Разбиране на турбулентността при вибрационния анализ

Определение: Какво е турбулентност?

В контекста на вибрационния анализ, турбуленция отнася се до хаотичния, случаен и нестабилен поток на флуид (течност или газ) през машина, като например помпа, вентилатор или турбина. Този хаотичен поток създава колебания на налягането, които действат като форсираща функция, предизвиквайки нискочестотна, случайна вибрация в структурата на машината.

За разлика от дискретните, периодични сили, причинени от дисбаланс или несъответствие, вибрацията от турбулентността не се проявява с една-единствена, остра честота. Вместо това, тя се появява като „гърбица“ от широколентова, несинхронна енергия в FFT спектър.

Характеристики на турбулентните вибрации

• Честота: Това е нискочестотно явление, обикновено срещащо се под 10-20 Hz и доста под скоростта на работа на машината.
• Характер на широколентовия достъп: Не произвежда остър, отчетлив пик. Вместо това, повишава нивото на шума в нискочестотната област на спектъра, често описвана като „случайна гърбица“ или „купа сено“.
• Случайни и непериодични: Вибрацията не е постоянна. Амплитудата и фазата се променят постоянно и произволно. Когато се гледа в времева вълна, той се появява като хаотичен, неповтарящ се сигнал.
• Посока: Вибрацията обикновено е радиална и може да се проявява както в хоризонтална, така и във вертикална посока.

Чести причини за турбулентност

Турбуленцията е хидравличен или аеродинамичен проблем, причинен от нарушения на плавния, проектиран поток на флуида. Често срещани причини включват:

• Работа извън точката на най-добра ефективност (BEP): Помпите и вентилаторите са проектирани да работят най-ефективно и плавно в определена точка от кривата на тяхната производителност. Работата им със значително по-висок или по-нисък дебит от най-добрата работна температура (BEP) ще доведе до неефективно протичане на флуида, създавайки турбуленция.
• Препятствия по пътя на потока: Всичко, което възпрепятства или нарушава пътя на флуида, може да причини турбуленция. Това включва лошо проектирани тръбопроводи (напр. остри завои точно преди смукателния отвор на помпата), частично затворени клапани, запушени цедки или чужди предмети.
• Увличане на въздух или кавитация: Наличието на въздушни мехурчета в течност (увличане) или образуването и свиването на парни мехурчета (кавитация) създава силно турбулентни и импулсивни условия, които генерират значителни произволни вибрации.
• Лош дизайн на картера или входа: В помпите, лошо проектираният картер може да създаде вихри, които вкарват въздух и турбуленция в смукателния отвор на помпата.

Диагноза и диференциация

Ключът към диагностицирането на турбуленцията е нейният случаен, широколентов и нискочестотен характер. Опитен анализатор често може да я идентифицира, като наблюдава „нестабилния“ и „пулсиращ“ характер на вибрациите на самата машина.

Важно е да се разграничава турбуленцията от други нискочестотни проблеми:

• Механична хлабавост: Разхлабеността също създава широколентов шум, но често се характеризира с повишен шумов под в целия спектър и отчетливи хармоници на скоростта на движение, които липсват при чиста турбулентност.

– Маслен вихър: Това е отчетлив субсинхронен пик при ~0.4-0.48X, а не широка гърбица от произволна енергия.

– Триене: Триенето може да генерира широк диапазон от честоти, но често включва много високочестотни хармоници и подхармоници, а времевата форма на вълната може да показва отрязани или изрязани пикове.

Тъй като турбуленцията е проблем, свързан с процеса, а не механична повреда, решението обикновено включва коригиране на оперативния или системния проблем. Това може да включва регулиране на работната точка на помпата или вентилатора, отваряне на клапани, почистване на цедките или промяна на конструкцията на тръбопроводите.

← Обратно към основния индекс