Razumevanje aksialnih vibracij v vrtljivih strojih

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je aksialno nihanje?

Aksialne vibracije (imenovano tudi vzdolžno nihanje ali potisno nihanje) je gibanje naprej in nazaj rotor v smeri, vzporedni z njegovo osjo vrtenja. Za razliko od bočne vibracije kar je gibanje iz strani v stran, pravokotno na gred, aksialno nihanje predstavlja gibanje gredi navznoter in navzven vzdolž svoje dolžine, podobno gibanju bata.

Čeprav je amplituda aksialnih vibracij običajno manjša od lateralnih, so zelo diagnostične za nekatere vrste napak strojev, zlasti neusklajenost, težave z aksialnimi ležaji in težave, povezane s procesom v črpalkah in kompresorjih.

Značilnosti in merjenje

Smer in gibanje

Aksialne vibracije se pojavljajo vzdolž središčne osi gredi:

• Gibanje je vzporedno z osjo vrtenja gredi
• Rotor se premika naprej in nazaj kot izmenično gibanje
• Običajno se meri na ohišjih ležajev ali koncih gredi
• Amplituda je običajno manjša od radialnih vibracij, vendar je diagnostično zelo pomembna.

Nastavitev meritev

Aksialne vibracije zahtevajo posebno montažo senzorja:

• Usmerjenost senzorja: Merilnik pospeška ali pretvornik hitrosti, nameščen vzporedno z osjo gredi
• Tipične lokacije: Na končnih pokrovih ohišja ležajev, končnih zvonovih motorja ali ohišjih aksialnih ležajev
• Bližinske sonde: Pri montaži na površino konca gredi se lahko neposredno izmeri aksialni položaj
• Pomen: Pogosto spregledano, a ključnega pomena za popolno diagnozo strojev

Primarni vzroki aksialnih vibracij

1. Nepravilna poravnava (najpogostejši vzrok)

Neusklajenost gredi, zlasti kotna neusklajenost, je glavni vzrok aksialnih vibracij:

• Simptom: Visoke 1X ali 2X aksialne vibracije pri hitrosti delovanja
• Mehanizem: Kotni zamik med sklopljenima gredema ustvarja nihajoče aksialne sile, ki se prenašajo skozi sklopko
• Diagnostični indikator: Amplituda aksialnih vibracij > 50% radialnih vibracij močno kaže na neusklajenost
• Fazni odnos: Aksialne vibracije na pogonskem in nepogonskem koncu so običajno za 180° izven faze

2. Okvare aksialnega ležaja

Težave z aksialnimi ležaji, ki nadzorujejo aksialni položaj gredi, povzročajo značilne aksialne vibracije:

• Obraba ali poškodba aksialnega ležaja
• Nezadostna prednapetost aksialnega ležaja
• Okvara aksialnega ležaja, ki omogoča prekomerno aksialno zračnost
• Težave z mazanjem, specifične za aksialne ležaje

3. Hidravlične ali aerodinamične sile

Procesne sile v črpalkah, kompresorjih in turbinah ustvarjajo aksialne sile:

• Kavitacija črpalke: Zlom parnih mehurčkov ustvarja aksialne udarne sile
• Neravnovesje rotorja: Asimetrični tok ustvarja nihajoč aksialni potisk
• Aksialna turbulenca toka: V aksialnih kompresorjih in turbinah
• Naraščajoče: Prenapetost kompresorja povzroča močne aksialne vibracije
• Recirkulacija: Nenačrtno delovanje, ki povzroča nestabilnost pretoka

4. Mehanska zrahljanost

Prevelike razmike omogočajo aksialno gibanje:

• Obrabljene površine aksialnih ležajev
• Komponente ohlapne sklopke
• Nezadostna aksialna zapora v zasnovi ležaja
• Obrabljeni distančniki ali podložke

5. Težave s spajanjem

Obraba ali napačna namestitev sklopke povzroča aksialne vibracije:

• Obrabljeni zobje zobniške sklopke, ki omogočajo aksialno gibanje
• Nepravilno nameščene fleksibilne spojke
• Napake dolžine distančnika sklopke
• Koti univerzalnega zgloba, ki ustvarjajo aksialne komponente sile

6. Težave s toplotno rastjo

Diferencialno toplotno raztezanje lahko povzroči aksialne sile:

• Toplotno raztezanje cevi pri potiskanju/vlečenju opreme
• Neenakomerna toplotna rast med povezanimi stroji
• Vpliv posedanja temeljev na osno poravnavo

Diagnostični pomen

Diagnoza nepravilne poravnave

Aksialne vibracije so ključni kazalnik za diagnosticiranje nepravilne poravnave:

• Pravilo: Če so aksialne vibracije večje od 50% radialnih vibracij, obstaja sum na nepravilno poravnavo.
• Vsebina frekvence: Pretežno 2X za vzporedno odmaknjeno poravnavo; 1X in 2X za kotno poravnavo
• Fazna analiza: 180° fazna razlika med aksialnimi meritvami na nasprotnih koncih potrjuje neusklajenost
• Potrditev: Visoke aksialne vibracije, ki se znatno zmanjšajo po natančni poravnavi, potrdijo diagnozo

Diagnostika črpalk in kompresorjev

Za vrtljivo opremo, ki kroži s tekočinami:

• Kavitacija: Visokofrekvenčne, naključne aksialne vibracije s širokopasovnimi značilnostmi
• Hidravlična neravnovesje: 1X aksialne vibracije zaradi asimetrične obremenitve rotorja
• Preval: Aksialno nihanje z veliko amplitudo in nizko frekvenco
• Frekvenca prehoda rezila: Aksialna komponenta pri frekvenci prehoda lopatic kaže na težave s pretokom

Ocena stanja ležajev

• Nenadno povečanje aksialnih vibracij lahko kaže na obrabo aksialnega ležaja
• Aksialne vibracije s frekvencami okvare aksialnega ležaja potrjujejo težavo z ležajem
• Prekomerno aksialno plavanje, izmerjeno z bližinskimi sondami, kaže na obrabo ležaja

Sprejemljive ravni in standardi

Splošne smernice

Medtem ko standardi, kot je ISO 20816, obravnavajo predvsem radialne vibracije, so mejne vrednosti aksialnih vibracij običajno izražene kot:

• Glede na radialno: Aksialno bi moralo biti < 50% radialnih vibracij v normalnih pogojih
• Absolutne omejitve: Običajno 25-50% mejnih vrednosti radialnih vibracij za razred stroja
• Osnovna primerjava: Povečanje 50-100% od izhodiščne preiskave naloga

Standardi, specifični za opremo

• API 610 (centrifugalne črpalke): Določa radialne in aksialne meje vibracij
• API 617 (centrifugalni kompresorji): Vključuje merila za sprejemljivost aksialnih vibracij
• Turbostroji: Pogosto se neprekinjeno spremlja z aksialnimi senzorji položaja in vibracij

Metode za korekcijo in ublažitev

Za neusklajenost

1. Natančna poravnava gredi: Za odpravo kotne in vzporedne poravnave uporabite orodja za lasersko poravnavo
2. Korekcija mehkega stopala: Pred poravnavo se prepričajte, da so vse montažne nožice ravno
3. Upoštevanje toplotne rasti: Upoštevajte raztezanje zaradi obratovalne temperature pri poravnavi
4. Razbremenitev cevi: Odpravite sile v cevovodih, ki povzročajo, da oprema ne bo poravnana

Za težave z aksialnimi ležaji

• Zamenjajte obrabljene komponente aksialnega ležaja
• Preverite pravilno prednapetost in zračnost aksialnih ležajev
• Zagotovite ustrezno mazanje površin aksialnih ležajev
• Preverite pravilno namestitev aksialnega ležaja in podložke

Za procesno pogojene aksialne sile

• Odprava kavitacije: Povečajte vhodni tlak, znižajte temperaturo tekočine, preverite morebitne blokade na vhodu
• Optimizirajte delovno točko: Upravljanje črpalk in kompresorjev znotraj projektnega območja
• Uravnoteženje hidravličnih sil: Uporabite uravnoteževalne luknje ali povratne lopatice na rotorjih
• Nadzor prenapetosti: Uvedite učinkovito preprečevanje prenapetosti za kompresorje

Za mehanske težave

• Zamenjajte obrabljene sklopke in komponente sklopke
• Zategnite ohlapne mehanske povezave
• Preverite pravilne dimenzije distančnikov in podložk
• Zagotovite pravilno namestitev sklopke v skladu s specifikacijami proizvajalca

Najboljše prakse merjenja

Namestitev senzorja

• Trdna pritrditev: Za aksialne meritve uporabite čepke ali lepilo namesto magnetov, kadar je to mogoče.
• Preverite orientacijo: Prepričajte se, da je senzor resnično vzporeden z osjo gredi (ne pod kotom)
• Oba konca: Izmerite aksialne vibracije na pogonskem in nepogonskem koncu za primerjavo faz
• Bližinske sonde: Za kritično opremo namestite trajne senzorje aksialnega položaja

Zbiranje podatkov

• Vedno zbirajte aksialne podatke skupaj z vodoravnimi in navpičnimi radialnimi meritvami
• Zabeležite fazne odnose med aksialnimi meritvami na različnih lokacijah
• Primerjava razmerij aksialne in radialne amplitude
• Spremljajte trend aksialnih vibracij skozi čas za odkrivanje razvijajočih se težav

Primerjava aksialnih in radialnih vibracij

Ključne razlike

Vidik	Radialne (bočne) vibracije	Aksialne vibracije
Smer	Pravokotno na os gredi	Vzporedno z osjo gredi
Tipična amplituda	Višje	Nižje (običajno < 50% radialnega)
Primarni vzroki	Neuravnoteženost, ukrivljena gred, okvare ležajev	Neusklajenost, težave z aksialnimi ležaji, procesne sile
Diagnostična vrednost	Splošno stanje strojev	Specifično za težave z neusklajenostjo in potiskom
Prednost spremljanja	Primarni poudarek	Sekundarno, vendar ključno za diagnozo

Industrijske aplikacije

Spremljanje aksialnih vibracij je še posebej pomembno za:

• Centrifugalne črpalke: Hidravlične sile in zaznavanje kavitacije
• Kompresorji: Spremljanje aksialnih ležajev in zaznavanje prenapetosti
• Turbine: Aksialne sile na lopaticah turbine in stanje aksialnih ležajev
• Priključena oprema: Preverjanje poravnave in stanje sklopke
• Procesna oprema: Spremljanje stanja pretoka

Čeprav aksialne vibracije pogosto zasenčijo bolj izrazite radialne vibracije, izkušeni analitiki vibracij prepoznavajo njihovo ključno diagnostično vrednost. Številne težave s stroji, ki bi jih lahko spregledali zgolj s pregledom radialnih vibracij, so jasno razkrite z vzorci aksialnih vibracij, zaradi česar so bistveni del celovitih programov spremljanja stanja strojev.

---

← Nazaj na glavno kazalo