Nadmierne drgania w urządzeniach obrotowych, takich jak pompy, przekładnie, turbiny i sprężarki, są wyraźnym sygnałem, że sprzęt nie działa prawidłowo. Urządzenia wykazujące nadmierne drgania najprawdopodobniej nie osiągną oczekiwanej żywotności i mogą być źródłem nieplanowanych przestojów lub niebezpiecznych sytuacji. Dlatego ważne jest, aby znaleźć pierwotną przyczynę drgań poprzez pomiar i analizę sygnałów drgań. Poniżej omówiono typowe przyczyny drgań.
Problemy z dostosowaniem
W przypadku połączenia dwóch lub więcej maszyn wirujących kluczowe znaczenie ma prawidłowe wyrównanie.
Typowe błędy w dostosowaniu to:
- Niewspółosiowość równoległa:
Osi wałów są równoległe, ale nie są wyrównane. Może to dotyczyć zarówno osi poziomej, jak i pionowej. Niewspółosiowość równoległa znana jest również jako niewspółosiowość przesunięta. - Niewspółosiowość kątowa:
Wały stykają się w jednym punkcie, ale nie są równoległe. Może to dotyczyć zarówno osi poziomej, jak i pionowej. Niewspółosiowość kątowa znana jest również jako niewspółosiowość szczelinowa. - Połączone przesunięcie równoległo-kątowe:
Połączenie przesunięcia równoległego i kątowego. Połączone przesunięcie równoległo-kątowe jest najczęstszym rodzajem przesunięcia.
Niewyważenie
Gdy środek ciężkości obiektu obracającego się nie znajduje się dokładnie na linii środkowej, powoduje to niewyważenie maszyny, co skutkuje drganiami. Niewyważona maszyna może spowodować uszkodzenia samej maszyny, fundamentów, rur itp. Wyróżnia się trzy rodzaje niewyważenia: niewyważenie statyczne, niewyważenie sprzężone i niewyważenie dynamiczne.
Niewyważenie statyczne
Niewyważenie statyczne występuje, gdy oś środka ciężkości (oś bezwładności) nie jest w jednej linii z ośrodkiem obrotu (osią wału), a punkt ciężkości i środek ciężkości znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Niewyważenie statyczne może wynikać z równoległego przesunięcia głównej osi masy względem osi wału i może być spowodowane niesymetrycznym rozkładem masy lub odkształceniem. Teoretycznie niewyważenie statyczne można wykryć, umieszczając obiekt z punktem obrotu na każdym końcu. Gdy występuje niewyważenie statyczne, a tarcie wynosi zero, siła grawitacji obróci cięższy bok w dół.
Niewyważenie sprzężone
Niewyważenie sprzężone występuje, gdy obiekt obracający się posiada co najmniej dwie niewyważone masy w różnych płaszczyznach, które w pozycji spoczynkowej wzajemnie się równoważą. Główna oś masy nie jest już równoległa do środka ciężkości, lecz przecina oś środka ciężkości. Gdy układ zaczyna się obracać, na masy te oddziałują siły odśrodkowe, powodując drgania.
Niewyważenie dynamiczne
Niewyważenie dynamiczne jest najczęstszym rodzajem niewyważenia i wynika z niewyważenia statycznego oraz sprzężonego. Główna oś masy jest przesunięta i nie jest równoległa do osi wału.
Rezonans
Każda maszyna ma jedną lub więcej częstotliwości rezonansowych (częstotliwości własnych). Gdy częstotliwość obrotowa pokrywa się z częstotliwością rezonansową maszyny, dochodzi do rezonansu. Rezonans może mieć poważne konsekwencje.
Elementy luźne
Luźne łożyska, śruby i korozja mogą powodować nadmierne drgania maszyny. Ze względu na siły mechaniczne działające w maszynie luźne części mogą szybko spowodować uszkodzenia.
Niewyważenie dynamiczne jest najczęstszym rodzajem niewyważenia i wynika z niewyważenia statycznego oraz sprzężonego. Główna oś masy jest przesunięta i nie jest równoległa do osi wału.
Uszkodzenia łożysk
W maszynach wirujących spotykamy dwa główne rodzaje łożysk: łożyska toczne i łożyska ślizgowe.
Łożysko toczne może ulec uszkodzeniu na kilka sposobów, z których każdy charakteryzuje się własnym „odciskiem wibracyjnym”:
- Uszkodzenie pierścienia wewnętrznego
- Uszkodzenie pierścienia zewnętrznego
- Uszkodzenie klatki
- Uszkodzenia elementów tocznych (np. cylindrów, stożków i igieł)
Każda część łożyska tocznego ma swoją własną częstotliwość. Obliczając te częstotliwości, można za pomocą analizy drgań ustalić, czy drgania są wynikiem uszkodzenia łożyska.
W przeciwieństwie do łożysk tocznych, łożyska ślizgowe nie wykorzystują elementów tocznych, lecz warstwę płynu (oleju) w celu zmniejszenia tarcia. Drgania mogą być spowodowane niedokładnościami w warstwie płynu; jeśli nie uda się utworzyć stabilnej warstwy oleju, może ona ulec zerwaniu, co skutkuje powstawaniem biczów olejowych lub wirów olejowych. Ponadto ten typ łożyska jest bardziej wrażliwy na czynniki zewnętrzne wpływające na położenie wału, ponieważ jego położenie w łożysku nie jest stałe.
Uszkodzone lub zużyte koła zębate
Drgania przekładni są często spowodowane uszkodzonymi lub zużytymi zębami kół zębatych. Gdy w zazębieniu zębów kół zębatych występuje uszkodzony ząb, siła nie może być przenoszona tak samo, jak w przypadku zazębień z innymi zębami. Jeśli ząb koła zębatego jest złamany, w tym momencie cyklu może zostać przeniesiona mniejsza siła. W rezultacie pojawiają się drgania.
