Розуміння радіальної вібрації в обертових машинах
Визначення: Що таке радіальна вібрація?
Радіальна вібрація – це рух обертового вала, перпендикулярний до його осі обертання, що поширюється назовні від центру, як радіуси кола. Термін “радіальний” стосується будь-якого напрямку, що розходиться від центральної лінії вала, охоплюючи як горизонтальний (з боку в бік), так і вертикальний (вгору та вниз) рух. Радіальна вібрація є синонімом бічні коливання або поперечну вібрацію та являє собою найпоширенішу вимірювану та контрольовану форму вібрація в обертових машинах.
На практиці радіальну вібрацію зазвичай вимірюють у двох перпендикулярних напрямках — горизонтальному та вертикальному — у кожному місці розташування підшипника, щоб отримати повне уявлення про рух вала, перпендикулярний до його осі.
Напрямки вимірювання
Горизонтальна радіальна вібрація
Горизонтальна вібрація вимірюється в напрямку з боку в бік:
- Перпендикулярно до осі вала та паралельно до землі/підлоги
- Часто найдоступніше місце вимірювання
- Зазвичай показує вплив сили тяжіння, асиметрії жорсткості фундаменту та горизонтальних силових функцій
- Стандартна орієнтація вимірювань для більшості програм моніторингу вібрації
Вертикальна радіальна вібрація
Вертикальна вібрація вимірюється в напрямку вгору-вниз:
- Перпендикулярно до осі вала та перпендикулярно до землі/підлоги
- Впливає сила тяжіння та вага ротора
- Часто амплітуда вища, ніж горизонтальна, через вагу ротора, що створює асиметричну жорсткість
- Критично важливо для виявлення проблем у вертикально орієнтованих машинах (вертикальні насоси, двигуни)
Загальна радіальна вібрація
Загальну радіальну вібрацію можна розрахувати як векторну суму горизонтальної та вертикальної складових:
- Радіальний загальний = √(горизонтальний² + вертикальний²)
- Представляє фактичну величину руху незалежно від напрямку
- Корисно для оцінки тяжкості за одним числом
Основні причини радіальної вібрації
Радіальні коливання виникають під дією сил, перпендикулярних до осі вала:
1. Дисбаланс (домінантна причина)
Дисбаланс є найпоширенішим джерелом радіальної вібрації в обертових машинах:
- Створює відцентрову силу, що обертається зі швидкістю вала (1X)
- Величина сили пропорційна масі дисбалансу, радіусу та квадрату швидкості
- Утворює круглу або еліптичну форму орбіта вала
- Виправний через балансування процедури
2. Нерівність
Перекіс вала між з'єднаними машинами створює як радіальні, так і осьова вібрація:
- В основному 2X (двічі за оберт) радіальна вібрація
- Також генерує гармоніки 1X, 3X та вищі
- Висока осьова вібрація супроводжує радіальну вібрацію
- Діагностика фазових співвідношень між підшипниками для визначення типу перекосу
3. Механічні дефекти
Різні механічні проблеми створюють характерні радіальні коливальні патерни:
- Дефекти підшипників: Високочастотні впливи на частотах пошкодження підшипника
- Зігнутий або вигнутий вал: 1X вібрація, подібна до дисбалансу, але присутня навіть при повільному коченні
- Розпушеність: Кілька гармонік (1X, 2X, 3X) з нелінійною поведінкою
- Тріщини: Вібрація 1X та 2X зі змінами під час запуску/вимкнення
- Розтирання: Субсинхронні та синхронні компоненти
4. Аеродинамічні та гідравлічні сили
Технологічні сили в насосах, вентиляторах і компресорах створюють радіальне форсування:
- Частота проходження лопатей (кількість лопатей × об/хв)
- Гідравлічний дисбаланс через асиметричний потік
- Знищення вихрів та турбулентність потоку
- Рециркуляція та нестандартна експлуатація
5. Резонансні умови
Під час роботи поблизу критичні швидкості, радіальна вібрація різко посилюється:
- Власна частота збігається з частотою впливу
- Амплітуда обмежена лише системою демпфування
- Потенціал катастрофічних рівнів вібрації
- Вимагає достатніх розділових смуг у конструкції
Стандарти та параметри вимірювань
Одиниці вимірювання
Радіальну вібрацію можна виразити трьома пов'язаними параметрами:
- Зміщення: Фактична відстань переміщення (мікрометри, мкм, міли). Використовується для вимірювань низькошвидкісних машин та датчиків близькості
- Швидкість: Швидкість зміни переміщення (мм/с, дюйм/с). Найпоширеніший для загальнопромислового обладнання, основа для стандартів ISO
- Прискорення: Швидкість зміни швидкості (м/с², g). Використовується для високочастотних вимірювань та виявлення дефектів підшипників
Міжнародні стандарти
Серія стандартів ISO 20816 містить межі інтенсивності радіальної вібрації:
- ISO 20816-1: Загальні рекомендації щодо оцінки вібрації машин
- ISO 20816-3: Спеціальні критерії для промислових машин > 15 кВт
- Зони серйозності: A (добре), B (прийнятно), C (незадовільно), D (неприйнятно)
- Місце вимірювання: Зазвичай на корпусах підшипників у радіальних напрямках
Галузеві стандарти
- АПІ 610: Межі радіальної вібрації відцентрових насосів
- АРІ 617: Критерії вібрації відцентрових компресорів
- API 684: Процедури аналізу динаміки ротора для прогнозування радіальної вібрації
- NEMA MG-1: Межі вібрації електродвигуна
Методи моніторингу та діагностики
Рутинний моніторинг
Стандартні програми моніторингу вібрації вимірюють радіальну вібрацію:
- Збір на основі маршруту: Періодичні вимірювання через фіксовані проміжки часу (щомісяця, щокварталу)
- Загальний рівень трендів: Відстежуйте загальну амплітуду коливань з плином часу
- Межі сигналізації: Встановлюється на основі стандартів ISO або стандартів, специфічних для обладнання
- Порівняння: Поточний рівень проти базового рівня, горизонтальний рівень проти вертикального
Розширений аналіз
Детальний аналіз радіальної вібрації надає діагностичну інформацію:
- Аналіз швидкого перетворення Фур'є: Частотний спектр, що показує компоненти вібрації
- Форма хвилі часу: Вібраційний сигнал з плином часу, що виявляє перехідні процеси та модуляцію
- Фазовий аналіз: Часові співвідношення між точками вимірювання
- Аналіз орбіти: Шаблони руху центральної лінії вала
- Аналіз конверта: Високочастотна демодуляція для виявлення дефектів підшипників
Безперервний моніторинг
Критично важливе обладнання часто має постійний моніторинг радіальної вібрації:
- Безконтактні зонди для прямого вимірювання руху вала
- Постійно встановлені акселерометри на корпусах підшипників
- Тренди та тривога в режимі реального часу
- Інтеграція автоматичної системи захисту
Горизонтальні та вертикальні відмінності
Типові амплітудні залежності
У багатьох машинах вертикальна радіальна вібрація перевищує горизонтальну:
- Ефект гравітації: Вага ротора створює статичне відхилення, що впливає на вертикальну жорсткість
- Асиметрична жорсткість: Фундамент та опорні конструкції часто жорсткіші по горизонталі
- Типове співвідношення: Вертикальна вібрація 1,5-2× горизонтальна є поширеною
- Ефект балансу ваги: Коригувальні вантажі, розміщені внизу ротора (легкий доступ), переважно зменшують вертикальну вібрацію
Діагностичні відмінності
- Дисбаланс: Може проявлятися сильніше в одному напрямку залежно від місця дисбалансу
- Розпушеність: Часто демонструє нелінійність, більш виражену у вертикальному напрямку
- Проблеми фундаменту: Вертикальна вібрація більш чутлива до руйнування фундаменту
- Нерівність: Може виглядати по-різному в горизонтальному та вертикальному положеннях залежно від типу нерівності
Зв'язок з динамікою ротора
Радіальна вібрація є центральною для динаміка ротора аналіз:
Критичні швидкості
- Радіальні власні частоти визначають критичні швидкості
- Перша критична швидкість зазвичай відповідає першому радіальному режиму згинання
- Діаграми Кемпбелла прогнозувати поведінку радіальної вібрації залежно від швидкості
- Запаси від критичних швидкостей запобігають надмірній радіальній вібрації
Форми режиму
- Кожна радіальна коливальна мода має характерну форму відхилення
- Перший режим: просте дугове згинання
- Другий режим: S-подібна крива з вузловою точкою
- Вищі режими: дедалі складніші візерунки
Балансування міркувань
- Балансування спрямоване на зменшення радіальної вібрації на частоті 1X
- Коефіцієнти впливу співвіднести коригувальні ваги зі змінами радіальної вібрації
- Оптимальне розташування площини корекції на основі форм радіальних мод
Методи корекції та контролю
Для дисбалансу
- Балансування поля використання портативних аналізаторів
- Одноплощинний або балансування у двох площинах процедури
- Точне балансування цеху для критично важливих компонентів
Для механічних проблем
- Точне вирівнювання для виправлення нерівностей
- Заміна підшипника через дефекти підшипника
- Затягування ослаблених компонентів
- Ремонт фундаменту через структурні проблеми
- Рихтування або заміна валів для вигнутих валів
Для проблем з резонансом
- Зміни швидкості для уникнення критичних діапазонів швидкостей
- Модифікації жорсткості (діаметр вала, зміни розташування підшипників)
- Покращення демпфування (плівкові демпфери стискання, вибір підшипників)
- Зміни маси для зміщення власних частот
Важливість прогнозного обслуговування
Моніторинг радіальної вібрації є основою програм прогнозного технічного обслуговування:
- Раннє виявлення несправностей: Зміни радіальної вібрації передують поломкам за тижні або місяці
- Тренди: Поступове збільшення вказує на розвиток проблем
- Діагностика несправностей: Частотний вміст визначає конкретні типи несправностей
- Оцінка серйозності: Амплітуда вказує на серйозність та терміновість проблеми
- Планування технічного обслуговування: Технічне обслуговування за станом, а не за часом
- Економія коштів: Запобігає катастрофічним збоям та оптимізує інтервали технічного обслуговування
Як основний вимірювач вібрації в обертових машинах, радіальна вібрація надає важливу інформацію про стан обладнання, що робить її незамінною для забезпечення надійної, безпечної та ефективної роботи промислового обертового обладнання.
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 