Razumevanje bočnih vibracij v vrtečih se strojih
Definicija: Kaj je bočno nihanje?
Bočne vibracije (imenovane tudi radialne vibracije ali prečne vibracije) se nanašajo na gibanje vrteče se gredi pravokotno na njeno os vrtenja. Preprosto povedano, gre za gibanje gredi iz strani v stran ali gor in dol med vrtenjem. Bočne vibracije so najpogostejša vrsta vibracije v vrtljivih strojih in ga običajno povzročajo radialne sile, kot so neravnovesje, neusklajenost, ukrivljene gredi ali okvare ležajev.
Razumevanje bočnih vibracij je temeljnega pomena za dinamika rotorja ker predstavlja primarni način vibracij za večino vrteče se opreme in je v središču večine spremljanja in uravnoteženje dejavnosti.
Smer in merjenje
Bočne vibracije se merijo v ravnini, pravokotni na os gredi:
Koordinatni sistem
- Vodoravna smer: Gibanje iz strani v stran, vzporedno s tlemi
- Navpična smer: Gibanje gor in dol pravokotno na tla
- Radialna smer: Poljubna smer, pravokotna na os gredi (kombinacija vodoravne in navpične smeri)
Lokacije meritev
Bočne vibracije se običajno merijo pri:
- Ohišja ležajev: Uporaba merilnikov pospeška ali pretvornikov hitrosti, nameščenih na pokrovih ležajev ali podstavkih
- Površina gredi: Uporaba brezkontaktnih bližinskih sond za neposredno merjenje gibanja gredi
- Več usmeritev: Meritve v horizontalni in vertikalni smeri zagotavljajo popolno sliko prečnega gibanja
Primarni vzroki bočnih vibracij
Bočne vibracije lahko nastanejo iz številnih virov, pri čemer vsak od njih ustvarja značilne vibracijske podpise:
1. Neravnovesje (najpogostejše)
Neravnovesje je najpogostejši vzrok prečnih vibracij. Asimetrična porazdelitev mase ustvarja vrtečo se centrifugalno silo, ki povzroča:
- 1X (enkrat na vrtljaj) frekvenca vibracij
- Relativno stabilno faza razmerje
- Amplituda sorazmerna s kvadratom hitrosti
- Krožno ali eliptično orbita gredi
2. Neusklajenost
Neusklajenost gredi med povezanimi stroji ustvarja bočne sile:
- Predvsem 2X vibracije (dvakrat na obrat)
- Lahko vzbudi tudi 1X in višje harmonike
- Pogosto kaže tudi visoko aksialno komponento
- Fazni odnosi se razlikujejo od neuravnoteženosti
3. Upognjena ali sklonjena gred
Trajno upognjena ali sključena gred ustvarja geometrijsko ekscentričnost:
- 1X vibracije, ki so lahko podobne neuravnoteženosti
- Visoke vibracije tudi pri nizkih hitrostih valjanja
- Težko popraviti samo z uravnoteženjem
4. Okvare ležajev
Kotalni ležaj napake povzročajo značilne bočne vibracije:
- Visokofrekvenčne komponente (frekvence napak ležajev)
- Modulirano z nižjimi frekvencami, ki ustvarjajo stranski pasovi
- Pogosto zahteva analiza ovojnice za odkrivanje
5. Mehanska zrahljanost
Ohlapni ležaji, temelji ali pritrdilni vijaki povzročajo:
- Več harmonikov (1X, 2X, 3X itd.)
- Nelinearni odziv na silo
- Neenakomerne ali nestabilne vibracije
6. Drgnjenje rotorja in statorja
Stik med vrtečimi se in mirujočimi deli povzroči:
- Subsinhrone komponente
- Nenadne spremembe amplitude in faze vibracij
- Možno toplotno upogibanje
Bočne vibracije v primerjavi z drugimi vrstami vibracij
Vrteči se stroji lahko občutijo vibracije v treh glavnih smereh:
Bočne (radialne) vibracije
- Smer: Pravokotno na os gredi
- Tipični vzroki: Neuravnoteženost, nepravilna poravnava, ukrivljena gred, okvare ležajev
- Merjenje: Merilniki pospeška ali senzorji hitrosti na ohišjih ležajev; bližinske sonde na gredi
- Prevladovanje: Običajno je vibracijska komponenta z največjo amplitudo
Aksialne vibracije
- Smer: Vzporedno z osjo gredi
- Tipični vzroki: Neusklajenost, težave z aksialnimi ležaji, težave s procesnim tokom
- Merjenje: Aksialno nameščeni merilniki pospeška
- Prevladovanje: Običajno manjša amplituda kot lateralna, vendar diagnostična za določene napake
Torzijske vibracije
- Smer: Vrtenje okoli osi gredi
- Tipični vzroki: Težave z zobniškim prijemom, težave z elektriko motorja, težave s sklopko
- Merjenje: Zahteva specializirane senzorje torzijskih vibracij ali merilnike napetosti
- Prevladovanje: Običajno majhna, vendar lahko povzroči utrujenostne okvare
Bočni načini vibracij in kritične hitrosti
Na spletnem mestu dinamika rotorja, bočni načini vibracij opisujejo značilne vzorce odklona gredi:
Prvi bočni način
- Preprosta oblika upogibanja (enojni lok ali lok)
- Najnižja naravna frekvenca
- Najlažje vzbudi neravnovesje
- Prvi kritična hitrost ustreza temu načinu
Drugi bočni način
- S-oblikovana deformacija z eno vozliščno točko
- Višja naravna frekvenca
- Druga kritična hitrost
- Pomembno za fleksibilni rotorji
Višji lateralni načini
- Vedno bolj zapletene oblike z več vozlišči
- Pomembno samo za zelo hitrohitrostne ali zelo fleksibilne rotorje
- Lahko se vzbuja zaradi prehajanja lopatic ali drugih visokofrekvenčnih vzbujanj
Merjenje in spremljanje
Merilni parametri
Bočne vibracije so značilne po več parametrih:
- Amplituda: Velikost gibanja, merjena v premiku (µm, mils), hitrosti (mm/s, in/s) ali pospešku (g, m/s²)
- Pogostost: Običajno 1-kratna hitrost delovanja za vibracije, v katerih prevladuje neuravnoteženost, lahko pa vključuje tudi harmonike in druge frekvence
- Faza: Čas največjega premika glede na referenčno oznako na gredi
- Orbita: Dejanska pot, ki jo sledi središče gredi, gledano s sprednje strani
Merilni standardi
Mednarodni standardi zagotavljajo smernice za sprejemljive ravni bočnih vibracij:
- Serija ISO 20816: Mejne vrednosti vibracij za različne tipe strojev na podlagi efektivne hitrosti
- API-ji 610, 617, 684: Industrijski standardi za črpalke, kompresorje in dinamiko rotorjev
- Območja resnosti: Določite sprejemljive, opozorilne in alarmne ravni glede na vrsto in velikost opreme
Nadzor in blaženje
Uravnoteženje
Uravnoteženje je glavna metoda za zmanjšanje bočnih vibracij zaradi neuravnoteženosti:
- Uravnoteženje v eni ravnini za diskaste rotorje
- Dvoravninsko uravnoteženje za večino industrijskih rotorjev
- Modalno uravnoteženje za fleksibilne rotorje, ki delujejo nad kritičnimi hitrostmi
Poravnava
Natančna poravnava gredi zmanjšuje bočne sile zaradi nepravilne poravnave:
- Orodja za lasersko poravnavo za natančno pozicioniranje gredi
- Upoštevanje toplotne rasti pri postopkih poravnave
- Mehka korekcija stopala pred poravnavo
Dušenje
Dušenje nadzoruje amplitude prečnih vibracij, zlasti pri kritičnih hitrostih:
- Ležaji s fluidnim filmom zagotavljajo znatno dušenje
- Blažilniki s stiskalno folijo za dodaten nadzor
- Obdelava dušenja podpornih konstrukcij
Sprememba togosti
Spreminjanje togosti sistema spreminja kritične hitrosti:
- Povečanje premera gredi poveča kritične hitrosti
- Zmanjšanje razpona ležajev poveča prvo kritično hitrost
- Ojačitev temeljev vpliva na celoten odziv sistema
Diagnostični pomen
Analiza bočnih vibracij je temelj diagnostike strojev:
- Trendi: Spremljanje bočnih vibracij skozi čas razkriva nastajajoče težave
- Identifikacija napake: Frekvenca in vzorec vibracij določata specifične vrste napak
- Ocena resnosti: Amplituda v primerjavi s standardi kaže na resnost težave
- Preverjanje uravnoteženja: Zmanjšanje bočnih vibracij potrjuje uspešno uravnoteženje
- Vzdrževanje glede na stanje: Raven vibracij sproži vzdrževalne ukrepe
Učinkovito obvladovanje prečnih vibracij je bistvenega pomena za zanesljivo in dolgoročno delovanje vrtečih se strojev, zato je to glavni poudarek programov za spremljanje vibracij, strategij napovednega vzdrževanja in premislekov o dinamičnem načrtovanju rotorjev.
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 