Drivteknik.nu

 

Hem / SKOLA / Skola - Vibrationer

VIBRATIONER

 

källa : Vibrationsteknik AB

De vibrationer som uppkommer vid olika fel hos maskiner är olika till storlek och frekvens. Det varierar också i vilken riktning det vibrerar som mest. Genom att studera vibrationernas frekvens och storlek är det möjligt att avläsa vilket typ av fel det rör sig om. Här redovisas de vanligaste felen i maskindrifter.

OBALANS

Obalans uppstår när tyngdpunkten för en roterande del inte sammanfaller med rotationscentrum, alltså vid excentriskt fördelad massa.

En obalanserad rotor ger upphov till centrifugalkrafter som sliter hårt på lagren och förkortar lagerlivslängden. Excentriciteten eller tyngdpunktsförskjutningen behöver bara vara några hundradels millimeter för att nästan ofattbart stora impulskrafter skall uppstå.

Vid mätning framgår det klart att denna vibration finns i området lika med varvtalet.

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Massobalans
Statisk 1x radiell konstant smalband Böjd rotor pga. termisk spänning kan orsaka en ökande amplitud med en ökande temperatur som följd
Dynamisk 1x radiell normalt 1x övertoner Vanligaste formen av obalans
Bägge 1x radiell, axiell
Rotor överhäng 1x radiell, axiell

 


MEKANISKT GLAPP

Det finns två typer av mekaniskt glapp; roterande glapp och icke-roterande glapp. Roterande glapp innebär att det är för stort spelrum mellan roterande och stationära element i maskinen. Icke-roterande glapp innebär att det är för stort avstånd mellan två stationära delar, t.ex. fundament och fot. Båda typerna av glapp ger omfattande vibrationer vid 1X övertoner i alla tre vibrationsriktningarna.


ROTERANDE GLAPP

Glapp i glid- och rullningslager ger upphov till övertoner av 1X som ibland kan sträcka sig upp till eller över 10X. Om de höga övertonerna framträder mest kan sammanstötningar misstänkas.

 

ICKE-ROTERANDE GLAPP

Vid icke roterande glapp är vibrationsnivån störst i den riktning där styvheten är minst. Vanligtvis är styvheten minst i horisontell riktning, men det beror på hur maskinen är uppställd. Glapp i fundamentet kan orsakas av lösa bultar, rost eller sprickor i infästningsutrustning.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Löst fundament 1X multiplar normalt tangentiell konstant smalband Indikeras av löst fundament
Lagerglapp i glidlager 1X multiplar radiell konstant smalband Multiplarna kan sträcka sig till 10X
Extremt lagerglapp i glidlager 0,5X undersynkrona multipla radiell konstant -
Ibland även 0,25 X

 

 


 

RULLAGERPROBLEM

De vibrationer som lager alstrar kallas lagertoner. Alla rullningslager producerar mer eller mindre höga nivåer av lagertoner. Ju mer lagret slits desto högre blir nivån på lagertonerna.

Ett felaktigt lager producerar vibrationer som inte är exakta multiplar av 1 x RPM, d.v.s. asynkrona vibrationskomponenter. Förutom dessa komponenter kan lagerfel även ge ett bredbandigt brus.

Det finns fyra olika lagertoner definierade:

Rullkroppshållarfrekvens (FTF) = Rull-/kulhållarens rotationshastighet, vilken vanligtvis är 0,4 gånger varvtalet. Frekvensen framträder sällan i vibrationsspektrum eftersom rullhållaren knappt tar upp någon belastning.

Kulrotationsfrekvens (BSF) = Kulornas eller rullarnas rotationshastighet. En grop i en kula/rulle gör att BSF dyker upp i frekvensspektrat.

Kulpassagefrekvens, yttre lagerbanan (BPFO) = Den takt med vilken en kula passerar ett fel i den yttre lagerbanan. Denna frekvens är ungefär lika med:
antalet rullkroppar x varvtalet x 0,4.

Kulpassagefrekvens, inre lagerbanan (BPFI) = Den takt med vilken en kula passerar ett fel i den inre lagerbanan. Nivån på BPFI är oftast något lägre än BPFO eftersom vibrationen uppkommer längre från givaren. Vibrationen måste passera genom rullkroppen och den yttre lagerbanan innan den upptäcks. BPFI frekvens är ungefär lika med:
antalet rullkroppar x varvtalet x 0,6.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Defekt innering, liten singeldefekt bpfi, multiplar på bpfi radiell konstant asynkrona toppar Radiell last
Defekt innerring, förvärvad singeldefekt bpfi, med multiplar och sidband på 1 X radiell amplitud modulerad asykrona toppar med sidband på 1 X Radiell last ökar nivån
Defekt innerring, två eller tre små defekter bpfi och framträdande multiplar radiell hög, konstant bredband bredbandsbrus ökning av nivån
Defekt innerring många små defekter med skalning runt hela lagerbanan bpfi och framträdande multiplar radiell hög, konstant Asynkrona toppar bredbandsbrus, ökning av nivån
Defekt ytterring, liten singeldefekt bpfo och multiplar radiell konstant Asynkrona toppar Multiplarna har högre nivå än grundfrekvensen
Defekt ytterring, förvärrad singeldefekt bpfo och multiplar radiell konstant bredband Ökning av bredbandsbrusnivån
Defekt kula eller rulle, singelkuldefekt bpfo och multiplar radiell konstant smalband
Flera defekta kulor bpfo och multiplar radiell hög, konstant smalband Ökning av bredbandsbrusnivån
Skadad rullkroppshållare. Brott på ett ställe Bredbandsbrus radiell bredband Låg nivå på bruset
Rullkroppshållare bruten i bitar Bredbandsbrus radiell bredband Brus pga spillror av hållaren i lagret
Otillfredställande förspänning eller oljefilm Högfrekvent brus "höstack" radiell bredband Naturlig lagerfrekvens
Löst lager, valsning runt axeln 1 X multiplar radiell smalband Antalet multiplar och amplituden är ett mått på hur löst lagret är.
Löst mot lagerhuset 1X, 2X, 4X radiell smalband ökning av lågfrekvent brusgolv.
Kraftigt glapp eller fel 0,5 X och multiplar radiell 4X till 8X och/eller 7X till 15X
Snedställt lager 1X, 2X lagertoner axiell, radiell hög, konstant smalband
180 graders fasskillnad vid den axiella mätningen på vardera sida om lagerhuset

 

X = varvtalsfrekvens
ftf = fundamental rullhållarfrekvens (approx. = 0,38X till 0,42X)
bsf = kulrotationsfrekvens (approx. = 1,5X till 3X)
bpfi = kulpassagefrekvens, innerring (approx. = 4X till 10X)
bpfo = kulpassagefrekvens, ytterring (approx. = 2X till 7X)

 

 


 

FLÄKTPROBLEM

Fläktar får ofta ojämna beläggningar av partiklar på fläktbladen, särskilt om den luft eller gas som fläkten driver runt har en hög partikeldensitet. Resultatet av de ojämna beläggningarna blir obalans. Om ett fläktblad deformeras, spricker eller bryts av, kommer bladpassagefrekvensens vibrationstopp att öka i nivå. Om antalet fläktblad är stort finns ibland sidband till bladpassagefrekvensen.

Bladpassagefrekvens, bpf = Antalet blad multiplicerat med varvtalsfrekvensen

Bladpassagefrekvensen innebär oftast inget problem. Stora bpf-amplituder kan dock genereras i en pump om gapet mellan roterande blad och stationära munstycken inte hålls jämnt hela vägen runt.

Bpf kan också sammanfalla med ett systems naturliga frekvens och därmed orsaka resonans.

Höga bpf-amplituder kan dessutom orsakas av plötsliga svängningar/krökar i rörsystem, hinder som stör flödet eller om pump/fläktrotor är excentriskt placerad i pump-/fläkthuset. En vanlig orsak till höga bpf-amplituder är alltså flödesfel.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Fläkthus, Problem med spel mellan hjul och hus bladpassage=Xgånger antalet blad radiell, axiell, tangentiell konstant smalband Ibland förekommer multiplar på bladpassage
Obalans 1x radiell, tangentiell konstant smalband
Bladvinkel Problem 1x axiell konstant smalband
Ojämn strömning bladpassage radiell, tangentiell konstant smalband

 

 


 

FELAKTIG UPPRIKTNING

Felaktig uppriktning innebär att centrumlinjerna hos två sammankopplade axlar inte sammanfaller. Om axlarnas centrumlinjer är parallella kallas detta för parallell feluppriktning. Om axlarna möts i en punkt, men centrumlinjerna inte ligger parallellt kallas detta för vinkelfel. I praktiken är uppriktningsfel oftast en blandning av dessa två typer.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Vinkelfel 1X , 2X Stark kuggingrepps-
frekvens
konstant smalband Normalt är uppriktningsfelen en kombination av parallellfel och vinkelfel
Parallell fel 1X , 2X
radiell konstant smalband På långa sammankopplade axlar kommer 1X att ha högre amplitud.
Både vinkel- och parallell- fel. 1X , 2X
radiell, axiell konstant smalband Uppriktningsfel indikeras också av multiplar på 2X.
Snedställt lager ökad 2X 1X, lagertoner radiell, axiell, tangentiell hög, konstant smalband Vanligtvis förenad med axiella komponenter.
Felaktigt uppriktat skovelhjul 2X, ökning av multiplarna på bladpassage- frekvensen radiell konstant smalband Vanligtvis förenad med låga axiella amplituder.
Felaktigt uppriktad växel Stark kuggingrepps-
frekvens
radiell, axiell, tangentiell konstant Normalt 1X sidband runt kuggingrepps-
frekvensen
Multiplar på kuggingrepps-
frekvensen är vanligt.

 

 


 

ELMOTORPROBLEM

Elektriska motorer drabbas av samma mekaniska fel som andra roterande maskiner gör. Det finns dock ytterligare ett antal fel som drabbar motorer.

Termisk böjning av rotorn: En ojämn fördelning av strömmen i rotorstavarna ger en ojämn värmebildning i rotorn. Detta gör att rotorn deformeras, ”böjer” sig vilket resulterar i obalans.

Excentricitet i luftgapet: Om luftgapet inte är likformigt skapas obalanskrafter på rotorn som i sin tur inducerar en vibration vid 100 Hz (2xNF).

Lös rotor: Ibland händer det att rotorn slirar på axeln, beroende på temperaturen. Detta ger en vibration 1 x varvtalet samt övertoner. Faktorer som kan framkalla detta fenomen är plötsliga ändringar i last eller nätspänning.

Excentrisk rotor: Om motorn inte är helt rund kommer detta att orsaka vibrationer som är 1 x varvtalet. Det kommer även att ge obalanserade magnetiska krafter som resulterar i vibrationer vid den frekvens som motsvarar eftersläpningsfrekvensen multiplicerat med antal poler.

Lösa lindningar: Om statorns elektriska lindningar är något lösa ökar vibrationsnivån vid 100 Hz. Detta leder till att isoleringen på tråden skavs av, vilket ger en kortslutning mellan lindningarna. Det kan även bli kortslutning mellan lindningarna och jord, vilket resulterar i statorhaveri.

Problem med rotorstavar: En viktig felorsak i elektriska motorer är att rotorn spricker. Detta händer främst för motorer som utsätts för ofta förekommande starter med last. Under startmomentet blir strömstyrkan i rotorstavarna mycket hög då rotorns varvtal är mycket lägre än det synkrona varvtalet. Strömstyrkan orsakar en upphettning av rotorstavarna, vilket gör att de expanderar i förhållande till själva rotorn. Skillnaderna i resistans mellan rotorstavarna resulterar i sin tur i ojämn upphettning och ojämn expansion. Detta leder till att sprickor uppstår i fogarna mellan stavarna och de kortslutningsringar som svetsats på. När en spricka uppstår ökar resistansen i staven, vilket ökar upphettningen och detta förvärrar i sin tur sprickan. Strömmen blir också större i de andra stavarna eftersom strömmen reducerats i den spruckna staven.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Otillfredställande kontakt, kommutator, (D.C Motorer) frekv.= nCX/50 [Hz] radiell, transversal - smalband n=heltal C=antal kommutator segment X=driftsvarvtal (RPM)
Rotor
Stavbrott
2 X eftersläpn.
X antal poler
radiell, transversal Ibland pulserande smalband Orsakar ibland 2 x eftersläpn. sidband runt 100 Hz (2xNF)
Spårens passerfrekvens S=B/50(+-)120 radiell, transversal - smalband S=rotor spårpasser- frekv. [Hz] B=antalet rotorstavar

 

 


 

VÄXELPROBLEM


Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Otillfredställande kuggingrepp (Mesh) x gånger antalet kuggar radiell, axiell konstant, ibland med variationer smalband Ofta med 1 X på var sida om kuggingrepps- frekv.
Eccentriskt drev 1X kuggingrepp
radiell konstant smalband Kugghjulet kan vara balanserat men monterat på en obalanserad rotor. 1X sidband runt kuggingrepps- frekv.
Otillfredställande uppriktn. 2X, kuggingrepp axiell konstant smalband 1X sidband runt kuggingrepp
Kast av delningsdiametern, Massobalans eller skadad kugg 1X samt kuggingrepps-
frekv.
radiell för raka kuggar samt axiell för en eller två snedkugg konstant smalband 1X sidband runt kuggingrepp
Bearbetningsfel kuggingrepp "Spöklinje" frekvens, vanligtvis inte synkron med 1X. radiell, axiell konstant smalband Bearbetningsfel pga kuggingreppsfel i bearbetande maskins drivning kan ge "spök-
frekvenser".
Starkt beroende av växellådans geometri radiell konstant smalband
Det är vanligt med sidband runt kuggingrepps-
frekv med en delning motsv. planeternas rotationsfrekv.

 

 


 

PUMPPROBLEM

Centrifugalpumpar har en framträdande vibrationsfrekvens vid bladpassagefrekvensen, BPF (antalet skovelblad multiplicerat med varvtalet). Om nivån ökar vid BPF kan detta betyda att det är något internt fel i pumpen, t ex felaktig uppriktning eller skadade blad. Övertoner till BPF förekommer också.

Kugghjulspumpar har nästan alltid en framträdande vibrationskomponent vid kuggingreppsfrekvensen, d.v.s. antalet kuggar multiplicerat med varvtalet. Om nivån vid kuggingreppsfrekvensen ändras, genom att t ex övertoner och sidband uppkommer kan detta vara ett tecken på att en kugg är sprucken eller skadad på annat sätt.


V=antalet pumpskovelblad
T=antalet kuggar
S=antalet skruvgängor

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Icke roterande glapp 1X, 2X, 3X radiell konstant
smalband Multiplarna kan sträcka sig till 10X
Roterande glapp(rotorer, skovelhjul etc.) 1X radiell varierar från start till start smalband ibland även 0,5 X multiplar
Centrifugal Pumpar med (V) blad bladpassage=VX radiell flukterande nivå på bladpassage frekv multiplar För stora pumpar starkast amplitud vid bladpassage.
Kugghjuls pumpar med (T)kuggar kuggfrekv. = TxX radiell För mindre pumpar starkast amplitud vid multiplarna på bladpassage.
Rotor iskärning 0,5 X, 1X radiell konstant smalband Kan excitera rotorns kritiska varvtal.
Skruv pumpar SxX radiell S=antal skruvgängor
Kavitation slumpmässigt radiell fluktuerar
Slumpmässigt brus ibland upp till 20kHz

 

 


 

TURBINPROBLEM

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Problem med spalt bladpassage frekv. radiell konstant smalband
Skador på turbinblad 1 X och multiplar, bladpassage radiell konstant smalband Normalt har multiplarna högre amplitud än 1X.
1 X sidband runt bladpassage

 

 


 

 

BÖJD AXEL

Vibrationerna som orsakas av en böjd axel liknar de vibrationer som uppkommer av felaktig uppriktning. En axel kan bli böjd av t.ex. ojämn värmefördelning i rotorn på grund av en defekt rotorstav. Om böjningen är belägen vid axelns centrum är den dominerande vibrationen 1 x RPM. Om böjningen är belägen nära en koppling blir den dominanta vibrationen 2 x RPM.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Något böjd axel 1X, 2X radiell, axiell, tangentiell konstant smalband Kast hos en rotormassa uppträder som en obalans
Böjd axel vid kopplingen 1X, 2X radiell, axiell, tangentiell konstant smalband möjligtvis med 2X, 3X multiplar Kast i en koppling uppträder som ett upp- riktningsfel

 

 


 

 

GLIDLAGERPROBLEM

Glidlagerproblem ger oftast vibrationstoppar vid frekvenser som är lägre än 1 x RPM. Dessa kallas undersynkrona toppar. Ibland förekommer även övertoner till dessa toppar, vilket tyder på att lagret är mycket slitet. En typ av glidlagerproblem är oil whirl.

Oil whirl

Oil whirl är en oljefilm som exciterar vibrationer mellan 0,38 x RPM och 0,48 x RPM. Vibrationerna kommer av ett onormalt spelrum samt lätt radiell belastning, vilket gör att oljefilmen pressas samman och tvingar axeln att vandra runt i lagret. Oil whirl kan resultera i att oljan inte smörjer axeln. Förändringar i oljans viskositet, oljetryck och relaterade laster kan påverka oil whirl.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Oil Whirl 0,38 X till 0,48X radiell
-
Skarp topp
Oil Whirl 0,38 X till 0,48X radiell - Skarp topp Kast i en rotormassa uppträder som en obalans. Kast i en koppling uppträder, som ett uppriktningsfel
Allvarligt Lagerspel 1X multiplar radiell - Puckel av 1X multiplar 4X till 8X och/eller 7X till 15X
Glapp eller lösa glidlager 0,5X, 1X radiell - 0,5X multiplar
Axialglidlager Kingsbury 1X; antal Kingsbury element radiell - 1X multiplar multiplar på elementpasser-
frekvens för Kingsbury
Normalt 6 st element

 

 


 

DRIVREMPROBLEM

Drivremmar som är felvalda, utslitna eller uttöjda genererar vibration vid rempassagefrekvensen och dess över-toner. I ett system med två remskivor är vanligtvis den andra övertonen dominerande. Remmens grundfrekvens beräknas enligt följande:

FBF = Π*D/L  [RPM]

 

FBF = Grundtonsfrekvensen
D = Remskivans diameter
L = Remskivans längd
RPM = Remskivan D´s varvtal (Hz)

 

Grundtonsfrekvensen är alltid lägre än 1X.

Excentriska remskivor genererar starka radiella 1X komponenter, särskilt i den riktning som är parallell med remmarna. (Med radiell menas riktningen från givaren till centrum av skivan.)

Felaktig uppriktning av en remskiva ger axiella vibrationer 1 x varvtalet samt axiella övertoner av remmens grundtonsfrekvens, FBF.

Om inte remmen har rätt anspänning uppstår stående-våg-vibrationer i remmen. Frekvensen kan variera inom ett stort område.

 

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Slitna eller utsträckta remmar multiplar på remfrekv.(B). 2xB vanligtvis starkast radiell i linje med remmarna kan pulsera oregelbundet, om 2xB ligger nära varvtalet på någon av skivorna -
B är alltid mindre än 1X
Eccentriska och/eller obalanserade skivor 1 X axel
radiell konstant - Ofta förväxlad med obalans
Otillfredställande uppriktning av rem eller skiva 1 X drivande axiell konstant - Kontrollera med stroboskop
Remresonans varierad radiell kan vara oregelbunden - Remresonans relaterad till varvtalet
Otillfredställande remspänning -
- - - Kan producera remresonans. Kan öka slitaget på lager.

 

 


 

 

KOMPRESSORPROBLEM

Vibrationskälla

Utmärkande
frekvens

Dominerande
riktning

Amplitud

Spektrum
innehåll

Kommentar

Difussor Typ bladpassage radiell transversell konstant smalband Ibland förekommer multiplar på bladpassage
Kolv Typ 2X radiell, axiell konstant smalband Vanligt med 1X multiplar

 

 

 
 

Copyright © Drivteknik.nu 2007-2018. All rights reserved