید
- روند ارتعاش محوری را در طول زمان بررسی کنید تا مشکلات در حال توسعه را تشخیص دهید
مقایسه ارتعاش محوری در مقابل ارتعاش شعاعی
تفاوت‌های کلیدی
| جنبه | ارتعاش شعاعی (جانبی) | ارتعاش محوری |
|---|---|---|
| جهت | عمود بر محور شفت | موازی با محور شفت |
| دامنه معمول | بالاتر | پایین‌تر (معمولاً <50% شعاعی) |
| علل اصلی | عدم تعادل، خمیدگی شفت، عیوب یاتاقان | عدم هم‌ترازی، مشکلات یاتاقان‌های رانشی، نیروهای فرآیندی |
| ارزش تشخیصی | وضعیت عمومی ماشین آلات | مختص مشکلات ناهمراستایی و رانش |
| اولویت نظارت | تمرکز اصلی | ثانویه اما حیاتی برای تشخیص |
کاربردهای صنعتی
پایش ارتعاش محوری به ویژه برای موارد زیر اهمیت دارد:
- پمپ‌های گریز از مرکز: نیروهای هیدرولیکی و تشخیص کاویتاسیون
- کمپرسورها: مانیتورینگ یاتاقان رانش و تشخیص موج ضربه
- توربین‌ها: نیروهای پره توربین محوری و شرایط یاتاقان تراست
- تجهیزات کوپل شده: تأیید هم‌ترازی و شرایط اتصال
- تجهیزات فرآیند: پایش وضعیت جریان
در حالی که ارتعاش محوری اغلب تحت الشعاع ارتعاش شعاعی برجسته‌تر قرار می‌گیرد، تحلیلگران ارتعاش باتجربه ارزش تشخیصی حیاتی آن را تشخیص می‌دهند. بسیاری از مشکلات ماشین‌آلات که ممکن است با بررسی ارتعاش شعاعی به تنهایی از نظر دور بمانند، به وضوح توسط الگوهای ارتعاش محوری آشکار می‌شوند و آن را به یک جزء ضروری از برنامه‌های جامع نظارت بر وضعیت ماشین‌آلات تبدیل می‌کنند.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 