Nadmierne wibracje urządzeń obrotowych, takich jak pompy, skrzynie biegów, turbiny i sprężarki, są wyraźnym sygnałem, że sprzęt nie działa prawidłowo. Sprzęt, który wykazuje nadmierne wibracje, najprawdopodobniej nie osiągnie oczekiwanej żywotności i może być źródłem nieplanowanych przestojów lub niebezpiecznych sytuacji. Dlatego ważne jest, aby znaleźć pierwotną przyczynę wibracji poprzez pomiar i analizę sygnałów wibracyjnych. Poniżej omówiono najczęstsze przyczyny drgań.
Problemy z wyrównaniem
Gdy dwie lub więcej maszyn obrotowych jest połączonych, prawidłowe wyrównanie ma kluczowe znaczenie.
Typowe błędy wyrównania to:
- Niewspółosiowość równoległa:
Linie środkowe wału są równoległe, ale nie znajdują się w jednej linii. Może to być zarówno pozioma, jak i pionowa niewspółosiowość. Niewspółosiowość równoległa jest również znana jako niewspółosiowość offsetowa. - Niewspółosiowość kątowa:
Wały stykają się w jednym punkcie, ale nie są równoległe. Może to dotyczyć zarówno osi poziomej, jak i pionowej. Niewspółosiowość kątowa jest również znana jako niewspółosiowość szczeliny. - Połączenie niewspółosiowości równoległej i kątowej:
Połączenie niewspółosiowości równoległej i kątowej. Kombinacja niewspółosiowości równoległej i kątowej jest najczęściej występującą niewspółosiowością.
Brak równowagi
Gdy środek ciężkości obracającego się obiektu nie znajduje się dokładnie na linii środkowej, powoduje to niewyważenie maszyny, co skutkuje wibracjami. Gdy maszyna jest niewyważona, może to spowodować uszkodzenie samej maszyny, fundamentu, rur itp. Istnieją trzy rodzaje niewyważenia: niewyważenie statyczne, niewyważenie sprzężone i niewyważenie dynamiczne.
Niewyważenie statyczne
Niewyważenie statyczne ma miejsce, gdy oś środka ciężkości (oś bezwładności) nie jest zgodna ze środkiem obrotu (linia środkowa wału), a punkt ciężkości i środek ciężkości znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Niewyważenie statyczne może być wynikiem równoległego przesunięcia osi masy głównej względem linii środkowej wału i może być spowodowane niesymetrycznym rozkładem masy lub odkształceniem. Teoretycznie niewyważenie statyczne można wykryć poprzez umieszczenie obiektu z punktem obrotu na każdym końcu. Gdy występuje niewyważenie statyczne, a tarcie wynosi zero, grawitacja skieruje cięższą stronę w dół.
Niewyważenie sprzężone
Niewyważenie sprzężone pojawia się, gdy obracający się obiekt ma dwie lub więcej niewyważonych mas w różnych płaszczyznach, które są sobie równe w pozycji spoczynkowej. Oś masy głównej nie jest już równoległa do środka ciężkości, ale przecina oś środka ciężkości. Gdy układ zaczyna się obracać, na masy te oddziałują siły odśrodkowe, powodując wibracje.
Niewyważenie dynamiczne
Niewyważenie dynamiczne jest najczęstszym rodzajem niewyważenia i wynikiem niewyważenia statycznego i sprzężonego. Główna oś masy jest przesunięta i nie jest równoległa do linii środkowej wału.
Rezonans
Każda maszyna ma jedną lub więcej częstotliwości rezonansowych (częstotliwość drgań własnych). Gdy częstotliwość obrotów pokrywa się z częstotliwością rezonansową maszyny, następuje rezonans. Rezonans może mieć poważne konsekwencje.
Luźne części
Luźne łożyska, śruby i korozja mogą powodować nadmierne wibracje maszyny. Ze względu na siły mechaniczne działające w maszynie, luźne części mogą szybko spowodować uszkodzenia.
Niewyważenie dynamiczne jest najczęstszym rodzajem niewyważenia i wynikiem niewyważenia statycznego i sprzężonego. Główna oś masy jest przesunięta i nie jest równoległa do linii środkowej wału.
Uszkodzenie łożyska
W maszynach wirujących spotykamy dwa główne typy łożysk: łożyska wałeczkowe i łożyska ślizgowe.
Łożysko wałeczkowe może ulec uszkodzeniu na kilka sposobów, z których każdy ma swój własny odcisk palca wibracji:
- Uszkodzenie pierścienia wewnętrznego
- Uszkodzenie pierścienia zewnętrznego
- Uszkodzenie klatki
- Uszkodzenie elementów tocznych (np. cylindrów, stożków i igieł)
Każda część łożyska wałeczkowego ma swoją własną częstotliwość. Obliczając te częstotliwości, można wykorzystać analizę drgań do określenia, czy drgania są wynikiem uszkodzenia łożyska.
W przeciwieństwie do łożysk wałeczkowych, łożyska ślizgowe nie wykorzystują elementów tocznych, lecz film olejowy w celu zmniejszenia tarcia. Wibracje mogą być powodowane przez niedokładności w filmie olejowym; jeśli nie można utworzyć stabilnego filmu olejowego, może on pęknąć, powodując bicz olejowy lub wir olejowy. Dodatkowo, ten typ łożyska jest bardziej wrażliwy na zewnętrzne wpływy na położenie wału, ponieważ jego pozycja w łożysku nie jest stała.
Uszkodzone lub zużyte koła zębate
Wibracje skrzyni biegów są często powodowane przez uszkodzone lub zużyte zęby przekładni. Gdy zazębienie obejmuje uszkodzony ząb, siła nie może być przenoszona tak, jak w przypadku innych zazębień. Jeśli ząb koła zębatego jest złamany, mniejsza siła może być przenoszona w tym punkcie cyklu. W rezultacie pojawiają się wibracje.
