Förstå sidovibrationer i roterande maskiner

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

$2,358.31

Delar

Vibrationssensor

$107.47

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

$148.07

Anordningar

Balanset-4

$8,123.32

Delar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

$54.93

Delar

Reflekterande tejp

$11.94

Anordningar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definition: Vad är lateral vibration?

Lateral vibration (även kallad radiell vibration eller transversell vibration) avser rörelsen hos en roterande axel vinkelrät mot dess rotationsaxel. Enkelt uttryckt är det axelns sido-till-sida- eller upp-och-ner-rörelse när den roterar. Lateral vibration är den vanligaste typen av vibration i roterande maskiner och orsakas vanligtvis av radiella krafter som obalans, feljustering, böjda axlar eller lagerdefekter.

Att förstå sidovibrationer är grundläggande för rotordynamik eftersom den representerar det primära vibrationssättet för de flesta roterande utrustningar och är fokus för de flesta vibrationsövervakningar och balansering aktiviteter.

Riktning och mätning

Lateral vibration mäts i planet vinkelrätt mot axelns axel:

Koordinatsystem

• Horisontell riktning: Sidledsrörelse parallellt med marken
• Vertikal riktning: Upp-och-ner-rörelse vinkelrätt mot marken
• Radiell riktning: Valfri riktning vinkelrät mot axelns axel (kombination av horisontell och vertikal)

Mätplatser

Lateral vibration mäts vanligtvis vid:

• Lagerhus: Använda accelerometrar eller hastighetsgivare monterade på lageröverfall eller piedestaler
• Axelyta: Användning av beröringsfria närhetsprober för direkt axelrörelsemätning
• Flera orienteringar: Mätningar i både horisontell och vertikal riktning ger en komplett bild av sidledsrörelser

Primära orsaker till sidovibrationer

Laterala vibrationer kan uppstå från många olika källor, som var och en producerar karakteristiska vibrationssignaturer:

1. Obalans (vanligast)

Obalans är den vanligaste orsaken till sidovibrationer. En asymmetrisk massfördelning skapar en roterande centrifugalkraft som producerar:

• 1X (en gång per varv) vibrationsfrekvens
• Relativt stabil fas relation
• Amplituden proportionell mot kvadraten av hastigheten
• Cirkulär eller elliptisk axelomloppsbana

2. Feljustering

Axelfeljustering mellan kopplade maskiner skapar sidokrafter:

• Primärt 2X vibration (två gånger per varv)
• Kan även excitera 1X och högre övertoner
• Visar ofta även hög axiell komponent
• Fasförhållanden skiljer sig från obalans

3. Böjd eller böjd axel

En permanent böjd eller böjd axel skapar geometrisk excentricitet:

• 1X vibration som kan likna obalans
• Hög vibration även vid låga rullhastigheter
• Svårt att korrigera genom att enbart balansera

4. Lagerfel

Rulllager defekter producerar karakteristisk sidovibration:

• Högfrekventa komponenter (lagerfelfrekvenser)
• Modulerad av lägre frekvenser som skapar sidband
• Kräver ofta kuvertanalys för detektering

5. Mekanisk glapp

Lösa lager, fundament eller monteringsbultar skapar:

• Flera övertoner (1X, 2X, 3X, etc.)
• Icke-linjärt svar på tvång
• Oregelbunden eller instabil vibration

6. Rotor-stator-gnidning

Kontakt mellan roterande och stationära delar genererar:

• Subsynkrona komponenter
• Plötsliga förändringar i vibrationsamplitud och fas
• Möjlig termisk böjning

Lateral vibration jämfört med andra vibrationstyper

Roterande maskiner kan uppleva vibrationer i tre huvudriktningar:

Lateral (radial) vibration

• Riktning: Vinkelrätt mot axeln
• Typiska orsaker: Obalans, feljustering, böjd axel, lagerdefekter
• Mått: Accelerometrar eller hastighetssensorer på lagerhus; närhetsprober på axeln
• Dominans: Vanligtvis den största amplitudens vibrationskomponent

Axial vibration

• Riktning: Parallellt med axeln
• Typiska orsaker: Feljustering, problem med axiallager, problem med processflödet
• Mått: Accelerometrar monterade axiellt
• Dominans: Vanligtvis lägre amplitud än lateral, men diagnostisk för vissa förkastningar

Torsionsvibrationer

• Riktning: Vridande rörelse kring axelns axel
• Typiska orsaker: Problem med kugghjulsingrepp, elektriska problem med motorn, kopplingsproblem
• Mått: Kräver specialiserade torsionsvibrationssensorer eller töjningsgivare
• Dominans: Vanligtvis små men kan orsaka utmattningsbrott

Laterala vibrationslägen och kritiska hastigheter

I rotordynamik, laterala vibrationslägen beskriver axelns karakteristiska avböjningsmönster:

Första laterala läget

• Enkel böjningsform (enkel båge eller båge)
• Lägsta naturliga frekvensen
• Lättast upphetsad av obalans
• Första kritisk hastighet motsvarar detta läge

Andra laterala läget

• S-formad avböjning med en nodpunkt
• Högre naturlig frekvens
• Andra kritiska hastigheten
• Viktigt för flexibla rotorer

Högre laterala lägen

• Alltmer komplexa former med flera noder
• Relevant endast för rotorer med mycket hög hastighet eller mycket flexibla rotorer
• Kan exciteras av bladpassage eller andra högfrekventa excitationer

Mätning och övervakning

Mätparametrar

Lateral vibration kännetecknas av flera parametrar:

• Amplitud: Rörelsens storlek, mätt i förskjutning (µm, mils), hastighet (mm/s, in/s) eller acceleration (g, m/s²)
• Frekvens: Vanligtvis 1X körhastighet för obalansdominerade vibrationer, men kan inkludera övertoner och andra frekvenser
• Fas: Tidpunkten för maximal förskjutning i förhållande till ett referensmärke på axeln
• Bana: Den faktiska vägen som axelns centrum spårar sett från sidan

Mätstandarder

Internationella standarder ger vägledning för acceptabla sidovibrationsnivåer:

• ISO 20816-serien: Vibrationsgränser för olika maskintyper baserat på RMS-hastighet
• API 610, 617, 684: Branschspecifika standarder för pumpar, kompressorer och rotordynamik
• Svårighetszoner: Definiera acceptabla nivåer, försiktighetsnivåer och larmnivåer baserat på utrustningstyp och storlek

Kontroll och begränsning

Balansering

Balansering är den primära metoden för att minska sidovibrationer från obalans:

• Balansering i ett plan för skivformade rotorer
• Tvåplansbalansering för de flesta industriella rotorer
• Modal balansering för flexibla rotorer som arbetar över kritiska hastigheter

Inriktning

Precisionsaxeluppriktning minskar sidokrafter från feljustering:

• Laserjusteringsverktyg för exakt axelpositionering
• Hänsyn till termisk tillväxt vid uppriktningsprocedurer
• Mjuk fotkorrigering före fotjustering

Dämpning

Dämpning styr sidovibrationsamplituder, särskilt vid kritiska hastigheter:

• Vätskefilmslager ger betydande dämpning
• Klämfilmsdämpare för extra kontroll
• Dämpningsbehandlingar för stödstrukturer

Styvhetsmodifiering

Ändrande systemstyvhet ökar kritiska hastigheter:

• Ökning av axeldiametern höjer kritiska hastigheter
• Minskning av lagerspannet ökar den första kritiska hastigheten
• Grundförstyvning påverkar det övergripande systemets respons

Diagnostisk betydelse

Analys av laterala vibrationer är hörnstenen i maskindiagnostik:

• Trendigt: Övervakning av sidovibrationer över tid avslöjar utvecklande problem
• Felidentifiering: Vibrationsfrekvens och mönster identifierar specifika feltyper
• Allvarlighetsbedömning: Amplituden jämfört med standarder indikerar problemets allvarlighetsgrad
• Balanseringsverifiering: Lateral vibrationsreducering bekräftar lyckad balansering
• Tillståndsbaserat underhåll: Vibrationsnivåer utlöser underhållsåtgärder

Effektiv hantering av sidovibrationer är avgörande för tillförlitlig och långsiktig drift av roterande maskiner, vilket gör dem till ett primärt fokus för vibrationsövervakningsprogram, strategier för prediktivt underhåll och överväganden gällande rotordynamik.

---

← Tillbaka till huvudmenyn