Comprensione delle vibrazioni laterali nelle macchine rotanti
Definizione: Che cosa sono le vibrazioni laterali?
Vibrazione laterale (chiamata anche vibrazione radiale o vibrazione trasversale) si riferisce al movimento di un albero rotante perpendicolarmente al suo asse di rotazione. In termini semplici, è il movimento laterale o verticale dell'albero durante la rotazione. La vibrazione laterale è il tipo più comune di vibrazione nei macchinari rotanti ed è tipicamente causato da forze radiali come sbilanciare, disallineamento, alberi piegati o difetti dei cuscinetti.
La comprensione delle vibrazioni laterali è fondamentale per dinamica del rotore perché rappresenta la modalità primaria di vibrazione per la maggior parte delle apparecchiature rotanti ed è al centro della maggior parte del monitoraggio delle vibrazioni e bilanciamento attività.
Direzione e misurazione
La vibrazione laterale viene misurata nel piano perpendicolare all'asse dell'albero:
Sistema di coordinate
- Direzione orizzontale: Movimento laterale parallelo al terreno
- Direzione verticale: Movimento su e giù perpendicolare al terreno
- Direzione radiale: Qualsiasi direzione perpendicolare all'asse dell'albero (combinazione di orizzontale e verticale)
Posizioni di misurazione
La vibrazione laterale viene solitamente misurata a:
- Alloggiamenti dei cuscinetti: Utilizzando accelerometri o trasduttori di velocità montati su cuscinetti o piedistalli
- Superficie dell'albero: Utilizzo di sonde di prossimità senza contatto per la misurazione diretta del movimento dell'albero
- Orientamenti multipli: Le misurazioni in entrambe le direzioni orizzontale e verticale forniscono un quadro completo del movimento laterale
Cause primarie delle vibrazioni laterali
Le vibrazioni laterali possono avere origine da numerose fonti, ciascuna delle quali produce caratteristiche vibrazioni:
1. Squilibrio (più comune)
Sbilanciare è la causa più frequente di vibrazioni laterali. Una distribuzione asimmetrica della massa crea una forza centrifuga rotante che produce:
- Frequenza di vibrazione 1X (una volta per rivoluzione)
- Relativamente stabile fase relazione
- Ampiezza proporzionale al quadrato della velocità
- Circolare o ellittica orbita dell'albero
2. Disallineamento
Disallineamento dell'albero tra macchine accoppiate crea forze laterali:
- Principalmente 2X vibrazione (due volte per rivoluzione)
- Può anche eccitare armoniche 1X e superiori
- Spesso mostra anche un'elevata componente assiale
- Le relazioni di fase differiscono dallo squilibrio
3. Asta piegata o arcuata
Un albero piegato o incurvato in modo permanente crea un'eccentricità geometrica:
- 1X vibrazione che può apparire simile allo squilibrio
- Elevate vibrazioni anche a basse velocità di rotolamento
- Difficile da correggere solo bilanciando
4. Difetti dei cuscinetti
Cuscinetto a rotolamento i difetti producono vibrazioni laterali caratteristiche:
- Componenti ad alta frequenza (frequenze di guasto dei cuscinetti)
- Modulato da frequenze più basse creando bande laterali
- Spesso richiede analisi dell'involucro per il rilevamento
5. Allentamento meccanico
Cuscinetti, fondamenta o bulloni di montaggio allentati creano:
- Armoniche multiple (1X, 2X, 3X, ecc.)
- Risposta non lineare alla forzatura
- Vibrazione irregolare o instabile
6. Sfregamento rotore-statore
Il contatto tra parti rotanti e fisse genera:
- Componenti sub-sincroni
- Cambiamenti improvvisi nell'ampiezza e nella fase delle vibrazioni
- Possibile curvatura termica
Vibrazione laterale vs. altri tipi di vibrazione
I macchinari rotanti possono essere soggetti a vibrazioni in tre direzioni principali:
Vibrazione laterale (radiale)
- Direzione: Perpendicolare all'asse dell'albero
- Cause tipiche: Squilibrio, disallineamento, albero piegato, difetti dei cuscinetti
- Misurazione: Accelerometri o sensori di velocità sugli alloggiamenti dei cuscinetti; sonde di prossimità sull'albero
- Dominanza: Di solito la componente di vibrazione di ampiezza maggiore
Vibrazione assiale
- Direzione: Parallelo all'asse dell'albero
- Cause tipiche: Disallineamento, problemi con i cuscinetti reggispinta, problemi di flusso di processo
- Misurazione: Accelerometri montati assialmente
- Dominanza: Tipicamente ampiezza inferiore a quella laterale, ma diagnostica per alcuni guasti
Vibrazione torsionale
- Direzione: Movimento di torsione attorno all'asse dell'albero
- Cause tipiche: Problemi di accoppiamento degli ingranaggi, problemi elettrici del motore, problemi di accoppiamento
- Misurazione: Richiede sensori di vibrazione torsionale specializzati o estensimetri
- Dominanza: Di solito di piccole dimensioni, ma possono causare guasti da fatica
Modalità di vibrazione laterale e velocità critiche
In dinamica del rotore, le modalità di vibrazione laterale descrivono i modelli di deflessione caratteristici dell'albero:
Prima modalità laterale
- Forma di piegatura semplice (arco singolo o arco)
- Frequenza naturale più bassa
- Più facilmente eccitabile dallo squilibrio
- Primo velocità critica corrisponde a questa modalità
Seconda modalità laterale
- Deflessione a S con un punto nodale
- Frequenza naturale più elevata
- Seconda velocità critica
- Importante per rotori flessibili
Modalità laterali superiori
- Forme sempre più complesse con più nodi
- Rilevante solo per rotori ad altissima velocità o molto flessibili
- Può essere eccitato dal passaggio delle pale o da altre eccitazioni ad alta frequenza
Misurazione e monitoraggio
Parametri di misura
La vibrazione laterale è caratterizzata da diversi parametri:
- Ampiezza: L'entità del movimento, misurata in spostamento (µm, mils), velocità (mm/s, in/s) o accelerazione (g, m/s²)
- Frequenza: Tipicamente 1X velocità di esecuzione per vibrazioni dominate dallo squilibrio, ma può includere armoniche e altre frequenze
- Fase: La temporizzazione dello spostamento massimo rispetto a un segno di riferimento sull'albero
- Orbita: Il percorso effettivo tracciato dal centro dell'albero visto frontalmente
Standard di misurazione
Gli standard internazionali forniscono indicazioni sui livelli accettabili di vibrazioni laterali:
- Serie ISO 20816: Limiti di vibrazione per vari tipi di macchine in base alla velocità RMS
- API 610, 617, 684: Standard specifici del settore per pompe, compressori e dinamica del rotore
- Zone di gravità: Definire livelli accettabili, di attenzione e di allarme in base al tipo e alle dimensioni dell'apparecchiatura
Controllo e mitigazione
Bilanciamento
Bilanciamento è il metodo principale per ridurre le vibrazioni laterali dovute allo squilibrio:
- Equilibratura su un solo piano per rotori a disco
- Bilanciamento su due piani per la maggior parte dei rotori industriali
- bilanciamento modale per rotori flessibili che operano a velocità superiori a quelle critiche
Allineamento
L'allineamento di precisione dell'albero riduce le forze laterali dovute al disallineamento:
- Strumenti di allineamento laser per un posizionamento accurato dell'albero
- Considerazione della crescita termica nelle procedure di allineamento
- Correzione del piede zoppo prima dell'allineamento
Smorzamento
Smorzamento controlla le ampiezze delle vibrazioni laterali, soprattutto a velocità critiche:
- I cuscinetti a film fluido forniscono uno smorzamento significativo
- Smorzatori a film comprimibile per un controllo aggiuntivo
- Trattamenti di smorzamento della struttura di supporto
Modifica della rigidità
La modifica della rigidità del sistema determina velocità critiche:
- L'aumento del diametro dell'albero aumenta le velocità critiche
- La riduzione della campata del cuscinetto aumenta la prima velocità critica
- L'irrigidimento delle fondamenta influisce sulla risposta complessiva del sistema
Importanza diagnostica
L'analisi delle vibrazioni laterali è la pietra angolare della diagnostica dei macchinari:
- Tendenze: Il monitoraggio delle vibrazioni laterali nel tempo rivela problemi in via di sviluppo
- Identificazione del guasto: La frequenza e il modello di vibrazione identificano tipi di guasti specifici
- Valutazione della gravità: L'ampiezza rispetto agli standard indica la gravità del problema
- Verifica del bilanciamento: La riduzione delle vibrazioni laterali conferma il successo del bilanciamento
- Manutenzione basata sulle condizioni: I livelli di vibrazione attivano azioni di manutenzione
Una gestione efficace delle vibrazioni laterali è essenziale per un funzionamento affidabile e a lungo termine dei macchinari rotanti, rendendola un obiettivo primario dei programmi di monitoraggio delle vibrazioni, delle strategie di manutenzione predittiva e delle considerazioni sulla progettazione dinamica del rotore.
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 