درک ارتعاشات جانبی در ماشین آلات دوار
تعریف: ارتعاش جانبی چیست؟
ارتعاش جانبی (که ارتعاش شعاعی یا ارتعاش عرضی نیز نامیده می‌شود) به حرکت یک شفت چرخان عمود بر محور چرخش آن اشاره دارد. به عبارت ساده، این حرکت از یک طرف به طرف دیگر یا از بالا به پایین شفت هنگام چرخش است. ارتعاش جانبی رایج‌ترین نوع ارتعاش است. لرزش در ماشین‌آلات دوار و معمولاً توسط نیروهای شعاعی مانند عدم تعادل, ناهم‌ترازی, ، خمیدگی شفت‌ها، یا نقص در یاتاقان‌ها.
درک ارتعاش جانبی اساسی است دینامیک روتور زیرا این حالت، حالت اصلی ارتعاش را برای اکثر تجهیزات دوار نشان می‌دهد و تمرکز اکثر پایش‌ها و اندازه‌گیری‌های ارتعاش بر آن است. متعادل کردن فعالیت‌ها.
جهت و اندازه‌گیری
ارتعاش جانبی در صفحه عمود بر محور شفت اندازه‌گیری می‌شود:
سیستم مختصات
- جهت افقی: حرکت پهلو به پهلو موازی با زمین
- جهت عمودی: حرکت عمودی به بالا و پایین نسبت به زمین
- جهت شعاعی: هر جهتی عمود بر محور شفت (ترکیبی از افقی و عمودی)
مکان‌های اندازه‌گیری
ارتعاش جانبی معمولاً در موارد زیر اندازه‌گیری می‌شود:
- محفظه‌های یاتاقان: استفاده از شتاب‌سنج‌ها یا مبدل‌های سرعت نصب شده روی کلاهک‌های یاتاقان یا پایه‌ها
- سطح شفت: استفاده از پروب‌های مجاورتی غیرتماسی برای اندازه‌گیری مستقیم حرکت شفت
- گرایش‌های چندگانه: اندازه‌گیری‌ها در هر دو جهت افقی و عمودی، تصویر کاملی از حرکت جانبی ارائه می‌دهند.
علل اصلی ارتعاش جانبی
ارتعاش جانبی می‌تواند از منابع متعددی ناشی شود که هر کدام امضاهای ارتعاشی مشخصی تولید می‌کنند:
۱. عدم تعادل (رایج‌ترین)
عدم تعادل شایع‌ترین علت ارتعاش جانبی است. توزیع نامتقارن جرم، نیروی گریز از مرکز چرخشی ایجاد می‌کند که موارد زیر را تولید می‌کند:
- فرکانس ارتعاش ۱ برابر (یک بار در هر دور چرخش)
- نسبتاً پایدار فاز رابطه
- دامنه متناسب با مجذور سرعت
- دایره‌ای یا بیضی‌شکل مدار شفت
۲. ناهم‌ترازی
ناهمراستایی شفت بین ماشین‌های جفت‌شده نیروهای جانبی ایجاد می‌کند:
- لرزش اولیه ۲ برابر (دو بار در هر دور چرخش)
- همچنین می‌تواند هارمونیک‌های ۱X و بالاتر را تحریک کند
- اغلب مولفه محوری بالایی نیز نشان می‌دهد
- روابط فاز با عدم تعادل متفاوت است
۳. شفت خمیده یا قوس‌دار
یک شفت خمیده یا قوس‌دار دائمی، خروج از مرکز هندسی ایجاد می‌کند:
- ۱ برابر لرزش که ممکن است شبیه عدم تعادل به نظر برسد
- لرزش بالا حتی در سرعت‌های پایین چرخش
- اصلاح آن تنها با متعادل‌سازی دشوار است
۴. عیوب یاتاقان
یاتاقان غلتشی نقص‌ها ارتعاش جانبی مشخصی ایجاد می‌کنند:
- اجزای فرکانس بالا (فرکانس خطای یاتاقان)
- مدوله شده توسط فرکانس‌های پایین‌تر ایجاد می‌شود نوارهای کناری
- اغلب نیاز دارد تحلیل پوششی برای تشخیص
۵. شل‌شدگی مکانیکی
یاتاقان‌ها، فونداسیون‌ها یا پیچ‌های نصب شل باعث ایجاد موارد زیر می‌شوند:
- هارمونیک‌های چندگانه (1X، 2X، 3X و غیره)
- پاسخ غیرخطی به نیرو
- لرزش نامنظم یا ناپایدار
۶. اصطکاک روتور-استاتور
تماس بین قطعات چرخان و ثابت باعث ایجاد موارد زیر می‌شود:
- اجزای زیرسنکرون
- تغییرات ناگهانی در دامنه و فاز ارتعاش
- خمیدگی حرارتی احتمالی
ارتعاش جانبی در مقابل سایر انواع ارتعاش
ماشین‌آلات دوار می‌توانند در سه جهت اصلی ارتعاش را تجربه کنند:
ارتعاش جانبی (شعاعی)
- جهت: عمود بر محور شفت
- علل معمول: عدم تعادل، ناهمراستایی، خمیدگی شفت، عیوب یاتاقان
- اندازه‌گیری: شتاب‌سنج‌ها یا حسگرهای سرعت روی محفظه یاتاقان؛ پروب‌های مجاورتی روی شفت
- تسلط: معمولاً بزرگترین مؤلفه ارتعاش دامنه
ارتعاش محوری
- جهت: موازی با محور شفت
- علل معمول: عدم هم‌ترازی، مشکلات یاتاقان‌های محوری، مشکلات جریان فرآیند
- اندازه‌گیری: شتاب‌سنج‌های نصب‌شده به صورت محوری
- تسلط: معمولاً دامنه کمتری نسبت به جانبی دارد، اما برای خطاهای خاص تشخیصی است
ارتعاش پیچشی
- جهت: حرکت چرخشی حول محور شفت
- علل معمول: مشکلات مربوط به شبکه چرخ‌دنده‌ها، مشکلات الکتریکی موتور، مشکلات کوپلینگ
- اندازه‌گیری: نیاز به حسگرهای ارتعاش پیچشی یا کرنش‌سنج‌های تخصصی دارد
- تسلط: معمولاً کوچک است اما می‌تواند باعث شکست‌های ناشی از خستگی شود
مدهای ارتعاش جانبی و سرعت‌های بحرانی
در دینامیک روتور, ، مدهای ارتعاش جانبی، الگوهای انحراف مشخصه شفت را توصیف می‌کنند:
حالت جانبی اول
- شکل خم ساده (تک قوس یا کمان)
- کمترین فرکانس طبیعی
- به راحتی توسط عدم تعادل تحریک می‌شود
- اول سرعت بحرانی مربوط به این حالت است
حالت جانبی دوم
- انحراف S شکل با یک نقطه گره
- فرکانس طبیعی بالاتر
- سرعت بحرانی دوم
- مهم برای روتورهای انعطاف‌پذیر
حالت‌های جانبی بالاتر
- شکل‌های پیچیده‌تر با گره‌های متعدد
- فقط برای روتورهای با سرعت بسیار بالا یا بسیار انعطاف‌پذیر مرتبط است
- ممکن است با عبور تیغه یا سایر تحریکات با فرکانس بالا تحریک شود
اندازه‌گیری و پایش
پارامترهای اندازه‌گیری
ارتعاش جانبی با چندین پارامتر مشخص می‌شود:
- دامنه: بزرگی حرکت، که با جابجایی (µm، mils)، سرعت (mm/s، in/s) یا شتاب (g، m/s²) اندازه‌گیری می‌شود
- فرکانس: معمولاً برای ارتعاشات ناشی از عدم تعادل، سرعت چرخش ۱ برابر می‌شود، اما می‌تواند شامل هارمونیک‌ها و فرکانس‌های دیگر نیز باشد.
- فاز: زمان حداکثر جابجایی نسبت به علامت مرجع روی شفت
- مدار: مسیر واقعی ردیابی شده توسط مرکز شفت از نمای انتهایی
استانداردهای اندازه‌گیری
استانداردهای بین‌المللی، راهنمایی‌هایی برای سطوح ارتعاش جانبی قابل قبول ارائه می‌دهند:
- سری ایزو ۲۰۸۱۶: محدودیت‌های ارتعاش برای انواع مختلف ماشین‌آلات بر اساس سرعت RMS
- API 610، 617، 684: استانداردهای خاص صنعت برای پمپ‌ها، کمپرسورها و دینامیک روتور
- مناطق شدت: تعریف سطوح قابل قبول، احتیاط و هشدار بر اساس نوع و اندازه تجهیزات
کنترل و کاهش خطرات
متعادل کردن
متعادل کردن روش اصلی برای کاهش ارتعاش جانبی ناشی از عدم تعادل است:
- بالانس تک صفحه‌ای برای روتورهای دیسکی
- بالانس دو صفحه‌ای برای اکثر روتورهای صنعتی
- متعادل‌سازی مودال برای روتورهای انعطاف‌پذیر که بالاتر از سرعت‌های بحرانی کار می‌کنند
ترازبندی
تنظیم دقیق شفت، نیروهای جانبی ناشی از عدم هم‌ترازی را کاهش می‌دهد:
- ابزارهای تراز لیزری برای موقعیت یابی دقیق شفت
- ملاحظات رشد حرارتی در رویه‌های هم‌ترازی
- اصلاح نرمی پا قبل از تراز کردن
میرایی
میرایی دامنه‌های ارتعاش جانبی را کنترل می‌کند، به خصوص در سرعت‌های بحرانی:
- یاتاقان‌های لایه سیال، میرایی قابل توجهی ارائه می‌دهند
- میراگرهای فیلم فشرده برای کنترل بیشتر
- روش‌های میرایی سازه نگهدارنده
اصلاح سختی
تغییر سختی سیستم، سرعت‌های بحرانی را تغییر می‌دهد:
- افزایش قطر شفت، سرعت‌های بحرانی را افزایش می‌دهد
- کاهش دهانه یاتاقان، سرعت بحرانی اول را افزایش می‌دهد
- سخت شدن فونداسیون بر پاسخ کلی سیستم تأثیر می‌گذارد
اهمیت تشخیصی
آنالیز ارتعاش جانبی سنگ بنای عیب‌یابی ماشین‌آلات است:
- پرطرفدار: نظارت بر ارتعاش جانبی در طول زمان، مشکلات در حال توسعه را آشکار می‌کند
- شناسایی عیب: فرکانس و الگوی ارتعاش، انواع خاصی از خطا را مشخص می‌کنند
- ارزیابی شدت: دامنه در مقایسه با استانداردها، شدت مشکل را نشان می‌دهد
- تأیید تعادل: کاهش ارتعاش جانبی، تعادل موفقیت‌آمیز را تأیید می‌کند
- نگهداری مبتنی بر شرایط: سطح ارتعاش باعث اقدامات تعمیر و نگهداری می‌شود
مدیریت مؤثر ارتعاش جانبی برای عملکرد قابل اعتماد و طولانی مدت ماشین آلات دوار ضروری است، و آن را به تمرکز اصلی برنامه‌های نظارت بر ارتعاش، استراتژی‌های تعمیر و نگهداری پیش‌بینانه و ملاحظات طراحی دینامیک روتور تبدیل می‌کند.
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 