ทำความเข้าใจการสั่นสะเทือนแบบเรเดียลในเครื่องจักรหมุน
การสั่นแบบรัศมี คือการเคลื่อนไหวของเพลาที่หมุนในแนวตั้งฉากกับแกนการหมุน โดยแผ่ออกจากศูนย์กลางเหมือนลูกศรของล้อ คำว่า "การสั่นในแนวรัศมี" ครอบคลุมทิศทางใดๆ ที่ชี้ออกจากเส้นศูนย์กลางของเพลา ดังนั้นจึงครอบคลุมการเคลื่อนไหวทั้งในแนวราบ (ข้างไปข้าง) และแนวตั้ง (ขึ้นลง) เป็นปริมาณเดียวกันที่วิศวกรเรียก การสั่นสะเทือนด้านข้าง หรือการสั่นตามขวาง และเป็นรูปแบบการสั่นที่วัดและติดตามมากที่สุด การสั่นสะเทือน ในเครื่องจักรหมุน — ตัวเลขแรกที่เทคนิคความเชื่อถือดูที่ และตัวเลขที่มาตรฐานสากสวนใหญ่เขียนขึ้นมา ในทางปฏิบัติวัดในสองทิศทางตั้งฉากกันที่ตลับลูกปืนแต่ละตัว เพื่อให้สามารถสร้างเส้นทางเต็มของเพลาผ่านพื้นที่ได้
1. คำจำกัดความและทิศทางการวัด
เนื่องจากเพลาสามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนของมัน เซ็นเซอร์เดียวไม่สามารถบอกเรื่องราวทั้งหมดได้ สายสอบวัดสองตัวติดตั้งห่างกัน 90° ที่แต่ละตลับลูกปืนจะจับภาพในแนวรัศมีที่สมบูรณ์ และโดยปกติจะรายงานค่าการอ่านแยกต่างหากและรวมกันด้วย
การสั่นสะเทือนแบบรัศมีแนวนอน
การสั่นสะเทือนในแนวนอนคือการเคลื่อนไหวจากด้านข้างของเพลา:
- ตั้งฉากกับแกนเพลาและขนานกับพื้น
- มักเป็นจุดวัดที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายที่สุดบนเครื่องจักรแนวนอน
- สะท้อนถึงความไม่สมดุลของความแข็งของแรงโน้มถ่วง ฐานราก และฟังก์ชันการบังคับแนวนอน
- การวางแนวการวัดมาตรฐานสำหรับโปรแกรมการตรวจสอบประจำวันส่วนใหญ่
การสั่นสะเทือนในแนวรัศมีแนวตั้ง
การสั่นสะเทือนในแนวตั้งคือการเคลื่อนไหวขึ้นและลงของเพลา:
- ตั้งฉากกับแกนเพลาและตั้งฉากกับพื้น
- ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากแรงโน้มถ่วงและน้ำหนักสถิตของโรเตอร์
- มักมีแอมพลิจูดสูงกว่าแนวนอนเพราะน้ำหนักของโรเตอร์สร้างความแข็งของการรองรับที่ไม่สมดุล
- มีความสำคัญต่อการวินิจฉัยเครื่องจักรที่วางแนวในแนวตั้ง เช่น ปั้มแนวตั้งและมอเตอร์ โดยที่ “แนวนอน” และ “แนวตั้ง” ไม่มีความหมายตามปกติอีกต่อไป และแกนในแนวรัศมีทั้งสองเป็นเพียงมุมฉากเท่านั้น
การสั่นสะเทือนแบบรัศมีโดยรวม
การเคลื่อนไหวในแนวรัศมีทั้งหมดคือผลรวมเวกเตอร์ของส่วนประกอบที่วัดได้ทั้งสอง:
รัศมีรวม = √(แนวนอน² + แนวตั้ง²)
- แสดงถึงขนาดที่แท้จริงของการเคลื่อนไหวโดยไม่คำนึงถึงทิศทาง
- มีประโยชน์สำหรับการประเมินความรุนแรงด้วยตัวเลขเดียวและการตั้งค่าการแจ้งเตือน
- เนื่องจากแกนทั้งสองไม่ค่อยถึงจุดสูงสุดในเวลาเดียวกัน วงโคจรที่เพลาเคลื่อนตัวไปมักจะเป็นวงรีมากกว่าวงกลม ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่มีความสำคัญในการวิเคราะห์วงโคจร
2. สาเหตุหลักของการสั่นสะเทือนในแนวรัศมี
การสั่นสะเทือนในแนวรัศมีเกิดจากแรงใดๆ ที่กระทำตั้งฉากกับแกนเพลา การระบุความถี่ที่โดดเด่นนั้นเป็นหัวใจของการวินิจฉัย เนื่องจากแต่ละความผิดพลาดจะทิ้งลายเซ็นลักษณะเฉพาะ
1. ความไม่สมดุล (สาเหตุหลัก)
ความไม่สมดุล เป็นแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนในแนวรัศมีที่พบบ่อยที่สุดในอุปกรณ์หมุนเวียน:
- It creates a แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ที่หมุนไปพร้อมกับเพลา ปรากฏขึ้นที่ ความเร็วในการวิ่ง (1X).
- แรงดันเพิ่มขึ้นตามมวลความไม่สมดุล รัศมี และ — อย่างสำคัญ — กำลังสองของความเร็ว ดังนั้นจุดหนักเล็กน้อยจึงกลายเป็นปัญหาร้ายแรงเมื่อ RPM เพิ่มขึ้น
- มันสร้างรูปแบบวงกลมหรือเป็นวงรีกว้าง วงโคจรเพลา.
- สามารถแก้ไขได้โดยใช้ สมดุลเป็นปัญหาเดียวที่สามารถแก้ไขได้โดยปกติโดยไม่ต้องเปลี่ยนชิ้นส่วน
2. การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง
การจัดตำแหน่งเพลาที่ไม่ถูกต้อง ระหว่างเครื่องจักรที่เชื่อมต่อสร้างทั้ง การสั่นสะเทือนในแนวรัศมีและ การสั่นสะเทือนตามแนวแกน:
- แสดงให้เห็นเป็นหลักเป็น 2X (สองครั้งต่อการปฏิวัติ) การสั่นสะเทือนในแนวรัศมี
- นอกจากนี้ยังสร้าง 1X, 3X และ สูงกว่า ฮาร์โมนิกส์.
- การสั่นสะเทือนในแนวแกนสูงที่มาพร้อมกับสัญญาณในแนวรัศมีเป็นแสงสัญญาณที่แข็งแกร่ง
- ที่ เฟส ความสัมพันธ์ระหว่างตลับลูกปืนทั้งสองบอกให้คุณทราบว่าการแนวผิดเป็นเชิงมุม ขนาน (ชดเชย) หรือทั้งสองอย่าง
3. ข้อบกพร่องทางกลไก
ปัญหาทางกลหลายประการสร้างรูปแบบรัศมีที่โดดเด่น:
- ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน: ผลกระทบความถี่สูงที่ ความถี่ความผิดพลาดของตลับลูกปืน.
- เพลาที่งอหรือโค้ง: การสั่นสะเทือน 1X ที่คล้ายกับความไม่สมดุลแต่มีอยู่แม้ในการหมุนช้า — ดู คันธนูเพลา.
- ความหลวม: ฮาร์โมนิกหลายตัว (1X, 2X, 3X และอื่น ๆ) มีพฤติกรรมไม่เชิงเส้น มักมีทิศทาง
- รอยแตก: การสั่นสะเทือน 1X และ 2X ที่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการสตาร์ทและปิด — เป็นลักษณะเฉพาะของ โรเตอร์แตก.
- การถู: การผสมผสานของส่วนประกอบต่ำกว่าความเร็วและเท่ากับความเร็ว ซึ่งเป็นลักษณะของ โรเตอร์เสียดสี.
4. แรงอากาศพลศาสตร์และแรงไฮดรอลิก
แรงกระบวนการภายในปั๊ม พัดลม และเครื่องอัดอากาศใช้แรงกำหนดในแนวรัศมี:
- ความถี่ในการส่งผ่านใบมีด (จำนวนใบ × RPM).
- ความไม่สมดุลของไฮดรอลิกจากการไหลแบบไม่สมมาตร
- การหลั่นน้ำวนและความปั่นป่วนของการไหล
- การไหลวนและการทำงานนอกการออกแบบ รวมถึง การเกิดโพรงอากาศ in pumps.
5. เงื่อนไขการสั่นพ้อง
เมื่อเครื่องจักรทำงานใกล้ ความเร็ววิกฤต, การสั่นสะเทือนในแนวรัศมีจะขยายตัวอย่างมาก:
- ความถี่ธรรมชาติตรงกับความถี่บังคับ ซึ่งเป็นเงื่อนไขแบบดั้งเดิมสำหรับ เสียงก้อง.
- แอมพลิจูดจึงถูกจำกัดเฉพาะด้วย การลดแรงสั่นสะเทือน.
- ระดับสามารถไต่ขึ้นไปสู่ค่าหายนะภายในแถบความเร็วแคบ ๆ
- ดังนั้น การออกแบบจึงต้องมีขอบเขตการแยกที่เพียงพอระหว่างความเร็วการทำงานและความเร็ววิกฤต
3. มาตรฐานและพารามิเตอร์การวัด
หน่วยการวัด
การสั่นสะเทือนแนวรัศมีสามารถแสดงออกมาได้ในพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกัน 3 ประการ ซึ่งแต่ละประการเหมาะสำหรับช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน
- การเคลื่อนย้าย: ระยะทางที่เคลื่อนที่ไปได้จริง (ไมโครเมตร µm หรือมิล) ใช้สำหรับเครื่องจักรความเร็วต่ำและ โพรบวัดระยะใกล้ การวัดเพลา
- ความเร็ว: อัตราการเปลี่ยนแปลงของการกระจัด (mm/s, in/s) พารามิเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมทั่วไปและเป็นพื้นฐานของมาตรฐาน ISO ด้านความรุนแรง
- การเร่งความเร็ว: อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว (m/s², g) ใช้สำหรับงานความถี่สูงเช่นการตรวจจับข้อบกพร่องของตลับลูกปืน
ทางเลือกมีความสำคัญเพราะการเคลื่อนที่ทางกายภาพแบบเดียวกันสามารถดูเหมือนปลอดภัยในหน่วยหนึ่งและน่ากังวลในอีกหน่วยหนึ่ง ความเร็วมีแนวโน้มที่จะทำให้สเปกตรัมแบนราบข้ามแถบความถี่กลางซึ่งเป็นที่ที่ข้อบกพร่องของเครื่องจักรหมุนส่วนใหญ่อยู่ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ว่าทำไมมันจึงเป็นพื้นฐานของข้อจำกัด ISO
มาตรฐานสากล
ที่ ISO 20816 series มีขีดจำกัดความรุนแรงของการสั่นสะเทือนแนวรัศมี (ทดแทนกลุ่ม ISO 10816 เก่าและ ISO 2372 ที่ก่อนหน้า อ้างอิง ISO 20816 เป็นอำนาจสูงสุด)
- ISO 20816-1: แนวทางทั่วไปสำหรับการประเมินการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร
- ISO 20816-3: เกณฑ์เฉพาะสำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่มีกำลัง 15 kW ขึ้นไป
- เขตความรุนแรง A (ดี), B (ยอมรับได้), C (ไม่น่าพอใจ), D (ยอมรับไม่ได้)
- สถานที่วัด โดยทั่วไปบนที่อยู่ของตลับลูกปืนในทิศทางแนวรัศมี
มาตรฐานเฉพาะอุตสาหกรรม
- API 610: ขีดจำกัดการสั่นสะเทือนแนวรัศมีสำหรับปั๊มแรงเหวี่ยง
- API 617: เกณฑ์การสั่นสะเทือนสำหรับคอมเพรสเซอร์แรงเหวี่ยง
- เอพีไอ 684: ขั้นตอนการวิเคราะห์พลวัตของโรเตอร์เพื่อทำนายการสั่นสะเทือนแนวรัศมี
- เนม่า MG-1: ขีดจำกัดการสั่นสะเทือนสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า
4. เทคนิคการตรวจสอบและการวินิจฉัย
การติดตามตามปกติ
โปรแกรมมาตรฐานติดตามการสั่นสะเทือนแนวรัศมีตามตารางเวลา:
- การเก็บรวบรวมตามเส้นทาง: การอ่านค่าเป็นระยะ ๆ ในช่วงเวลาที่กำหนดไว้ (รายเดือน รายไตรมาส)
- แนวโน้มระดับโดยรวม: การสังเกตการเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดทั้งหมดเมื่อเวลาผ่านไป
- Alarm limits: กำหนดจากมาตรฐาน ISO หรือมาตรฐานจำเพาะของอุปกรณ์
- การเปรียบเทียบ: current versus เส้นฐานและแนวนอนเทียบกับแนวตั้ง
การวิเคราะห์ขั้นสูง
เมื่อสงสัยว่ามีปัญหา เครื่องมือขั้นสูงจะเปิดเผยลักษณะของมัน:
- การวิเคราะห์ FFT: a frequency สเปกตรัม การแยกการสั่นสะเทือนออกเป็นส่วนประกอบต่าง ๆ
- รูปคลื่นเวลา: สัญญาณดิบตามเวลา ซึ่งเปิดเผยการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะและการมอดูเลชั่น
- การวิเคราะห์เฟส: ความสัมพันธ์ของการวัดเวลาระหว่างจุดวัด
- การวิเคราะห์วงโคจร: เส้นทางแกนเพลาที่แมปโดยตรงลงบนการวัดแนวรัศมี
- การวิเคราะห์ซองจดหมาย: การถอดโมดูเลชั่นความถี่สูงเพื่อการตรวจจับความเสียหายแบริ่งก่อนเวลา
การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง
อุปกรณ์วิกฤตมักจะได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง:
- โปรเบ Proximity สำหรับการวัดการเคลื่อนไหวของเพลาโดยตรง
- ติดตั้งถาวร เครื่องวัดความเร่ง บนเรือนแบริ่ง
- แนวโน้มแบบเรียลไทม์และการเตือนสัญญาณ
- การรวมเข้ากับระบบอัตโนมัติ การป้องกันเครื่องจักร ระบบต่างๆ.
5. ความแตกต่างระหว่างแนวนอนและแนวตั้ง
ความสัมพันธ์ของแอมพลิจูดโดยทั่วไป
ในเครื่องจักรหลายประเภท การอ่านค่าในแนวตั้งมักจะเกินกว่าแนวนอน:
- ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง: น้ำหนักของโรเตอร์สร้างการหดตัวแบบสถิตที่เพิ่มความแข็งในทิศตั้งแต่
- ความแข็งแบบไม่สมมาตร: ฐานรากและโครงสร้างสนับสนุนมักจะแข็งกว่าในแนวนอน
- Typical ratio: การสั่นสะเทือนแนวตั้งที่เป็น 1.5–2 เท่าของค่าแนวนอนเป็นเรื่องปกติ
- ผลของน้ำหนักสมดุล: น้ำหนักแก้ไขที่วางไว้ที่ด้านล่างของโรเตอร์ (จุดเข้าถึงที่ง่ายที่สุด) มักจะลดการสั่นสะเทือนแนวตั้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ความแตกต่างในการวินิจฉัย
- ความไม่สมดุล: อาจอ่านค่าได้แรงกว่าในทิศทางหนึ่ง ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดหนัก
- ความหลวม: มักแสดงความไม่เป็นเชิงเส้นของมันได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในทิศตั้ง
- ปัญหาฐานราก: การสั่นสะเทือนแนวตั้งมีความไวต่อการเสื่อมสภาพของฐานรากมากขึ้น
- การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง: อาจปรากฏตัวอย่างแตกต่างในการอ่านค่าแนวนอนเทียบกับแนวตั้ง ขึ้นอยู่กับประเภทของการผิดตำแหน่ง
6. ความสัมพันธ์กับพลวัตของโรเตอร์
การสั่นสะเทือนแนวรัศมีอยู่ที่ศูนย์กลางของ ไดนามิกของโรเตอร์ การวิเคราะห์ เพราะลักษณะการดัดงอแนวรัศมีของเพลาควบคุมวิธีการและสถานที่ที่มันจะทำให้เกิดปัญหา
ความเร็วที่สำคัญ
- ความถี่ธรรมชาติแนวรัศมีกำหนดความเร็ววิกฤต
- ความเร็ววิกฤติตัวแรกมักสอดคล้องกับโหมดการดัดงอแนวรัศมีตัวแรก
- แผนภาพแคมป์เบลล์ ทำนายพฤติกรรมตามแนวรัศมีในฟังก์ชันของความเร็ว
- ช่วงหลีกเลี่ยงจากความเร็ว临界ช่วยให้การสั่นสะเทือนตามแนวรัศมีอยู่ภายใต้การควบคุม
โหมดรูปร่าง
- โหมดตามแนวรัศมีแต่ละโหมดมีลักษณะเฉพาะ รูปแบบการเบี่ยงเบน.
- โหมดแรก: ส่วนโค้งอย่างง่าย
- โหมดที่สอง: เส้นโค้ง S ที่มี node point.
- โหมดที่สูงกว่า: รูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ
การพิจารณาความสมดุล
- การสมดุลเป้าหมายการลดการสั่นสะเทือนตามแนวรัศมีที่ความถี่ 1X
- ค่าสัมประสิทธิ์อิทธิพล เชื่อมโยงน้ำหนักแก้ไขแต่ละรายการกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในการสั่นสะเทือนตามแนวรัศมี
- The best correction-plane ตำแหน่งจะทำตามรูปร่างโหมดตามแนวรัศมี
7. การแก้ไข การควบคุม และการปฏิบัติงานภาคสนาม
สำหรับความไม่สมดุล
- การปรับสมดุลของสนาม ใช้เครื่องวิเคราะห์แบบพกพา เครื่องมือสองช่องสัญญาณเช่น บาลานเซ็ต-1A วัดแอมพลิจูด 1X ตามแนวรัศมีและเฟสที่จุดลูกปืนแต่ละจุด คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การไหลหนึ่ง และให้วิศวกรสามารถสมดุลโรเตอร์ในจุดลูกปืนของตัวเองด้วยความเร็วในการทำงาน — ไม่มีการถอดประกอบ และไม่มีเครื่องสมดุล หากต้องการแปลงระดับที่วัดได้เป็นมวลแก้ไข คุณสามารถใช้ เครื่องคำนวณน้ำหนักชั่วคราว.
- เครื่องบินลำเดียว หรือ การปรับสมดุลสองระนาบ ขั้นตอน ที่เลือกตามรูปทรงของโรเตอร์
- การสมดุลความแม่นยำในห้องเก็บสินค้าบน เครื่องถ่วงดุล สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญที่สุด
สำหรับปัญหาทางกล
- การจัดตำแหน่งความแม่นยำเพื่อแก้ไขการไม่ยึดติด
- การเปลี่ยนลูกปืนสำหรับข้อบกพร่องของลูกปืน
- การขันส่วนประกอบที่หลวมแหละ
- การซ่อมแซมฐานรากเพื่อแก้ไขปัญหาโครงสร้าง
- การตรงเพลาหรือเปลี่ยนเพลาสำหรับเพลาที่งอ
สำหรับปัญหาเรื่องเรโซแนนซ์
- การเปลี่ยนแปลงความเร็วเพื่อหลีกเลี่ยงช่วงความเร็ววิกฤต
- การปรับเปลี่ยนความแข็ง (เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา การเปลี่ยนตำแหน่งตลับลูกปืน)
- การปรับปรุงการหน่วงเช่น ตัวหน่วงแฟลมบีบ หรือการเลือกตลับลูกปืนแบบปรับปรุง
- การเปลี่ยนแปลงมวลเพื่อเลื่อนความถี่ธรรมชาติห่างจากความเร็วการทำงาน
8. ความสำคัญในการบำรุงรักษาเชิงทำนาย
การติดตามการสั่นสะเทือนในแนวรัศมีเป็นรากฐานของ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์:
- การตรวจจับความผิดพลาดในระยะแรก: การเปลี่ยนแปลงของการสั่นสะเทือนในแนวรัศมีจะนำไปสู่ความล้มเหลวเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน
- กำลังเป็นที่นิยม: การเพิ่มขึ้นทีละน้อยบ่งชี้ว่ามีปัญหากำลังพัฒนา
- การวินิจฉัยความผิดพลาด: เนื้อหาความถี่ระบุประเภทความผิดพลาดที่เฉพาะเจาะจง
- การประเมินความรุนแรง: แอมพลิจูดบ่งชี้ว่าปัญหามีความ심重และเร่งด่วนเพียงใด
- การกำหนดตารางการบำรุงรักษา: งานถูกขับเคลื่อนด้วยสภาพแทนที่จะเป็นปฏิทิน
- Cost savings: หลีกเลี่ยงความล้มเหลวอย่างไม่อาจแก้ไข และจัดระยะเวลาการบำรุงรักษาให้เหมาะสม
ในฐานะการวัดการสั่นสะเทือนหลักบนเครื่องจักรหมุน การสั่นสะเทือนในแนวรัศมีให้หลักฐานสำคัญของสภาพอุปกรณ์ — ทำให้ไม่ขาดไม่ได้สำหรับการทำงานของอุปกรณ์หมุนทางอุตสาหกรรมที่เชื่อถือได้ ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพ
