Разбиране на масления вихър
Маслен вихър е вид самовъзбуждаща се, нестабилна вибрация, която възниква в машини, оборудвани с течностна пленка (списание) лагери — сред които големи турбини, компресори и помпи. Това е форма на предизвикано от флуида нестабилност при което масленият филм, поддържащ вала, започва да го движи в кръгови движения напред в рамките на зазора на лагера. Тъй като това въртене се извършва с честота, по-ниска от работната скорост на машината (1×), то представлява субсинхронен вибрация — и тъй като се самовъзбужда, не се нуждае от външна задвижваща сила, за да се поддържа.
1. Определение: Какво представлява Oil Whirl?
Не харесвам дисбаланс, което е синхронно (1×) принудителна вибрация, масленият вихър е самовъзбуждаща се вибрация: енергията, която го задвижва, идва от равномерното въртене на самия вал, предавано чрез маслената пленка на лагера. Тази разлика е важна от диагностична гледна точка, тъй като самовъзбуждащите се нестабилности могат да възникнат внезапно, да нарастват бързо и не могат да бъдат „компенсирани“ по същия начин, по който може да бъде компенсиран дисбаланс от 1×.
2. Характеристики на Oil Whirl
Вихровото движение на маслото има няколко ясно различими характеристики в данните за вибрациите:
- Честота: най-характерната особеност е пик с голяма амплитуда при честота, малко по-малка от половината на скоростта на движение — обикновено между 0.4× and 0.48× (40% до 48% от скоростта на вала). При машина, работеща при 3000 об./мин (50 Hz), маслената вихрушка би се появила при около 1200–1440 об./мин (20–24 Hz).
- Посока: вибрацията е предимно радиална (хоризонтална и вертикална) и често е силно насочена.
- Орбитален парцел: изобразен на орбитален график в X–Y координатна система сонди за близост, масленият вихър се проявява като голяма, прецесираща напред, често деформирана (некръгла) орбита, съдържаща една-единствена ясно очертана вътрешна спирала.
- Поведение: масленият вихър не е обвързан с фиксирана честота. Когато машината ускорява работата си, честотата на вихъра я следва, като винаги поддържа характерното съотношение от ~0,4–0,48 спрямо новата работна скорост. Това поведение на проследяване на скоростта е основната разлика спрямо структурен резонанс, която работи на фиксирана честота, независимо от скоростта на вала.
За да се отразят тези характеристики точно, е необходимо да се извърши многоканално измерване с фазова референция. А каскаден график взети по време на Разбег или крайбрежие е особено показателно, тъй като се забелязва, че пикът на подсинхронната честота се променя в синхрон със скоростта на движение, вместо да остава постоянен.
3. Механизмът: Как възниква масленото завихряне?
Масленият вихър възниква в резултат на динамиката на хидродинамичния маслен клин, който поддържа вала в лагера с плъзгаща повърхност. При нормална работа въртящият се вал вкарва масло в клиновидната междина, създавайки поле на налягане, което повдига и поддържа вала. Валът не се намира в центъра на лагера, а се движи леко изместен, под ъгъл спрямо линията на натоварване.
Маслото в този клин циркулира около лагера с приблизително половината от повърхностната скорост на вала — именно затова получената нестабилност е малко под 0,5×. Ако лагерът е слабо натоварен или има прекомерно разрешение, стабилизиращите сили отслабват. Тогава дори и малко сътресение може да доведе до „захващане“ на вала от циркулиращия маслен филм, който започва да го движи по кръгова траектория около лагера. Резултатът е самоподдържаща се вибрация, която може да достигне много голяма амплитуда, често ограничавана единствено от самия лагер — при което валът започва да допира повърхността на лагера.
4. Маслена пяна: по-тежката форма
Ако машината ускори до степен, при която честотата на въртене на маслото (~0,4–0,48×) съвпадне с една от честотите на ротора собствени честоти — a критична скорост — състоянието се влошава драстично. Това се нарича масло камшик, крайният елемент на по-широката whirl-and-whip група нестабилности.
- Фиксирана честота: вибрацията „се синхронизира“ с собствената честота на ротора и вече не се усилва при по-нататъшното ускоряване на машината.
- Висока амплитуда: резонансните условия водят до изключително висока амплитуда.
- Опасност: „ойл уип“ е изключително опасно и нестабилно състояние, което може да доведе до катастрофална повреда, включително изтриване на лагерите и сериозни триене на ротора.
5. Чести причини и решения
- Причини: леко натоварени лагери, прекалено голям лагерно зазор, твърде ниска вискозитет на маслото, прекалено високо налягане на подаваното масло или конструкция на машината, при която критичната скорост е приблизително два пъти по-висока от работната скорост (така че роторът достига критичната си скорост точно в момента, в който се достига честотата на вибрациите).
- Решения: Мерките за отстраняване на проблема са насочени към нарушаване на нестабилния маслен филм. Възможните решения включват увеличаване на натоварването на лагера, коригиране на вискозитета на маслото и препроектиране на лагера с геометрия, предотвратяваща въртенето — с елиптична форма на отвора, преграда за налягане или многолопастна и с накланящи се лопатки дизайни, които нарушават симетричното разпространение на филма. Монтиране на амортисьор с пресован филм може да допринесе за стабилизиращо амортизиране при някои машини.
Потвърждаването на диагнозата на място означава измерване на субсинхронния пик и неговата фаза, както и изключване на синхронните причини — дисбаланс и несъответствие — първо. Преносим двуканален анализатор, като например Балансет-1а улавя амплитудата и фаза across the вибрационен спектър и проверява дали компонентът 1× е в норма; ако остатъчният 1× е чист, но все пак се наблюдава силен пик от ~0,45×, който проследява скоростта, проблемът се състои в нестабилност на масления филм, като например маслено завихряне, а не в неизправност на баланса — и решението се крие в лагера, а не в коригиращите тежести. Характерните честоти на нестабилност могат да бъдат сравнени с Калкулатор за честотата на вихровите и ударните явления в маслените лагери.
