Razumijevanje radijalnih vibracija u rotirajućim strojevima
Definicija: Što je radijalna vibracija?
Radijalne vibracije je gibanje rotirajućeg vratila okomito na svoju os rotacije, koje se proteže prema van od središta poput radijusa kružnice. Pojam "radijalno" odnosi se na bilo koji smjer koji zrači od središnje linije vratila, a obuhvaća i horizontalno (sa strane na stranu) i vertikalno (gore-dolje) gibanje. Radijalna vibracija je sinonim za bočne vibracije ili transverzalne vibracije i predstavljaju najčešće mjereni i praćeni oblik vibracija u rotirajućim strojevima.
U praktičnim primjenama, radijalne vibracije se obično mjere u dva okomita smjera - horizontalnom i vertikalnom - na svakom mjestu ležaja kako bi se dobila potpuna slika gibanja osovine okomito na njezinu os.
Upute za mjerenje
Horizontalne radijalne vibracije
Horizontalne vibracije mjere se u smjeru od strane do strane:
- Okomito na os osovine i paralelno s tlom/podom
- Često najpristupačnije mjesto mjerenja
- Obično pokazuje učinke gravitacije, asimetrije krutosti temelja i horizontalnih prisilnih funkcija
- Standardna orijentacija mjerenja za većinu programa za praćenje vibracija
Vertikalne radijalne vibracije
Vertikalna vibracija mjeri se u smjeru gore-dolje:
- Okomito na os osovine i okomito na tlo/pod
- Pod utjecajem gravitacije i težine rotora
- Često veća amplituda od horizontalne zbog težine rotora što stvara asimetričnu krutost
- Ključno za otkrivanje problema u vertikalno orijentiranim strojevima (vertikalne pumpe, motori)
Ukupne radijalne vibracije
Ukupna radijalna vibracija može se izračunati kao vektorski zbroj horizontalnih i vertikalnih komponenti:
- Radijalni ukupni broj = √(horizontalno² + vertikalno²)
- Predstavlja stvarnu magnitudu gibanja bez obzira na smjer
- Korisno za procjene ozbiljnosti jednim brojem
Primarni uzroci radijalnih vibracija
Radijalne vibracije nastaju silama koje djeluju okomito na os osovine:
1. Neravnoteža (dominantni uzrok)
Neravnoteža je najčešći izvor radijalnih vibracija u rotirajućim strojevima:
- Stvara centrifugalnu silu koja se okreće brzinom osovine (1X)
- Veličina sile proporcionalna masi neravnoteže, radijusu i kvadratu brzine
- Proizvodi kružne ili eliptične orbita osovine
- Ispravno putem balansiranje postupci
2. Neusklađenost
Neusklađenost osovine između spojenih strojeva stvara i radijalne i aksijalne vibracije:
- Primarno 2X (dva puta po okretu) radijalne vibracije
- Također generira 1X, 3X i više harmonike
- Visoka aksijalna vibracija prati radijalnu vibraciju
- Fazni odnosi između ležajeva dijagnosticiraju vrstu neusklađenosti
3. Mehanički nedostaci
Razni mehanički problemi uzrokuju karakteristične radijalne vibracijske obrasce:
- Nedostaci ležaja: Visokofrekventni utjecaji na frekvencijama kvara ležaja
- Savijena ili izvijena osovina: 1X vibracija slična neravnoteži, ali prisutna čak i pri sporom kotrljanju
- Labavost: Višestruki harmonici (1X, 2X, 3X) s nelinearnim ponašanjem
- Pukotine: 1X i 2X vibracija s promjenama tijekom pokretanja/gašenja
- Trljanja: Subsinkrone i sinkrone komponente
4. Aerodinamičke i hidraulične sile
Procesne sile u pumpama, ventilatorima i kompresorima stvaraju radijalno djelovanje:
- Frekvencija prolaska lopatica (broj lopatica × okretaji u minuti)
- Hidraulička neravnoteža zbog asimetričnog protoka
- Otpadanje vrtloga i turbulencija strujanja
- Recirkulacija i rad izvan projektnih okvira
5. Rezonantni uvjeti
Prilikom rada u blizini kritične brzine, radijalne vibracije se dramatično pojačavaju:
- Prirodna frekvencija podudara se s frekvencijom prisile
- Amplituda ograničena samo sustavom prigušivanje
- Potencijal za katastrofalne razine vibracija
- Zahtijeva odgovarajuće margine razdvajanja u dizajnu
Mjerni standardi i parametri
Mjerne jedinice
Radijalne vibracije mogu se izraziti pomoću tri povezana parametra:
- Pomak: Stvarna udaljenost kretanja (mikrometri, µm, mil). Koristi se za strojeve niske brzine i mjerenja sondama za blizinu
- Brzina: Brzina promjene pomaka (mm/s, in/s). Najčešći za opće industrijske strojeve, osnova za ISO standarde
- Ubrzanje: Brzina promjene brzine (m/s², g). Koristi se za visokofrekventna mjerenja i otkrivanje nedostataka ležajeva
Međunarodni standardi
Serija ISO 20816 određuje ograničenja jačine radijalnih vibracija:
- ISO 20816-1: Opće smjernice za procjenu vibracija strojeva
- ISO 20816-3: Specifični kriteriji za industrijske strojeve > 15 kW
- Zone ozbiljnosti: A (dobro), B (prihvatljivo), C (nezadovoljavajuće), D (neprihvatljivo)
- Mjesto mjerenja: Tipično na kućištima ležajeva u radijalnim smjerovima
Standardi specifični za industriju
- API 610: Granice radijalnih vibracija centrifugalnih pumpi
- API 617: Kriteriji vibracija centrifugalnih kompresora
- API 684: Postupci analize dinamike rotora za predviđanje radijalnih vibracija
- NEMA MG-1: Granice vibracija elektromotora
Tehnike praćenja i dijagnostike
Rutinsko praćenje
Standardni programi za praćenje vibracija mjere radijalne vibracije:
- Prikupljanje na temelju rute: Periodična mjerenja u fiksnim intervalima (mjesečno, tromjesečno)
- Ukupni trendovi na razini: Praćenje ukupne amplitude vibracija tijekom vremena
- Granice alarma: Postavljeno na temelju ISO ili standarda specifičnih za opremu
- Usporedba: Trenutna vs. osnovna, horizontalna vs. vertikalna
Napredna analiza
Detaljna analiza radijalnih vibracija pruža dijagnostičke informacije:
- FFT analiza: Frekvencijski spektar koji prikazuje komponente vibracija
- Vremenski valni oblik: Vibracijski signal tijekom vremena otkriva tranzijente i modulaciju
- Fazna analiza: Vremenski odnosi između mjernih točaka
- Analiza orbite: Obrasci kretanja središnje linije vratila
- Analiza omotnice: Visokofrekventna demodulacija za otkrivanje nedostataka ležajeva
Kontinuirano praćenje
Kritična oprema često ima stalni nadzor radijalnih vibracija:
- Sonde za mjerenje blizine za izravno mjerenje kretanja osovine
- Trajno montirani akcelerometri na kućištima ležajeva
- Trendovi i alarmi u stvarnom vremenu
- Integracija automatskog sustava zaštite
Horizontalne i vertikalne razlike
Tipični odnosi amplitude
U mnogim strojevima vertikalne radijalne vibracije premašuju horizontalne:
- Učinak gravitacije: Težina rotora stvara statički otklon, što utječe na vertikalnu krutost
- Asimetrična krutost: Temeljne i potporne konstrukcije često su horizontalno kruće
- Tipični omjer: Uobičajena je vertikalna vibracija 1,5-2× horizontalna
- Učinak ravnoteže težine: Korekcijski utezi postavljeni na dnu rotora (laka dostupnost) prvenstveno smanjuju vertikalne vibracije
Dijagnostičke razlike
- Neravnoteža: Može se jače prikazivati u jednom smjeru, ovisno o mjestu neravnoteže
- Labavost: Često pokazuje nelinearnost izraženiju u vertikalnom smjeru
- Problemi s temeljem: Vertikalne vibracije osjetljivije na propadanje temelja
- Neusklađenost: Može se razlikovati u horizontalnom i vertikalnom smjeru ovisno o vrsti neusklađenosti
Odnos prema dinamici rotora
Radijalne vibracije su ključne za dinamika rotora analiza:
Kritične brzine
- Radijalne prirodne frekvencije određuju kritične brzine
- Prva kritična brzina obično odgovara prvom radijalnom načinu savijanja
- Campbellovi dijagrami predvidjeti ponašanje radijalnih vibracija u odnosu na brzinu
- Granice odvajanja od kritičnih brzina sprječavaju prekomjerne radijalne vibracije
Oblici načina rada
- Svaki radijalni mod vibracije ima karakterističan oblik otklona
- Prvi način: jednostavno savijanje luka
- Drugi način: S-krivulja s čvornom točkom
- Viši modovi: sve složeniji obrasci
Razmatranja o ravnoteži
- Balansiranje cilja smanjenje radijalnih vibracija na 1X frekvenciji
- Influence coefficients povezati korekcijske težine s promjenama radijalnih vibracija
- Optimalne lokacije korekcijskih ravnina na temelju oblika radijalnog moda
Metode korekcije i kontrole
Za neravnotežu
- Balansiranje polja korištenjem prijenosnih analizatora
- Jednoravninski ili balansiranje u dvije ravnine postupci
- Precizno balansiranje u radionici za kritične komponente
Za mehaničke probleme
- Precizno poravnanje za ispravljanje neusklađenosti
- Zamjena ležaja zbog kvarova ležaja
- Zatezanje labavih komponenti
- Popravci temelja zbog strukturnih problema
- Ispravljanje ili zamjena savijenih osovina
Za probleme s rezonancijom
- Promjene brzine kako bi se izbjegli kritični rasponi brzina
- Modifikacije krutosti (promjer osovine, promjene položaja ležaja)
- Poboljšanja prigušenja (prigušivači s kompresijskim filmom, odabir ležajeva)
- Promjene mase za pomicanje prirodnih frekvencija
Važnost prediktivnog održavanja
Praćenje radijalnih vibracija je temelj programa prediktivnog održavanja:
- Rano otkrivanje kvarova: Promjene radijalnih vibracija prethode kvarovima tjednima ili mjesecima
- Trendovi: Postupno povećanje ukazuje na razvoj problema
- Dijagnoza kvara: Frekvencijski sadržaj identificira specifične vrste kvarova
- Procjena ozbiljnosti: Amplituda označava ozbiljnost problema i hitnost
- Raspored održavanja: Održavanje temeljeno na stanju, a ne na vremenu
- Ušteda troškova: Sprječava katastrofalne kvarove i optimizira intervale održavanja
Kao primarno mjerenje vibracija u rotirajućim strojevima, radijalne vibracije pružaju bitne informacije o stanju opreme, što ih čini nezamjenjivima za osiguranje pouzdanog, sigurnog i učinkovitog rada industrijske rotirajuće opreme.
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 