Înțelegerea vibrațiilor radiale în mașinile rotative
Definiție: Ce este vibrația radială?
Vibrații radiale este mișcarea unui arbore rotativ perpendicular pe axa sa de rotație, extinzându-se spre exterior din centru ca niște razele unui cerc. Termenul “radial” se referă la orice direcție care radiază de la linia centrală a arborelui, cuprinzând atât mișcarea orizontală (laterală), cât și cea verticală (în sus și în jos). Vibrația radială este sinonimă cu vibrații laterale sau vibrații transversale și reprezintă cea mai frecvent măsurată și monitorizată formă de vibrații în mașinile rotative.
În aplicațiile practice, vibrația radială este de obicei măsurată în două direcții perpendiculare - orizontală și verticală - la fiecare locație a rulmentului pentru a oferi o imagine completă a mișcării arborelui perpendicular pe axa sa.
Instrucțiuni de măsurare
Vibrații radiale orizontale
Vibrația orizontală se măsoară în direcția laterală:
- Perpendicular pe axa arborelui și paralel cu solul/podea
- Adesea cea mai accesibilă locație de măsurare
- De obicei, prezintă efectele gravitației, asimetriei rigidității fundației și funcțiilor de forțare orizontală
- Orientare standard de măsurare pentru majoritatea programelor de monitorizare a vibrațiilor
Vibrație radială verticală
Vibrația verticală se măsoară în direcția ascendentă și descendentă:
- Perpendicular pe axa arborelui și perpendicular pe sol/podea
- Influențat de gravitație și greutatea rotorului
- Amplitudine adesea mai mare decât cea orizontală din cauza greutății rotorului care creează rigiditate asimetrică
- Critic pentru detectarea problemelor la mașinile orientate vertical (pompe verticale, motoare)
Vibrația radială generală
Vibrația radială totală poate fi calculată ca suma vectorială a componentelor orizontale și verticale:
- Total radial = √(Orizontală² + Verticală²)
- Reprezintă magnitudinea reală a mișcării, indiferent de direcție
- Util pentru evaluările severității cu un singur număr
Cauzele principale ale vibrațiilor radiale
Vibrațiile radiale sunt generate de forțe care acționează perpendicular pe axa arborelui:
1. Dezechilibru (cauză dominantă)
Dezechilibra este cea mai comună sursă de vibrații radiale în mașinile rotative:
- Creează forță centrifugă care se rotește la viteza arborelui (1X)
- Magnitudinea forței este proporțională cu masa dezechilibrată, raza și viteza la pătrat
- Produce forme circulare sau eliptice orbita arborelui
- Corectabil prin echilibrare proceduri
2. Nealiniere
Nealinierea arborelui între mașinile cuplate creează atât radial, cât și vibrații axiale:
- Vibrații radiale în principal de 2X (de două ori pe rotație)
- De asemenea, generează armonice 1X, 3X și mai mari
- Vibrațiile axiale ridicate însoțesc vibrațiile radiale
- Diagnosticarea relațiilor de fază dintre rulmenți pentru tipul de nealiniere
3. Defecte mecanice
Diverse probleme mecanice produc modele caracteristice de vibrații radiale:
- Defecte ale rulmenților: Impacturi de înaltă frecvență la frecvențele defectelor lagărelor
- Arbore îndoit sau curbat: Vibrații 1X similare cu dezechilibrul, dar prezente chiar și la rulare lentă
- Slăbiciune: Armonice multiple (1X, 2X, 3X) cu comportament neliniar
- Crăpături: Vibrații 1X și 2X cu modificări în timpul pornirii/opririi
- Frecări: Componente subsincrone și sincrone
4. Forțe aerodinamice și hidraulice
Forțele de proces din pompe, ventilatoare și compresoare creează forțe radiale:
- Frecvența de trecere a palelor (numărul de pale × RPM)
- Dezechilibru hidraulic din cauza fluxului asimetric
- Degajarea vortexului și turbulența fluxului
- Recirculare și funcționare neconformă proiectării
5. Condiții de rezonanță
Când se operează în apropierea viteze critice, vibrația radială se amplifică dramatic:
- Frecvența naturală coincide cu frecvența de forțare
- Amplitudine limitată doar de sistem amortizare
- Potențial de niveluri catastrofale de vibrații
- Necesită margini de separare adecvate în proiectare
Standarde și parametri de măsurare
Unități de măsură
Vibrația radială poate fi exprimată prin trei parametri corelați:
- Deplasare: Distanța reală de mișcare (micrometri µm, mils). Utilizat pentru mașini cu viteză redusă și măsurători cu sonde de proximitate
- Viteză: Rata de variație a deplasării (mm/s, in/s). Cea mai comună pentru utilajele industriale generale, bazată pe standardele ISO
- Accelerare: Rata de variație a vitezei (m/s², g). Utilizată pentru măsurători de înaltă frecvență și detectarea defectelor la rulmenți
Standarde internaționale
Seria ISO 20816 oferă limite de severitate a vibrațiilor radiale:
- ISO 20816-1: Instrucțiuni generale pentru evaluarea vibrațiilor utilajelor
- ISO 20816-3: Criterii specifice pentru mașini industriale > 15 kW
- Zone de severitate: A (bun), B (acceptabil), C (nesatisfăcător), D (inacceptabil)
- Locația măsurării: De obicei pe carcasele de rulmenți în direcții radiale
Standarde specifice industriei
- API 610: Limitele vibrațiilor radiale ale pompelor centrifuge
- API 617: Criterii de vibrații pentru compresoarele centrifuge
- API 684: Proceduri de analiză a dinamicii rotorului pentru predicția vibrațiilor radiale
- NEMA MG-1: Limitele de vibrații ale motorului electric
Tehnici de monitorizare și diagnosticare
Monitorizare de rutină
Programele standard de monitorizare a vibrațiilor măsoară vibrațiile radiale:
- Colectare bazată pe rută: Măsurători periodice la intervale fixe (lunar, trimestrial)
- Tendințe generale la nivel: Urmăriți amplitudinea totală a vibrațiilor în timp
- Limite de alarmă: Setați pe baza standardelor ISO sau a standardelor specifice echipamentelor
- Comparaţie: Curent vs. linie de bază, orizontal vs. vertical
Analiză avansată
Analiza detaliată a vibrațiilor radiale oferă informații de diagnosticare:
- Analiza FFT: Spectrul de frecvență care prezintă componentele vibrațiilor
- Formă de undă temporală: Semnal de vibrație în timp care dezvăluie tranzienți și modulație
- Analiza fazelor: Relații de timp între punctele de măsurare
- Analiza orbitei: Modele de mișcare pe linia centrală a arborelui
- Analiza anvelopei: Demodulare de înaltă frecvență pentru detectarea defectelor la rulmenți
Monitorizare continuă
Echipamentele critice au adesea o monitorizare permanentă a vibrațiilor radiale:
- Sonde de proximitate pentru măsurarea directă a mișcării arborelui
- Accelerometre montate permanent pe carcase de rulmenți
- Tendințe și alarmă în timp real
- Integrarea sistemului de protecție automată
Diferențe orizontale vs. verticale
Relații tipice de amplitudine
În multe mașini, vibrațiile radiale verticale depășesc vibrațiile orizontale:
- Efectul gravitațional: Greutatea rotorului creează o deformare statică, afectând rigiditatea verticală
- Rigiditate asimetrică: Fundațiile și structurile de susținere sunt adesea mai rigide pe orizontală
- Raport tipic: Vibrația verticală 1,5-2× orizontală este comună
- Efectul greutății de echilibrare: Greutățile corectoare plasate în partea de jos a rotorului (acces facil) reduc preferențial vibrațiile verticale
Diferențe diagnostice
- Dezechilibra: Se poate manifesta mai puternic într-o direcție, în funcție de locația dezechilibrului
- Slăbiciune: Adesea prezintă neliniaritate mai pronunțată în direcție verticală
- Probleme legate de fundație: Vibrațiile verticale sunt mai sensibile la deteriorarea fundației
- Nealiniere: Poate apărea diferit pe orizontală față de verticală, în funcție de tipul de nealiniere
Relația cu dinamica rotorului
Vibrația radială este esențială pentru dinamica rotorului analiză:
Viteze critice
- Frecvențele naturale radiale determină viteze critice
- Prima viteză critică corespunde de obicei primului mod de îndoire radială
- Diagrame Campbell prezice comportamentul vibrațiilor radiale în funcție de viteză
- Marjele de separare de la vitezele critice previn vibrațiile radiale excesive
Forme de mod
- Fiecare mod de vibrație radială are o formă de deviere caracteristică
- Primul mod: îndoire simplă în arc
- Al doilea mod: Curbă S cu punct nodal
- Moduri superioare: modele din ce în ce mai complexe
Considerații de echilibrare
- Echilibrarea vizează reducerea vibrațiilor radiale la o frecvență de 1X
- Coeficienți de influență corelarea ponderilor de corecție cu modificările vibrațiilor radiale
- Locații optime ale planului de corecție bazate pe formele modurilor radiale
Metode de corecție și control
Pentru dezechilibru
- Echilibrarea câmpului utilizarea analizoarelor portabile
- Plan unic sau echilibrare pe două planuri proceduri
- Echilibrare de precizie în atelier pentru componente critice
Pentru probleme mecanice
- Aliniere precisă pentru corectarea nealinierii
- Înlocuirea rulmenților pentru defecte ale rulmenților
- Strângerea componentelor slăbite
- Reparații de fundație pentru probleme structurale
- Îndreptarea arborilor sau înlocuirea arborilor îndoiți
Pentru probleme de rezonanță
- Modificări de viteză pentru a evita intervalele critice de viteză
- Modificări ale rigidității (diametrul arborelui, modificări ale poziției rulmentului)
- Îmbunătățiri ale amortizării (amortizoare cu peliculă compresibilă, selecția rulmenților)
- Modificări de masă pentru a deplasa frecvențele naturale
Importanța în mentenanța predictivă
Monitorizarea vibrațiilor radiale este piatra de temelie a programelor de mentenanță predictivă:
- Detectarea timpurie a defecțiunilor: Modificările vibrațiilor radiale preced defecțiunile cu săptămâni sau luni
- În tendințe: Creșterile treptate indică apariția problemelor
- Diagnosticarea defecțiunilor: Conținutul de frecvență identifică tipuri specifice de defecte
- Evaluarea severității: Amplitudinea indică gravitatea și urgența problemei
- Programarea întreținerii: Întreținere bazată pe condiții, nu pe timp
- Economii de costuri: Previne defecțiunile catastrofale și optimizează intervalele de întreținere
Fiind principala metodă de măsurare a vibrațiilor în mașinile rotative, vibrația radială oferă informații esențiale despre starea echipamentelor, fiind indispensabilă pentru asigurarea funcționării fiabile, sigure și eficiente a echipamentelor industriale rotative.
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 