了解旋转机械的轴向振动
轴向振动 （也称为纵向振动或推力振动）是指物体的一种来回运动 动盘 沿其旋转轴方向。其中 横向振动 如果横向振动是指与轴线垂直的左右摆动，那么轴向振动就是轴沿其长度方向的进出运动，就像活塞一样。其振幅通常比 径向振动……然而，它对于特定类型的断层具有极高的诊断价值——尤其是 错位, 推力轴承 泵和压缩机中的故障及工艺相关问题。经验丰富的分析人员将其视为完整测量方案中不可或缺的组成部分，而非可有可无的选项。
1. 特征与测量
方向与运动
轴向振动沿轴的中心线发生：
- 运动方向与旋转轴平行。
- 转子以往复运动的方式来回移动。
- 通常在轴承座或轴端进行测量。
- 其振幅通常小于径向振动，但一旦出现，对诊断的参考价值要大得多。
测量设置
要捕捉轴向运动，需要精心布置传感器：
- 传感器方向： 一个 加速度计 或 速度传感器 与轴线平行安装。
- 常见位置： 轴承座端盖、电机端盖或推力轴承座。
- 接近传感器： 一个 接近探头 朝向轴端的一侧可直接测量轴向位置。
- 重要性： 经常被忽视但对完整的机械诊断至关重要
2. 轴向振动的主要原因
定位不准——最常见的原因
轴错位……尤其是角向偏心，是轴向振动的主要来源：
- 症状： 在运行速度下，轴向振动幅度为1×或2×。
- 机制： 耦合轴之间的角度偏移会在每次旋转时通过联轴器传递一个振荡的轴向力。
- 诊断指标： 若轴向振幅大于径向振幅的50%，则强烈表明存在对中不良。
- 相位关系： 驱动端和非驱动端的轴向读数通常相差约180° 阶段.
推力轴承缺陷
关于 推力轴承 固定轴向轴位置会导致产生特征性的轴向振动：
- 推力轴承磨损或损坏。
- 推力轴承不足 预紧.
- 推力轴承失效导致轴向间隙过大。
- 推力面特有的润滑问题。
液压或空气动力
泵、压缩机和涡轮机中的工艺力会产生轴向载荷：
- 泵 空化: 蒸汽气泡的坍塌会产生轴向冲击力。
- 叶轮不平衡： 非对称流动会产生振荡的轴向推力。
- 轴向流湍流： 在轴流式压缩机和涡轮机中。
- 滔滔: 压缩机喘振会导致剧烈的轴向振动。
- 再循环: 超出设计工况的运行，从而引发流动不稳定性。
机械松动
间隙过大导致转子在轴向移动：
- 推力轴承表面磨损。
- 松耦合组件。
- 轴承布置中的轴向约束不足。
- 垫片或垫片磨损。
耦合问题
联轴器磨损或安装不当会产生轴向振动：
- 齿轮联轴器的齿面磨损，导致轴向间隙增大。
- 柔性管安装不当 联接.
- 联轴器垫片长度误差。
- 万向节的角度会产生轴向力分量。
热膨胀问题
热膨胀差异可能产生轴向力：
- 管道热膨胀会对设备产生推拉力。
- 耦合机器之间的热膨胀不均匀。
- 地基沉降导致轴线对中失准。
3. 诊断意义
诊断错位
轴向振动是判断对中不良的最可靠指标：
- 经验法则： 如果轴向振动超过径向振动的50%，则应怀疑存在对中不良。
- 频率成分： 平行偏移错位主要采用2×；角度错位则同时采用1×和2×。
- 相分析： 如果两端轴向读数之间存在 180° 的相位差，则可确认存在对中不良。
- 确认： 轴向振动较大，但在精加工后急剧下降 轴对准 证实了该诊断。
泵和压缩机诊断
适用于流体输送旋转设备：
- 气蚀： 高频、随机、宽带轴向振动。
- 液压不平衡： 1× 由叶轮非对称载荷引起的轴向振动。
- 涌： 大振幅、低频轴向振荡。
- 刀片通过频率: 在叶片通过频率下出现轴向分量，表明存在流动问题。
轴承状况评估
- 轴向振动突然增大可能预示推力轴承出现损坏。
- 在推力轴承的缺陷频率下出现的轴向振动，证实了轴承存在问题。
- 使用接近式探头测量的过大轴向浮动表明轴承磨损。
4. 可接受的水平和标准
一般准则
机械振动通用标准——现代 ISO 20816 该系列标准取代了 ISO 10816，主要关注径向振动，因此轴向限值通常是相对于该标准制定的：
- 相对于径向： 在正常情况下，轴向振动应保持在径向振动的50%以下。
- 绝对极限： 通常为该机型径向极限值的25%至50%。
- 基线比较： 较……上涨50%至100% 基线 无论绝对值是多少，都值得调查。
设备专用标准
- API 610（离心泵）： 规定了径向和轴向振动限值。
- API 617（离心式压缩机）： 包括轴向振动验收标准。
- 涡轮机械： 通常通过专用的轴向位置和轴向振动传感器进行连续监测，通常用于 API 670 机械防护措施。
5. 纠正与缓解措施
针对对中不良的情况
- 精密轴对中： 使用激光对准工具来校正角度和平行度偏差。
- 矫正内八字： 在对齐之前，请确保每个安装脚都平放 — 参见 软脚.
- 热膨胀余量： 在设定冷对准目标时，应考虑工作温度引起的热膨胀。
- 管路防拉伸装置： 消除导致设备失准的管道拉力。
关于推力轴承的问题
- 更换磨损的推力轴承部件。
- 检查推力轴承的预紧力和间隙是否正确。
- 确保推力面得到充分润滑。
- 检查安装是否正确以及垫片是否安装到位。
针对工艺相关的轴向力
- 消除空化现象： 提高进水压力，降低流体温度，清除进水口堵塞。
- 优化工作点： 确保泵和压缩机在设计范围内运行。
- 平衡液压作用力： 在叶轮上使用平衡孔或后导叶。
- 防浪涌控制： 在压缩机上实施有效的防浪涌措施。
关于机械问题
- 更换磨损的联轴器及联轴器部件。
- 拧紧松动的机械连接。
- 请确认垫片和垫片的尺寸是否正确。
- 请按照制造商的规格安装联轴器。
6. 测量最佳实践
传感器安装
- 安装牢固： 在进行轴向测量时，尽可能选择定位销或粘合剂而非磁铁——参见 传感器安装.
- 验证方向： 请确保传感器确实与轴线平行，没有倾斜。
- 两端： 在驱动端和非驱动端测量轴向振动，以便进行相位比较。
- 接近传感器： 对于关键设备，应安装永久性轴向位置传感器。
数据收集
- 在进行水平和垂直径向测量时，务必同时采集轴向数据。
- 记录不同位置轴向读数之间的相位关系。
- 比较轴向与径向振幅的比值。
- 趋势 随时间推移监测轴向振动，以便及早发现潜在问题。
7. 轴向振动与径向振动
区分这两个方向是故障识别的关键：
| 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（通常小于径向的50%） |
| 主要原因 | 不平衡, 弯轴, 轴承缺陷 | 对中不良、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 |
8. 现场诊断实践
在现场，决定性的轴向振动测试采用对比法：分别在轴承两端测量轴向振幅和相位，并与径向测量值进行对比。一台便携式双通道 振动分析仪 如 平衡仪-1a 非常适合此用途，因为它的两个通道可以同时捕获两端的声音，并通过一个共享的 转速表 相位参考——呈现出对中不良时典型的180°轴向相位差，以及1×/2× 谐波 在 快速傅里叶变换 频谱，一目了然。这种比较还能避免一个代价高昂的错误：高径向1×振动很容易被归咎于 不平衡，但强烈的轴向分量却表明存在对中不良，无论采取何种 平衡 这将解决问题。在试用配重之前确认主要运动的方向，正是决定修复能否持久，还是徒劳耗费一个下午的关键。
9. 行业应用
轴向振动监测在以下方面尤为重要：
- 离心泵： 水力作用与空化现象检测。
- 压缩机： 推力轴承监测与喘振检测。
- 涡轮机： 轴向叶片力与推力轴承状态。
- 配套设备： 对中验证与联轴器状态。
- 工艺设备： 流量状态监测。
尽管轴向振动常因更显著的径向信号而被忽视，但经验丰富的分析人员却十分重视其诊断价值。许多仅凭径向测量无法发现的故障，都会通过轴向振动模式暴露无遗——这正是为何必须进行彻底的 状态监测 该程序始终会测量三个方向。
