Zrozumienie drgań bocznych w maszynach wirujących

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

Kompletny zestaw do diagnostyki i wyważania drgań firmy Vibromera, w tym cztery czujniki drgań z kablami, moduł interfejsu sygnału, tachometr laserowy ze stojakiem magnetycznym, waga cyfrowa, kabel USB i futerał transportowy. System jest przeznaczony do wyważania wirnika polowego i monitorowania stanu urządzeń przemysłowych.

Urządzenia

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

Części

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

Definicja: Czym są drgania boczne?

Wibracje boczne (nazywane również drganiami promieniowymi lub poprzecznymi) odnoszą się do ruchu obracającego się wału prostopadle do jego osi obrotu. Mówiąc prościej, jest to ruch wału na boki lub w górę i w dół podczas jego obrotu. Drgania boczne są najczęstszym rodzajem drgań. wibracja w maszynach obrotowych i jest zwykle powodowany przez siły promieniowe, takie jak brak równowagi, niewspółosiowość, wygięte wały lub wady łożysk.

Zrozumienie drgań bocznych jest podstawą dynamika wirnika ponieważ stanowi główny tryb drgań dla większości urządzeń obrotowych i jest przedmiotem większości działań monitorujących drgania i równoważenie działania.

Kierunek i pomiar

Drgania boczne mierzy się w płaszczyźnie prostopadłej do osi wału:

Układ współrzędnych

Kierunek poziomy: Ruch boczny równolegle do podłoża
Kierunek pionowy: Ruch w górę i w dół prostopadle do podłoża
Kierunek promieniowy: Każdy kierunek prostopadły do osi wału (kombinacja kierunku poziomego i pionowego)

Lokalizacje pomiarów

Drgania boczne mierzy się zazwyczaj w następujących punktach:

Obudowy łożysk: Wykorzystanie akcelerometrów lub przetworników prędkości zamontowanych na pokrywach łożysk lub podstawach
Powierzchnia wału: Wykorzystanie bezkontaktowych sond zbliżeniowych do bezpośredniego pomiaru ruchu wału
Wiele orientacji: Pomiary w kierunku poziomym i pionowym zapewniają pełny obraz ruchu bocznego

Główne przyczyny drgań bocznych

Drgania boczne mogą mieć wiele źródeł, z których każde wytwarza charakterystyczne sygnatury drgań:

1. Brak równowagi (najczęstszy)

Brak równowagi jest najczęstszą przyczyną drgań bocznych. Asymetryczny rozkład masy powoduje wirującą siłę odśrodkową, która powoduje:

1X (raz na obrót) częstotliwość wibracji
Relatywnie stabilny faza relacja
Amplituda proporcjonalna do kwadratu prędkości
Okrągły lub eliptyczny orbita wału

2. Niewspółosiowość

Niewspółosiowość wału pomiędzy sprzężonymi maszynami powstają siły boczne:

Głównie 2X wibracji (dwa razy na obrót)
Może również wzbudzać harmoniczne 1X i wyższe
Często wykazuje również wysoką składową osiową
Relacje fazowe różnią się od braku równowagi

3. Wygięty lub wygięty wał

Trwale wygięty lub wygięty wał powoduje mimośrodowość geometryczną:

1X wibracje, które mogą przypominać utratę równowagi
Wysokie wibracje nawet przy niskich prędkościach obrotowych
Trudno to skorygować, utrzymując równowagę

4. Wady łożysk

Łożysko toczne wady powodują charakterystyczne drgania boczne:

Składniki o wysokiej częstotliwości (częstotliwości uszkodzeń łożysk)
Modulowane przez niższe częstotliwości tworząc wstęgi boczne
Często wymaga analiza koperty do wykrywania

5. Luz mechaniczny

Luźne łożyska, fundamenty lub śruby montażowe powodują:

Wiele harmonicznych (1X, 2X, 3X, itd.)
Nieliniowa odpowiedź na wymuszanie
Nieregularne lub niestabilne drgania

6. Tarcie wirnika i stojana

Kontakt między częściami obrotowymi i nieruchomymi powoduje:

Komponenty podsynchroniczne
Nagłe zmiany amplitudy i fazy drgań
Możliwe wyginanie termiczne

Wibracje boczne a inne rodzaje wibracji

Maszyny obrotowe mogą być poddawane drganiom w trzech głównych kierunkach:

Drgania boczne (promieniowe)

Kierunek: Prostopadle do osi wału
Typowe przyczyny: Niewyważenie, niewspółosiowość, wygięty wał, wady łożysk
Pomiar: Akcelerometry lub czujniki prędkości na obudowach łożysk; sondy zbliżeniowe na wale
Przewaga: Zwykle największa składowa drgań amplitudowych

Wibracje osiowe

Kierunek: Równolegle do osi wału
Typowe przyczyny: Niewspółosiowość, problemy z łożyskami oporowymi, problemy z przepływem procesu
Pomiar: Akcelerometry montowane osiowo
Przewaga: Zwykle o niższej amplitudzie niż boczna, ale diagnostyczna dla niektórych usterek

Wibracje skrętne

Kierunek: Ruch skręcający wokół osi wału
Typowe przyczyny: Problemy z zazębieniem przekładni, problemy elektryczne silnika, problemy ze sprzęgłem
Pomiar: Wymaga specjalistycznych czujników drgań skrętnych lub tensometrów
Przewaga: Zwykle małe, ale mogą powodować uszkodzenia zmęczeniowe

Tryby drgań bocznych i prędkości krytyczne

W dynamika wirnika, tryby drgań bocznych opisują charakterystyczne wzory ugięcia wału:

Pierwszy tryb boczny

Prosty kształt gięcia (pojedynczy łuk lub kokarda)
Najniższa częstotliwość drgań własnych
Najłatwiej wzbudzony przez brak równowagi
Pierwszy prędkość krytyczna odpowiada temu trybowi

Drugi tryb boczny

Ugięcie w kształcie litery S z jednym punktem węzłowym
Wyższa częstotliwość naturalna
Druga krytyczna prędkość
Ważne dla elastyczne wirniki

Wyższe tryby boczne

Coraz bardziej złożone kształty z wieloma węzłami
Dotyczy wyłącznie wirników o bardzo dużej prędkości lub dużej elastyczności
Może zostać wzbudzony przez przechodzące łopatki lub inne wzbudzenia o wysokiej częstotliwości

Pomiary i monitorowanie

Parametry pomiaru

Drgania boczne charakteryzują się kilkoma parametrami:

Amplituda: Wielkość ruchu mierzona w przemieszczeniu (µm, mils), prędkości (mm/s, in/s) lub przyspieszeniu (g, m/s²)
Częstotliwość: Zwykle 1X prędkość biegu w przypadku wibracji spowodowanych brakiem równowagi, ale może obejmować harmoniczne i inne częstotliwości
Faza: Moment maksymalnego przemieszczenia względem znaku odniesienia na wale
Orbita: Rzeczywista ścieżka wyznaczona przez środek wału, widziana od przodu

Normy pomiarowe

Normy międzynarodowe zawierają wytyczne dotyczące dopuszczalnych poziomów drgań bocznych:

Seria ISO 20816: Limity drgań dla różnych typów maszyn w oparciu o prędkość średniokwadratową
API 610, 617, 684: Branżowe normy dotyczące pomp, sprężarek i dynamiki wirników
Strefy zagrożenia: Określ poziomy akceptowalne, ostrzegawcze i alarmowe na podstawie typu i rozmiaru sprzętu

Kontrola i łagodzenie

Równoważenie

Równoważenie jest podstawową metodą redukcji drgań bocznych wynikających z braku równowagi:

Wyważanie jednopłaszczyznowe do wirników tarczowych
Wyważanie dwupłaszczyznowe dla większości wirników przemysłowych
Równoważenie modalne dla elastycznych wirników pracujących z prędkościami powyżej prędkości krytycznych

Wyrównanie

Precyzyjne ustawienie wałów redukuje siły boczne wynikające z braku współosiowości:

Narzędzia do laserowego ustawiania wałów zapewniające dokładne pozycjonowanie wałów
Uwzględnianie rozszerzalności cieplnej w procedurach wyrównywania
Korekcja miękkiej stopy przed ustawieniem

Tłumienie

Tłumienie kontroluje amplitudy drgań bocznych, szczególnie przy prędkościach krytycznych:

Łożyska z warstwą płynu zapewniają znaczną amortyzację
Amortyzatory z folią dociskową zapewniające dodatkową kontrolę
Zabiegi tłumienia konstrukcji wsporczych

Modyfikacja sztywności

Zmiana sztywności układu powoduje przesunięcie prędkości krytycznych:

Zwiększenie średnicy wału powoduje wzrost prędkości krytycznych
Zmniejszenie rozpiętości łożyska zwiększa pierwszą prędkość krytyczną
Usztywnienie fundamentu wpływa na ogólną odpowiedź systemu

Znaczenie diagnostyczne

Analiza drgań bocznych stanowi podstawę diagnostyki maszyn:

Popularne: Monitorowanie drgań bocznych w czasie ujawnia rozwijające się problemy
Identyfikacja usterki: Częstotliwość i wzór drgań pozwalają zidentyfikować konkretne typy usterek
Ocena powagi: Amplituda w porównaniu do standardów wskazuje na powagę problemu
Weryfikacja równowagi: Redukcja drgań bocznych potwierdza skuteczne wyważanie
Konserwacja oparta na stanie: Poziomy wibracji powodują konieczność podjęcia działań konserwacyjnych

Skuteczne zarządzanie drganiami bocznymi jest niezbędne do niezawodnej, długotrwałej pracy maszyn wirujących, dlatego też kwestia ta stanowi główny cel programów monitorowania drgań, strategii konserwacji predykcyjnej i zagadnień związanych z dynamiką wirnika.

← Powrót do indeksu głównego

Czym są drgania boczne w maszynach wirujących?

Opublikowane przez admin w dniu październik 31, 2025 październik 31, 2025