什么是旋转机械的轴向振动？ • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"可用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是旋转机械的轴向振动？ • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"可用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

旋转机械中的轴向振动是什么？

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了解旋转机械的轴向振动

定义：什么是轴向振动？

轴向振动 （也称为纵向振动或推力振动）是物体的往复运动。 动盘 沿与其旋转轴平行的方向运动。与此不同 横向振动 轴向振动是指轴垂直于轴的左右运动，而横向振动是指轴沿其长度方向的往复运动，类似于活塞的运动。.

虽然轴向振动的振幅通常低于横向振动，但它对于某些类型的机械故障具有很高的诊断价值，尤其是在横向振动方面。 错位, 泵和压缩机中的推力轴承问题和工艺相关问题。.

特性与测量

方向和运动

轴向振动沿轴的中心轴线发生：

  • 运动方向与轴的旋转轴线平行。
  • 转子像往复运动一样来回运动
  • 通常在轴承座或轴端进行测量。
  • 振幅通常小于径向振动，但具有很高的诊断意义。

测量装置

轴向振动需要特定的传感器安装方式：

  • 传感器方向： 加速度计或速度传感器平行于轴线安装
  • 典型位置： 在轴承座端盖、电机端盖或推力轴承座上
  • 接近探头： 安装在轴端面上时，可以直接测量轴向位置。
  • 重要性： 经常被忽视但对完整的机械诊断至关重要

轴向振动的主要原因

1. 错位（最常见原因）

轴错位, 特别是角度偏差，是轴向振动的主要原因：

  • 症状： 运行速度下轴向振动幅度高达 1 倍或 2 倍
  • 机制： 联轴器中轴之间的角度偏移会产生振荡轴向力，这些力会通过联轴器传递。
  • 诊断指标： 轴向振动幅度 > 50% 的径向振动强烈表明存在不对中现象。
  • 相位关系： 驱动端和非驱动端的轴向振动通常相位差为180°

2. 推力轴承缺陷

控制轴向位置的推力轴承出现问题会导致特有的轴向振动：

  • 推力轴承磨损或损坏
  • 推力轴承预紧力不足
  • 推力轴承失效导致轴向间隙过大
  • 推力轴承特有的润滑问题

3. 水力或空气动力

泵、压缩机和涡轮机中的工艺力会产生轴向力：

  • 泵气蚀： 气泡破裂会产生轴向冲击力
  • 叶轮不平衡： 不对称流动会产生振荡的轴向推力
  • 轴向流动湍流： 在轴流式压缩机和涡轮机中
  • 滔滔： 压缩机喘振会产生剧烈的轴向振动
  • 再循环： 非设计工况运行导致流动不稳定

4. 机械松动

过大的间隙会导致轴向移动：

  • 磨损的推力轴承表面
  • 松耦合部件
  • 轴承设计中轴向约束不足
  • 磨损的垫片或垫圈

5. 耦合问题

联轴器磨损或安装不当会产生轴向振动：

  • 齿轮联轴器齿磨损导致轴向浮动
  • 柔性联轴器安装不当
  • 耦合间隔件长度误差
  • 万向节角度产生轴向力分量

6. 热生长问题

差异热膨胀可产生轴向力：

  • 管道热膨胀对设备的推拉作用
  • 耦合机之间的热增长不均匀
  • 地基沉降影响轴向对齐

诊断意义

错位诊断

轴向振动是诊断不对中问题的关键指标：

  • 经验法则： 如果轴向振动大于径向振动的 50%，则怀疑存在不对中。
  • 频率内容： 平行偏移偏差主要采用 2 倍放大；角度偏差主要采用 1 倍和 2 倍放大。
  • 相分析： 轴向两端测量结果之间的180°相位差证实了未对准。
  • 确认： 精密对准后轴向振动显著降低，证实了诊断结果。

泵和压缩机诊断

用于输送流体的旋转设备：

  • 气蚀： 具有宽带特性的高频随机轴向振动
  • 液压不平衡： 1X 由非对称叶轮载荷引起的轴向振动
  • 涌： 大振幅、低频轴向振荡
  • 叶片通过频率： 叶片通过频率处的轴向分量表明存在流动问题。

轴承状况评估

  • 轴向振动突然增大可能表明推力轴承劣化。
  • 轴向振动伴随推力轴承缺陷频率证实了轴承问题
  • 使用接近式探头测量的过大轴向浮动表明轴承磨损。

可接受的水平和标准

一般准则

虽然像 ISO 20816 这样的标准主要针对径向振动，但轴向振动限值通常表示为：

  • 相对于径向： 轴向应该是 < 50% 正常条件下的径向振动
  • 绝对极限： 通常情况下，机器等级的径向振动限值为 25-50%
  • 基线比较： 基线调查增加 50-100%

设备特定标准

  • API 610（离心泵）： 规定了径向和轴向振动限制
  • API 617（离心式压缩机）： 包括轴向振动验收标准
  • 涡轮机械： 通常使用轴向位置和振动传感器进行连续监测。

纠正和缓解方法

对于错位

  1. 精密轴对准： 使用激光对准工具校正角度和平行度偏差
  2. 软足矫正： 对齐前请确保所有安装脚都平整放置。
  3. 热生长考虑因素： 考虑工作温度膨胀
  4. 管道应力释放： 消除导致设备错位的管道力

关于推力轴承问题

  • 更换磨损的推力轴承部件
  • 检查推力轴承预紧力和间隙是否正确
  • 确保推力轴承表面润滑充足
  • 检查推力轴承安装和垫片是否正确

与工艺相关的轴向力

  • 消除空化现象： 提高入口压力，降低流体温度，检查入口是否堵塞
  • 优化工作点： 在设计范围内操作泵和压缩机
  • 平衡液压： 在叶轮上使用平衡孔或后叶片
  • 防浪涌控制： 实施有效的压缩机喘振预防

机械问题

  • 更换磨损的联轴器和联轴器部件
  • 拧紧松动的机械连接
  • 核实垫片和垫圈尺寸是否正确
  • 确保按照制造商规格正确安装联轴器。

测量最佳实践

传感器安装

  • 牢固安装： 尽可能使用螺柱或粘合剂而不是磁铁进行轴向测量。
  • 确认方向： 确保传感器与轴线完全平行（不要成一定角度）。
  • 两端： 测量驱动端和非驱动端的轴向振动，以便进行相位比较。
  • 接近探头： 对于关键设备，安装永久轴向位置传感器

数据收集

  • 务必同时采集轴向数据以及水平和垂直径向测量数据。
  • 记录不同位置轴向测量之间的相位关系
  • 比较轴向振幅与径向振幅之比
  • 随时间推移分析轴向振动趋势，以检测正在出现的问题

轴向振动与径向振动比较

主要区别

方面 径向（横向）振动 轴向振动
方向 垂直于轴线 与轴线平行
典型振幅 更高 较低（通常） < 50% 径向）
主要原因 不平衡、轴弯曲、轴承缺陷 不对中、推力轴承问题、工艺力
诊断价值 机械设备总体状况 专门针对错位和推力问题
监控优先级 主要关注点 次要但对诊断至关重要

行业应用

轴向振动监测对于以下方面尤为重要：

  • 离心泵： 水力与空化检测
  • 压缩机： 推力轴承监测和浪涌检测
  • 涡轮机： 轴流式涡轮叶片受力及推力轴承状况
  • 联动设备： 对准验证和耦合条件
  • 工艺设备： 流量状况监测

尽管轴向振动常常被更为显著的径向振动所掩盖，但经验丰富的振动分析师认识到其至关重要的诊断价值。许多仅通过检查径向振动可能遗漏的机械故障，都可以通过轴向振动模式清晰地揭示出来，这使其成为综合机械状态监测程序中不可或缺的一部分。.

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