Разумевање бочних вибрација у ротирајућим машинама

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Дефиниција: Шта је бочна вибрација?

Бочне вибрације (такође се назива радијална вибрација или попречна вибрација) односи се на кретање ротирајућег вратила нормално на његову осу ротације. Једноставно речено, то је кретање вратила са стране на страну или горе-доле док се окреће. Бочна вибрација је најчешћи тип вибрација у ротирајућим машинама и обично је узрокован радијалним силама као што су неравнотежа, неусклађеност, савијена вратила или дефекти лежајева.

Разумевање бочних вибрација је фундаментално за динамика ротора јер представља примарни начин вибрације за већину ротирајуће опреме и налази се у фокусу већине праћења вибрација и балансирање активности.

Правац и мерење

Бочне вибрације се мере у равни нормалној на осу вратила:

Координатни систем

• Хоризонтални правац: Кретање са стране на страну паралелно са земљом
• Вертикални правац: Кретање горе-доле нормално у односу на тло
• Радијални правац: Било који правац нормалан на осу вратила (комбинација хоризонталног и вертикалног)

Локације мерења

Бочне вибрације се обично мере на:

• Кућишта лежајева: Коришћење акцелерометара или претварача брзине монтираних на поклопцима лежајева или постољима
• Површина вратила: Коришћење бесконтактних сонди за мерење кретања вратила
• Вишеструке оријентације: Мерења у хоризонталном и вертикалном правцу пружају потпуну слику бочног кретања

Примарни узроци бочних вибрација

Бочне вибрације могу настати из бројних извора, а сваки од њих производи карактеристичне вибрационе потписе:

1. Неравнотежа (најчешћа)

Неравнотежа је најчешћи узрок бочних вибрација. Асиметрична расподела масе ствара ротирајућу центрифугалну силу која производи:

• 1X (једном по обртају) фреквенција вибрација
• Релативно стабилно фаза однос
• Амплитуда пропорционална квадрату брзине
• Кружни или елиптични орбита вратила

2. Неусклађеност

Неусклађеност вратила између спојених машина ствара бочне силе:

• Првенствено 2X вибрације (два пута по обртају)
• Такође може побудити 1X и више хармонике
• Често показује и високу аксијалну компоненту
• Фазни односи се разликују од неравнотеже

3. Савијена или искривљена осовина

Трајно савијена или искривљена осовина ствара геометријску ексцентричност:

• 1X вибрација која може изгледати слично као неравнотежа
• Високе вибрације чак и при малим брзинама котрљања
• Тешко је исправити само балансирањем

4. Дефекти лежајева

Котрљајући лежај дефекти производе карактеристичне бочне вибрације:

• Високофреквентне компоненте (фреквенције квара лежајева)
• Модулисано нижим фреквенцијама које стварају бочне траке
• Често захтева анализа омотача за детекцију

5. Механичка лабавост

Лабави лежајеви, темељи или монтажни вијци стварају:

• Вишеструки хармоници (1X, 2X, 3X, итд.)
• Нелинеарни одговор на присиљавање
• Неправилне или нестабилне вибрације

6. Трљање ротора и статора

Контакт између ротирајућих и непокретних делова ствара:

• Субсинхроне компоненте
• Нагле промене амплитуде и фазе вибрација
• Могуће термално савијање

Бочне вибрације у односу на друге врсте вибрација

Ротационе машине могу да доживе вибрације у три главна правца:

Бочне (радијалне) вибрације

• Смер: Нормално на осу вратила
• Типични узроци: Неуравнотеженост, неусклађеност, савијено вратило, дефекти лежајева
• Мерење: Акцелерометри или сензори брзине на кућиштима лежајева; сонде за мерење близине на вратилу
• Доминација: Обично највећа амплитуда вибрационе компоненте

Аксијалне вибрације

• Смер: Паралелно са осом вратила
• Типични узроци: Неусклађеност, проблеми са аксијалним лежајевима, проблеми са током процеса
• Мерење: Акцелерометри постављени аксијално
• Доминација: Типично мање амплитуде него бочне, али дијагностичке за одређене кварове

Торзионе вибрације

• Смер: Увијање око осе вратила
• Типични узроци: Проблеми са зацепљењем зупчаника, проблеми са електричном енергијом мотора, проблеми са спојницом
• Мерење: Захтева специјализоване сензоре торзионих вибрација или мераче напрезања
• Доминација: Обично мали, али може изазвати кварове од замора

Бочни вибрациони режими и критичне брзине

У динамика ротора, бочни модови вибрација описују карактеристичне обрасце отклона вратила:

Први бочни режим

• Једноставан облик савијања (један лук или лук)
• Најнижа природна фреквенција
• Најлакше се узбуђује неравнотежом
• Прво критична брзина одговара овом режиму

Други бочни режим

• S-обликовано скретање са једном чворном тачком
• Виша природна фреквенција
• Друга критична брзина
• Важно за флексибилни ротори

Виши бочни модови

• Све сложенији облици са више чворова
• Релевантно само за роторе са веома великом брзином или веома флексибилним роторима
• Може бити побуђено проласком лопатице или другим високофреквентним побуђењима

Мерење и праћење

Параметри мерења

Бочне вибрације карактерише неколико параметара:

• Амплитуда: Величина кретања, мерена померањем (µm, mils), брзином (mm/s, in/s) или убрзањем (g, m/s²)
• Учесталост: Типично 1X брзина рада за вибрације доминиране неуравнотеженошћу, али може укључивати хармонике и друге фреквенције
• Фаза: Време максималног померања у односу на референтну ознаку на вратилу
• Орбита: Стварна путања коју прати центар вратила гледано са стране

Стандарди мерења

Међународни стандарди пружају смернице за прихватљиве нивое бочних вибрација:

• Серија ISO 20816: Ограничења вибрација за различите типове машина на основу RMS брзине
• АПИ 610, 617, 684: Стандарди специфични за индустрију за пумпе, компресоре и динамику ротора
• Зоне озбиљности: Дефинишите прихватљиве, опрезне и алармне нивое на основу типа и величине опреме

Контрола и ублажавање

Balancing

Balancing је примарна метода за смањење бочних вибрација услед неравнотеже:

• Балансирање у једној равни за роторе дисковног типа
• Балансирање у две равни за већину индустријских ротора
• Модално балансирање за флексибилне роторе који раде изнад критичних брзина

Поравнање

Прецизно поравнање вратила смањује бочне силе услед неусклађености:

• Ласерски алати за поравнање за прецизно позиционирање вратила
• Разматрање термичког раста у поступцима поравнања
• Блага корекција стопала пре поравнања

Пригушивање

Пригушивање контролише амплитуде бочних вибрација, посебно при критичним брзинама:

• Лежајеви са флуидним филмом обезбеђују значајно пригушење
• Амортизери са стискајућом фолијом за додатну контролу
• Пригушивање ношућих структура

Модификација крутости

Промена крутости система помера критичне брзине:

• Повећање пречника вратила повећава критичне брзине
• Смањење распона лежајева повећава прву критичну брзину
• Учвршћивање темеља утиче на укупни одзив система

Дијагностички значај

Анализа бочних вибрација је темељ дијагностике машина:

• Трендови: Праћење бочних вибрација током времена открива проблеме у развоју
• Идентификација грешке: Фреквенција и образац вибрација идентификују специфичне типове кварова
• Процена озбиљности: Амплитуда у поређењу са стандардима указује на озбиљност проблема
• Верификација баланса: Смањење бочних вибрација потврђује успешно балансирање
• Одржавање на основу стања: Нивои вибрација покрећу мере одржавања

Ефикасно управљање бочним вибрацијама је неопходно за поуздан и дугорочан рад ротационих машина, што га чини примарним фокусом програма за праћење вибрација, стратегија предиктивног одржавања и разматрања динамичког дизајна ротора.

---

← Назад на главни индекс