Розуміння осьової вібрації в обертових машинах
Визначення: Що таке осьова вібрація?
Осьова вібрація (також називається поздовжньою вібрацією або тяговою вібрацією) – це рух вперед і назад ротор у напрямку, паралельному його осі обертання. На відміну від бічні коливання що є рухом з боку в бік, перпендикулярним до валу, осьова вібрація відображає рух валу всередину та назовні вздовж його довжини, подібно до руху поршня.
Хоча зазвичай амплітуда осьової вібрації менша, ніж у поперечної, вона є високоефективною діагностичною ознакою певних типів несправностей машин, зокрема невідповідність, проблеми з опорними підшипниками та проблеми, пов'язані з технологічними процесами в насосах і компресорах.
Характеристики та вимірювання
Напрямок і рух
Осьова коливання виникає вздовж центральної осі вала:
- Рух паралельний осі обертання вала
- Ротор рухається вперед і назад, подібно до зворотно-поступального руху
- Зазвичай вимірюється на корпусах підшипників або кінцях валів
- Амплітуда зазвичай менша, ніж радіальна коливання, але має високе діагностичне значення
Налаштування вимірювання
Осьова вібрація вимагає спеціального кріплення датчика:
- Орієнтація датчика: Акселерометр або датчик швидкості, встановлений паралельно осі вала
- Типові місця розташування: На торцевих кришках корпусів підшипників, торцевих розтрубах двигуна або корпусах опорних підшипників
- Датчики наближення: Можна вимірювати осьове положення безпосередньо при встановленні на торцевій поверхні вала
- Важливість: Часто недооцінюється, але є критично важливим для повної діагностики обладнання
Основні причини осьової вібрації
1. Неправильне вирівнювання (найпоширеніша причина)
Перекіс вала, зокрема кутове зміщення, є основною причиною осьової вібрації:
- Симптом: Висока осьова вібрація 1X або 2X на робочій швидкості
- Механізм: Кутове зміщення між з'єднаними валами створює коливальні осьові сили, що передаються через муфту
- Діагностичний індикатор: Амплітуда осьової коливання > 50% радіальної коливання свідчить про перекіс
- Фазовий зв'язок: Осьова вібрація на приводному та неприводному кінцях, як правило, зсунута по фазі на 180°
2. Дефекти опорного підшипника
Проблеми з опорними підшипниками, які контролюють осьове положення вала, викликають характерну осьову вібрацію:
- Знос або пошкодження опорного підшипника
- Недостатній попередній натяг опорного підшипника
- Поломка опорного підшипника, що призводить до надмірного осьового люфту
- Проблеми змащування, характерні для опорних підшипників
3. Гідравлічні або аеродинамічні сили
Технологічні сили в насосах, компресорах і турбінах створюють осьові сили:
- Кавітація насоса: Руйнування парової бульбашки створює осьові ударні сили
- Дисбаланс робочого колеса: Асиметричний потік створює коливальну осьову тягу
- Турбулентність осьового потоку: В осьових компресорах і турбінах
- Зростання: Поштовхи компресора створюють сильну осьову вібрацію
- Рециркуляція: Нестандартна експлуатація, що спричиняє нестабільність потоку
4. Механічна нещільність
Надмірні зазори допускають осьовий рух:
- Зношені поверхні опорних підшипників
- Компоненти з вільним зчепленням
- Недостатнє осьове обмеження в конструкції підшипника
- Зношені проставки або шайби
5. Проблеми зчеплення
Знос або неправильне встановлення муфти призводить до осьової вібрації:
- Зношені зубці зубчастої муфти, що забезпечують осьове плавання
- Неправильно встановлені гнучкі муфти
- Похибки довжини проставки муфти
- Кути універсального шарніра, що створюють осьові компоненти сили
6. Проблеми теплового росту
Різниця в тепловій розширенні може викликати осьові сили:
- Теплове розширення трубопроводів при штовханні/тяганні обладнання
- Нерівномірне теплове зростання між з'єднаними машинами
- Осадка фундаменту, що впливає на осьове вирівнювання
Діагностичне значення
Діагностика неправильного вирівнювання
Осьова вібрація є ключовим показником для діагностики перекосу:
- Емпіричне правило: Якщо осьова вібрація > 50% радіальної вібрації, підозрюйте перекіс
- Частотний вміст: Переважно 2X для паралельного зміщення; 1X та 2X для кутового зміщення
- Фазовий аналіз: Різниця фаз 180° між осьовими вимірюваннями на протилежних кінцях підтверджує неспіввісність
- Підтвердження: Висока осьова вібрація, яка значно зменшується після точного вирівнювання, що підтверджує діагноз
Діагностика насосів та компресорів
Для обертового обладнання, що перекачує рідини:
- Кавітація: Високочастотна, випадкова осьова вібрація з широкосмуговими характеристиками
- Гідравлічний дисбаланс: 1X осьова вібрація від асиметричного навантаження на робоче колесо
- Сплеск: Осьові коливання з великою амплітудою та низькою частотою
- Частота проходу лопаті: Осьова складова на частоті проходження лопаті вказує на проблеми з потоком
Оцінка стану підшипників
- Раптове збільшення осьової вібрації може свідчити про знос опорного підшипника
- Осьова вібрація з частотою дефектів опорного підшипника підтверджує проблему з підшипником
- Надмірне осьове зміщення, виміряне за допомогою датчиків близькості, вказує на знос підшипника
Прийнятні рівні та стандарти
Загальні рекомендації
Хоча стандарти, такі як ISO 20816, в основному стосуються радіальної вібрації, межі осьової вібрації зазвичай виражаються як:
- Відносно радіального: Осьовий має бути < 50% радіальної вібрації за нормальних умов
- Абсолютні межі: Зазвичай 25-50% граничних значень радіальної вібрації для класу машин
- Порівняння базових показників: Збільшення 50-100% порівняно з розслідуванням базового ордера
Стандарти щодо обладнання
- API 610 (Відцентрові насоси): Визначає межі радіальної та осьової вібрації
- API 617 (Відцентрові компресори): Включає критерії прийнятності осьової вібрації
- Турбомашини: Часто контролюється безперервно за допомогою датчиків осьового положення та вібрації
Методи корекції та пом'якшення наслідків
Для перекосу
- Точне вирівнювання валів: Використовуйте лазерні інструменти для вирівнювання, щоб виправити кутове та паралельне зміщення
- М'яка корекція стопи: Перед вирівнюванням переконайтеся, що всі монтажні ніжки розташовані рівно
- Врахування термічного зростання: Враховуйте розширення внаслідок робочої температури при вирівнюванні
- Зняття натягу труби: Усунення сил трубопроводів, які порушують вирівнювання обладнання
Для проблем з опорними підшипниками
- Замініть зношені компоненти опорного підшипника
- Перевірте правильність попереднього натягу та зазорів опорного підшипника
- Забезпечте достатнє змащення поверхонь опорних підшипників
- Перевірте правильність встановлення опорного підшипника та прокладок
Для осьових сил, пов'язаних з процесом
- Усунення кавітації: Збільште тиск на вході, знизьте температуру рідини, перевірте наявність засмічень на вході
- Оптимізація робочої точки: Експлуатація насосів та компресорів у межах проектного діапазону
- Збалансуйте гідравлічні сили: Використовуйте балансувальні отвори або зворотні лопаті на робочих колесах
- Контроль перенапруги: Впровадити ефективне запобігання перенапрузі компресорів
Для механічних проблем
- Замініть зношені муфти та компоненти муфт
- Затягніть ослаблені механічні з'єднання
- Перевірте правильність розмірів проставки та прокладки
- Забезпечте правильне встановлення муфти відповідно до специфікацій виробника
Найкращі практики вимірювання
Встановлення датчиків
- Міцне кріплення: Використовуйте шпильки або клей, а не магніти для осьових вимірювань, коли це можливо
- Перевірте орієнтацію: Переконайтеся, що датчик повністю паралельний осі вала (не під кутом)
- Обидва кінці: Виміряйте осьову вібрацію як на приводному, так і на неприводному кінцях для порівняння фаз
- Датчики наближення: Для критично важливого обладнання встановіть постійні датчики осьового положення
Збір даних
- Завжди збирайте осьові дані разом із горизонтальними та вертикальними радіальними вимірюваннями
- Запишіть фазові співвідношення між осьовими вимірюваннями в різних місцях
- Порівняйте співвідношення осьової та радіальної амплітуд
- Відстежуйте тенденції осьової вібрації з плином часу для виявлення проблем, що розвиваються
Порівняння осьової та радіальної вібрації
Ключові відмінності
| Аспект | Радіальна (бічна) вібрація | Осьова вібрація |
|---|---|---|
| Напрямок | Перпендикулярно до осі вала | Паралельно осі вала |
| Типова амплітуда | Вища | Нижче (зазвичай < 50% радіального) |
| Основні причини | Дисбаланс, погнутий вал, дефекти підшипників | Перекіс, проблеми з опорними підшипниками, технологічні сили |
| Діагностичне значення | Загальний стан машин | Спеціально для проблем з перекісом та тягою |
| Пріоритет моніторингу | Основний фокус | Вторинний, але критичний для діагностики |
Галузеві застосування
Моніторинг осьової вібрації особливо важливий для:
- Відцентрові насоси: Гідравлічні сили та виявлення кавітації
- Компресори: Моніторинг опорних підшипників та виявлення перенапруги
- Турбіни: Осьові сили на лопатках турбіни та стан опорного підшипника
- З'єднане обладнання: Перевірка вирівнювання та умови з'єднання
- Процесне обладнання: Моніторинг стану потоку
Хоча осьова вібрація часто залишається в тіні більш помітної радіальної вібрації, досвідчені аналітики вібрації визнають її критичну діагностичну цінність. Багато проблем з машинами, які можна було б пропустити, досліджуючи лише радіальну вібрацію, чітко виявляються за допомогою моделей осьової вібрації, що робить її важливим компонентом комплексних програм моніторингу стану машин.
Категорії:
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 