Роторы агрегатов вращаются, но из-за сил, возникающих внутри агрегата, они еще и движутся в поперечном, или радиальном, направлении в плоскости, перпендикулярной оси агрегата. Это движение периодическое и обычно совершается на частоте вращения ротора (в основном, как реакция на небаланс), но может совершаться и на частотах ниже или выше скорости ротора. Часто одновременно присутствует несколько частот вибрации.

Чтобы наглядно представить вибрацию ротора в самом простом виде, возьмем короткий металлический прут, согнутый дугой. При вращении прута вокруг его оси любая точка на его согнутой части будет двигаться по окружности вокруг оси вращения. Траекторию движения этой точки называют орбитой. В данном примере точка будет совершать один виток по орбите за каждый оборот прута – пример вибрации 1Х.

Все компоненты агрегата (ротор, корпус агрегата, система трубопроводов и опорные конструкции) могут вибрировать в нескольких разных направлениях. Как уже было сказано, радиальная вибрация имеет место в плоскости (плоскость XY), перпендикулярной оси ротора агрегата. Осевая вибрация имеет место в направлении параллельном оси ротора (ось Z).

Часто присутствует и угловая вибрация (периодическое изменение угловой ориентации компонента агрегата). Некоторые угловые отклонения обнаруживают датчики радиальной вибрации, потому что угловое движение содержит в себе элемент радиальной вибрации. Крутильная вибрация – это особый случай угловой вибрации, когда относительное угловое отклонение является периодическим скручиванием вала ротора. Это скручивание вала не порождает непосредственно составляющую радиальной вибрации и не может быть обнаружено датчиком радиальной вибрации.

Датчики перемещения на корпусе агрегата устанавливают для наблюдения за движением вала. Если датчик перемещения установлен на абсолютно неподвижном корпусе агрегата, то измеряется абсолютная вибрация вала. Абсолютная вибрация вала измеряется относительно фиксированной (инерциальной) системы отсчета.

Однако обычно имеет место некоторая вибрация корпуса (рис.1-6). Это происходит потому, что на корпус действуют разные силы, включая динамические силы вибрирующего ротора, которые передаются через подшипники на корпус. 

Рисунок 1-6. Сравнение способов измерения вибрации агрегатов.

Абсолютная вибрация корпусов (зеленый цвет) измеряется относительно инерциальной (фиксированной) системы отсчета, находящейся в самом датчике (на рис. не показано). Относительная вибрация вала (красный цвет) измеряется датчиком перемещения (показан на рис.), установленным на корпусе агрегата. Абсолютная вибрация вала – это сумма абсолютной вибрации корпуса и относительной вибрации вала. Она может быть больше или меньше относительной вибрации вала в зависимости от отношения фаз вибрации.

Примечание: 1 – абсолютная вибрация вала; 2 – абсолютная вибрация корпуса; 3 – относительная вибрация вала.

Эти динамические силы тоже вызывают вибрацию корпуса. Величина вибрации корпуса зависит от относительных масс ротора и корпуса, жесткости подшипников и жесткости опорной конструкции самого корпуса. Так как всегда присутствует некоторая величина вибрации корпуса, датчик перемещения тоже находиться в движении, а измеренная вибрация ротора называется относительной вибрацией вала.

У агрегатов с тяжелым, имеющим прочную конструкцию корпусом, как например, у компрессоров высокого давления и крупных паровых турбин, вибрация корпуса и, следовательно, движение датчика перемещения часто имеют очень маленькую величину по сравнению с вибрацией вала.

В этом случае, измеренная относительная вибрация вала является хорошим приближением к абсолютной вибрации вала. Тем не менее, у агрегатов с легким корпусом или «мягкими» опорами вибрация корпуса может быть настолько значительна, что данные относительной вибрации вала значительно отличаются от данных абсолютной вибрации вала.

Вибрация корпуса также передается на окружающую систему трубопроводов и наоборот. Это происходит через места подсоединения трубопроводов к агрегату. Вибрация может передаваться и на фундамент, а через конструкцию здания и в другие отдаленные места. Вполне возможна ситуация, когда датчики, установленные на корпусе одного агрегата, улавливают вибрацию, которая исходит из другого агрегата.

Радиальная вибрация – это наиболее часто измеряемый вид вибрации, отчасти потому, что ее легче всего измерить. Однако радиальная вибрация далеко не всегда оказывается наиболее существенным компонентом. Например, в поршневых компрессорах осевая вибрация может достигать критической величины, а наиболее трудные для измерения крутильные колебания могут достичь разрушительного уровня, почти не проявляя внешних признаков своего присутствия.

Автор: Donald E. Bently "Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics"

Перевод: Виктор и Алексей Рожковы (rotkiv)