5 Przyczyn Drgań Przemysłowego Wentylatora i Sposoby ich Usunięcia

Przyczyna 1: Niewyważenie wirnika (najczęstsza)

Zdjęcie 1. Wyważanie wentylatora przemysłowego w toku: czujniki drgań zamontowane na łożyskach, tachometr laserowy skierowany na wał, dane diagnostyczne wyświetlane na tablecie

Niewyważenie to nierównomierne rozmieszczenie masy wirnika względem osi obrotu. Nawet niewielkie przesunięcie masy prowadzi do bicia: część energii silnika nie jest przeznaczana na ruch powietrza, lecz na drgania obudowy.

Jak rozwija się niewyważenie:

• Narastanie osadów: podczas pracy kurz, brud i produkt technologiczny gromadzą się na łopatkach, przesuwając środek ciężkości
• Nierównomierne zużycie lub korozja: łopatki zużywają się w różnym tempie, szczególnie w środowiskach ściernych
• Prace naprawcze: wymiana lub naprawa spawalnicza poszczególnych łopatek bez ponownego wyważenia niszczy fabryczny balans
• Utrata ciężarków wyważających: wcześniej zamontowane ciężarki mogą odpaść na skutek drgań lub korozji

Objawy niewyważenia:

• Silne drgania obudowy, szczególnie wyraźne przy większych prędkościach
• Niskiej częstotliwości hum przenoszący się na fundament
• Przegrzewanie się łożysk (powyżej 60–70°C)
• Częsta wymiana łożysk

Rys. 1. Diagnozowanie niewyważenia: jeśli drgania ogólne (V1s) są w przybliżeniu równe drganiom na częstotliwości obrotowej (V1o), główną przyczyną jest niewyważenie wirnika

Rozwiązanie:

Wyważanie dynamiczne wirnika. Nowoczesne przenośne analizatory drgań (takie jak Balanset-1A) umożliwiają wyważanie wirnika bezpośrednio w miejscu jego pracy, bez demontażu wentylatora.

Zdjęcie 2. Analiza drgań z zamontowanym ciężarkiem próbnym, prędkość ~2960 obr./min

Inżynier montuje czujniki drgań na podporach łożysk oraz optyczny czujnik prędkości na wale. Po kilku pomiarach przyrząd oblicza dokładną pozycję i masę ciężarku korekcyjnego. Cały proces zajmuje 1–2 godziny.

Przyczyna 2: Zużyte lub uszkodzone łożyska

Zdjęcie 3. Wyważanie wirnika wentylatora wyciągowego: prace prowadzone bezpośrednio na miejscu bez demontażu urządzenia

Łożyska są krytycznie ważnym elementem każdego wentylatora. Według statystyk, do 80% awarii łożysk jest spowodowanych problemami z wyważeniem lub ustawieniem. Zużyte łożyska mogą być jednak same w sobie źródłem drgań.

Objawy uszkodzonych łożysk:

• Wysokoczęstotliwościowy hałas (szum, buczenie) niezwiązany z częstotliwością obrotową
• Podwyższona temperatura obudowy łożyska
• Drgania nie zmniejszają się po wyważeniu
• W widmie drgań pojawiają się piki na częstotliwościach niesynchronicznych (BPFO, BPFI, BSF)

Jak odróżnić od niewyważenia:

Przy niewyważeniu drgania pojawiają się głównie na częstotliwości obrotowej (1×). Przy wadach łożysk drgania występują na charakterystycznych częstotliwościach „łożyskowych", które NIE są wielokrotnościami prędkości wału.

Rozwiązanie:

Wymiana łożysk. Po wymianie zaleca się przeprowadzenie wyważania, ponieważ montaż nowych łożysk może zmienić balans układu.

Przyczyna 3: Niewspółosiowość wałów

Niewspółosiowość powstaje, gdy osie obrotu wału wentylatora i wału silnika nie pokrywają się. Powoduje to dodatkowe obciążenie łożysk i sprzęgła oraz wywołuje drgania.

Rodzaje niewspółosiowości:

• Równoległa: osie są równoległe, lecz przesunięte
• Kątowa: osie przecinają się pod kątem
• Kombinowana: połączenie obu typów (najczęstszy przypadek)

Objawy niewspółosiowości:

• Wysokie drgania na 2× częstotliwości obrotowej (druga harmoniczna)
• Podwyższone drgania osiowe (wzdłuż wału)
• Przegrzewanie się sprzęgła
• Przyspieszone zużycie sprzęgła i łożysk

Rozwiązanie:

Laserowe ustawienie wałów. Nowoczesne laserowe systemy ustawiania umożliwiają precyzję do setnych części milimetra. Po ustawieniu zaleca się wykonanie kontrolnego pomiaru drgań.

Czytaj więcej: Ustawianie wałów i dlaczego wyważanie bez niego nie pomoże

Przyczyna 4: Luzy mechaniczne lub uszkodzenie fundamentu

Luzy mechaniczne to utrata sztywności połączeń konstrukcyjnych. Przyczyną są poluzowane śruby mocujące, pęknięcia fundamentu i zwiększone luzy w gniazdach łożysk.

Objawy luzów:

• Wiele harmonicznych w widmie drgań (1×, 2×, 3×, 4×...)
• Widmo wygląda jak „las" pików
• Niestabilne drgania przy kolejnych rozruchach
• Widoczne kołysanie lub luzy

Rozwiązanie:

1. Dokładna kontrola wszystkich połączeń śrubowych
2. Dokręcenie śrub kotwiących fundamentu
3. Kontrola i naprawa pęknięć w ramie
4. Sprawdzenie gniazd łożysk

Po wyeliminowaniu luzów często okazuje się, że to właśnie one – a nie niewyważenie – były rzeczywistą przyczyną drgań.

Przyczyna 5: Rezonans strukturalny

Rezonans powstaje, gdy prędkość robocza wentylatora pokrywa się (lub jest bliska) z jedną z częstotliwości własnych konstrukcji. W takim przypadku nawet minimalne niewyważenie powoduje ekstremalnie wysokie drgania.

Objawy rezonansu:

• Drgania gwałtownie wzrastają przy określonej prędkości obrotowej
• Zmiana prędkości o ±100 obr./min może zmienić drgania 5–10-krotnie
• Faza drgań zmienia się o 180° przy przechodzeniu przez rezonans
• Odczyty są niestabilne nawet przy stałej prędkości

Rozwiązanie:

Wyważanie w strefie rezonansu jest praktycznie niemożliwe standardowymi metodami. Należy:

• Zmienić prędkość roboczą wentylatora (jeśli to możliwe)
• Zmienić sztywność konstrukcji (wzmocnić ramę, zmienić podpory)
• Zastosować specjalne metody wyważania niezależne od fazy

Lista kontrolna do samodzielnej diagnostyki

Przed wezwaniem specjalisty przeprowadź prostą kontrolę:

Przypadek z życia: zakład prefabrykatów betonowych

Przykład ten wyraźnie pokazuje, że wyważanie wentylatora to nie koszt, lecz wysoce opłacalna inwestycja w niezawodność urządzeń.