Entendendo a vibração lateral em máquinas rotativas
Definição: O que é vibração lateral?
vibração lateral A vibração lateral (também chamada de vibração radial ou vibração transversal) refere-se ao movimento de um eixo rotativo perpendicular ao seu eixo de rotação. Em termos simples, é o movimento lateral ou vertical do eixo enquanto ele gira. A vibração lateral é o tipo mais comum de vibração. vibração em máquinas rotativas e é tipicamente causada por forças radiais, tais como desequilíbrio, desalinhamento, eixos tortos ou defeitos nos rolamentos.
Compreender a vibração lateral é fundamental para dinâmica do rotor porque representa o principal modo de vibração para a maioria dos equipamentos rotativos e é o foco da maioria dos monitoramentos de vibração e balanceamento atividades.
Direção e Medição
A vibração lateral é medida no plano perpendicular ao eixo do eixo:
Sistema de coordenadas
- Direção horizontal: Movimento lateral paralelo ao solo
- Direção vertical: Movimento para cima e para baixo perpendicular ao solo
- Direção radial: Qualquer direção perpendicular ao eixo do eixo (combinação de horizontal e vertical)
Locais de medição
A vibração lateral é normalmente medida em:
- Caixas de mancais: Utilizando acelerômetros ou transdutores de velocidade montados em tampas de rolamentos ou pedestais.
- Superfície do eixo: Utilização de sondas de proximidade sem contato para medição direta do movimento do eixo
- Orientações Múltiplas: As medições nas direções horizontal e vertical fornecem uma visão completa do movimento lateral.
Causas primárias da vibração lateral
A vibração lateral pode surgir de diversas fontes, cada uma produzindo assinaturas de vibração características:
1. Desequilíbrio (Mais comum)
Desequilíbrio é a causa mais frequente de vibração lateral. Uma distribuição de massa assimétrica cria uma força centrífuga rotativa que produz:
- Frequência de vibração 1X (uma vez por revolução)
- Relativamente estável fase relação
- Amplitude proporcional ao quadrado da velocidade
- Circular ou elíptico órbita do eixo
2. Desalinhamento
Desalinhamento do eixo A interação entre máquinas acopladas cria forças laterais:
- Vibração predominantemente 2X (duas vezes por revolução)
- Também pode excitar harmônicos de 1X e superiores.
- Frequentemente apresenta alta componente axial também.
- As relações de fase diferem do desequilíbrio.
3. Eixo torto ou arqueado
Um eixo permanentemente curvado ou arqueado cria excentricidade geométrica:
- Vibração 1X que pode parecer semelhante a um desequilíbrio.
- Vibração intensa mesmo em baixas velocidades de rolagem.
- Difícil de corrigir apenas com balanceamento.
4. Defeitos nos rolamentos
Rolamento de elementos rolantes defeitos produzem vibração lateral característica:
- Componentes de alta frequência (frequências de falha em rolamentos)
- Modulado por frequências mais baixas criando faixas laterais
- Frequentemente requer análise de envelope para detecção
5. Afrouxamento mecânico
Rolamentos, fundações ou parafusos de montagem soltos criam:
- Harmônicos múltiplos (1X, 2X, 3X, etc.)
- Resposta não linear à força
- Vibração errática ou instável
6. Atrito rotor-estator
O contato entre partes rotativas e estacionárias gera:
- Componentes subsíncronos
- Alterações repentinas na amplitude e fase da vibração.
- Possível curvatura térmica
Vibração lateral versus outros tipos de vibração
Máquinas rotativas podem sofrer vibrações em três direções principais:
Vibração lateral (radial)
- Direção: Perpendicular ao eixo do eixo
- Causas típicas: Desbalanceamento, desalinhamento, eixo torto, defeitos nos rolamentos
- Medição: Acelerômetros ou sensores de velocidade em alojamentos de rolamentos; sensores de proximidade no eixo.
- Domínio: Geralmente, o componente de vibração de maior amplitude
Vibração axial
- Direção: Paralelo ao eixo do eixo
- Causas típicas: Desalinhamento, problemas com rolamentos de encosto, problemas no fluxo do processo
- Medição: Acelerômetros montados axialmente
- Domínio: Normalmente de amplitude menor que a lateral, mas diagnóstica para certas falhas.
Vibração torcional
- Direção: Movimento de torção em torno do eixo
- Causas típicas: Problemas de engrenamento, problemas elétricos do motor, problemas de acoplamento
- Medição: Requer sensores de vibração torsional ou extensômetros especializados.
- Domínio: Geralmente pequenas, mas podem causar falhas por fadiga.
Modos de vibração lateral e velocidades críticas
Em dinâmica do rotor, Os modos de vibração lateral descrevem os padrões de deflexão característicos do eixo:
Primeiro Modo Lateral
- Forma curva simples (arco único ou arco)
- Frequência natural mais baixa
- Excita-se mais facilmente com desequilíbrios.
- Primeiro velocidade crítica corresponde a este modo
Segundo Modo Lateral
- Deflexão em forma de S com um ponto nodal
- Frequência natural mais alta
- Segunda velocidade crítica
- Importante para rotores flexíveis
Modos laterais superiores
- Formas cada vez mais complexas com múltiplos nós
- Relevante apenas para rotores de altíssima velocidade ou muito flexíveis.
- Pode ser excitado pela passagem da lâmina ou outras excitações de alta frequência.
Medição e monitoramento
Parâmetros de medição
A vibração lateral é caracterizada por diversos parâmetros:
- Amplitude: A magnitude do movimento, medida em deslocamento (µm, mils), velocidade (mm/s, in/s) ou aceleração (g, m/s²).
- Freqüência: Normalmente, utiliza-se 1X a velocidade de operação para vibrações dominadas por desequilíbrio, mas isso pode incluir harmônicos e outras frequências.
- Fase: O momento do deslocamento máximo em relação a uma marca de referência no eixo.
- Órbita: O caminho real traçado pelo centro do eixo, visto de frente.
Padrões de Medição
As normas internacionais fornecem orientações sobre os níveis aceitáveis de vibração lateral:
- Série ISO 20816: Limites de vibração para diversos tipos de máquinas com base na velocidade RMS.
- API 610, 617, 684: Normas específicas da indústria para bombas, compressores e dinâmica de rotores.
- Zonas de gravidade: Defina os níveis aceitáveis, de precaução e de alarme com base no tipo e tamanho do equipamento.
Controle e Mitigação
Equilíbrio
Equilíbrio é o principal método para reduzir a vibração lateral causada pelo desbalanceamento:
- Balanceamento de plano único para rotores tipo disco
- Equilíbrio em dois planos para a maioria dos rotores industriais
- equilíbrio modal para rotores flexíveis operando acima de velocidades críticas
Alinhamento
O alinhamento preciso do eixo reduz as forças laterais causadas pelo desalinhamento:
- Ferramentas de alinhamento a laser para posicionamento preciso do eixo
- Considerações sobre o crescimento térmico em procedimentos de alinhamento
- Correção suave do pé antes do alinhamento
Amortecimento
Amortecimento Controla as amplitudes de vibração lateral, especialmente em velocidades críticas:
- Os mancais de película fluida proporcionam um amortecimento significativo.
- Amortecedores de película fina para controle adicional
- Tratamentos de amortecimento da estrutura de suporte
Modificação da rigidez
Alterar a rigidez do sistema altera as velocidades críticas:
- O aumento do diâmetro do eixo eleva as velocidades críticas.
- A redução do vão entre os mancais aumenta a primeira velocidade crítica.
- O reforço da fundação afeta a resposta geral do sistema.
Importância diagnóstica
A análise de vibração lateral é a base do diagnóstico de máquinas:
- Tendências: O monitoramento da vibração lateral ao longo do tempo revela problemas em desenvolvimento.
- Identificação de falhas: A frequência e o padrão de vibração identificam tipos específicos de falhas.
- Avaliação de gravidade: A amplitude em comparação com os padrões indica a gravidade do problema.
- Verificação de balanceamento: A redução da vibração lateral confirma o balanceamento bem-sucedido.
- Manutenção baseada na condição: Os níveis de vibração desencadeiam ações de manutenção.
O gerenciamento eficaz da vibração lateral é essencial para a operação confiável e de longo prazo de máquinas rotativas, tornando-se um foco principal dos programas de monitoramento de vibração, estratégias de manutenção preditiva e considerações de projeto dinâmico de rotores.
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