Разбиране на вихрушката на ротора и нестабилността на камшика

Определение: Какво представляват Whirl и Whip?

Маслен вихър и Маслен камшик са две свързани и силно опасни форми на самовъзбуждане, субсинхронен вибрации, които възникват във високоскоростни въртящи се машини, оборудвани с флуидно-слойни (плъзгащи) лагери. Те не са принудителни вибрации, причинени от проблеми като дисбаланс, а са нестабилност на ротора където движението на самия ротор генерира силите, които поддържат и увеличават вибрацията. И двете се характеризират с „въртене“ на роторния вал – прецесиращо движение напред в голяма орбита – в рамките на лагерната си хлабина.

Механизмът: Как се случва това?

В лагер с флуиден филм, въртящият се вал се поддържа от маслен клин под високо налягане. Валът не е в центъра на лагера, а се движи от едната страна нагоре. Тъй като маслото се движи от вала, самото масло циркулира със средна скорост малко по-малка от половината от скоростта на повърхността на вала.

Маслен вихър възниква, когато този циркулиращ маслен филм започне да „избутва“ вала около лагера, карайки го да се върти прецесионно в голяма, напред орбита. Честотата на това вихрушка се определя от средната скорост на масления филм, която обикновено е между 42% и 48% на скоростта на въртене на вала (0,42x до 0,48x)Това е класическа субсинхронна вибрационна сигнатура.

Маслен вихър: Предшественикът

Масленият вихър често е началният етап на нестабилността. Неговите характеристики са:

• Честота: Появява се като отчетлив пик в FFT спектъра между 0,42x и 0,48x RPM.
• Поведение: Честотата на вихрушката *ще се увеличава* с увеличаване на скоростта на машината, като винаги ще остава в диапазона ~45%.
• Тежест: Може да причини силна, но понякога стабилна вибрация. Може да се появи или изчезне при промяна на натоварването на машината, скоростта или температурата на маслото. Макар и нежелателна, не винаги е незабавно разрушителна.

Маслен камшик: Критичната опасност

Маслен камшик е далеч по-тежко и опасно състояние, което се развива от маслен вихър. То възниква, когато скоростта на машината се увеличи до точка, при която честотата на масления вихър (при ~45% скорост на работа) стане равна на честотата на ротора. първа естествена честота (първата му критична скорост).

Когато това се случи, масленият вихър се „заключва“ в естествената честота на ротора и възбужда резонанс. Характеристиките на масления вихър са:

• Честота: Честотата на вибрациите се „фиксира“ на първата собствена честота на ротора и *не се увеличава допълнително*, дори когато машината продължава да ускорява.
• Амплитуда: Амплитудата на вибрациите нараства много голяма и става силна и нестабилна.
• Поведение: Масленият шок е изключително разрушителен и няма да изчезне с по-нататъшно увеличаване на скоростта. Той може да причини катастрофални повреди на лагерите, уплътненията и самия ротор за много кратко време.

Скоростта, при която започва масленият хаос, обикновено е малко над два пъти по-висока от първата критична скорост на ротора. Машина, в която се наблюдава маслен хаос, изисква незабавно спиране.

Как да разпознаем вихрушката и камшика

• Спектрален анализ: Търсете силен субсинхронен пик. По време на стартиране, ако честотата на пика се увеличава със скоростта, това е вихър. Ако честотата на пика се „изравни“ в определена точка, докато пикът на 1x скорост на работа продължава да се увеличава, той е преминал към пиков пик.
• Орбитален график: Орбитата на вала ще бъде голям, прецесиращ напред кръг или елипса, често с наложена вибрация от скоростта на движение 1x, създавайки вид на „примка към примката“.
• Парцел с водопад: Диаграма на водопад от тест при стартиране предоставя най-ясната възможна картина, показвайки честотата на масления вихър, нарастваща със скоростта, докато не се пресече с първата естествена честота и не премине в маслен камшик.

Причини и решения

Тези нестабилности са сложни и се влияят от конструкцията на лагера, геометрията на ротора, вискозитета на маслото, температурата и натоварването. Те не са причинени от дисбаланс и не могат да бъдат отстранени чрез балансиране. Решенията обикновено са промени на ниво конструкция, като например:

• Преминаване към по-стабилна конструкция на лагера (напр. лагер с накланяща се подложка).
• Промяна на вискозитета или температурата на маслото.
• Увеличаване на натоварването на лагера.
• Въвеждане на елементи като канали или прегради в лагера, за да се наруши периферният поток на маслото.

← Обратно към основния индекс