Inzicht in laterale trillingen in roterende machines
Definitie: Wat is laterale trilling?
Laterale trillingen (ook wel radiale trilling of transversale trilling genoemd) verwijst naar de beweging van een roterende as loodrecht op zijn rotatieas. Simpel gezegd is het de zijwaartse of op-en-neergaande beweging van de as terwijl deze draait. Laterale trilling is de meest voorkomende vorm van trillingen in roterende machines en wordt meestal veroorzaakt door radiale krachten zoals onevenwicht, verkeerde uitlijning, verbogen assen of lagerdefecten.
Het begrijpen van laterale trillingen is fundamenteel voor rotordynamiek omdat het de primaire trillingsmodus voor de meeste roterende apparatuur vertegenwoordigt en de focus is van de meeste trillingsbewaking en balanceren activiteiten.
Richting en meting
De laterale trillingen worden gemeten in het vlak loodrecht op de as van de as:
Coördinatensysteem
- Horizontale richting: Zijwaartse beweging parallel aan de grond
- Verticale richting: Op-en-neergaande beweging loodrecht op de grond
- Radiale richting: Elke richting loodrecht op de as van de schacht (combinatie van horizontaal en verticaal)
Meetlocaties
Laterale trillingen worden doorgaans gemeten op:
- Lagerhuizen: Gebruik van accelerometers of snelheidstransducers die op lagerkappen of voetstukken zijn gemonteerd
- Schachtoppervlak: Gebruik van contactloze naderingssondes voor directe meting van asbewegingen
- Meerdere oriëntaties: Metingen in zowel horizontale als verticale richting geven een compleet beeld van de laterale beweging
Primaire oorzaken van laterale trillingen
Laterale trillingen kunnen uit verschillende bronnen ontstaan, die elk hun eigen trillingspatroon produceren:
1. Onbalans (meest voorkomend)
Onbalans is de meest voorkomende oorzaak van laterale trillingen. Een asymmetrische massaverdeling creëert een roterende centrifugale kracht die het volgende produceert:
- 1X (eenmaal per omwenteling) trillingsfrequentie
- Relatief stabiel fase relatie
- Amplitude evenredig met het kwadraat van de snelheid
- Circulair of elliptisch schachtbaan
2. Verkeerde uitlijning
Schachtafwijking tussen gekoppelde machines ontstaan zijdelingse krachten:
- Voornamelijk 2X trillingen (twee keer per omwenteling)
- Kan ook 1X en hogere harmonischen opwekken
- Vertoont vaak ook een hoge axiale component
- Faserelaties verschillen van onevenwicht
3. Gebogen of gebogen schacht
Een permanent gebogen of gekromde schacht creëert geometrische excentriciteit:
- 1x trilling die lijkt op onevenwichtigheid
- Hoge trillingen, zelfs bij lage rolsnelheden
- Moeilijk te corrigeren door alleen te balanceren
4. Lagerdefecten
Wentellager defecten veroorzaken karakteristieke laterale trillingen:
- Hoogfrequente componenten (lagerfoutfrequenties)
- Gemoduleerd door lagere frequenties waardoor zijbanden
- Vereist vaak envelopanalyse voor detectie
5. Mechanische losheid
Losse lagers, funderingen of bevestigingsbouten veroorzaken:
- Meervoudige harmonischen (1X, 2X, 3X, etc.)
- Niet-lineaire reactie op forcering
- Onregelmatige of onstabiele trillingen
6. Rotor-stator wrijving
Contact tussen roterende en stationaire delen genereert:
- Subsynchrone componenten
- Plotselinge veranderingen in trillingsamplitude en -fase
- Mogelijke thermische buiging
Laterale trillingen versus andere soorten trillingen
Roterende machines kunnen trillingen in drie hoofdrichtingen ervaren:
Laterale (radiale) trillingen
- Richting: Loodrecht op de as van de schacht
- Typische oorzaken: Onbalans, verkeerde uitlijning, kromme as, lagerdefecten
- Meting: Accelerometers of snelheidssensoren op lagerhuizen; nabijheidssondes op assen
- Dominantie: Meestal is de grootste amplitude trillingscomponent
Axiale trillingen
- Richting: Evenwijdig aan de as van de as
- Typische oorzaken: Verkeerde uitlijning, problemen met axiaallagers, problemen met de processtroom
- Meting: Accelerometers axiaal gemonteerd
- Dominantie: Meestal een lagere amplitude dan lateraal, maar diagnostisch voor bepaalde fouten
Torsievibratie
- Richting: Draaiende beweging om de as van de as
- Typische oorzaken: Problemen met tandwieloverbrenging, elektrische problemen met de motor, koppelingsproblemen
- Meting: Vereist gespecialiseerde torsietrillingssensoren of rekstrookjes
- Dominantie: Meestal klein, maar kan vermoeiingsbreuken veroorzaken
Laterale trillingsmodi en kritische snelheden
In rotordynamiek, laterale trillingsmodi beschrijven de karakteristieke afbuigingspatronen van de as:
Eerste laterale modus
- Eenvoudige buigvorm (enkele boog of strik)
- Laagste natuurlijke frequentie
- Het gemakkelijkst opgewonden door onevenwicht
- Eerst kritische snelheid komt overeen met deze modus
Tweede laterale modus
- S-vormige afbuiging met één knooppunt
- Hogere natuurlijke frequentie
- Tweede kritische snelheid
- Belangrijk voor flexibele rotoren
Hogere laterale modi
- Steeds complexere vormen met meerdere knooppunten
- Alleen relevant voor zeer hoge snelheid of zeer flexibele rotoren
- Kan worden geëxciteerd door passerende messen of andere hoogfrequente excitaties
Meting en monitoring
Meetparameters
Laterale trillingen worden gekenmerkt door verschillende parameters:
- Amplitude: De grootte van de beweging, gemeten in verplaatsing (µm, mils), snelheid (mm/s, in/s) of versnelling (g, m/s²)
- Frequentie: Meestal 1x de loopsnelheid voor trillingen die worden gedomineerd door onbalans, maar kan harmonischen en andere frequenties bevatten
- Fase: Het tijdstip van de maximale verplaatsing ten opzichte van een referentiemarkering op de as
- Baan: Het werkelijke pad dat het midden van de schacht volgt, bekeken vanaf de zijkant
Meetnormen
Internationale normen bieden richtlijnen voor acceptabele laterale trillingsniveaus:
- ISO 20816-serie: Trillingslimieten voor verschillende machinetypen op basis van RMS-snelheid
- API 610, 617, 684: Industriespecifieke normen voor pompen, compressoren en rotordynamiek
- Ernstzones: Definieer acceptabele, voorzichtigheids- en alarmniveaus op basis van het type en de grootte van de apparatuur
Controle en mitigatie
Evenwicht
Evenwicht is de primaire methode om laterale trillingen door onbalans te verminderen:
- Enkelvlaksbalancering voor schijfvormige rotoren
- Tweevlaksbalancering voor de meeste industriële rotoren
- Modale balancering voor flexibele rotoren die boven kritische snelheden werken
Uitlijning
Precieze asuitlijning vermindert de zijdelingse krachten die ontstaan door verkeerde uitlijning:
- Laseruitlijngereedschap voor nauwkeurige aspositionering
- Thermische groei in overweging bij uitlijningsprocedures
- Zachte voetcorrectie vóór uitlijning
Demping
Demping regelt de amplitudes van laterale trillingen, vooral bij kritische snelheden:
- Vloeistoffilmlagers zorgen voor aanzienlijke demping
- Knijpfilmdempers voor extra controle
- Behandelingen voor demping van ondersteunende structuren
Stijfheidsmodificatie
Veranderende systeemstijfheid brengt kritische snelheden met zich mee:
- Een grotere asdiameter verhoogt de kritische snelheid
- Vermindering van de lagerspanwijdte verhoogt de eerste kritische snelheid
- Het verstevigen van de fundering heeft invloed op de algehele systeemrespons
Diagnostisch belang
Laterale trillingsanalyse is de hoeksteen van machinediagnostiek:
- Trending: Door laterale trillingen in de loop van de tijd te monitoren, worden zich ontwikkelende problemen zichtbaar
- Foutidentificatie: Trillingsfrequentie en -patroon identificeren specifieke soorten fouten
- Beoordeling van de ernst: Amplitude vergeleken met normen geeft de ernst van het probleem aan
- Balanceringsverificatie: Vermindering van laterale trillingen bevestigt succesvolle balancering
- Conditiegebaseerd onderhoud: Trillingsniveaus activeren onderhoudsacties
Effectief beheer van laterale trillingen is essentieel voor een betrouwbare, langdurige werking van roterende machines. Daarom is het een belangrijk aandachtspunt bij trillingscontroleprogramma's, voorspellende onderhoudsstrategieën en dynamische ontwerpoverwegingen voor rotoren.
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 