Razumijevanje aksijalnih vibracija u rotirajućim strojevima

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Definicija: Što je aksijalna vibracija?

Aksijalne vibracije (također se naziva longitudinalna vibracija ili vibracija potiska) je kretanje naprijed-natrag rotor u smjeru paralelnom s njegovom osi rotacije. Za razliku od bočne vibracije što je kretanje s jedne strane na drugu okomito na osovinu, aksijalna vibracija predstavlja kretanje osovine unutra i van duž svoje duljine, slično kretanju klipa.

Iako su obično manje amplitude od bočnih vibracija, aksijalne vibracije su vrlo dijagnostičke za određene vrste kvarova strojeva, posebno neusklađenost, problemi s aksijalnim ležajevima i problemi vezani uz proces u pumpama i kompresorima.

Karakteristike i mjerenje

Smjer i kretanje

Aksijalne vibracije se javljaju duž središnje osi vratila:

• Gibanje je paralelno s osi rotacije osovine
• Rotor se pomiče naprijed-natrag poput recipročnog kretanja
• Obično se mjeri na kućištima ležajeva ili krajevima osovina
• Amplituda obično manja od radijalne vibracije, ali dijagnostički vrlo značajna

Postavljanje mjerenja

Aksijalne vibracije zahtijevaju specifičnu montažu senzora:

• Orijentacija senzora: Akcelerometar ili pretvornik brzine montiran paralelno s osi osovine
• Tipične lokacije: Na poklopcima kućišta ležajeva, zvonovima motora ili kućištima aksijalnih ležajeva
• Sonde za blizinu: Može izravno mjeriti aksijalni položaj kada je montiran okrenut prema površini kraja osovine
• Važnost: Često zanemareno, ali ključno za potpunu dijagnostiku strojeva

Primarni uzroci aksijalnih vibracija

1. Neusklađenost (najčešći uzrok)

Neusklađenost osovine, posebno kutno neusklađenost, glavni je uzrok aksijalnih vibracija:

• Simptom: Visoka aksijalna vibracija od 1X ili 2X pri radnoj brzini
• Mehanizam: Kutni pomak između spojenih osovina stvara oscilirajuće aksijalne sile koje se prenose kroz spojku
• Dijagnostički pokazatelj: Amplituda aksijalne vibracije > 50% radijalne vibracije snažno ukazuje na neusklađenost
• Fazni odnos: Aksijalne vibracije na pogonskom i nepogonskom kraju obično su 180° izvan faze

2. Nedostaci aksijalnog ležaja

Problemi s aksijalnim ležajevima koji kontroliraju aksijalni položaj osovine uzrokuju karakteristične aksijalne vibracije:

• Istrošenost ili oštećenje aksijalnog ležaja
• Nedovoljno prednaprezanje aksijalnog ležaja
• Kvar aksijalnog ležaja koji uzrokuje prekomjerni aksijalni zazor
• Problemi s podmazivanjem specifični za aksijalne ležajeve

3. Hidraulične ili aerodinamičke sile

Procesne sile u pumpama, kompresorima i turbinama stvaraju aksijalne sile:

• Kavitacija pumpe: Kolaps mjehurića pare stvara aksijalne udarne sile
• Neravnoteža impelera: Asimetrični tok stvara oscilirajući aksijalni potisak
• Turbulencija aksijalnog toka: U aksijalnim kompresorima i turbinama
• Rastući: Prenapon kompresora stvara snažne aksijalne vibracije
• Recirkulacija: Neprojektni rad koji uzrokuje nestabilnosti protoka

4. Mehanička labavost

Preveliki razmaci omogućuju aksijalno kretanje:

• Istrošene površine aksijalnih ležajeva
• Komponente labavog spajanja
• Nedovoljno aksijalno ograničenje u dizajnu ležaja
• Istrošeni odstojnici ili podložne pločice

5. Problemi sa spajanjem

Istrošenost ili pogrešna ugradnja spojnice generira aksijalne vibracije:

• Istrošeni zubi zupčaste spojnice omogućuju aksijalno pomicanje
• Nepravilno ugrađene fleksibilne spojnice
• Pogreške duljine odstojnika spojnice
• Kutovi univerzalnog zgloba koji stvaraju aksijalne komponente sile

6. Problemi termalnog rasta

Diferencijalno toplinsko širenje može izazvati aksijalne sile:

• Toplinsko širenje cijevi prilikom guranja/vučenja opreme
• Neravnomjeran toplinski rast između spojenih strojeva
• Slijeganje temelja koje utječe na aksijalno poravnanje

Dijagnostički značaj

Dijagnoza neusklađenosti

Aksijalna vibracija je ključni pokazatelj za dijagnosticiranje neusklađenosti:

• Pravilo: Ako su aksijalne vibracije veće od 50% radijalnih vibracija, posumnjajte na neusklađenost
• Sadržaj frekvencije: Pretežno 2X za paralelno pomaknuto neusklađenje; 1X i 2X za kutno neusklađenje
• Fazna analiza: Fazna razlika od 180° između aksijalnih mjerenja na suprotnim krajevima potvrđuje neusklađenost
• Potvrda: Visoka aksijalna vibracija koja se značajno smanjuje nakon što precizno poravnanje potvrdi dijagnozu

Dijagnostika pumpe i kompresora

Za rotirajuću opremu koja rukuje tekućinama:

• Kavitacija: Visokofrekventne, slučajne aksijalne vibracije sa širokopojasnim karakteristikama
• Hidraulički disbalans: 1X aksijalne vibracije zbog asimetričnog opterećenja rotora
• Prenapon: Aksijalno osciliranje velike amplitude i niske frekvencije
• Frekvencija prolaza lopatice: Aksijalna komponenta pri frekvenciji prolaska lopatice ukazuje na probleme s protokom

Procjena stanja ležaja

• Naglo povećanje aksijalnih vibracija može ukazivati na propadanje aksijalnog ležaja
• Aksijalne vibracije s frekvencijama defekta aksijalnog ležaja potvrđuju problem s ležajem
• Prekomjerno aksijalno pomicanje izmjereno sondama za blizinu ukazuje na istrošenost ležaja

Prihvatljive razine i standardi

Opće smjernice

Dok se standardi poput ISO 20816 prvenstveno odnose na radijalne vibracije, granice aksijalnih vibracija obično se izražavaju kao:

• U odnosu na radijalno: Aksijalni bi trebao biti < 50% radijalnih vibracija u normalnim uvjetima
• Apsolutne granice: Tipično 25-50% granica radijalnih vibracija za klasu stroja
• Osnovna usporedba: Povećanja od 50-100% u odnosu na početnu istragu naloga

Standardi specifični za opremu

• API 610 (centrifugalne pumpe): Određuje granice radijalnih i aksijalnih vibracija
• API 617 (Centrifugalni kompresori): Uključuje kriterije prihvatljivosti aksijalnih vibracija
• Turbostrojevi: Često se kontinuirano prati senzorima aksijalnog položaja i vibracija

Metode korekcije i ublažavanja

Za neusklađenost

1. Precizno poravnanje osovine: Koristite alate za lasersko poravnanje za ispravljanje kutnog i paralelnog neusklađenosti
2. Korekcija mekog stopala: Prije poravnanja provjerite jesu li sve montažne nožice ravno postavljene
3. Razmatranje termalnog rasta: Uzmite u obzir širenje na radnoj temperaturi prilikom poravnanja
4. Rasterećenje cijevi: Uklonite sile u cjevovodima koje izbacuju opremu iz poravnanja

Za probleme s aksijalnim ležajevima

• Zamijenite istrošene komponente aksijalnog ležaja
• Provjerite pravilno prednaprezanje i zazore aksijalnog ležaja
• Osigurajte odgovarajuće podmazivanje površina aksijalnih ležajeva
• Provjerite ispravnu ugradnju aksijalnog ležaja i podmetanje

Za aksijalne sile povezane s procesom

• Uklanjanje kavitacije: Povećajte ulazni tlak, smanjite temperaturu tekućine, provjerite ima li blokada na ulazu
• Optimizirajte radnu točku: Upravljajte pumpama i kompresorima unutar projektiranog raspona
• Uravnotežite hidraulične sile: Koristite rupe za uravnoteženje ili stražnje lopatice na impelerima
• Kontrola prenapona: Implementirajte učinkovitu zaštitu od prenapona za kompresore

Za mehaničke probleme

• Zamijenite istrošene spojke i komponente spojke
• Zategnite labave mehaničke spojeve
• Provjerite ispravne dimenzije odstojnika i podložnih pločica
• Osigurajte pravilnu ugradnju spojnice prema specifikacijama proizvođača

Najbolje prakse mjerenja

Ugradnja senzora

• Čvrsta montaža: Za aksijalna mjerenja koristite klinove ili ljepilo umjesto magneta kad god je to moguće.
• Provjerite orijentaciju: Provjerite je li senzor doista paralelan s osi osovine (ne pod kutom)
• Oba kraja: Izmjerite aksijalne vibracije na pogonskom i nepogonskom kraju radi usporedbe faza
• Sonde za blizinu: Za kritičnu opremu ugradite trajne aksijalne senzore položaja

Prikupljanje podataka

• Uvijek prikupljajte aksijalne podatke zajedno s horizontalnim i vertikalnim radijalnim mjerenjima
• Zabilježite fazne odnose između aksijalnih mjerenja na različitim lokacijama
• Usporedite omjere aksijalne i radijalne amplitude
• Praćenje trenda aksijalnih vibracija tijekom vremena radi otkrivanja problema u razvoju

Usporedba aksijalnih i radijalnih vibracija

Ključne razlike

Aspekt	Radijalne (lateralne) vibracije	Aksijalne vibracije
Smjer	Okomito na os osovine	Paralelno s osi osovine
Tipična amplituda	Viši	Niže (obično < 50% radijalnog)
Primarni uzroci	Neravnoteža, savijena osovina, nedostaci ležaja	Neusklađenost, problemi s aksijalnim ležajevima, procesne sile
Dijagnostička vrijednost	Opće stanje strojeva	Specifično za probleme s neusklađenošću i potiskom
Prioritet praćenja	Primarni fokus	Sekundarno, ali ključno za dijagnozu

Primjene u industriji

Praćenje aksijalnih vibracija posebno je važno za:

• Centrifugalne pumpe: Hidraulične sile i detekcija kavitacije
• Kompresori: Nadzor aksijalnih ležajeva i detekcija prenapona
• Turbine: Aksijalne sile na lopaticama turbine i stanje aksijalnog ležaja
• Spojena oprema: Provjera poravnanja i uvjeti spajanja
• Procesna oprema: Praćenje stanja protoka

Iako su aksijalne vibracije često u sjeni izraženijih radijalnih vibracija, iskusni analitičari vibracija prepoznaju njihovu kritičnu dijagnostičku vrijednost. Mnogi problemi sa strojevima koji bi se mogli previdjeti samo ispitivanjem radijalnih vibracija jasno se otkrivaju obrascima aksijalnih vibracija, što ih čini bitnom komponentom sveobuhvatnih programa praćenja stanja strojeva.

---

← Natrag na glavni indeks