Înțelegerea vibrațiilor axiale în mașinile rotative
Definiție: Ce este vibrația axială?
Vibrații axiale (numită și vibrație longitudinală sau vibrație de împingere) este mișcarea înainte și înapoi a unui rotor într-o direcție paralelă cu axa sa de rotație. Spre deosebire de vibrații laterale care este o mișcare laterală perpendiculară pe arbore, vibrația axială reprezintă mișcarea arborelui spre interior și spre exterior de-a lungul său, similară mișcării unui piston.
Deși de obicei au o amplitudine mai mică decât vibrațiile laterale, vibrațiile axiale sunt extrem de utile pentru diagnosticarea anumitor tipuri de defecțiuni ale mașinilor, în special nealiniere, probleme ale rulmenților axiali și probleme legate de proces la pompe și compresoare.
Caracteristici și măsurători
Direcție și mișcare
Vibrațiile axiale apar de-a lungul axei centrale a arborelui:
- Mișcarea este paralelă cu axa de rotație a arborelui
- Rotorul se mișcă înainte și înapoi ca o mișcare alternativă
- De obicei, măsurat la carcasele rulmenților sau la capetele arborilor
- Amplitudine de obicei mai mică decât vibrația radială, dar foarte semnificativă din punct de vedere diagnostic
Configurarea măsurătorilor
Vibrațiile axiale necesită montarea unui senzor specific:
- Orientarea senzorului: Accelerometru sau traductor de viteză montat paralel cu axa arborelui
- Locații tipice: Pe capacele de capăt ale carcasei rulmenților, clopoțeii de capăt al motorului sau carcasele rulmenților axiali
- Sonde de proximitate: Poate măsura poziția axială direct atunci când este montat cu fața spre suprafața capătului arborelui
- Importanţă: Adesea trecute cu vederea, dar esențiale pentru diagnosticarea completă a utilajelor
Cauzele principale ale vibrațiilor axiale
1. Nealiniere (cauza cea mai frecventă)
Nealinierea arborelui, în special nealinierea unghiulară, este principala cauză a vibrațiilor axiale:
- Simptom: Vibrații axiale ridicate de 1X sau 2X la viteza de funcționare
- Mecanism: Decalajul unghiular dintre arborii cuplați creează forțe axiale oscilante transmise prin cuplaj
- Indicator de diagnosticare: Amplitudinea vibrației axiale > 50% a vibrației radiale sugerează puternic o nealiniere
- Relația de fază: Vibrații axiale la capetele de acționare și neacționare, de obicei cu 180° defazate
2. Defecte ale rulmentului axial
Problemele cu rulmenții axiali care controlează poziția arborelui axial provoacă vibrații axiale caracteristice:
- Uzura sau deteriorarea rulmentului axial
- Preîncărcare insuficientă a rulmentului axial
- Defectarea rulmentului axial permițând un joc axial excesiv
- Probleme de lubrifiere specifice rulmenților axiali
3. Forțe hidraulice sau aerodinamice
Forțele de proces din pompe, compresoare și turbine creează forțe axiale:
- Cavitația pompei: Prăbușirea bulelor de vapori creează forțe de șoc axiale
- Dezechilibrul rotorului: Curgerea asimetrică creează o împingere axială oscilantă
- Turbulență axială a fluxului: În compresoare axiale și turbine
- Creștere: Supratensiunea compresorului creează vibrații axiale violente
- Recirculare: Funcționare neconformă proiectării care provoacă instabilități de curgere
4. Slăbire mecanică
Jocurile excesive permit mișcarea axială:
- Suprafețe uzate ale rulmentului axial
- Componente de cuplare libere
- Restrângere axială inadecvată în proiectarea rulmentului
- Distanțiere sau șaibe uzate
5. Probleme de cuplare
Uzura sau instalarea greșită a cuplajului generează vibrații axiale:
- Dinți uzați ai cuplajului angrenajului care permit flotarea axială
- Cuplaje flexibile instalate incorect
- Erori de lungime a distanțierului de cuplare
- Unghiuri ale articulațiilor universale care creează componente axiale ale forței
6. Probleme de creștere termică
Dilatarea termică diferențială poate induce forțe axiale:
- Dilatarea termică a conductelor prin împingere/tragere asupra echipamentelor
- Creștere termică inegală între mașinile cuplate
- Tasarea fundației afectează alinierea axială
Semnificația diagnostică
Diagnosticarea nealinierii
Vibrația axială este indicatorul cheie pentru diagnosticarea nealinierii:
- Regula generală: Dacă vibrația axială > 50% a vibrației radiale, se suspectează o nealiniere
- Conținut de frecvență: Predominant 2X pentru nealiniere paralelă; 1X și 2X pentru nealiniere unghiulară
- Analiza fazelor: Diferența de fază de 180° între măsurătorile axiale la capetele opuse confirmă nealinierea
- Confirmare: Vibrații axiale ridicate care se reduc semnificativ după ce alinierea precisă confirmă diagnosticul
Diagnosticarea pompelor și compresoarelor
Pentru echipamente rotative care manipulează fluide:
- Cavitație: Vibrații axiale aleatorii de înaltă frecvență cu caracteristici de bandă largă
- Dezechilibru hidraulic: Vibrații axiale 1X din cauza încărcării asimetrice a rotorului
- Supratensiune: Oscilație axială de mare amplitudine și frecvență joasă
- Frecvența trecerii lamei: Componenta axială la frecvența de trecere a palei indică probleme de curgere
Evaluarea stării rulmenților
- Creșterea bruscă a vibrațiilor axiale poate indica deteriorarea rulmentului axial
- Vibrațiile axiale cu frecvențe de defecte ale rulmentului axial confirmă problema rulmentului
- O flotare axială excesivă măsurată cu sonde de proximitate indică uzura rulmentului
Niveluri și standarde acceptabile
Instrucțiuni generale
În timp ce standardele precum ISO 20816 abordează în principal vibrațiile radiale, limitele vibrațiilor axiale sunt de obicei exprimate ca:
- Relativ la radial: Axial ar trebui să fie < 50% vibrații radiale în condiții normale
- Limite absolute: De obicei 25-50% din limitele de vibrații radiale pentru clasa de mașini
- Comparație cu valorile de referință: Creșteri de 50-100% față de investigația inițială a mandatului
Standarde specifice echipamentelor
- API 610 (Pompe centrifuge): Specifică limitele vibrațiilor radiale și axiale
- API 617 (Compresoare centrifuge): Include criterii de acceptare a vibrațiilor axiale
- Turbomașini: Adesea monitorizat continuu cu senzori de poziție axială și vibrații
Metode de corecție și atenuare
Pentru nealiniere
- Alinierea precisă a arborelui: Folosește instrumente de aliniere cu laser pentru a corecta nealinierea unghiulară și paralelă
- Corecția piciorului moale: Asigurați-vă că toate picioarele de montare sunt plate înainte de aliniere
- Considerații privind creșterea termică: Luați în considerare expansiunea temperaturii de funcționare în aliniere
- Reducerea tensiunii în țeavă: Eliminați forțele conductelor care dezechilibrează echipamentele
Pentru probleme cu rulmentul axial
- Înlocuiți componentele uzate ale rulmentului axial
- Verificați preîncărcarea și jocurile corecte ale rulmentului axial
- Asigurați o lubrifiere adecvată a suprafețelor rulmenților axiali
- Verificați instalarea corectă a rulmentului axial și a șaibei
Pentru forțe axiale legate de proces
- Eliminați cavitația: Măriți presiunea de admisie, reduceți temperatura fluidului, verificați dacă există blocaje la admisie
- Optimizarea punctului de operare: Operarea pompelor și compresoarelor în limitele proiectate
- Echilibrul forțelor hidraulice: Folosiți orificii de echilibrare sau palete posterioare pe rotoare
- Control anti-supratensiune: Implementați o prevenire eficientă a supratensiunii pentru compresoare
Pentru probleme mecanice
- Înlocuiți cuplajele și componentele cuplajului uzate
- Strângeți conexiunile mecanice slăbite
- Verificați dimensiunile corecte ale distanțierului și ale șaibei
- Asigurați instalarea corectă a cuplajului conform specificațiilor producătorului
Cele mai bune practici de măsurare
Instalarea senzorului
- Montare fermă: Folosiți știfturi sau adeziv în loc de magneți pentru măsurători axiale atunci când este posibil
- Verificați orientarea: Asigurați-vă că senzorul este cu adevărat paralel cu axa arborelui (nu înclinat)
- Ambele capete: Măsurați vibrațiile axiale atât la capătul acționat, cât și la cel neacționat pentru compararea fazelor
- Sonde de proximitate: Pentru echipamentele critice, instalați senzori permanenți de poziție axială
Colectarea datelor
- Colectați întotdeauna date axiale împreună cu măsurători radiale orizontale și verticale
- Înregistrați relațiile de fază dintre măsurătorile axiale în locații diferite
- Comparați rapoartele de amplitudine axială și radială
- Tendința vibrațiilor axiale în timp pentru a detecta problemele în curs de dezvoltare
Comparație între vibrațiile axiale și cele radiale
Diferențe cheie
| Aspect | Vibrații radiale (laterale) | Vibrații axiale |
|---|---|---|
| Direcţie | Perpendicular pe axa arborelui | Paralel cu axa arborelui |
| Amplitudine tipică | Superior | Inferior (de obicei < 50% din radial) |
| Cauze primare | Dezechilibru, arbore îndoit, defecte ale rulmentului | Nealiniere, probleme cu rulmenții axiali, forțe de proces |
| Valoare diagnostică | Starea generală a utilajelor | Specific pentru probleme de nealiniere și împingere |
| Prioritate de monitorizare | Focus principal | Secundar, dar esențial pentru diagnostic |
Aplicații industriale
Monitorizarea vibrațiilor axiale este deosebit de importantă pentru:
- Pompe centrifuge: Forțe hidraulice și detectarea cavitației
- Compresoare: Monitorizarea rulmentului axial și detectarea supratensiunii
- Turbine: Forțele axiale ale palelor turbinei și starea rulmentului axial
- Echipament cuplat: Verificarea alinierii și a stării de cuplare
- Echipamente de proces: Monitorizarea stării de curgere
Deși vibrațiile axiale sunt adesea umbrite de vibrațiile radiale, care sunt mai importante, analiștii experimentați în domeniul vibrațiilor recunosc valoarea lor diagnostică critică. Multe probleme ale utilajelor care ar putea fi trecute cu vederea prin examinarea exclusivă a vibrațiilor radiale sunt clar relevate de modelele de vibrații axiale, ceea ce le face o componentă esențială a programelor complete de monitorizare a stării utilajelor.
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 