回転機械における軸方向振動の理解
軸方向振動 （縦振動またはスラスト振動とも呼ばれる）とは、 ローター その回転軸と平行な方向へ。ここで 横方向の振動 横方向の振動が軸に対して垂直な動きであるのに対し、軸方向の振動は、ピストンのように軸が自身の長さ方向に沿って前後に動く現象です。通常、その振幅は ラジアル振動……とはいえ、特定の断層群については極めて高い診断的価値がある――とりわけ ずれ, スラストベアリング ポンプやコンプレッサーにおける不具合やプロセス関連の問題。経験豊富なアナリストは、これを完全な測定セットの「オプション」ではなく、「不可欠な」要素として扱います。
1. 特徴と測定
方向と運動
軸方向の振動は、シャフトの中心線に沿って発生します：
- 運動は回転軸と平行である。
- ローターは往復運動を行います。
- 通常、ベアリングハウジングや軸端で測定されます。
- その振幅は通常、半径方向の振動よりも小さいが、発生している場合は、診断上はるかに重要な手がかりとなる。
測定セットアップ
軸方向の動きを捉えるには、センサーを慎重に配置する必要があります：
- センサーの向き： アン 加速度計 または 速度変換器 シャフト軸と平行に取り付けられている。
- 主な設置場所： ベアリングハウジングのエンドキャップ、モーターのエンドベル、またはスラストベアリングハウジング。
- 近接センサー： 1つの 近接プローブ シャフトの端面に向けることで、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
2. 軸方向振動の主な原因
位置ずれ — 最も一般的な原因
シャフトのミスアライメント、とりわけ角度のずれは、軸方向の振動の主な原因です：
- 症状： 運転速度での1倍または2倍の軸方向振動。
- 機構： 連結された軸間の角度ずれにより、1回転ごとにカップリングを介して振動する軸方向の力が伝達される。
- 診断インジケーター： 軸方向の振幅が半径方向の振幅の50%を超える場合、位置ずれが強く示唆される。
- 位相関係： 駆動端と非駆動端での軸方向の測定値は、通常、約180°ずれている 段階.
スラスト軸受の欠陥
に関する問題 スラストベアリング 軸の軸方向の位置を固定すると、特徴的な軸方向の振動が生じる：
- スラスト軸受の摩耗または損傷。
- スラスト軸受の不足 プリロード.
- スラスト軸受の破損により、軸方向の遊びが大きくなっている。
- スラスト面特有の潤滑に関する問題。
流体力学的力または空気力学的力
ポンプ、コンプレッサー、タービンにおけるプロセス力により、軸方向の荷重が発生します：
- ポンプ キャビテーション: 崩壊する蒸気泡が軸方向の衝撃力を生じさせる。
- インペラの不均衡： 非対称な流れにより、軸方向の推力が振動する。
- 軸流乱流： 軸流式圧縮機およびタービンにおいて。
- 急上昇: コンプレッサーのサージにより、激しい軸方向の振動が発生する。
- 再循環: 流れの不安定性を引き起こす設計外運転。
機械的な緩み
クリアランスが大きすぎると、ローターが軸方向に揺れ動く原因となります：
- スラスト軸受の摩耗した面。
- 疎結合のコンポーネント。
- 軸受配置における軸方向の固定が不十分である。
- スペーサーやシムが摩耗している。
カップリングの問題
カップリングの摩耗や取り付け不良により、軸方向の振動が発生します：
- 歯車の噛み合わせが摩耗し、軸方向の遊びが生じている。
- 不適切に取り付けられたフレキシブル管 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によって生じる軸方向の力成分。
熱膨張の問題
熱膨張の差により、軸方向の力が生じることがある：
- 配管の熱膨張により、機器に押し付けたり引っ張ったりする力が生じる。
- 結合されたマシン間の熱的成長の不均一。
- 基礎の沈下により軸方向の位置合わせが狂う。
3. 診断上の意義
ずれの診断
軸方向の振動は、位置ずれを示す最も確実な指標です：
- 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、軸のずれが疑われます。
- 周波数成分： 主に並行オフセットのずれに対しては2倍、角度のずれに対しては1倍と2倍の両方が適用される。
- 位相分析: 両端の軸方向の測定値に180°の位相差がある場合、位置ずれが確認されます。
- 確認： 高軸方向振動で、精密加工後に急激に低下する シャフトアライメント 診断を裏付ける。
ポンプおよびコンプレッサーの診断
流体を取り扱う回転機器について：
- キャビテーション： 高周波、ランダム、広帯域の軸方向振動。
- 油圧バランスの不均衡： 1× 非対称なインペラ荷重による軸方向の振動。
- うねり： 振幅が大きく、周波数の低い軸方向の振動。
- ブレード通過頻度: ブレード通過周波数における軸方向成分は、流れの問題を示唆している。
ベアリング状態評価
- 軸方向の振動が急激に増加した場合は、スラスト軸受の劣化を示している可能性があります。
- スラスト軸受の固有周波数における軸方向の振動は、軸受に問題があることを裏付けています。
- 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。
4. 許容レベルおよび基準
一般的なガイドライン
機械振動に関する一般的な規格 — 現代の ISO 20816 ISO 10816に取って代わったこの規格は、主にラジアル振動に焦点を当てているため、軸方向の許容値は通常、これに基づいて定められています：
- ラジアルに対する： 通常の条件下では、軸方向の振動は半径方向の振動の50%以下に抑えられるべきである。
- 絶対的な限界： 通常、当該機械のクラスにおける半径限界の25～50％。
- ベースライン比較： ～から50～100％の上昇 ベースライン 絶対値にかかわらず、調査が必要である。
機器固有の規格
- API 610（遠心ポンプ）： 半径方向および軸方向の振動限界値を規定している。
- API 617（遠心圧縮機）： 軸方向の振動に関する許容基準を含みます。
- ターボ機械: 多くの場合、専用の軸位置センサーおよび軸振動センサーを用いて継続的に監視され、頻繁に アピ 670 機械保護の取り組み。
5. 是正および軽減策
位置ずれの場合
- 精密な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、角度のずれや平行度のずれを補正します。
- 軟足矯正： 位置合わせを行う前に、すべての設置用脚が平らに接地していることを確認してください — 参照 柔らかい足.
- 熱膨張許容値： 低温アライメントの目標値を設定する際は、動作温度による膨張を考慮すること。
- パイプ用ストレインリリーフ： 機器の位置ずれを引き起こす配管からの力を排除する。
スラスト軸受に関する問題について
- 摩耗したスラストベアリング部品を交換してください。
- スラスト軸受の予圧とクリアランスが適正であることを確認してください。
- スラスト面への十分な潤滑を確保してください。
- 正しく取り付けられ、隙間調整が適切に行われているか確認してください。
プロセスに伴う軸方向の力
- キャビテーションを解消する： 吸込圧力を上げ、流体温度を下げ、吸込口の詰まりを取り除く。
- 動作点を最適化する： ポンプおよびコンプレッサーを設計範囲内に保つこと。
- 油圧力のバランスをとる： インペラにはバランス穴またはバックベーンを使用する。
- サージ防止制御： コンプレッサーに対して効果的なサージ防止対策を講じる。
機械的な問題について
- 摩耗したカップリングおよびカップリング部品を交換してください。
- 緩んでいる機械的な接続部を締め付けてください。
- スペーサーとシムの寸法が正しいことを確認してください。
- メーカーの仕様に従ってカップリングを取り付けてください。
6. 測定に関する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： 軸方向の測定を行う際は、可能な限りマグネットよりもスタッドや接着剤を使用することを推奨します — 参照 センサー取り付け.
- 向きを確認してください： センサーがシャフトの軸と完全に平行になっていることを確認し、角度がついていないようにしてください。
- 両端だ： 駆動側と非駆動側の両方で軸方向の振動を測定し、位相を比較できるようにする。
- 近接センサー： 重要な機器については、恒久的な軸方向位置センサーを取り付けてください。
データ収集
- 水平および垂直方向の半径方向の測定値とともに、必ず軸方向のデータも収集してください。
- 異なる位置における軸方向の測定値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。
- トレンド 経時的な軸方向の振動を監視し、問題の発生を早期に察知する。
7. 軸方向振動と半径方向振動
これら2つの方向を明確に区別することは、故障の特定において極めて重要です：
| 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 | 下部（通常、橈骨長の50%未満） |
| 主な原因 | アンバランス, ベントシャフト、欠陥がある | 位置ずれ、スラスト軸受の問題、加工力 |
| 診断的価値 | 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 |
| 監視の優先度 | 主な焦点 | 二次的だが診断に重要 |
8. 現場での実践的な診断
現場では、決定的な軸振動試験は比較試験となります。つまり、両軸受端で軸方向の振幅と位相を測定し、それらを半径方向の測定値と比較検討します。携帯型の2チャンネル 振動解析装置 のような バランセット-1A これには最適です。なぜなら、2つのチャンネルが共有の タコメーター 位相基準 — 位置ずれによる特徴的な180°の軸方向位相差を生じさせ、1×/2× ハーモニック のパターンである。 FFT スペクトル、すぐに確認できる。この比較によって、大きな損失を招くような過ちを防ぐことができる。すなわち、高い半径方向の1×振動は、つい アンバランス……だが、強い同方向の成分が見られる場合は、むしろ位置ずれを示唆しており、いくら……しても バランシング これで解決します。試し用の重りを手に取る前に、主な動きの方向を確認しておくことが、長持ちする修理と無駄な午後を過ごすかの分かれ目となります。
9. 産業分野での応用
軸振動の監視は、特に以下の用途において有用です：
- 遠心ポンプ： 水力負荷およびキャビテーションの検知。
- コンプレッサー: スラスト軸受の監視およびサージの検知。
- タービン: 軸方向のブレード力およびスラスト軸受の状態。
- 関連機器： 位置合わせの確認および結合状態。
- プロセス機器： 流量状態の監視。
軸方向の振動は、より顕著な半径方向の信号に隠れて見過ごされがちですが、経験豊富な解析担当者はその診断的価値を高く評価しています。半径方向の測定だけでは見逃されてしまう多くの不具合が、軸方向のパターンによって明らかになります。まさにそれこそが、徹底的な 状態監視 このプログラムは常に3方向すべてを測定します。
