Розуміння бічної вібрації в обертових машинах
Визначення: Що таке бічна вібрація?
Бічна вібрація (також називається радіальною вібрацією або поперечною вібрацією) стосується руху обертового вала, перпендикулярного до його осі обертання. Простими словами, це рух вала з боку в бік або вгору-вниз під час його обертання. Бічна вібрація є найпоширенішим типом вібрація в обертових машинах і зазвичай викликається радіальними силами, такими як дисбаланс, невідповідність, погнуті вали або дефекти підшипників.
Розуміння бічної вібрації є фундаментальним для динаміка ротора оскільки вона являє собою основний режим вібрації для більшості обертового обладнання та є предметом більшості моніторингу вібрації та балансування діяльність.
Напрямок та вимірювання
Бічна вібрація вимірюється в площині, перпендикулярній до осі вала:
Система координат
- Горизонтальний напрямок: Рух з боку в бік паралельно землі
- Вертикальний напрямок: Рух вгору-вниз перпендикулярно до землі
- Радіальний напрямок: Будь-який напрямок, перпендикулярний до осі вала (поєднання горизонтального та вертикального)
Місця вимірювання
Бічна вібрація зазвичай вимірюється за такою адресою:
- Корпуси підшипників: Використання акселерометрів або датчиків швидкості, встановлених на кришках підшипників або постаментах
- Поверхня вала: Використання безконтактних датчиків близькості для прямого вимірювання руху вала
- Кілька орієнтацій: Вимірювання як у горизонтальному, так і у вертикальному напрямках забезпечують повну картину бічного руху
Основні причини бічної вібрації
Бічна вібрація може виникати з численних джерел, кожне з яких створює характерні вібраційні ознаки:
1. Дисбаланс (найпоширеніший)
Дисбаланс є найчастішою причиною бічної вібрації. Асиметричний розподіл маси створює обертову відцентрову силу, яка призводить до:
- 1X (один раз за оберт) частота вібрації
- Відносно стабільний фаза стосунки
- Амплітуда пропорційна квадрату швидкості
- Круглий або еліптичний орбіта вала
2. Нерівність
Перекіс вала між зчепленими машинами створюються бічні сили:
- В основному 2X вібрація (двічі за оберт)
- Також може збуджувати гармоніки 1X та вищих гармонік
- Часто також демонструє високий осьовий компонент
- Фазові зв'язки відрізняються від дисбалансу
3. Зігнутий або вигнутий вал
Постійно зігнутий або вигнутий вал створює геометричний ексцентриситет:
- 1X вібрація, яка може виглядати схожою на дисбаланс
- Висока вібрація навіть при низьких швидкостях коткування
- Важко виправити лише балансуванням
4. Дефекти підшипників
Підшипник кочення дефекти викликають характерну поперечну вібрацію:
- Високочастотні компоненти (частоти несправностей підшипників)
- Модульований нижчими частотами, створюючи бічні смуги
- Часто вимагає аналіз конверта для виявлення
5. Механічна нещільність
Ослаблені підшипники, фундаменти або монтажні болти створюють:
- Кілька гармонік (1X, 2X, 3X тощо)
- Нелінійна реакція на форсування
- Нестабільна або нестабільна вібрація
6. Тріскання ротора та статора
Контакт між обертовими та нерухомими частинами створює:
- Субсинхронні компоненти
- Різкі зміни амплітуди та фази коливань
- Можливе теплове вигинання
Бічна вібрація проти інших типів вібрації
Обертові машини можуть відчувати вібрацію у трьох основних напрямках:
Бічна (радіальна) вібрація
- Напрямок: Перпендикулярно до осі вала
- Типові причини: Дисбаланс, перекіс, погнутий вал, дефекти підшипників
- Вимірювання: Акселерометри або датчики швидкості на корпусах підшипників; датчики наближення на валу
- Домінування: Зазвичай найбільша амплітудна компонента коливань
Осьова вібрація
- Напрямок: Паралельно осі вала
- Типові причини: Перекіс, проблеми з опорними підшипниками, проблеми з технологічним процесом
- Вимірювання: Акселерометри, встановлені аксіально
- Домінування: Зазвичай менша амплітуда, ніж латеральна, але діагностична для певних розломів
Крутільна вібрація
- Напрямок: Обертовий рух навколо осі вала
- Типові причини: Проблеми з зачепленням шестерень, проблеми з електрикою двигуна, проблеми з муфтою
- Вимірювання: Потрібні спеціалізовані датчики крутильних коливань або тензодатчики
- Домінування: Зазвичай невеликий, але може спричинити втомні руйнування
Поперечні коливальні режими та критичні швидкості
У динаміка ротора, режими бічних коливань описують характерні картини відхилення вала:
Перший бічний режим
- Проста форма вигину (одна дуга або дуга)
- Найнижча власна частота
- Найлегше збуджується при дисбалансі
- Перший критична швидкість відповідає цьому режиму
Другий бічний режим
- S-подібний прогин з однією вузловою точкою
- Вища власна частота
- Друга критична швидкість
- Важливо для гнучкі ротори
Вищі бічні моди
- Дедалі складніші форми з кількома вузлами
- Актуально лише для дуже високошвидкісних або дуже гнучких роторів
- Може збуджуватися проходженням лопаті або іншими високочастотними збудженнями
Вимірювання та моніторинг
Параметри вимірювання
Бічна вібрація характеризується кількома параметрами:
- Амплітуда: Величина руху, виміряна у зміщенні (мкм, міл), швидкості (мм/с, дюйм/с) або прискоренні (g, м/с²)
- Частота: Зазвичай швидкість роботи 1X для вібрації, що переважає через дисбаланс, але може включати гармоніки та інші частоти
- Фаза: Момент максимального зміщення відносно опорної позначки на валу
- Орбіта: Фактичний шлях, прокладений центром вала, якщо дивитися з торця
Стандарти вимірювання
Міжнародні стандарти надають рекомендації щодо прийнятних рівнів поперечної вібрації:
- Серія ISO 20816: Межі вібрації для різних типів машин на основі середньоквадратичного значення швидкості
- API 610, 617, 684: Галузеві стандарти для насосів, компресорів та динаміки ротора
- Зони серйозності: Визначте допустимі, обережні та тривожні рівні залежно від типу та розміру обладнання
Контроль та пом'якшення наслідків
Балансування
Балансування є основним методом зменшення поперечної вібрації від дисбалансу:
- Балансування в одній площині для дискових роторів
- Двоплощинне балансування для більшості промислових роторів
- Балансування мод для гнучких роторів, що працюють на швидкостях вище критичних
Вирівнювання
Точне вирівнювання валів зменшує бічні сили, що виникають внаслідок перекосу:
- Лазерні інструменти для вирівнювання для точного позиціонування вала
- Врахування термічного зростання в процедурах вирівнювання
- М'яка корекція стопи перед вирівнюванням
Демпфування
Демпфування контролює амплітуди бічних коливань, особливо на критичних швидкостях:
- Рідкоплівкові підшипники забезпечують значне демпфування
- Плівкові демпфери для додаткового контролю
- Обробка демпфуючих матеріалів опорних конструкцій
Модифікація жорсткості
Зміна жорсткості системи змінює критичні швидкості:
- Збільшення діаметра вала підвищує критичні швидкості
- Зменшення проміжку підшипників збільшує першу критичну швидкість
- Жорсткість фундаменту впливає на загальну реакцію системи
Діагностичне значення
Аналіз бічних вібрацій є основою діагностики машин:
- Тренди: Моніторинг бічної вібрації з часом виявляє проблеми, що розвиваються
- Виявлення несправностей: Частота та характер вібрації визначають конкретні типи несправностей
- Оцінка серйозності: Амплітуда порівняно зі стандартами вказує на серйозність проблеми
- Перевірка балансування: Зменшення бічної вібрації підтверджує успішне балансування
- Технічне обслуговування на основі стану: Рівень вібрації призводить до проведення технічного обслуговування
Ефективне управління поперечною вібрацією є важливим для надійної та довгострокової роботи обертових машин, що робить її основним напрямком програм моніторингу вібрації, стратегій прогнозного обслуговування та врахування динамічного проектування ротора.
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 