Обяснение на субсинхронните и синхронните вибрации
Субсинхронна вибрация е всяка съставна част на вибрацията, чиято честота е less than основната работна скорост на машината (1×), а нейният външен вид е един от най-сериозните сигнали, които една въртяща се машина може да подаде. За да разберем защо, е полезно да я сравним с нейната противоположност: синхронна вибрация, която следи въртенето на вала при точно определени целочислени кратни на работната скорост. Разликата не е чисто теоретична — тя разграничава обичайните неизправности, които могат да се отстранят механично, от самовъзбуждащите се нестабилности, които изискват препроектиране или незабавно спиране. В тази статия се дава определение на двата термина, изброяват се обичайните причини и се показва как да ги разграничим в Бързо преобразуване (FFT) спектър.
1. Какво представляват синхронните вибрации?
Синхронните вибрации възникват при честота, която е цяло число, кратно на скоростта на въртене на вала — те са „в синхрон“ с въртенето. Това е безспорно най-разпространената категория вибрации при машините.
- Вибрация точно в работна скорост (1×) е синхронно.
- Вибрациите при двойна скорост (2×), тройна скорост (3×) и т.н. също са синхронни и обикновено се наричат хармоници на скоростта на движение.
Повечето често срещани неизправности се проявяват по този начин. Дисбаланс, несъответствиеи механична хлабина всички те предизвикват синхронни вибрации. Дисбалансът, например, винаги се проявява при 1× оборота в минута и следва точно всяка промяна в скоростта — удвойте оборотите и пикът на дисбаланса просто се премества към новата честота 1×. Тъй като въздействието е обвързано с ъгъла на вала, това са класически принудителни вибрации.
2. Какво представляват субсинхронните вибрации?
Подсинхронните вибрации възникват при честота под 1× — префиксът „sub-“ означава просто „под“. Значително субсинхронно съдържание често е сериозен предупредителен знак, тъй като обикновено се дължи на самовъзбуждащи се, нестабилни роторно-динамични явления, а не на обикновен механичен дефект. Ключовата разлика е източникът на енергията: при синхронни повреди външна геометрична грешка задвижва ротора веднъж на оборот, докато при субсинхронна нестабилност задвижващата сила се генерира от движението на самия ротор взаимодействайки с лагерите или уплътненията си. Именно тази обратна връзка превръща тези условия в отличителен белег на нестабилност на ротора.
3. Чести причини за субсинхронни вибрации
Подсинхронните вибрации представляват сериозен проблем при високоскоростните турбомашини, работещи в условията на течна смазка лагери на плъзгащи се лагери.
3.1 Масленo вихрене
Това е най-често срещаната форма на субсинхронна нестабилност. При лагерите с течен филм хидродинамичният маслен филм, който поддържа вала, може да започне да циркулира и да изтласква вала пред себе си – явление, известно като маслен вихър. Тъй като средната скорост на масления филм е малко по-малка от половината от скоростта на повърхността на вала, получената вихър изглежда, че е около 0,42 до 0,48 пъти скоростта на бягане (0,42–0,48×). Масленото завихряне често зависи от натоварването и температурата и може да се появява или изчезва при промяна на натоварването на лагера, температурата на маслото или скоростта.
3.2 Маслен удар
„Масленият бич“ е по-тежко и опасно развитие на масления вихър. Той възниква, когато честотата на вихъра се повиши до нивото на първата собствена честота на ротора, след което се „фиксира“ върху нея, или критична скорост. След като се достигне състояние на блокиране, амплитудата на субсинхронните вибрации може да нарасне значително и няма да изчезне с увеличаването на скоростта; вместо това вибрациите остават фиксирани на честотата на критичната скорост, дори когато машината продължава да ускорява. Това състояние на блокиране и ескалация — тясно свързано с камшик на вала — е изключително разрушително и обикновено изисква незабавно изключване.
3.3 Триене между ротора и статора
Контакт между ротора и неподвижна част — а триене на ротора — може също да предизвика субсинхронни вибрации, често при цели дробни части от работната скорост, като например 0.5×. Чист сигнал от 0,5× е класически признак за триене, което предизвиква отскачане на ротора веднъж на всеки две оборота. Други причини за sub-harmonic Отговорът включва значителна нестабилност и определени нелинейности, предизвикани от триене.
4. Разграничаването им в спектъра на ФФТ
Разделянето на двете семейства на спектър до голяма степен зависи от това къде се намират върховете спрямо 1×:
- Синхронни пикове: намерете пика при 1× RPM (работна скорост) и потърсете пикове при точното цяло числово кратно — 2×, 3× и т.н.
- Подсинхронни пикове: обърнете внимание на всеки значителен пик, който се появи преди връхът 1× по честотната ос. Връх в близост до 45 % от работната скорост е типичен признак за завихряне на маслото.
Тъй като диагнозата зависи от точното съотношение между пиковата скорост и работната скорост, от съществено значение е да се разполага с точна референтна скорост — дори малки грешки в предполагаемите обороти в минута могат да превърнат въртенето с коефициент 0,48 в нещо неясно. Анализ на поръчките Използването на импулс от тахометъра, отнасящ се към един оборот, премахва тази двусмисленост, като изразява спектъра директно в порядъци на работната скорост.
5. Защо това разграничение е от решаващо значение
От това, коя група разглеждате, зависи целият отговор:
- Синхронни проблеми (като например дисбаланс) са принудителни вибрации и обикновено могат да бъдат отстранени механично — чрез балансиране, подреждане или затягане на крепежни елементи.
- Проблеми със субсинхронните процеси (като например маслена пръчка) са самоподдържащи се колебания или нестабилности. Те сочат към фундаментален проблем в система с роторни лагери и не може да бъде отстранен чрез балансиране. Решенията обикновено включват промяна на конструкцията на лагера (например към лагери с накланящи се подложки), регулиране на температурата или налягането на маслото, увеличаване на натоварването на лагера или модифициране на ротора.
Поради тази причина пикът със субсинхронна честота и голяма амплитуда обикновено се разглежда като по-сериозен сигнал за тревога в сравнение с пик със синхронна честота и същата големина. На практика инженерът първо се уверява, че машината е добре балансирана и центрирана — с помощта на преносим анализатор като Балансет-1а измерва амплитудата 1× и фаза необходимо е да се изключат или отстранят синхронните причини — така че всеки останал в спектъра субсинхронен компонент да може с увереност да се приписва на нестабилност, а не на отстранима механична повреда.
