درک ارتعاشات شعاعی در ماشین آلات دوار
تعریف: ارتعاش شعاعی چیست؟
ارتعاش شعاعی حرکت یک شفت چرخان عمود بر محور چرخش آن است که مانند شعاع‌های یک دایره از مرکز به سمت بیرون امتداد می‌یابد. اصطلاح “شعاعی” به هر جهتی که از خط مرکزی شفت منشعب می‌شود، اشاره دارد و شامل حرکت افقی (از یک طرف به طرف دیگر) و عمودی (از بالا به پایین) می‌شود. ارتعاش شعاعی مترادف با ... ارتعاش جانبی یا ارتعاش عرضی و نشان دهنده رایج ترین شکل اندازه گیری و نظارت شده از لرزش در ماشین آلات دوار.
در کاربردهای عملی، ارتعاش شعاعی معمولاً در دو جهت عمود بر هم - افقی و عمودی - در هر موقعیت یاتاقان اندازه‌گیری می‌شود تا تصویر کاملی از حرکت شفت عمود بر محور آن ارائه شود.
دستورالعمل‌های اندازه‌گیری
ارتعاش شعاعی افقی
ارتعاش افقی در جهت پهلو به پهلو اندازه‌گیری می‌شود:
- عمود بر محور شفت و موازی با زمین/کف
- اغلب در دسترس‌ترین مکان اندازه‌گیری
- معمولاً اثرات گرانش، عدم تقارن سختی فونداسیون و توابع نیروی افقی را نشان می‌دهد.
- جهت گیری استاندارد اندازه گیری برای اکثر برنامه های نظارت بر ارتعاش
ارتعاش شعاعی عمودی
ارتعاش عمودی در جهت بالا و پایین اندازه‌گیری می‌شود:
- عمود بر محور شفت و عمود بر زمین/کف
- تحت تأثیر جاذبه و وزن روتور
- اغلب دامنه بالاتر از دامنه افقی به دلیل وزن روتور که باعث ایجاد سختی نامتقارن می‌شود
- برای تشخیص مشکلات در ماشین‌های عمودی (پمپ‌های عمودی، موتورها) بسیار مهم است.
ارتعاش شعاعی کلی
ارتعاش شعاعی کل را می‌توان به صورت مجموع برداری مؤلفه‌های افقی و عمودی محاسبه کرد:
- مجموع شعاعی = √(افقی² + عمودی²)
- نشان دهنده مقدار واقعی حرکت صرف نظر از جهت آن است
- برای ارزیابی شدت تک رقمی مفید است
علل اصلی ارتعاش شعاعی
ارتعاش شعاعی توسط نیروهایی که عمود بر محور شفت عمل می‌کنند، ایجاد می‌شود:
۱. عدم تعادل (علت غالب)
عدم تعادل رایج‌ترین منبع ارتعاش شعاعی در ماشین‌آلات دوار است:
- نیروی گریز از مرکز را با چرخش در سرعت شفت ایجاد می‌کند (1X)
- بزرگی نیرو متناسب با جرم، شعاع و سرعت عدم تعادل به توان دو
- دایره‌ای یا بیضوی تولید می‌کند. مدار شفت
- قابل اصلاح از طریق متعادل کردن رویه‌ها
۲. ناهم‌ترازی
ناهمراستایی شفت بین ماشین‌های کوپل شده، هم شعاعی و هم شعاعی ایجاد می‌کند ارتعاش محوری:
- لرزش شعاعی عمدتاً 2X (دو بار در هر دور)
- همچنین هارمونیک‌های ۱X، ۳X و بالاتر تولید می‌کند
- ارتعاش محوری بالا همراه با ارتعاش شعاعی
- روابط فازی بین یاتاقان‌ها برای تشخیص نوع ناهمراستایی
۳. عیوب مکانیکی
مشکلات مکانیکی مختلف الگوهای ارتعاش شعاعی مشخصی ایجاد می‌کنند:
- نقص‌های یاتاقان: اثرات فرکانس بالا در فرکانس‌های خطای یاتاقان
- شفت خمیده یا قوس‌دار: ۱ برابر لرزش مشابه عدم تعادل اما حتی در چرخش آهسته نیز وجود دارد
- سستی: هارمونیک‌های چندگانه (1X، 2X، 3X) با رفتار غیرخطی
- ترک‌ها: لرزش ۱X و ۲X با تغییرات در هنگام روشن/خاموش شدن
- مالش‌ها: اجزای همزمان و زیر همزمان
۴. نیروهای آیرودینامیکی و هیدرولیکی
نیروهای فرآیندی در پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسورها نیروی شعاعی ایجاد می‌کنند:
- فرکانس عبور پره (تعداد پره‌ها × دور در دقیقه)
- عدم تعادل هیدرولیکی ناشی از جریان نامتقارن
- ریزش گردابه و آشفتگی جریان
- گردش مجدد هوا و عملیات خارج از طراحی
۵. شرایط رزونانس
هنگام کار در نزدیکی سرعت‌های بحرانی, ، ارتعاش شعاعی به طور چشمگیری تقویت می‌شود:
- فرکانس طبیعی با فرکانس نیرو همزمان است
- دامنه فقط توسط سیستم محدود می‌شود میرایی
- پتانسیل سطوح ارتعاش فاجعه‌بار
- نیاز به حاشیه‌های جداسازی کافی در طراحی
استانداردها و پارامترهای اندازه‌گیری
واحدهای اندازه‌گیری
ارتعاش شعاعی را می‌توان با سه پارامتر مرتبط بیان کرد:
- جابجایی: فاصله واقعی حرکت (میکرومتر، میکرومتر). برای اندازه‌گیری‌های ماشین‌آلات کم‌سرعت و پروب مجاورتی استفاده می‌شود.
- سرعت: نرخ تغییر جابجایی (میلی‌متر بر ثانیه، اینچ بر ثانیه). رایج‌ترین برای ماشین‌آلات صنعتی عمومی، مبنای استانداردهای ISO
- شتاب: نرخ تغییر سرعت (m/s²، g). برای اندازه‌گیری‌های فرکانس بالا و تشخیص عیب یاتاقان استفاده می‌شود.
استانداردهای بین‌المللی
سری ISO 20816 محدودیت‌های شدت ارتعاش شعاعی را ارائه می‌دهد:
- ایزو ۲۰۸۱۶-۱: دستورالعمل‌های کلی برای ارزیابی ارتعاش ماشین‌آلات
- ایزو ۲۰۸۱۶-۳: معیارهای خاص برای ماشین‌های صنعتی > ۱۵ کیلووات
- مناطق شدت: الف (خوب)، ب (قابل قبول)، ج (رضایت بخش)، د (غیرقابل قبول)
- محل اندازه‌گیری: معمولاً روی محفظه‌های یاتاقان در جهت‌های شعاعی
استانداردهای خاص صنعت
- API 610: محدودیت‌های ارتعاش شعاعی پمپ‌های گریز از مرکز
- API 617: معیارهای ارتعاش کمپرسورهای گریز از مرکز
- API 684: روش‌های تحلیل دینامیک روتور برای پیش‌بینی ارتعاش شعاعی
- نم ام جی-۱: محدودیت‌های ارتعاش موتور الکتریکی
تکنیک‌های نظارت و تشخیص
نظارت روتین
برنامه‌های استاندارد پایش ارتعاش، ارتعاش شعاعی را اندازه‌گیری می‌کنند:
- جمع‌آوری مبتنی بر مسیر: اندازه‌گیری‌های دوره‌ای در فواصل زمانی ثابت (ماهانه، فصلی)
- روند کلی سطح: دامنه کل ارتعاش را در طول زمان ردیابی کنید
- محدودیت‌های هشدار: بر اساس استانداردهای ISO یا استانداردهای خاص تجهیزات تنظیم شده است
- مقایسه: جریان فعلی در مقابل خط پایه، افقی در مقابل عمودی
تحلیل پیشرفته
تجزیه و تحلیل دقیق ارتعاش شعاعی، اطلاعات تشخیصی زیر را ارائه می‌دهد:
- تحلیل FFT: طیف فرکانسی که اجزای ارتعاش را نشان می‌دهد
- شکل موج زمانی: سیگنال ارتعاش در طول زمان، گذراها و مدولاسیون را آشکار می‌کند.
- تحلیل فاز: روابط زمانی بین نقاط اندازه‌گیری
- تحلیل مدار: الگوهای حرکت خط مرکزی شفت
- تحلیل پوششی: دمدولاسیون فرکانس بالا برای تشخیص عیب یاتاقان
نظارت مداوم
تجهیزات بحرانی اغلب دارای مانیتورینگ دائمی ارتعاش شعاعی هستند:
- پراب‌های مجاورتی برای اندازه‌گیری مستقیم حرکت شفت
- شتاب‌سنج‌های نصب‌شده دائمی روی محفظه یاتاقان
- روندهای لحظه‌ای و هشداردهنده
- یکپارچه‌سازی سیستم حفاظت خودکار
تفاوت‌های افقی در مقابل عمودی
روابط معمول دامنه
در بسیاری از ماشین‌ها، ارتعاش شعاعی عمودی از ارتعاش افقی بیشتر است:
- اثر جاذبه: وزن روتور باعث ایجاد انحراف استاتیکی می‌شود که بر سختی عمودی تأثیر می‌گذارد.
- سختی نامتقارن: پی و سازه‌های نگهدارنده اغلب به صورت افقی سفت‌تر هستند
- نسبت معمول: ارتعاش عمودی ۱.۵-۲ برابر ارتعاش افقی رایج است
- اثر وزن متعادل: وزنه‌های اصلاحی که در پایین روتور قرار می‌گیرند (دسترسی آسان) ترجیحاً ارتعاش عمودی را کاهش می‌دهند.
تفاوت‌های تشخیصی
- عدم تعادل: بسته به محل عدم تعادل، ممکن است در یک جهت قوی‌تر نشان داده شود
- سستی: اغلب غیرخطی بودن را در جهت عمودی برجسته‌تر نشان می‌دهد
- مسائل مربوط به بنیاد: ارتعاش عمودی نسبت به تخریب فونداسیون حساس‌تر است
- ناهم‌ترازی: ممکن است بسته به نوع ناهم‌ترازی، در حالت افقی در مقابل عمودی متفاوت ظاهر شود
ارتباط با دینامیک روتور
ارتعاش شعاعی نقش اساسی دارد دینامیک روتور تحلیل:
سرعت‌های بحرانی
- فرکانس‌های طبیعی شعاعی تعیین می‌شوند سرعت‌های بحرانی
- سرعت بحرانی اول معمولاً مربوط به اولین حالت خمش شعاعی است
- نمودارهای کمپبل پیش‌بینی رفتار ارتعاش شعاعی در مقابل سرعت
- حاشیه‌های جداسازی از سرعت‌های بحرانی از لرزش شعاعی بیش از حد جلوگیری می‌کنند
شکل‌های حالت
- هر مد ارتعاش شعاعی شکل انحراف مشخصی دارد
- حالت اول: خمکاری قوسی ساده
- حالت دوم: منحنی S شکل با نقطه گره
- حالت‌های بالاتر: الگوهای پیچیده‌تر
ملاحظات متعادل کننده
- هدف متعادل‌سازی، کاهش ارتعاش شعاعی در فرکانس ۱X است
- Influence coefficients وزنه‌های اصلاحی را به تغییرات ارتعاش شعاعی مرتبط کنید
- مکان‌های بهینه صفحات اصلاح بر اساس شکل مدهای شعاعی
روش‌های اصلاح و کنترل
برای عدم تعادل
- تعادل میدان با استفاده از آنالایزرهای قابل حمل
- تک صفحه‌ای یا متعادل‌سازی دو صفحه‌ای رویه‌ها
- بالانس دقیق کارگاهی برای قطعات حساس
برای مشکلات مکانیکی
- ترازبندی دقیق برای اصلاح ناهم‌ترازی
- تعویض بلبرینگ برای رفع عیوب بلبرینگ
- سفت کردن اجزای شل
- تعمیرات فونداسیون برای مشکلات سازه‌ای
- صاف کردن شفت یا تعویض شفت‌های خمیده
برای مشکلات رزونانس
- تغییرات سرعت برای جلوگیری از محدوده‌های سرعت بحرانی
- تغییرات سختی (قطر شفت، تغییر محل یاتاقان)
- بهبود میرایی (میراگرهای لایه فشرده، انتخاب یاتاقان)
- تغییرات جرم برای تغییر فرکانس‌های طبیعی
اهمیت در نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه
نظارت بر ارتعاشات شعاعی سنگ بنای برنامه‌های تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده است:
- تشخیص زودهنگام خطا: تغییرات در ارتعاش شعاعی، هفته‌ها یا ماه‌ها قبل از خرابی رخ می‌دهد.
- پرطرفدار: افزایش تدریجی نشان دهنده مشکلات در حال توسعه است
- تشخیص عیب: محتوای فرکانسی انواع خاصی از خطا را مشخص می‌کند
- ارزیابی شدت: دامنه، شدت و فوریت مشکل را نشان می‌دهد
- برنامه‌ریزی تعمیر و نگهداری: نگهداری مبتنی بر شرایط به جای نگهداری مبتنی بر زمان
- صرفه جویی در هزینه: از خرابی‌های فاجعه‌بار جلوگیری می‌کند و فواصل تعمیر و نگهداری را بهینه می‌کند
ارتعاش شعاعی به عنوان اندازه‌گیری اصلی ارتعاش در ماشین‌آلات دوار، اطلاعات ضروری در مورد وضعیت تجهیزات را ارائه می‌دهد و آن را برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد، ایمن و کارآمد تجهیزات دوار صنعتی ضروری می‌سازد.
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 