Sukamųjų mašinų ašinės vibracijos supratimas
Ašinė vibracija (dar vadinama išilgine arba traukos vibracija) – tai rotorius lygiagrečiai su jo sukimosi ašimi. Kur šoninė vibracija Šoninis judesys – tai judesys iš šono į šoną, statmenas velenui, o ašinė vibracija – tai veleno judėjimas į priekį ir atgal išilgai jo pačio, panašiai kaip stūmoklio. Paprastai jos amplitudė yra mažesnė nei radialinis virpesys, tačiau tai yra labai informatyvus rodiklis, leidžiantis nustatyti tam tikrą gedimų grupę — visų pirma nesutapimas, atraminiai guoliai siurblių ir kompresorių gedimus bei su procesais susijusias problemas. Patyręs analitikas tai laiko neatsiejama, o ne papildoma visos matavimo įrangos dalimi.
1. Charakteristikos ir matavimas
Kryptis ir judesys
Ašiniai virpesiai atsiranda išilgai veleno centrinės ašies:
- Judėjimas yra lygiagretus su sukimosi ašimi.
- Rotorius juda pirmyn ir atgal, atlikdamas slenkamuosius judesius.
- Paprastai jis matuojamas guolių korpusuose arba velenų galuose.
- Jos amplitudė paprastai yra mažesnė nei radialinio virpėjimo, tačiau, jei ji pasireiškia, yra daug informatyvesnė diagnostiniu požiūriu.
Matavimo įranga
Norint užfiksuoti ašinį judesį, reikia apgalvotai išdėstyti jutiklius:
- Jutiklio padėtis: an akselerometras arba greičio keitiklis sumontuotas lygiagrečiai su veleno ašimi.
- Tipinės vietos: guolių korpuso galiniai dangteliai, variklio galiniai gaubtai arba atraminių guolių korpusai.
- Artumo jutikliai: a artumo zondas atsižvelgiant į veleno galą, galima tiesiogiai matuoti ašinę padėtį.
- Svarba: Dažnai nepastebima, bet labai svarbi visapusiškai mašinų diagnostikai
2. Pagrindinės ašinės vibracijos priežastys
Netinkamas suderinimas — dažniausia priežastis
Veleno nesulygiavimas, o ypač kampinis nesutapimas, yra pagrindinė ašinės vibracijos priežastis:
- Simptomas: didelis 1× arba 2× ašinis virpesys esant darbinio greičio sąlygomis.
- Mechanizmas: Kiekvieno apsisukimo metu kampinis sujungtų velenų poslinkis per movą perduoda svyruojančią ašinę jėgą.
- Diagnostinis rodiklis: Jei ašinė amplitudė viršija 50 % radialinės amplitudės, tai aiškiai rodo, kad elementai nesuderyti.
- Fazinis santykis: Ašinių rodmenų skirtumas tarp varančiojo ir nevarančiojo galų paprastai sudaro apie 180° fazė.
Atsparaus slėgiui guolio defektai
Problemos su atraminis guolis kuris fiksuoja veleno ašinę padėtį, sukelia būdingus ašinius virpesius:
- Atsparaus slėgiui guolio nusidėvėjimas arba pažeidimas.
- Nepakankamas atraminis guolis išankstinė apkrova.
- Atsparaus slėgiui guolio gedimas, dėl kurio susidaro per didelis ašinis laisvumas.
- Tepimo problemos, būdingos atraminėms paviršiams.
Hidraulinės arba aerodinaminės jėgos
Siurblių, kompresorių ir turbinų veikimo jėgos sukuria ašines apkrovas:
- Siurblys kavitacija: sprogstantys garų burbuliukai sukuria ašines smūgines jėgas.
- Rotoriaus disbalansas: Asimetrinė srovė sukelia svyruojančią ašinę trauką.
- Ašinio srauto turbulencija: ašinėse kompresoriuose ir turbinose.
- Banguojantis: Kompresoriaus sūkuris sukelia stiprius ašinius virpesius.
- Recirkuliacija: eksploatacija, neatitinkanti projektinių sąlygų, kuri sukelia srauto nestabilumą.
Mechaninis laisvumas
Dėl per didelių tarpų rotorius gali slinkti išilgine kryptimi:
- Susidėvėjęs atraminio guolio paviršius.
- Mažai tarpusavyje susiję komponentai.
- Nepakankamas ašinis fiksavimas guolių sąrankoje.
- Susidėvėję tarpikliai arba reguliavimo plokštelės.
Sujungimo problemos
Sąvaros nusidėvėjimas arba netinkamas montavimas sukelia ašinį virpėjimą:
- Susidėvėję krumplių sankabos dantys, dėl kurių atsiranda ašinė laisvė.
- Netinkamai sumontuotas lankstusis jungtys.
- Sąvaros-tarpiklio ilgio nuokrypiai.
- Kryžminių jungčių kampai, sukuriantys ašinės jėgos komponentus.
Problemos, susijusios su terminiu plėtimuisi
Dėl skirtingo šiluminio plėtimosi gali atsirasti ašinės jėgos:
- Vamzdžių šiluminis plėtimasis, dėl kurio įranga stumiama arba traukiama.
- Nelygus šiluminis augimas tarp sujungtų mašinų.
- Pamatų nusėdimas, sutrikdantis ašinį išlygiavimą.
3. Diagnostinė reikšmė
Nesuderinimo diagnostika
Ašiniai virpesiai yra geriausias nesutapimo rodiklis:
- Nykščio taisyklė: jei ašinės vibracijos dydis viršija 50 % radialinių vibracijų dydžio, įtarkite, kad įranga yra nesuderinta.
- Dažnių spektras: dažniausiai 2×, kai nesutapimas yra lygiagretus ir poslinkis; tiek 1×, tiek 2×, kai nesutapimas yra kampinis.
- Fazių analizė: 180° fazės skirtumas tarp ašių rodmenų priešingose pusėse patvirtina nesutapimą.
- Patvirtinimas: didelis ašinės vibracijos lygis, kuris po tikslumo nustatymo staigiai sumažėja veleno suvedimas patvirtina diagnozę.
Siurblių ir kompresorių diagnostika
Sraigtiniams įrenginiams, skirtiems skysčiams transportuoti:
- Kavitacija: aukšto dažnio, atsitiktiniai, plačiajuosčiai ašiniai virpesiai.
- Hidraulinis disbalansas: 1× ašinė vibracija, atsirandanti dėl asimetrinės sparnuotės apkrovos.
- Viršįtampis: didelio amplitudės, žemo dažnio ašinė svyravimas.
- Peilio praėjimo dažnis: Ašinė sudedamoji dalis mentės praėjimo dažnio taškuose rodo srauto sutrikimus.
Guolių būklės įvertinimas
- Staigus ašinės vibracijos padidėjimas gali reikšti, kad susidėvėjo atraminis guolis.
- Ašinės vibracijos, atsirandančios esant atraminio guolio gedimo dažniams, patvirtina guolio gedimą.
- Per didelis ašinis laisvumas, išmatuotas artumo jutikliais, rodo guolio susidėvėjimą
4. Priimtini lygiai ir standartai
Bendrosios gairės
Bendrieji mašinų vibracijos standartai – šiuolaikiniai ISO 20816 serija, kuri pakeitė ISO 10816 standartą, daugiausia dėmesio skiria radialiniams virpesiams, todėl ašinės ribos paprastai nustatomos atsižvelgiant į juos:
- Palyginti su radialiniu: įprastomis sąlygomis ašinės vibracijos dydis turėtų neviršyti 50 % radialinės vibracijos dydžio.
- Absoliučios ribos: paprastai sudaro 25–50 % mašinos klasės radialinio ribinio dydžio.
- Pradinio lygio palyginimas: 50–100 % padidėjimas, palyginti su pradinė vertė reikia ištirti, neatsižvelgiant į absoliučią vertę.
Konkrečiai įrangai taikomi standartai
- API 610 (centrifuginiai siurbliai): nustato tiek radialinių, tiek ašiinių vibracijų ribas.
- API 617 (centrifuginiai kompresoriai): apima ašinės vibracijos priimtinumo kriterijus.
- Turbomechanika: dažnai nuolat stebimi naudojant specialius ašinio padėties ir ašinio virpėjimo jutiklius, dažnai siekiant API 670 mašinų apsaugos praktika.
5. Koregavimo ir rizikos mažinimo metodai
Jei elementai nesutampa
- Tikslus velenų išlyginimas: naudokite lazerinius išlyginimo įrankius, kad ištaisytumėte kampinius ir lygiagrečiųjų linijų nuokrypius.
- Pėdų plokštumos korekcija: prieš lygiuojant įsitikinkite, kad kiekviena tvirtinimo kojelė stovi lygiai — žr. minkšta pėda.
- Atstumas, atsižvelgiant į šiluminį plėtimąsi: nustatant šaltojo suderinimo tikslus, reikia atsižvelgti į plėtimąsi esant darbiniai temperatūrai.
- Vamzdžio įtempimo kompensatorius: pašalinti vamzdynų jėgas, dėl kurių įranga nukrypsta nuo nustatytos padėties.
Dėl traukos guolių problemų
- Pakeiskite susidėvėjusias atraminių guolių detales.
- Patikrinkite, ar traukos guolio įtempimas ir tarpai yra teisingi.
- Užtikrinkite, kad atraminiai paviršiai būtų tinkamai sutepami.
- Patikrinkite, ar įrenginys sumontuotas teisingai ir ar tarpai užpildyti.
Procesų metu veikiančios ašinės jėgos
- Pašalinti kavitaciją: padidinti įsiurbimo slėgį, sumažinti skysčio temperatūrą, pašalinti įsiurbimo angos užsikimšimus.
- Optimizuokite darbo tašką: užtikrinti, kad siurbliai ir kompresoriai veiktų pagal numatytąsias eksploatavimo ribas.
- Hidraulinių jėgų pusiausvyra: naudokite balansavimo skyles arba galines menteles sparnuotėse.
- Apsauga nuo įtampos šuolių: įdiegti veiksmingą kompresorių perkrovos apsaugą.
Dėl mechaninių problemų
- Pakeiskite susidėvėjusias movas ir jų detales.
- Prisukite laisvas mechanines jungtis.
- Patikrinkite, ar tarpiklių ir tarpinių plokštelių matmenys yra teisingi.
- Sujungimus montuokite pagal gamintojo nurodymus.
6. Geriausia matavimo praktika
Jutiklio įrengimas
- Tvirtas montavimas: jei įmanoma, atliekant ašinius matavimus, pirmenybę teikite kaiščiams arba lipnioms medžiagoms, o ne magnetams — žr. jutiklio montavimas.
- Patikrinkite orientaciją: įsitikinkite, kad jutiklis būtų tikrai lygiagretus veleno ašiai, o ne pasviręs kampu.
- Both ends: išmatuokite ašinį virpėjimą tiek varančiojoje, tiek nevarančiojoje pusėse, kad būtų galima palyginti fazes.
- Artumo jutikliai: kritiškai svarbioje įrangoje įrengti nuolatinius ašinio padėties jutiklius.
Duomenų rinkimas
- Visada rinkite ašinės krypties duomenis kartu su horizontaliaisiais ir vertikaliaisiais radialiniais matavimais.
- Užrašykite fazių santykį tarp ašių rodmenų skirtingose vietose.
- Palyginkite ašinės ir radialinės amplitudžių santykius.
- Trend ašinį virpėjimą laikui bėgant, kad būtų galima laiku pastebėti kylančias problemas.
7. Ašinės ir radialinės vibracijos
Šių dviejų krypčių atskyrimas yra esminis veiksnys gedimų nustatymui:
| Aspektas | Radialinis (šoninis) virpesys | Ašinė vibracija |
|---|---|---|
| Kryptis | Statmenai veleno ašiai | Lygiagrečiai veleno ašiai |
| Tipinė amplitudė | Aukštesnis | Apatinė (paprastai < 50 % radialinio skersmens) |
| Primary causes | Disbalansas, sulenktas velenas, guolių defektai | Netinkamas suderinimas, problemos su atraminiais guoliais, technologinės jėgos |
| Diagnostinė vertė | Bendra mašinų būklė | Specifinis nesuderinamumo ir stūmos problemoms |
| Stebėjimo prioritetas | Pagrindinis dėmesys | Antrinis, bet svarbus diagnozei |
8. Praktinė diagnostika vietoje
Praktikoje lemiamas ašinės vibracijos bandymas yra lyginamasis: reikia išmatuoti ašinę amplitudę ir fazę abiejuose guolio galuose ir palyginti šiuos rodmenis su radialiniais rodmenimis. Nešiojamas dviejų kanalų vibracijos analizatorius pvz. Balanset-1A puikiai tinka šiam tikslui, nes jo du kanalai gali vienu metu fiksuoti abu galus naudodami bendrą tachometras fazės nuoroda — atskleidžianti būdingą 180° ašinį fazių poslinkį, atsirandantį dėl nesutapimo, ir 1×/2× harmoninis pattern in the FFT spektras, matomas iš karto. Tas pats palyginimas padeda išvengti brangiai kainuojančios klaidos: didelį radialinį 1× virpėjimą lengva priskirti disbalansas, tačiau stiprus atitinkamas ašinės krypties komponentas rodo, kad įranga yra nesuderinta, ir jokios balansavimas padės išspręsti problemą. Prieš imantis bandomųjų svorių, būtina įsitikinti, kuria kryptimi vyrauja judesys – tai ir yra skirtumas tarp ilgalaikio remonto ir veltui praleistos popietės.
9. Taikymas pramonėje
Ašinių vibracijų stebėjimas yra ypač naudingas:
- Išcentriniai siurbliai: hidraulinės jėgos ir kavitacijos nustatymas.
- Kompresoriai: slydimo guolių stebėjimas ir smūginio srauto aptikimas.
- Turbinos: ašinės mentės jėgos ir atraminio guolio būklė.
- Sujungta įranga: sutapimo patikrinimas ir sujungimo būklė.
- Gamybos įranga: srauto būklės stebėjimas.
Nors ašiniai virpesiai dažnai lieka užgožti ryškesnio radialinio signalo, patyrę analitikai vertina jų diagnostinę vertę. Ašinis modelis atskleidžia labai daug gedimų, kurių nepastebėtų vien tik remiantis radialiniais matavimais – būtent todėl nuodugnus būklės stebėjimas Programa visada matuoja visomis trimis kryptimis.
