Hiểu về rung động trục trong máy móc quay
Rung trục (còn gọi là rung động dọc hoặc rung động đẩy) là chuyển động qua lại của một cánh quạt theo phương song song với trục quay của nó. Trong đó rung động bên là chuyển động từ bên này sang bên kia vuông góc với trục, rung động trục là trục chuyển động vào và ra dọc theo chiều dài của nó, giống như một piston. Nó thường có biên độ thấp hơn so với radial vibration, tuy nhiên nó rất hữu ích trong chẩn đoán cho một họ lỗi cụ thể — trên hết sự không thẳng hàng, vòng bi chịu lực dọc trục các vấn đề, và các vấn đề liên quan đến quy trình trong bơm và máy nén. Một chuyên gia phân tích coi nó là một phần không thể thiếu, không phải tùy chọn, của một bộ đo lường hoàn chỉnh.
1. Đặc điểm và Phép đo
Hướng và chuyển động
Rung động trục phát sinh dọc theo trục đường tâm của trục:
- Chuyển động song song với trục quay.
- Rotor chuyển động qua lại theo kiểu dao động.
- Nó thường được đo tại vỏ ổ trục hoặc đầu trục.
- Biên độ của nó thường nhỏ hơn rung động xuyên tâm, nhưng khi có mặt, nó có ý nghĩa chẩn đoán cao hơn nhiều.
Thiết lập đo lường
Để ghi lại chuyển động trục cần đặt cảm biến cẩn thận:
- Hướng cảm biến: an máy đo gia tốc hoặc bộ chuyển đổi vận tốc gắn song song với trục của trục.
- Vị trí điển hình: nắp đầu vòng bi, nắp đầu động cơ hoặc nhà vòng bi đẩy.
- Cảm biến tiệm cận: Một đầu dò tiệm cận hướng vào đầu trục có thể đo vị trí trục trực tiếp.
- Tầm quan trọng: Thường bị bỏ qua nhưng rất quan trọng để chẩn đoán máy móc hoàn chỉnh
2. Nguyên nhân chính của rung động trục
Mất canh chỉnh — nguyên nhân phổ biến nhất
Trục không thẳng hàng, và mất canh chỉnh góc đặc biệt, là nguồn chính gây rung động trục:
- Triệu chứng: high 1× or 2× axial vibration at running speed.
- Cơ chế: độ lệch góc giữa các trục được nối khiến lực trục dao động được truyền qua khớp nối trên mỗi vòng quay.
- Chỉ báo chẩn đoán: biên độ trục lớn hơn 50% biên độ xuyên tâm cho thấy rõ ràng là mất canh chỉnh.
- Mối quan hệ pha: các số đo trục ở đầu truyền động và đầu không truyền động thường khác nhau khoảng 180° giai đoạn.
Khiếm khuyết vòng bi đẩy
Vấn đề với ổ trục đẩy những thứ cố định vị trí trục theo hướng trục tạo ra rung động trục đặc trưng:
- Mài mòn hoặc hư hỏng vòng bi đẩy.
- Vòng bi đẩy không đủ tải trước.
- Sự cố vòng bi đẩy cho phép hành trình trục quá mức.
- Các vấn đề về bôi trơn cụ thể ở các bề mặt đẩy.
Lực thủy lực hoặc khí động
Các lực quá trình trong máy bơm, máy nén và tuabin tạo ra tải trục:
- Bơm sự tạo bọt: bong bóng hơi sụp đổ tạo ra lực sốc trục.
- Mất cân bằng của bánh quạt: dòng chảy không đối xứng gây ra lực đẩy trục dao động.
- Xáo trộn dòng chảy trục: trong máy nén trục và tuabin.
- Sóng dâng: surge nén khí gây ra rung động trục mạnh mẽ.
- Tuần hoàn: hoạt động ngoài thiết kế gây ra các bất ổn định dòng chảy.
Độ lỏng cơ học
Khoảng hở quá lớn cho phép rotor di chuyển trục:
- Bề mặt ổ trục bị mòn.
- Các thành phần khớp nối bị lỏng.
- Ràng buộc trục không đủ trong cấu trúc vòng bi.
- Các spacer hoặc shim bị mòn.
Các vấn đề về ghép nối
Mòn khớp nối hoặc cài đặt kém tạo ra rung động trục:
- Răng khớp nối cửa sâu bị mòn cho phép chuyển động trục nổi.
- Khớp nối mềm được cài đặt không đúng couplings.
- Lỗi độ dài spacer khớp nối.
- Các góc khớp liên kết tạo ra thành phần lực trục.
Vấn đề về tăng trưởng nhiệt
Sự giãn nở nhiệt độ khác nhau có thể gây ra lực trục:
- Sự giãn nở nhiệt độ đường ống đẩy hoặc kéo thiết bị.
- Tăng trưởng nhiệt không đều giữa các máy được kết nối.
- Sự lún xuống của nền tảng làm xáo trộn sự căn chỉnh trục.
3. Ý nghĩa chẩn đoán
Chẩn đoán sai lệch
Rung động trục là chỉ số tốt nhất duy nhất cho sai lệch căn chỉnh:
- Nguyên tắc chung: nếu rung động trục vượt quá 50% rung động xuyên tâm, nghi ngờ sai lệch căn chỉnh.
- Nội dung tần số: chủ yếu 2× cho sai lệch song song; cả 1× và 2× cho sai lệch góc.
- Phân tích pha: chênh lệch pha 180° giữa các bài đọc trục ở các đầu đối diện xác nhận sai lệch căn chỉnh.
- Xác nhận: rung động trục cao giảm sút đột ngột sau khi căn chỉnh chính xác căn chỉnh trục chứng minh chẩn đoán.
Chẩn đoán bơm và máy nén khí
Đối với thiết bị quay xử lý chất lỏng:
- Hiện tượng sủi bọt: rung động trục tần số cao, ngẫu nhiên, dải rộng.
- Mất cân bằng thủy lực: rung động trục 1× từ tải tải không đối xứng của bánh công tác.
- Sóng dâng: rung động trục biên độ lớn, tần số thấp.
- Tần số đi qua lưỡi: thành phần trục ở tần số quét cánh chỉ vào các vấn đề dòng chảy.
Đánh giá tình trạng ổ trục
- Sự tăng đột ngột của rung động trục có thể báo hiệu sự xấu đi của vòng bi đẩy.
- Rung động trục ở tần số khiếm khuyết ổ trục xác nhận vấn đề ổ trục.
- Độ trôi trục quá mức được đo bằng đầu dò tiệm cận cho thấy ổ trục bị mòn
4. Mức Chấp nhận được và Tiêu chuẩn
Hướng dẫn chung
Các tiêu chuẩn rung động máy móc chung — hiện đại Tiêu chuẩn ISO 20816 series, which superseded ISO 10816 — tập trung chủ yếu vào rung động xuyên tâm, do đó các giới hạn rung động theo trục thường được đặt ra liên quan đến nó:
- Liên quan đến rung động xuyên tâm: trong điều kiện bình thường, rung động theo trục phải nằm dưới 50% rung động xuyên tâm.
- Giới hạn tuyệt đối: thường là 25–50% giới hạn xuyên tâm cho lớp máy’s.
- So sánh cơ sở: tăng 50–100% từ đường cơ sở đảm bảo điều tra, bất kể giá trị tuyệt đối.
Tiêu chuẩn cụ thể cho thiết bị
- Tiêu chuẩn API 610 (máy bơm ly tâm): quy định cả giới hạn rung động xuyên tâm và theo trục.
- API 617 (máy nén ly tâm): bao gồm tiêu chí chấp nhận rung động trục.
- Máy móc tuabin: thường được giám sát liên tục bằng các cảm biến vị trí theo trục và rung động theo trục chuyên dụng, thường để Tiêu chuẩn API 670 thực tiễn bảo vệ máy móc.
5. Các phương pháp sửa chữa và giảm thiểu
Đối với sai lệch khớp nối
- Canh chỉnh trục chính xác: sử dụng các công cụ căn chỉnh laser để sửa chữa độ không thẳng hàng góc và song song.
- Điều chỉnh chân đế mềm: đảm bảo mỗi chân gắn kết phẳng trước khi canh chỉnh — xem chân mềm.
- Khích thước tăng do nhiệt: tính đến sự giãn nở do nhiệt độ hoạt động khi đặt các mục tiêu căn chỉnh lạnh.
- Giải tỏa căng ứng ống: loại bỏ các lực ống dẫn kéo thiết bị ra khỏi căn chỉnh.
Đối với vấn đề ổ đỡ đẩy
- Thay thế các bộ phận ổ đỡ đẩy hư hỏng.
- Xác minh tải trước ổ đỡ đẩy và độ khoảng cách chính xác.
- Đảm bảo bôi trơn đầy đủ cho các mặt đẩy.
- Kiểm tra cài đặt và lắp đệm chính xác.
Đối với các lực rung theo trục liên quan đến quá trình
- Loại bỏ sốc (cavitation): tăng áp suất đầu vào, hạ thấp nhiệt độ chất lỏng, loại bỏ tắc đầu vào.
- Tối ưu hóa điểm hoạt động: giữ máy bơm và máy nén trong phạm vi thiết kế của chúng.
- Cân bằng lực thủy lực: sử dụng lỗ cân bằng hoặc cánh ở phía sau trên bánh lăn.
- Điều khiển chống tăng áp: áp dụng phòng chống xung động hiệu quả trên máy nén khí.
Đối với các vấn đề cơ khí
- Thay thế các khớp nối bị mài mòn và các thành phần khớp nối.
- Siết chặt các kết nối cơ khí lỏng lẻo.
- Xác minh kích thước chỗ trống và shim đúng.
- Lắp đặt các khớp nối theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất’s.
6. Các phương pháp hay nhất trong đo lường
Lắp đặt cảm biến
- Lắp đặt chắc chắn: ưu tiên bằng bu lông hoặc keo dính thay vì nam châm cho các phép đo trục nếu có thể — xem lắp đặt cảm biến.
- Xác minh hướng: đảm bảo cảm biến thực sự song song với trục shaft, không bị lệch một góc.
- Both ends: đo rung động trục ở cả hai đầu dẫn động và không dẫn động để có thể so sánh pha.
- Cảm biến tiệm cận: Đối với thiết bị quan trọng, hãy lắp đặt cảm biến vị trí trục cố định
Thu thập dữ liệu
- Luôn thu thập dữ liệu trục cùng với các phép đo rung động hướng ngang và dọc.
- Ghi lại mối quan hệ pha giữa các phép đo trục ở các vị trí khác nhau.
- So sánh tỷ lệ biên độ trục so với hướng tròn.
- Trend rung động trục theo thời gian để phát hiện các vấn đề phát triển sớm.
7. Rung động Trục vs Hướng Bán kính
Giữ cho hai hướng riêng biệt là điều quan trọng trung tâm để xác định lỗi:
| Diện mạo | Rung động hướng tròn (bên cạnh) | Rung trục |
|---|---|---|
| Phương hướng | Vuông góc với trục trục | Song song với trục trục |
| Biên độ điển hình | Cao hơn | Thấp hơn (thường < 50% của rung động hướng tròn) |
| Primary causes | Mất cân bằng, trục bị cong, khuyết tật ổ đỡ | Sai lệch khớp nối, vấn đề ổ đỡ đẩy, lực quá trình |
| Giá trị chẩn đoán | Tình trạng máy móc chung | Cụ thể cho các vấn đề về sai lệch và lực đẩy |
| Ưu tiên giám sát | Tập trung chính | Thứ yếu nhưng quan trọng cho chẩn đoán |
8. Chẩn đoán Thực tế Tại hiện trường
Trong thực tế, bài kiểm tra rung động trục quyết định là so sánh: đọc biên độ và pha theo trục ở cả hai đầu vòng bi và so sánh với các phép đo hướng tròn. Một thiết bị hai kênh di động máy phân tích rung động such as the Balanset-1A rất phù hợp với điều này, vì hai kênh của nó có thể bắt cả hai đầu cùng một lúc với một tham chiếu pha chung máy đo tốc độ tham chiếu pha — tạo nên sự phân chia pha trục 180° đặc trưng của sai lệch hàng, và 1×/2× hài hòa pattern in the FFT phổ, hiển thị rõ ràng ngay lập tức. Cùng phép so sánh này ngăn chặn một sai lầm tốn kém: rung động xuyên tâm 1× cao dễ bị quy cho mất cân bằng, nhưng một thành phần hướng trục mạnh tương đương lại chỉ ra không cân bằng, cái mà không có bất kỳ cân bằng sẽ chữa được. Xác nhận hướng chuyển động chủ yếu trước khi tiếp cận các khối cân bằng thử nghiệm là điều phân biệt một sửa chữa lâu dài từ một buổi chiều lãng phí.
9. Ứng dụng Công nghiệp
Giám sát rung động hướng trục đặc biệt có giá trị cho:
- Máy bơm ly tâm: phát hiện lực thủy lực và sâu sủng.
- Máy nén: giám sát bạc đỡ đẩy và phát hiện bão hòa.
- Tuabin: lực cánh hướng trục và tình trạng bạc đỡ đẩy.
- Thiết bị ghép: xác minh lỗi căn chỉnh và tình trạng khớp nối.
- Thiết bị xử lý: giám sát điều kiện luồng.
Mặc dù rung động hướng trục thường bị che khuất bởi tín hiệu xuyên tâm nổi bật hơn, những nhà phân tích giàu kinh nghiệm coi trọng giá trị chẩn đoán của nó. Rất nhiều lỗi mà những phép đo xuyên tâm một mình sẽ bỏ sót được phơi bày bởi mẫu hướng trục — đó chính là lý do tại sao một giám sát tình trạng chương trình luôn đo tất cả ba hướng.
