Comprensione delle vibrazioni assiali nelle macchine rotanti
Definizione: Che cosa sono le vibrazioni assiali?
Vibrazione assiale (chiamata anche vibrazione longitudinale o vibrazione di spinta) è il movimento avanti e indietro di un rotore in una direzione parallela al suo asse di rotazione. A differenza vibrazione laterale che è un movimento laterale perpendicolare all'albero, la vibrazione assiale rappresenta l'albero che si muove dentro e fuori lungo la sua lunghezza, simile al movimento di un pistone.
Sebbene in genere di ampiezza inferiore rispetto alle vibrazioni laterali, le vibrazioni assiali sono altamente diagnostiche per alcuni tipi di guasti dei macchinari, in particolare disallineamento, problemi ai cuscinetti reggispinta e problemi relativi al processo in pompe e compressori.
Caratteristiche e misurazione
Direzione e movimento
La vibrazione assiale si verifica lungo l'asse centrale dell'albero:
- Il movimento è parallelo all'asse di rotazione dell'albero
- Il rotore si muove avanti e indietro come un movimento alternativo
- Solitamente misurato sugli alloggiamenti dei cuscinetti o sulle estremità degli alberi
- Ampiezza solitamente inferiore alla vibrazione radiale ma altamente significativa dal punto di vista diagnostico
Impostazione della misurazione
La vibrazione assiale richiede un montaggio specifico del sensore:
- Orientamento del sensore: Accelerometro o trasduttore di velocità montato parallelamente all'asse dell'albero
- Posizioni tipiche: Sui cappucci terminali dell'alloggiamento del cuscinetto, sulle campane terminali del motore o sugli alloggiamenti dei cuscinetti reggispinta
- Sonde di prossimità: Può misurare la posizione assiale direttamente quando montato di fronte alla superficie dell'estremità dell'albero
- Importanza: Spesso trascurato ma fondamentale per una diagnosi completa dei macchinari
Cause primarie delle vibrazioni assiali
1. Disallineamento (causa più comune)
Disallineamento dell'albero, in particolare il disallineamento angolare, è la causa principale delle vibrazioni assiali:
- Sintomo: Elevata vibrazione assiale 1X o 2X alla velocità di funzionamento
- Meccanismo: Lo sfasamento angolare tra alberi accoppiati crea forze assiali oscillanti trasmesse attraverso l'accoppiamento
- Indicatore diagnostico: L'ampiezza della vibrazione assiale > 50% della vibrazione radiale suggerisce fortemente un disallineamento
- Relazione di fase: Vibrazione assiale alle estremità di azionamento e non di azionamento in genere sfasata di 180°
2. Difetti del cuscinetto reggispinta
I problemi con i cuscinetti reggispinta che controllano la posizione dell'albero assiale causano vibrazioni assiali caratteristiche:
- Usura o danneggiamento del cuscinetto reggispinta
- Precarico insufficiente del cuscinetto reggispinta
- Guasto del cuscinetto reggispinta che consente un gioco assiale eccessivo
- Problemi di lubrificazione specifici dei cuscinetti reggispinta
3. Forze idrauliche o aerodinamiche
Le forze di processo nelle pompe, nei compressori e nelle turbine creano forze assiali:
- Cavitazione della pompa: Il collasso della bolla di vapore crea forze d'urto assiali
- Squilibrio della girante: Il flusso asimmetrico crea una spinta assiale oscillante
- Turbolenza del flusso assiale: Nei compressori assiali e nelle turbine
- In aumento: L'ondata di pressione del compressore crea violente vibrazioni assiali
- Ricircolo: Funzionamento fuori progetto che causa instabilità del flusso
4. Allentamento meccanico
I giochi eccessivi consentono il movimento assiale:
- Superfici dei cuscinetti reggispinta usurate
- Componenti di accoppiamento allentati
- Vincolo assiale inadeguato nella progettazione del cuscinetto
- Distanziali o spessori usurati
5. Problemi di accoppiamento
L'usura o l'errata installazione del giunto generano vibrazioni assiali:
- Denti dell'accoppiamento degli ingranaggi usurati che consentono il gioco assiale
- Giunti flessibili installati in modo non corretto
- Errori di lunghezza del distanziatore di accoppiamento
- Angoli del giunto universale che creano componenti di forza assiale
6. Problemi di crescita termica
La dilatazione termica differenziale può indurre forze assiali:
- Espansione termica delle tubazioni che spinge/tira sull'apparecchiatura
- Crescita termica non uniforme tra macchine accoppiate
- Cedimenti delle fondamenta che influenzano l'allineamento assiale
Significato diagnostico
Diagnosi di disallineamento
La vibrazione assiale è l'indicatore chiave per diagnosticare il disallineamento:
- Regola pratica: Se la vibrazione assiale è > 50% della vibrazione radiale, sospettare un disallineamento
- Contenuto di frequenza: Prevalentemente 2X per disallineamento parallelo; 1X e 2X per disallineamento angolare
- Analisi di fase: La differenza di fase di 180° tra le misurazioni assiali alle estremità opposte conferma il disallineamento
- Conferma: Elevata vibrazione assiale che si riduce significativamente dopo che l'allineamento di precisione conferma la diagnosi
Diagnostica di pompe e compressori
Per apparecchiature rotanti che gestiscono fluidi:
- Cavitazione: Vibrazione assiale casuale ad alta frequenza con caratteristiche a banda larga
- Squilibrio idraulico: Vibrazione assiale 1X dal carico asimmetrico della girante
- Ondeggiare: Oscillazione assiale di grande ampiezza e bassa frequenza
- Frequenza di passaggio della lama: La componente assiale alla frequenza di passaggio della pala indica problemi di flusso
Valutazione delle condizioni dei cuscinetti
- Un aumento improvviso delle vibrazioni assiali può indicare il deterioramento del cuscinetto reggispinta
- La vibrazione assiale con frequenze di difetto del cuscinetto reggispinta conferma il problema del cuscinetto
- Un eccessivo gioco assiale misurato con sonde di prossimità indica l'usura del cuscinetto
Livelli e standard accettabili
Linee guida generali
Mentre standard come ISO 20816 affrontano principalmente le vibrazioni radiali, i limiti delle vibrazioni assiali sono in genere espressi come:
- Rispetto al radiale: Assiale dovrebbe essere < 50% di vibrazione radiale in condizioni normali
- Limiti assoluti: Tipicamente 25-50% dei limiti di vibrazione radiale per la classe di macchine
- Confronto di base: Aumenti di 50-100% rispetto all'indagine di base sul mandato
Standard specifici per le apparecchiature
- API 610 (Pompe centrifughe): Specifica i limiti di vibrazione sia radiali che assiali
- API 617 (Compressori centrifughi): Include criteri di accettazione delle vibrazioni assiali
- Turbomacchine: Spesso monitorato in modo continuo con sensori di posizione assiale e di vibrazione
Metodi di correzione e mitigazione
Per disallineamento
- Allineamento di precisione dell'albero: Utilizzare strumenti di allineamento laser per correggere disallineamenti angolari e paralleli
- Correzione del piede zoppo: Assicurarsi che tutti i piedini di montaggio siano ben appoggiati prima dell'allineamento
- Considerazioni sulla crescita termica: Tenere conto dell'espansione della temperatura di esercizio nell'allineamento
- Scarico della trazione del tubo: Eliminare le forze delle tubazioni che disallineano le apparecchiature
Per problemi con i cuscinetti reggispinta
- Sostituire i componenti usurati del cuscinetto reggispinta
- Verificare il corretto precarico e gioco del cuscinetto reggispinta
- Assicurare una lubrificazione adeguata alle superfici dei cuscinetti reggispinta
- Controllare la corretta installazione e lo spessore del cuscinetto reggispinta
Per forze assiali correlate al processo
- Elimina la cavitazione: Aumentare la pressione di ingresso, ridurre la temperatura del fluido, verificare la presenza di ostruzioni all'ingresso
- Ottimizza il punto operativo: Utilizzare pompe e compressori entro i limiti di progettazione
- Bilanciare le forze idrauliche: Utilizzare fori di bilanciamento o palette posteriori sulle giranti
- Controllo anti-sovratensione: Implementare un'efficace prevenzione delle sovratensioni per i compressori
Per problemi meccanici
- Sostituire i giunti e i componenti di accoppiamento usurati
- Stringere i collegamenti meccanici allentati
- Verificare le dimensioni corrette del distanziale e della zeppa
- Assicurare la corretta installazione del giunto secondo le specifiche del produttore
Migliori pratiche di misurazione
Installazione del sensore
- Montaggio stabile: Quando possibile, utilizzare perni o adesivi anziché magneti per le misurazioni assiali
- Verifica l'orientamento: Assicurarsi che il sensore sia realmente parallelo all'asse dell'albero (non inclinato)
- Entrambe le estremità: Misurare la vibrazione assiale sia all'estremità motrice che a quella non motrice per il confronto di fase
- Sonde di prossimità: Per le apparecchiature critiche, installare sensori di posizione assiali permanenti
Raccolta dati
- Raccogliere sempre i dati assiali insieme alle misurazioni radiali orizzontali e verticali
- Registrare le relazioni di fase tra le misurazioni assiali in posizioni diverse
- Confronta i rapporti di ampiezza assiale e radiale
- Monitorare le vibrazioni assiali nel tempo per rilevare problemi in via di sviluppo
Confronto tra vibrazioni assiali e radiali
Differenze chiave
| Aspetto | Vibrazione radiale (laterale) | Vibrazione assiale |
|---|---|---|
| Direzione | Perpendicolare all'asse dell'albero | Parallelo all'asse dell'albero |
| Ampiezza tipica | Più alto | Inferiore (di solito < 50% di radiale) |
| Cause primarie | Squilibrio, albero piegato, difetti dei cuscinetti | Disallineamento, problemi con i cuscinetti reggispinta, forze di processo |
| Valore diagnostico | Condizioni generali dei macchinari | Specifico per problemi di disallineamento e spinta |
| Priorità di monitoraggio | Focus primario | Secondario ma fondamentale per la diagnosi |
Applicazioni industriali
Il monitoraggio delle vibrazioni assiali è particolarmente importante per:
- Pompe centrifughe: Rilevamento delle forze idrauliche e della cavitazione
- Compressori: Monitoraggio dei cuscinetti reggispinta e rilevamento delle sovratensioni
- Turbine: Forze assiali delle pale della turbina e condizioni del cuscinetto reggispinta
- Attrezzatura accoppiata: Verifica dell'allineamento e condizione di accoppiamento
- Attrezzature di processo: Monitoraggio delle condizioni di flusso
Sebbene la vibrazione assiale sia spesso messa in ombra dalla più evidente vibrazione radiale, gli analisti di vibrazioni esperti ne riconoscono il valore diagnostico fondamentale. Molti problemi dei macchinari che potrebbero passare inosservati esaminando solo la vibrazione radiale vengono chiaramente rivelati dai modelli di vibrazione assiale, rendendola una componente essenziale di programmi completi di monitoraggio delle condizioni dei macchinari.
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 