回転機械における軸方向振動の理解
定義: 軸方向振動とは何ですか?
軸方向振動 （縦振動またはスラスト振動とも呼ばれる）は、 ローター 回転軸に平行な方向。 横方向の振動 これはシャフトに垂直な左右の動きですが、軸方向の振動は、ピストンの動きと同様に、シャフトがその長さに沿って前後に動くことを表します。.
通常は横方向の振動よりも振幅は小さいが、軸方向の振動は、特に機械の特定の種類の故障の診断に非常に役立つ。 ずれ, 、スラストベアリングの問題、およびポンプとコンプレッサーのプロセス関連の問題。.
特性と測定
方向と動き
軸方向の振動はシャフトの中心軸に沿って発生します。
- 動きはシャフトの回転軸に平行です
- ローターは往復運動のように前後に動きます
- 通常、ベアリングハウジングまたはシャフト端で測定されます
- 振幅は通常、放射状振動よりも小さいが、診断上非常に重要である。
測定セットアップ
軸方向の振動には特定のセンサー取り付けが必要です。
- センサーの向き: シャフト軸に平行に取り付けられた加速度計または速度変換器
- 典型的な場所: ベアリングハウジングのエンドキャップ、モーターエンドベル、またはスラストベアリングハウジング
- 近接プローブ: シャフト端面に向けて取り付けると軸方向の位置を直接測定できます
- 重要性： 見落とされがちですが、機械の完全な診断には重要です
軸方向振動の主な原因
1. ずれ（最も一般的な原因）
シャフトのずれ, 特に角度のずれは軸方向の振動の主な原因です。
- 症状： 走行速度での高い1倍または2倍の軸方向振動
- 機構： 連結されたシャフト間の角度オフセットにより、カップリングを介して伝達される振動軸力が発生します。
- 診断インジケータ: 軸方向の振動振幅が50%を超える場合、ラジアル方向の振動はミスアライメントを強く示唆する。
- 位相関係: 駆動端と非駆動端の軸方向振動は通常180°位相がずれている
2. スラストベアリングの欠陥
軸方向シャフトの位置を制御するスラスト ベアリングの問題により、特徴的な軸方向振動が発生します。
- スラストベアリングの摩耗または損傷
- スラストベアリングの予圧不足
- スラストベアリングの故障により軸方向の遊びが過剰になる
- スラストベアリング特有の潤滑問題
3. 油圧または空気力
ポンプ、コンプレッサー、タービンのプロセス力によって軸力が生成されます。
- ポンプのキャビテーション: 蒸気泡の崩壊により軸方向の衝撃力が生じる
- インペラのアンバランス: 非対称の流れが振動する軸推力を生み出す
- 軸流乱流: 軸流圧縮機およびタービン
- 急上昇： コンプレッサーサージは激しい軸方向振動を引き起こす
- 再循環: 設計外操作による流れの不安定化
4. 機械的な緩み
クリアランスが大きすぎると軸方向の動きが可能になります。
- 摩耗したスラストベアリング面
- 疎結合コンポーネント
- ベアリング設計における軸方向拘束の不十分さ
- 摩耗したスペーサーまたはシム
5. カップリングの問題
カップリングの摩耗や誤った取り付けにより軸方向の振動が発生します。
- ギアカップリングの歯が摩耗して軸方向の浮きが生じる
- 不適切に設置されたフレキシブルカップリング
- カップリングスペーサーの長さの誤差
- ユニバーサルジョイントの角度が軸力成分を生成する
6. 熱成長の問題
熱膨張差により軸方向の力が生じる可能性があります。
- 配管の熱膨張による機器への押し引き
- 結合された機械間の不均一な熱増加
- 基礎沈下が軸の配置に影響を与える
診断的意義
ずれ診断
軸方向の振動は、ミスアライメントを診断するための重要な指標です。
- 経験則: 軸方向の振動が半径方向の振動の50%を超える場合は、ミスアライメントが疑われます。
- 周波数コンテンツ: 平行オフセットずれの場合は主に2倍、角度ずれの場合は1倍と2倍
- フェーズ分析: 反対側の端での軸測定間の180°位相差は、位置ずれを確認する。
- 確認： 精密アライメントで診断が確定すると、軸方向の大きな振動が大幅に減少します。
ポンプとコンプレッサーの診断
流体を扱う回転機器の場合:
- キャビテーション： 広帯域特性を持つ高周波ランダム軸方向振動
- 油圧アンバランス: 非対称インペラ負荷による1X軸方向振動
- うねり： 大振幅、低周波の軸振動
- ブレードパス頻度: ブレード通過周波数における軸方向成分は流れの問題を示している
ベアリング状態評価
- 軸方向の振動が突然増加すると、スラストベアリングの劣化が示唆される可能性がある。
- スラストベアリングの欠陥周波数による軸方向の振動はベアリングの問題を確認します
- 近接プローブで測定された過度の軸方向浮上は、ベアリングの摩耗を示しています。
許容レベルと基準
一般的なガイドライン
ISO 20816 などの規格は主にラジアル振動を対象としていますが、軸方向の振動制限は通常次のように表現されます。
- ラジアルに対する相対値: 軸方向は 通常条件下での半径方向振動は 50% 未満
- 絶対限界: 機械クラスのラジアル振動限界の典型的には25-50%
- ベースライン比較: ベースラインから50～100%の増加は捜査の根拠となる
機器固有の規格
- API 610（遠心ポンプ）： ラジアル方向と軸方向の振動限界を指定します
- API 617（遠心圧縮機）： 軸方向振動許容基準を含む
- ターボ機械: 軸方向位置センサーと振動センサーで継続的に監視されることが多い
修正と緩和の方法
ずれの場合
- 精密シャフトアライメント： レーザーアライメントツールを使用して角度と平行のずれを修正します
- ソフトフット矯正： 位置合わせの前に、すべての取り付け脚が平らになっていることを確認してください。
- 熱成長の考慮: 動作温度の膨張を考慮して調整する
- パイプの張力緩和: 機器の位置ずれを引き起こす配管力を排除
スラストベアリングの問題
- 摩耗したスラストベアリング部品を交換する
- 適切なスラストベアリングの予圧とクリアランスを確認する
- スラストベアリング面への適切な潤滑を確保する
- スラストベアリングの適切な取り付けとシム調整を確認する
プロセス関連の軸力について
- キャビテーションの除去: 入口圧力を上げ、流体温度を下げ、入口の詰まりがないか確認する
- 動作点を最適化: ポンプとコンプレッサーを設計範囲内で運転する
- バランス油圧: インペラのバランスホールまたはバックベーンを使用する
- アンチサージ制御: コンプレッサーの効果的なサージ防止を実装する
機械的な問題の場合
- 摩耗したカップリングとカップリング部品を交換する
- 緩んだ機械的接続を締める
- スペーサーとシムの寸法が正しいことを確認する
- メーカーの仕様に従って適切なカップリングの取り付けを確認してください。
測定のベストプラクティス
センサーの取り付け
- しっかりとした取り付け： 可能であれば、軸測定には磁石ではなくスタッドまたは接着剤を使用してください。
- 方向を確認する: センサーがシャフト軸と完全に平行であることを確認します（斜めではありません）。
- 両端： 駆動端と非駆動端の両方で軸方向の振動を測定し、位相を比較します。
- 近接プローブ: 重要な機器には恒久的な軸方向位置センサーを設置する
データ収集
- 水平および垂直の半径測定とともに軸方向のデータを常に収集します
- 異なる場所での軸測定間の位相関係を記録する
- 軸方向と半径方向の振幅比を比較する
- 軸方向の振動を経時的に傾向分析し、発生しつつある問題を検出します。
軸方向振動と半径方向振動の比較
主な違い
| 側面 | ラジアル（横方向）振動 | 軸方向振動 |
|---|---|---|
| 方向 | シャフト軸に垂直 | シャフト軸に平行 |
| 典型的な振幅 | より高い | 低い（通常 < 50% ラジアル) |
| 主な原因 | アンバランス、シャフトの曲がり、ベアリングの欠陥 | ミスアライメント、スラストベアリングの問題、プロセス力 |
| 診断価値 | 機械の一般的な状態 | ミスアライメントとスラストの問題に特化 |
| 監視の優先順位 | 主な焦点 | 二次的だが診断に重要 |
産業アプリケーション
軸方向の振動監視は、特に以下の場合に重要です。
- 遠心ポンプ: 油圧とキャビテーション検出
- コンプレッサー: スラストベアリング監視とサージ検出
- タービン: 軸方向タービンブレードの力とスラストベアリングの状態
- 連結機器: アライメント検証と結合条件
- プロセス機器: フロー状態監視
軸方向振動は、より顕著なラジアル振動に隠れがちですが、経験豊富な振動解析者は、その重要な診断価値を認識しています。ラジアル振動のみの検査では見逃される可能性のある多くの機械の問題は、軸方向振動のパターンによって明確に明らかになるため、包括的な機械状態監視プログラムにおいて不可欠な要素となっています。.
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