Forståelse av lateral vibrasjon i roterende maskiner

Enheter

Bærbart balanse- og vibrasjonsanalyseapparat Balanset-1A

$2,358.31

Deler

Vibrasjonssensor.

$107.47

Deler

Optisk sensor (lasertakometer)

$148.07

Enheter

Balanset-4.

$8,123.32

Deler

Magnetisk stativ Insize-60-kgf.

$54.93

Deler

Reflekterende tape.

$11.94

Enheter

Dynamisk balanseringsenhet "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definisjon: Hva er lateral vibrasjon?

Lateral vibrasjon (også kalt radial vibrasjon eller tverrgående vibrasjon) refererer til bevegelsen til en roterende aksel vinkelrett på rotasjonsaksen. Enkelt sagt er det den sideveis eller opp-og-ned-bevegelsen til akselen når den roterer. Lateral vibrasjon er den vanligste typen vibrasjon vibrasjon i roterende maskiner og er vanligvis forårsaket av radielle krefter som ubalanse, feiljustering, bøyde aksler eller lagerdefekter.

Å forstå lateral vibrasjon er grunnleggende for rotordynamikk fordi den representerer den primære vibrasjonsmåten for mesteparten av roterende utstyr og er fokuset for mesteparten av vibrasjonsovervåkingen og balansering aktiviteter.

Retning og måling

Lateral vibrasjon måles i planet vinkelrett på akselaksen:

Koordinatsystem

• Horisontal retning: Side-til-side bevegelse parallelt med bakken
• Vertikal retning: Opp-og-ned-bevegelse vinkelrett på bakken
• Radiell retning: Enhver retning vinkelrett på akselaksen (kombinasjon av horisontal og vertikal)

Målesteder

Lateral vibrasjon måles vanligvis ved:

• Lagerhus: Bruk av akselerometre eller hastighetstransdusere montert på lagerhetter eller pidestaller
• Akseloverflate: Bruk av berøringsfrie nærhetsprober for direkte måling av akselbevegelse
• Flere orienteringer: Målinger i både horisontal og vertikal retning gir et komplett bilde av sideveis bevegelse

Primære årsaker til lateral vibrasjon

Lateral vibrasjon kan oppstå fra en rekke kilder, som hver produserer karakteristiske vibrasjonssignaturer:

1. Ubalanse (vanligst)

Ubalanse er den hyppigste årsaken til sideveis vibrasjon. En asymmetrisk massefordeling skaper en roterende sentrifugalkraft som produserer:

• 1X (én gang per omdreining) vibrasjonsfrekvens
• Relativt stabil fase forhold
• Amplitude proporsjonal med kvadratet av hastigheten
• Sirkulær eller elliptisk akselbane

2. Feiljustering

Feiljustering av akselen mellom koblede maskiner skaper sidekrefter:

• Primært 2X vibrasjon (to ganger per omdreining)
• Kan også eksitere 1X og høyere harmoniske
• Viser ofte også høy aksialkomponent
• Faserelasjoner er forskjellige fra ubalanse

3. Bøyd eller buet skaft

En permanent bøyd eller buet aksel skaper geometrisk eksentrisitet:

• 1X vibrasjon som kan ligne på ubalanse
• Høy vibrasjon selv ved lave rullehastigheter
• Vanskelig å korrigere ved å balansere alene

4. Lagerfeil

Rullende elementlager defekter produserer karakteristisk lateral vibrasjon:

• Høyfrekvente komponenter (lagerfeilfrekvenser)
• Modulert av lavere frekvenser som skaper sidebånd
• Krever ofte konvoluttanalyse for deteksjon

5. Mekanisk løshet

Løse lagre, fundamenter eller monteringsbolter skaper:

• Flere harmoniske (1X, 2X, 3X osv.)
• Ikke-lineær respons på tvang
• Uregelmessig eller ustabil vibrasjon

6. Rotor-stator-gnidning

Kontakt mellom roterende og stasjonære deler genererer:

• Subsynkrone komponenter
• Plutselige endringer i vibrasjonsamplitude og -fase
• Mulig termisk bøying

Lateral vibrasjon vs. andre vibrasjonstyper

Roterende maskiner kan oppleve vibrasjoner i tre hovedretninger:

Lateral (radial) vibrasjon

• Retning: Vinkelrett på akselaksen
• Typiske årsaker: Ubalanse, feiljustering, bøyd aksel, lagerfeil
• Mål: Akselerometre eller hastighetssensorer på lagerhus; nærhetsprober på aksel
• Dominans: Vanligvis den største amplitudevibrasjonskomponenten

Aksial vibrasjon

• Retning: Parallelt med akselaksen
• Typiske årsaker: Feiljustering, problemer med axiallager, problemer med prosessflyt
• Mål: Akselerometre montert aksialt
• Dominans: Vanligvis lavere amplitude enn lateral, men diagnostisk for visse forkastninger

Torsjonsvibrasjon

• Retning: Vridningsbevegelse rundt akselaksen
• Typiske årsaker: Problemer med girinngrep, elektriske problemer med motoren, koblingsproblemer
• Mål: Krever spesialiserte torsjonsvibrasjonssensorer eller tøyningsmålere
• Dominans: Vanligvis liten, men kan forårsake utmattingsfeil

Laterale vibrasjonsmoduser og kritiske hastigheter

I rotordynamikk, beskriver laterale vibrasjonsmoduser de karakteristiske avbøyningsmønstrene til akselen:

Første laterale modus

• Enkel bøyeform (enkel bue eller bue)
• Laveste naturlige frekvens
• Lettest opphisset av ubalanse
• Først kritisk hastighet tilsvarer denne modusen

Andre laterale modus

• S-formet avbøyning med ett knutepunkt
• Høyere naturlig frekvens
• Andre kritiske hastighet
• Viktig for fleksible rotorer

Høyere laterale moduser

• Stadig mer komplekse former med flere noder
• Kun relevant for rotorer med svært høy hastighet eller svært fleksible rotorer
• Kan bli eksitert av bladpassering eller andre høyfrekvente eksitasjoner

Måling og overvåking

Måleparametere

Lateral vibrasjon er karakterisert av flere parametere:

• Amplitude: Bevegelsesstørrelsen, målt i forskyvning (µm, mils), hastighet (mm/s, in/s) eller akselerasjon (g, m/s²)
• Hyppighet: Vanligvis 1X kjørehastighet for ubalansedominert vibrasjon, men kan inkludere harmoniske og andre frekvenser
• Fase: Tidspunktet for maksimal forskyvning i forhold til et referansemerke på akselen
• Bane: Den faktiske banen som spores av akselsenteret sett fra enden

Målestandarder

Internasjonale standarder gir veiledning for akseptable vibrasjonsnivåer i siden:

• ISO 20816-serien: Vibrasjonsgrenser for ulike maskintyper basert på RMS-hastighet
• API 610, 617, 684: Bransjespesifikke standarder for pumper, kompressorer og rotordynamikk
• Alvorlighetssoner: Definer akseptable nivåer, forsiktighetsnivåer og alarmnivåer basert på utstyrstype og -størrelse.

Kontroll og avbøtende tiltak

Balansering

Balansering er den primære metoden for å redusere sidevibrasjon fra ubalanse:

• Balansering i ett plan for skiveformede rotorer
• To-plans balansering for de fleste industrielle rotorer
• Modal balansering for fleksible rotorer som opererer over kritiske hastigheter

Justering

Presisjonsakseljustering reduserer sidekrefter fra feiljustering:

• Laserjusteringsverktøy for nøyaktig akselposisjonering
• Hensyn til termisk vekst i justeringsprosedyrer
• Myk fotkorrigering før justering

Demping

Demping kontrollerer sideveis vibrasjonsamplituder, spesielt ved kritiske hastigheter:

• Væskefilmlagre gir betydelig demping
• Klemfilmdempere for ekstra kontroll
• Dempingsbehandlinger for støttestrukturer

Stivhetsmodifikasjon

Endring av systemstivhet beveger kritiske hastigheter:

• Økning av akseldiameter øker kritiske hastigheter
• Reduksjon av lagerspenn øker første kritiske hastighet
• Fundamentavstivning påvirker den generelle systemresponsen

Diagnostisk betydning

Lateral vibrasjonsanalyse er hjørnesteinen i maskindiagnostikk:

• Trendende: Overvåking av sidevibrasjoner over tid avdekker utviklende problemer
• Feilidentifisering: Vibrasjonsfrekvens og -mønster identifiserer spesifikke feiltyper
• Alvorlighetsvurdering: Amplitude sammenlignet med standarder indikerer problemets alvorlighetsgrad
• Balanseverifisering: Lateral vibrasjonsreduksjon bekrefter vellykket balansering
• Tilstandsbasert vedlikehold: Vibrasjonsnivåer utløser vedlikeholdstiltak

Effektiv håndtering av lateral vibrasjon er avgjørende for pålitelig og langsiktig drift av roterende maskineri, noe som gjør det til et hovedfokus for vibrasjonsovervåkingsprogrammer, prediktive vedlikeholdsstrategier og hensyn til dynamisk design av rotorer.

---

← Tilbake til hovedindeksen