Pochopenie bočných vibrácií v rotujúcich strojoch
Definícia: Čo je to laterálna vibrácia?
Bočné vibrácie (tiež nazývané radiálne vibrácie alebo priečne vibrácie) označujú pohyb rotujúceho hriadeľa kolmý na jeho os otáčania. Zjednodušene povedané, ide o pohyb hriadeľa zo strany na stranu alebo hore a dole počas jeho otáčania. Bočné vibrácie sú najbežnejším typom vibrácie v rotujúcich strojoch a je typicky spôsobený radiálnymi silami, ako napríklad nevyváženosť, nesprávne zarovnanie, ohnuté hriadele alebo chyby ložísk.
Pochopenie bočných vibrácií je základom dynamika rotora pretože predstavuje primárny režim vibrácií pre väčšinu rotačných zariadení a je predmetom väčšiny monitorovania a vyvažovanie aktivity.
Smer a meranie
Bočné vibrácie sa merajú v rovine kolmej na os hriadeľa:
Súradnicový systém
- Horizontálny smer: Pohyb zo strany na stranu rovnobežne so zemou
- Vertikálny smer: Pohyb hore a dole kolmý na zem
- Radiálny smer: Ľubovoľný smer kolmý na os hriadeľa (kombinácia horizontálneho a vertikálneho smeru)
Miesta merania
Bočné vibrácie sa zvyčajne merajú pri:
- Ložiskové telesá: Použitie akcelerometrov alebo snímačov rýchlosti namontovaných na ložiskových krytoch alebo podstavcoch
- Povrch hriadeľa: Použitie bezkontaktných bezdotykových sond na priame meranie pohybu hriadeľa
- Viaceré orientácie: Merania v horizontálnom aj vertikálnom smere poskytujú kompletný obraz o laterálnom pohybe
Primárne príčiny bočných vibrácií
Bočné vibrácie môžu vznikať z mnohých zdrojov, pričom každý z nich vytvára charakteristické vibračné podpisy:
1. Nerovnováha (najbežnejšia)
Nerovnováha je najčastejšou príčinou bočných vibrácií. Asymetrické rozloženie hmotnosti vytvára rotačnú odstredivú silu, ktorá spôsobuje:
- 1X (raz za otáčku) frekvencia vibrácií
- Relatívne stabilný fáza vzťah
- Amplitúda úmerná druhej mocnine rýchlosti
- Kruhové alebo eliptické obežná dráha hriadeľa
2. Nesprávne zarovnanie
Nesúososť hriadeľa medzi spojenými strojmi vznikajú bočné sily:
- Primárne 2X vibrácie (dvakrát za otáčku)
- Môže tiež excitovať 1X a vyššie harmonické
- Často vykazuje aj vysokú axiálnu zložku
- Fázové vzťahy sa líšia od nevyváženosti
3. Ohnutý alebo prehnutý hriadeľ
Trvalo ohnutý alebo prehnutý hriadeľ vytvára geometrickú excentricitu:
- 1X vibrácie, ktoré sa môžu javiť ako nerovnováha
- Vysoké vibrácie aj pri nízkych rýchlostiach valcovania
- Ťažko sa to dá opraviť len vyvážením
4. Vady ložísk
Valivé ložisko defekty spôsobujú charakteristické bočné vibrácie:
- Vysokofrekvenčné komponenty (frekvencie porúch ložísk)
- Modulované nižšími frekvenciami vytvárajúcimi bočné pásma
- Často vyžaduje analýza obálky na detekciu
5. Mechanická uvoľnenosť
Uvoľnené ložiská, základy alebo montážne skrutky spôsobujú:
- Viaceré harmonické (1X, 2X, 3X atď.)
- Nelineárna odozva na nútenie
- Nepravidelné alebo nestabilné vibrácie
6. Trenie rotora a statora
Kontakt medzi rotujúcimi a stacionárnymi časťami vytvára:
- Subsynchrónne komponenty
- Náhle zmeny amplitúdy a fázy vibrácií
- Možné tepelné prehýbanie
Bočné vibrácie vs. iné typy vibrácií
Rotujúce stroje môžu vibrovať v troch hlavných smeroch:
Bočné (radiálne) vibrácie
- Smer: Kolmo na os hriadeľa
- Typické príčiny: Nevyváženosť, nesprávne zarovnanie, ohnutý hriadeľ, chyby ložísk
- Meranie: Akcelerometre alebo snímače rýchlosti na ložiskových telesách; snímače priblíženia na hriadeli
- Dominancia: Zvyčajne najväčšia amplitúdová zložka vibrácií
Axiálne vibrácie
- Smer: Rovnobežne s osou hriadeľa
- Typické príčiny: Nesprávne zarovnanie, problémy s axiálnymi ložiskami, problémy s prietokom procesu
- Meranie: Akcelerometre namontované axiálne
- Dominancia: Typicky nižšia amplitúda ako laterálna, ale diagnostická pre určité poruchy
Torzné vibrácie
- Smer: Krútiaci pohyb okolo osi hriadeľa
- Typické príčiny: Problémy so záberom ozubených kolies, elektrické problémy motora, problémy so spojkou
- Meranie: Vyžaduje špecializované senzory torzných vibrácií alebo tenzometre
- Dominancia: Zvyčajne malé, ale môžu spôsobiť únavové poruchy
Bočné vibračné režimy a kritické rýchlosti
Na stránke dynamika rotora, bočné vibračné režimy opisujú charakteristické vzorce vychýlenia hriadeľa:
Prvý bočný režim
- Jednoduchý tvar ohybu (jednoduchý oblúk alebo luk)
- Najnižšia prirodzená frekvencia
- Najľahšie sa vzrušuje nerovnováhou
- Prvý kritická rýchlosť zodpovedá tomuto režimu
Druhý bočný režim
- Priehyb v tvare S s jedným uzlovým bodom
- Vyššia prirodzená frekvencia
- Druhá kritická rýchlosť
- Dôležité pre flexibilné rotory
Vyššie laterálne režimy
- Čoraz zložitejšie tvary s viacerými uzlami
- Relevantné len pre veľmi vysokorýchlostné alebo veľmi flexibilné rotory
- Môže byť budený prechodom lopatky alebo inými vysokofrekvenčnými budeniami
Meranie a monitorovanie
Parametre merania
Bočné vibrácie sú charakterizované niekoľkými parametrami:
- Amplitúda: Veľkosť pohybu meraná v posunutí (µm, mils), rýchlosti (mm/s, in/s) alebo zrýchlení (g, m/s²)
- Frekvencia: Typicky 1-násobná prevádzková rýchlosť pre vibrácie s prevahou nevyváženosti, ale môže zahŕňať harmonické a iné frekvencie
- Fáza: Načasovanie maximálneho posunutia vzhľadom na referenčnú značku na hriadeli
- Obežná dráha: Skutočná dráha vyznačená stredom hriadeľa pri pohľade z boku
Meracie štandardy
Medzinárodné normy poskytujú usmernenia pre prijateľné úrovne bočných vibrácií:
- Séria ISO 20816: Limity vibrácií pre rôzne typy strojov na základe rýchlosti RMS
- API 610, 617, 684: Priemyselné normy pre čerpadlá, kompresory a dynamiku rotorov
- Zóny závažnosti: Definujte prijateľné, výstražné a alarmové úrovne na základe typu a veľkosti zariadenia
Kontrola a zmierňovanie
Vyvažovanie
Vyvažovanie je primárnou metódou na zníženie bočných vibrácií spôsobených nevyváženosťou:
- Vyvažovanie v jednej rovine pre kotúčové rotory
- Vyvažovanie v dvoch rovinách pre väčšinu priemyselných rotorov
- Vyvažovanie modálnych služieb pre flexibilné rotory pracujúce nad kritickými rýchlosťami
Zarovnanie
Presné zarovnanie hriadeľov znižuje bočné sily spôsobené nesprávnym zarovnaním:
- Laserové nástroje na presné polohovanie hriadeľa
- Zohľadňovanie tepelného rastu v postupoch zarovnávania
- Jemná korekcia chodidla pred zarovnaním
Tlmenie
Tlmenie riadi amplitúdy bočných vibrácií, najmä pri kritických rýchlostiach:
- Ložiská s fluidným filmom poskytujú výrazné tlmenie
- Tlmiče s stláčacou fóliou pre dodatočnú kontrolu
- Tlmiace úpravy nosných konštrukcií
Modifikácia tuhosti
Zmena tuhosti systému ovplyvňuje kritické rýchlosti:
- Zväčšenie priemeru hriadeľa zvyšuje kritické rýchlosti
- Zníženie rozpätia ložísk zvyšuje prvú kritickú rýchlosť
- Vystuženie základov ovplyvňuje celkovú odozvu systému
Diagnostický význam
Analýza bočných vibrácií je základom diagnostiky strojov:
- Trendy: Monitorovanie bočných vibrácií v priebehu času odhaľuje vznikajúce problémy
- Identifikácia poruchy: Frekvencia a vzorec vibrácií identifikujú špecifické typy porúch
- Posúdenie závažnosti: Amplitúda v porovnaní so štandardmi naznačuje závažnosť problému
- Overenie vyváženia: Bočné zníženie vibrácií potvrdzuje úspešné vyváženie
- Údržba podľa stavu: Úrovne vibrácií spúšťajú údržbárske úkony
Efektívne riadenie bočných vibrácií je nevyhnutné pre spoľahlivú a dlhodobú prevádzku rotačných strojov, a preto je primárnym zameraním programov monitorovania vibrácií, stratégií prediktívnej údržby a úvah o dynamickom návrhu rotora.
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 