Pyörivien koneiden aksiaalisen värähtelyn ymmärtäminen

Laitteet

Kannettava tasapainotuslaite ja tärinäanalysaattori Balanset-1A

$2,358.31

Osat

Tärinäanturi

$107.47

Osat

Optinen anturi (lasertakometri)

$148.07

Laitteet

Balanset-4

$8,123.32

Osat

Magneettinen jalusta Insize-60-kgf

$54.93

Osat

Heijastava nauha

$11.94

Laitteet

Dynaaminen tasapainotin "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Määritelmä: Mikä on aksiaalivärähtely?

Aksiaalinen värähtely (kutsutaan myös pitkittäisvärähtelyksi tai työntövärähtelyksi) on kappaleen edestakainen liike roottori pyörimisakselinsa suuntaisesti. Toisin kuin sivuttaisvärähtely joka on sivuttaisliikettä kohtisuorassa akseliin nähden, aksiaalinen värähtely edustaa akselin liikkumista sisään ja ulos pituudeltaan, samalla tavalla kuin männän liike.

Vaikka aksiaalinen värähtely on tyypillisesti amplitudiltaan pienempi kuin sivuttaisvärähtely, se on erittäin diagnostinen tietyntyyppisten konevikojen havaitsemiseksi, erityisesti virheasento, työntölaakeriongelmat ja prosessiin liittyvät ongelmat pumpuissa ja kompressoreissa.

Ominaisuudet ja mittaaminen

Suunta ja liike

Aksiaalinen värähtely tapahtuu akselin keskiviivan suuntaisesti:

• Liike on akselin pyörimisakselin suuntainen
• Roottori liikkuu edestakaisin kuin edestakainen liike
• Tyypillisesti mitattuna laakeripesien tai akselien päiden kohdalta
• Amplitudi on yleensä pienempi kuin säteittäinen värähtely, mutta diagnostisesti erittäin merkittävä

Mittausasetukset

Aksiaalinen värähtely vaatii erityistä anturin kiinnitystä:

• Anturin suunta: Kiihtyvyysanturi tai nopeusanturi asennettuna akselin suuntaisesti
• Tyypilliset sijainnit: Laakerikoteloiden päätykansissa, moottorin päätykuplissa tai työntölaakerikoteloissa
• Lähestymisanturit: Aksiaalinen asema voidaan mitata suoraan, kun se on asennettu akselin päätypintaa vasten
• Merkitys: Usein unohdetaan, mutta ratkaisevan tärkeää koneiden täydellisen diagnosoinnin kannalta

Aksiaalisen värähtelyn ensisijaiset syyt

1. Väärä linjaus (yleisin syy)

Akselin linjausvirhe, erityisesti kulmapoikkeama, on aksiaalivärähtelyn johtava syy:

• Oire: Voimakas 1X tai 2X aksiaalinen tärinä ajonopeudella
• Mekanismi: Kytkettyjen akselien välinen kulmapoikkeama luo kytkimen kautta välittyviä värähteleviä aksiaalivoimia
• Diagnostinen indikaattori: Aksiaalisen värähtelyn amplitudi > 50% säteittäisessä värähtelyssä viittaa vahvasti linjausvirheeseen
• Vaihesuhde: Aksiaalinen värähtely käyttö- ja ei-käyttöpäässä tyypillisesti 180° vaiheen ulkopuolella

2. Työntölaakerin viat

Aksiaaliakselin asentoa säätelevien työntölaakereiden ongelmat aiheuttavat ominaisia aksiaalivärähtelyjä:

• Työntölaakerin kuluminen tai vaurioituminen
• Riittämätön työntölaakerin esijännitys
• Työntölaakerin vikaantuminen, joka aiheuttaa liiallista aksiaalivälystä
• Työntölaakereiden voiteluongelmat

3. Hydrauliset tai aerodynaamiset voimat

Pumppujen, kompressorien ja turbiinien prosessivoimat luovat aksiaalisia voimia:

• Pumpun kavitaatio: Höyrykuplan romahdus luo aksiaalisia iskuvoimia
• Juoksupyörän epätasapaino: Epäsymmetrinen virtaus luo värähtelevää aksiaalista työntövoimaa
• Aksiaalivirtauksen turbulenssi: Aksiaalikompressoreissa ja turbiineissa
• Nouseva: Kompressorin aalto aiheuttaa voimakasta aksiaalista värähtelyä
• Kierrätys: Suunnittelun vastainen toiminta aiheuttaa virtauksen epävakaisuutta

4. Mekaaninen löysyys

Liian suuret välykset mahdollistavat aksiaalisen liikkeen:

• Kuluneet työntölaakeripinnat
• Irtonaiset kytkentäkomponentit
• Riittämätön aksiaalinen rajoitin laakerin suunnittelussa
• Kuluneet välikappaleet tai kiilat

5. Kytkentäongelmat

Kytkimen kuluminen tai virheellinen asennus aiheuttaa aksiaalista värähtelyä:

• Kuluneet hammaspyörän kytkentähampaat mahdollistavat aksiaalisen liikkuvuuden
• Väärin asennetut joustavat kytkimet
• Kytkimen välikappaleen pituusvirheet
• Kardaaninivelten kulmat, jotka luovat aksiaalisia voimakomponentteja

6. Lämpölaajenemiseen liittyvät ongelmat

Lämpölaajenemisen ero voi aiheuttaa aksiaalisia voimia:

• Putkien lämpölaajeneminen työntää/vetää laitteita
• Epätasainen lämpölaajeneminen kytkettyjen koneiden välillä
• Perustuksen painuminen vaikuttaa aksiaaliseen linjaukseen

Diagnostinen merkitys

Virheellisen linjauksen diagnoosi

Aksiaalinen värähtely on keskeinen indikaattori linjausvirheen diagnosoinnissa:

• Nyrkkisääntö: Jos aksiaalinen värähtely > 50% radiaalisesta värähtelystä, epäile linjausvirhettä
• Taajuussisältö: Pääasiassa 2X yhdensuuntaissiirtymän virheelle; 1X ja 2X kulmavirheelle
• Vaiheanalyysi: 180° vaihe-ero vastakkaisten päiden aksiaalisten mittausten välillä vahvistaa virheellisen kohdistuksen
• Vahvistus: Voimakas aksiaalinen värähtely, joka vähenee merkittävästi tarkan linjauksen jälkeen, joka vahvistaa diagnoosin

Pumpun ja kompressorin diagnostiikka

Nesteitä käsitteleville pyöriville laitteille:

• Kavitaatio: Korkeataajuinen, satunnainen aksiaalinen värähtely laajakaistaisilla ominaisuuksilla
• Hydraulinen epätasapaino: 1X aksiaalinen värähtely epäsymmetrisen juoksupyörän kuormituksen vuoksi
• Ylijännite: Suuri amplitudinen, matalataajuinen aksiaalinen värähtely
• Terän läpivirtaustaajuus: Aksiaalinen komponentti terän ohitustaajuudella viittaa virtausongelmiin

Laakerin kunnon arviointi

• Aksiaalisen värähtelyn äkillinen lisääntyminen voi viitata työntölaakerin heikkenemiseen
• Aksiaalinen värähtely työntölaakerin vikataajuuksilla vahvistaa laakeriongelman
• Lähestymisantureilla mitattu liiallinen aksiaalinen välys osoittaa laakerin kulumista

Hyväksyttävät tasot ja standardit

Yleiset ohjeet

Vaikka standardit, kuten ISO 20816, käsittelevät ensisijaisesti säteittäistä värähtelyä, aksiaalivärähtelyn raja-arvot ilmaistaan tyypillisesti seuraavasti:

• Suhteessa radiaaliin: Aksiaalisen tulisi olla < 50% säteittäistä värähtelyä normaaleissa olosuhteissa
• Absoluuttiset rajat: Tyypillisesti koneluokan säteittäisen värähtelyn raja-arvoista 25–50%
• Perustason vertailu: 50-100%:n nousu lähtötilanteen etsintäkuulutustutkimuksesta

Laitekohtaiset standardit

• API 610 (keskipakopumput): Määrittää sekä säteittäisen että aksiaalisen värähtelyn rajat
• API 617 (keskipakokompressorit): Sisältää aksiaalisen värähtelyn hyväksymiskriteerit
• Turbokoneet: Usein jatkuvasti valvotaan aksiaalisilla asento- ja tärinäantureilla

Korjaus- ja lieventämismenetelmät

Väärän linjauksen varalta

1. Tarkkuusakselin kohdistus: Käytä laserkohdistustyökaluja kulma- ja yhdensuuntaiskohdistuksen virheiden korjaamiseen
2. Pehmeä jalan korjaus: Varmista, että kaikki kiinnitysjalat ovat tasaisesti ennen kohdistamista
3. Lämpölaajenemisen huomioon ottaminen: Huomioi käyttölämpötilan laajeneminen kohdistuksessa
4. Putken vedonpoisto: Poista putkiston voimat, jotka vetävät laitteita pois linjauksesta

Työntölaakeriongelmiin

• Vaihda kuluneet työntölaakerin osat
• Tarkista työntölaakerin oikea esijännitys ja välykset
• Varmista työntölaakeripintojen riittävä voitelu
• Tarkista työntölaakerin oikea asennus ja kiilalevyt

Prosessiin liittyville aksiaalisille voimille

• Poista kavitaatio: Nosta imupaine, laske nesteen lämpötilaa ja tarkista, onko imuaukossa tukoksia.
• Optimoi toimintapiste: Käytä pumppuja ja kompressoreita suunnitellulla alueella
• Hydraulisten voimien tasapainottaminen: Käytä juoksupyörissä tasapainotusreikiä tai takasiipiä
• Ylijännitesuoja: Toteuta kompressoreille tehokas ylijännitesuoja

Mekaanisiin ongelmiin

• Vaihda kuluneet kytkimet ja kytkimen osat
• Kiristä löysät mekaaniset liitännät
• Tarkista oikeat välikappaleen ja säikeiden mitat
• Varmista kytkimen oikea asennus valmistajan ohjeiden mukaisesti

Mittauksen parhaat käytännöt

Anturin asennus

• Kiinteä kiinnitys: Käytä aksiaalimittauksissa nastoja tai liimaa magneettien sijaan, kun se on mahdollista.
• Tarkista suunta: Varmista, että anturi on todella yhdensuuntainen akselin akselin kanssa (ei kulmassa)
• Molemmat päät: Mittaa aksiaalista värähtelyä sekä käyttö- että vastakkaispäässä vaiheiden vertailua varten
• Lähestymisanturit: Asenna kriittisiin laitteisiin pysyvät aksiaalianturit

Tiedonkeruu

• Kerää aina aksiaalitiedot vaaka- ja pystysuuntaisten säteittäisten mittausten ohella
• Tallenna eri kohdissa tehtyjen aksiaalisten mittausten vaihesuhteet
• Vertaa aksiaalisten ja radiaalisten amplitudien suhteita
• Aksiaalisen värähtelyn trendien analysointi ajan kuluessa kehittyvien ongelmien havaitsemiseksi

Aksiaalisen ja radiaalisen värähtelyn vertailu

Keskeiset erot

Aspect	Radiaalinen (sivuttainen) värähtely	Aksiaalinen värähtely
Suunta	Kohtisuorassa akselin akseliin nähden	Akselin akselin suuntainen
Tyypillinen amplitudi	Korkeampi	Alempi (yleensä < 50% (säteittäinen)
Ensisijaiset syyt	Epätasapaino, taipunut akseli, laakeriviat	Linjausvirheet, työntölaakeriongelmat, prosessivoimat
Diagnostinen arvo	Koneen yleinen kunto	Erityisesti linjausvirheisiin ja työntövoimaongelmiin
Seurannan prioriteetti	Ensisijainen painopiste	Toissijainen, mutta kriittinen diagnoosin kannalta

Teollisuussovellukset

Aksiaalivärähtelyn valvonta on erityisen tärkeää seuraavissa tilanteissa:

• Keskipakopumput: Hydraulisten voimien ja kavitaation havaitseminen
• Kompressorit: Työntölaakerin valvonta ja ylijännitesuojaus
• Turbiinit: Aksiaaliset turbiinin lapojen voimat ja työntölaakerin kunto
• Kytketyt laitteet: Kohdistuksen tarkistus ja kytkentäehto
• Prosessilaitteet: Virtausolosuhteiden valvonta

Vaikka aksiaalinen värähtely jää usein näkyvämmän radiaalivärähtelyn varjoon, kokeneet värähtelyanalyytikot tunnistavat sen kriittisen diagnostisen arvon. Monet koneongelmat, jotka saattaisivat jäädä huomaamatta pelkästään radiaalivärähtelyä tutkimalla, paljastuvat selvästi aksiaalisten värähtelykuvioiden avulla, mikä tekee siitä olennaisen osan kattavia koneiden kunnonvalvontaohjelmia.

---

← Takaisin päähakemistoon