Razumevanje radialnih vibracij v vrtljivih strojih
Definicija: Kaj je radialna vibracija?
Radialne vibracije je gibanje vrteče se gredi pravokotno na njeno os vrtenja, ki se razteza navzven od središča kot polmeri kroga. Izraz "radialno" se nanaša na katero koli smer, ki seva od središčne črte gredi, in zajema tako vodoravno (od strani do strani) kot navpično (gor in dol) gibanje. Radialne vibracije so sinonim za bočne vibracije ali prečne vibracije in predstavljajo najpogosteje merjeno in spremljano obliko vibracije v vrtljivih strojih.
V praktičnih aplikacijah se radialne vibracije običajno merijo v dveh pravokotnih smereh – vodoravni in navpični – na vsakem mestu ležaja, da se zagotovi popolna slika gibanja gredi pravokotno na njeno os.
Navodila za merjenje
Horizontalne radialne vibracije
Horizontalne vibracije se merijo v smeri od strani do strani:
- Pravokotno na os gredi in vzporedno s tlemi/tlemi
- Pogosto najbolj dostopna lokacija za merjenje
- Običajno prikazuje učinke gravitacije, asimetrije togosti temeljev in horizontalnih sil.
- Standardna orientacija meritev za večino programov za spremljanje vibracij
Vertikalne radialne vibracije
Vertikalne vibracije se merijo v smeri navzgor in navzdol:
- Pravokotno na os gredi in pravokotno na tla/tla
- Vpliva gravitacija in teža rotorja
- Pogosto višja amplituda kot vodoravna zaradi teže rotorja, kar ustvarja asimetrično togost
- Ključnega pomena za odkrivanje težav v vertikalno usmerjenih strojih (vertikalne črpalke, motorji)
Skupne radialne vibracije
Skupne radialne vibracije lahko izračunamo kot vektorsko vsoto horizontalnih in vertikalnih komponent:
- Radialni seštevek = √(vodoravno² + navpično²)
- Predstavlja dejansko velikost gibanja ne glede na smer
- Uporabno za ocene resnosti z eno samo številko
Primarni vzroki radialnih vibracij
Radialne vibracije nastanejo zaradi sil, ki delujejo pravokotno na os gredi:
1. Neravnovesje (prevladujoči vzrok)
Neravnovesje je najpogostejši vir radialnih vibracij v vrtljivih strojih:
- Ustvari centrifugalno silo, ki se vrti s hitrostjo gredi (1X)
- Velikost sile sorazmerna z maso neuravnoteženosti, polmerom in kvadratom hitrosti
- Proizvaja krožne ali eliptične orbita gredi
- Popravljivo skozi uravnoteženje postopki
2. Neusklajenost
Neusklajenost gredi med povezanimi stroji ustvarja tako radialne kot aksialne vibracije:
- Predvsem 2X (dvakrat na vrtljaj) radialne vibracije
- Prav tako ustvarja 1X, 3X in višje harmonike
- Visoke aksialne vibracije spremljajo radialne vibracije
- Fazna razmerja med diagnostiko ležajev za vrsto neusklajenosti
3. Mehanske napake
Različne mehanske težave povzročajo značilne radialne vzorce vibracij:
- Okvare ležajev: Visokofrekostni vplivi pri frekvencah napak ležajev
- Upognjena ali sključena gred: 1X vibracije, podobne neuravnoteženosti, vendar prisotne tudi pri počasnem kotaljenju
- Ohlapnost: Več harmonikov (1X, 2X, 3X) z nelinearnim obnašanjem
- Razpoke: 1X in 2X vibracije s spremembami med zagonom/izklopom
- Drgnjenja: Subsinhrone in sinhrone komponente
4. Aerodinamične in hidravlične sile
Procesne sile v črpalkah, ventilatorjih in kompresorjih ustvarjajo radialne sile:
- Frekvenca premikanja lopatic (število lopatic × vrtljaji na minuto)
- Hidravlična neravnovesja zaradi asimetričnega pretoka
- Odvajanje vrtincev in turbulenca toka
- Recirkulacija in delovanje izven načrta
5. Resonančni pogoji
Pri delovanju v bližini kritične hitrosti, radialne vibracije se dramatično okrepijo:
- Naravna frekvenca sovpada s frekvenco sile
- Amplitudo omejuje le sistem dušenje
- Potencial za katastrofalne ravni vibracij
- Zahteva ustrezne ločilne robove pri zasnovi
Merilni standardi in parametri
Merske enote
Radialne vibracije lahko izrazimo s tremi povezanimi parametri:
- Premik: Dejanska razdalja premika (mikrometri, µm, mils). Uporablja se za meritve strojev z nizko hitrostjo in z bližinsko sondo.
- Hitrost: Hitrost spremembe premika (mm/s, in/s). Najpogostejša za splošne industrijske stroje, osnova za standarde ISO.
- Pospešek: Stopnja spremembe hitrosti (m/s², g). Uporablja se za visokofrekvenčne meritve in odkrivanje napak ležajev.
Mednarodni standardi
Serija standardov ISO 20816 določa mejne vrednosti jakosti radialnih vibracij:
- ISO 20816-1: Splošne smernice za ocenjevanje vibracij strojev
- ISO 20816-3: Posebna merila za industrijske stroje > 15 kW
- Območja resnosti: A (dobro), B (sprejemljivo), C (nezadovoljivo), D (nesprejemljivo)
- Lokacija meritve: Običajno na ohišjih ležajev v radialnih smereh
Industrijski standardi
- API 610: Mejne vrednosti radialnih vibracij centrifugalnih črpalk
- API 617: Kriteriji vibracij centrifugalnih kompresorjev
- API 684: Postopki analize dinamike rotorja za napovedovanje radialnih vibracij
- NEMA MG-1: Mejne vrednosti vibracij elektromotorja
Tehnike spremljanja in diagnostike
Rutinsko spremljanje
Standardni programi za spremljanje vibracij merijo radialne vibracije:
- Zbiranje na podlagi poti: Periodične meritve v fiksnih intervalih (mesečno, četrtletno)
- Trendi splošne ravni: Spremljanje skupne amplitude vibracij skozi čas
- Meje alarma: Nastavljeno na podlagi standardov ISO ali standardov, specifičnih za opremo
- Primerjava: Trenutna v primerjavi z izhodiščno, horizontalna v primerjavi z vertikalno
Napredna analiza
Podrobna analiza radialnih vibracij zagotavlja diagnostične informacije:
- Analiza hitre pretvorbe (FFT): Frekvenčni spekter, ki prikazuje vibracijske komponente
- Časovna valovna oblika: Vibracijski signal skozi čas, ki razkriva prehodne pojave in modulacijo
- Fazna analiza: Časovna razmerja med merilnimi točkami
- Analiza orbite: Vzorci gibanja središčne osi gredi
- Analiza ovojnice: Visokofrekvenčna demodulacija za odkrivanje napak ležajev
Neprekinjeno spremljanje
Kritična oprema ima pogosto stalen nadzor radialnih vibracij:
- Bližinske sonde za neposredno merjenje gibanja gredi
- Trajno nameščeni merilniki pospeška na ohišjih ležajev
- Trendi in alarmantni podatki v realnem času
- Integracija samodejnega zaščitnega sistema
Horizontalne in vertikalne razlike
Tipične amplitudske povezave
V mnogih strojih vertikalne radialne vibracije presegajo horizontalne:
- Učinek gravitacije: Teža rotorja ustvarja statični odklon, ki vpliva na navpično togost
- Asimetrična togost: Temeljne in podporne konstrukcije so pogosto bolj toge v vodoravni smeri
- Tipično razmerje: Navpične vibracije 1,5-2× vodoravne so pogoste
- Učinek uravnotežene teže: Korekcijske uteži, nameščene na dnu rotorja (enostaven dostop), prednostno zmanjšujejo navpične vibracije
Diagnostične razlike
- Neravnovesje: V eno smer se lahko kaže močneje, odvisno od lokacije neuravnoteženosti
- Ohlapnost: Pogosto kaže nelinearnost, ki je bolj izrazita v navpični smeri
- Težave s fundacijami: Vertikalne vibracije so bolj občutljive na propadanje temeljev
- Neusklajenost: V horizontalnem in vertikalnem položaju se lahko prikaže drugače, odvisno od vrste neusklajenosti.
Razmerje do dinamike rotorja
Radialne vibracije so osrednjega pomena dinamika rotorja analiza:
Kritične hitrosti
- Radialne naravne frekvence določajo kritične hitrosti
- Prva kritična hitrost običajno ustreza prvemu radialnemu upogibnemu načinu
- Campbellovi diagrami napovedati vedenje radialnih vibracij glede na hitrost
- Ločilne meje od kritičnih hitrosti preprečujejo prekomerne radialne vibracije
Oblike načina
- Vsak radialni način nihanja ima značilno obliko odklona
- Prvi način: preprosto upogibanje v loku
- Drugi način: S-krivulja z vozliščno točko
- Višji načini: vse bolj kompleksni vzorci
Uravnoteženje premislekov
- Uravnoteženje cilja zmanjšanje radialnih vibracij pri 1X frekvenci
- Koeficienti vpliva povezati korekcijske uteži s spremembami radialnih vibracij
- Optimalne lokacije korekcijskih ravnin na podlagi oblik radialnih modov
Metode korekcije in nadzora
Za neravnovesje
- Izravnava na terenu z uporabo prenosnih analizatorjev
- Enoravninska ali uravnoteženje v dveh ravninah postopki
- Precizno uravnoteženje v delavnici za kritične komponente
Za mehanske težave
- Natančna poravnava za odpravo nepravilne poravnave
- Zamenjava ležaja zaradi okvar ležaja
- Zategovanje ohlapnih komponent
- Popravila temeljev zaradi strukturnih težav
- Ravnanje ali zamenjava gredi za upognjene gredi
Za težave z resonanco
- Spremembe hitrosti za izogibanje kritičnim območjem hitrosti
- Spremembe togosti (premer gredi, spremembe lokacije ležajev)
- Izboljšave dušenja (blažilniki stiskalne folije, izbira ležajev)
- Spremembe mase za premik naravnih frekvenc
Pomen prediktivnega vzdrževanja
Spremljanje radialnih vibracij je temelj programov napovednega vzdrževanja:
- Zgodnje odkrivanje napak: Spremembe radialnih vibracij pred okvarami za več tednov ali mesecev
- Trendi: Postopno povečanje kaže na razvoj težav
- Diagnoza napake: Frekvenčna vsebina identificira specifične vrste napak
- Ocena resnosti: Amplituda kaže na resnost in nujnost problema
- Načrtovanje vzdrževanja: Vzdrževanje glede na stanje in ne glede na čas
- Prihranki stroškov: Preprečuje katastrofalne okvare in optimizira intervale vzdrževanja
Kot primarna meritev vibracij v rotacijskih strojih radialne vibracije zagotavljajo bistvene informacije o stanju opreme, zaradi česar so nepogrešljive za zagotavljanje zanesljivega, varnega in učinkovitega delovanja industrijske rotacijske opreme.
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 