Understanding Oil Whirl
Oil whirl is a type of self-excited, unstable vibration that occurs in machines fitted with fluid-film (journal) bearings — large turbines, compressors and pumps among them. It is a form of fluid-induced instability in which the oil film supporting the shaft begins to push the shaft around the bearing clearance in a forward circular motion. Because this whirling occurs at a frequency below the machine’s running speed (1×), it is a sub-synchronous vibration — and, being self-excited, it does not require an external forcing function to sustain it.
1. Definition: What is Oil Whirl?
Unlike unbalance, which is a synchronous (1×) জোর প্রয়োগকৃত কম্পন, oil whirl is a স্ব-উত্তেজিত কম্পন: যে শক্তি এটিকে চালিত করে তা শ্যাফটের স্থির ঘূর্ণন থেকে আসে, যা বিয়ারিং অয়েল ফিল্মের মাধ্যমে সরবরাহ করা হয়। এই পার্থক্য নির্ণয়মূলক দৃষ্টিকোণ থেকে গুরুত্বপূর্ণ, কারণ স্ব-উত্তেজিত অস্থিরতা হঠাৎ প্রদর্শিত হতে পারে, দ্রুত বৃদ্ধি পেতে পারে, এবং ১× অসন্তুলনের মতো “ভারসাম্যহীন” করা যায় না।
২। অয়েল হোয়ার্লের বৈশিষ্ট্যসমূহ
অয়েল হোয়ার্লের কম্পন ডেটায় বেশ কয়েকটি স্বতন্ত্র, চিহ্নিতযোগ্য স্বাক্ষর রয়েছে:
- Frequency: সবচেয়ে বিশিষ্ট বৈশিষ্ট্য হল চলমান গতির অর্ধেকের চেয়ে কিছুটা কম ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি বৃহৎ-প্রশস্ততার শীর্ষ — সাধারণত মধ্যবর্তী 0.4× and 0.48× (শ্যাফট গতির ৪০% থেকে ৪৮%)। ৩০০০ RPM (৫০ Hz) এ চলমান একটি মেশিনে, অয়েল হোয়ার্ল প্রায় ১২০০–১৪৪০ RPM (২০–২৪ Hz) এ প্রদর্শিত হবে।
- Direction: কম্পন প্রাথমিকভাবে রেডিয়াল (অনুভূমিক এবং উল্লম্ব) এবং প্রায়ই দৃঢ়ভাবে দিক-নিরদেশক।
- Orbit plot: X–Y থেকে একটি অর্বিট প্লটে দেখলে প্রক্সিমিটি প্রোব, অয়েল হোয়ার্ল একটি বৃহৎ, এগিয়ে-অগ্রগামী, প্রায়ই বিকৃত (অ-বৃত্তাকার) অর্বিট হিসাবে প্রদর্শিত হয় যাতে একটি একক সুসংজ্ঞায়িত অভ্যন্তরীণ লুপ রয়েছে।
- Behaviour: oil whirl is not tied to a fixed frequency. As the machine speeds up, the whirl frequency tracks it, always holding the characteristic ~0.4×–0.48× ratio of the new running speed. This speed-tracking behaviour is the key differentiator from a কাঠামোগত অনুরণন, যা শ্যাফট গতি নির্বিশেষে একটি স্থির ফ্রিকোয়েন্সিতে থাকে।
এই বৈশিষ্ট্যগুলি পরিষ্কারভাবে ক্যাপচার করা পর্যায়-রেফারেন্সড, মাল্টি-চ্যানেল পরিমাপ প্রয়োজন। একটি ক্যাসকেড (জলপ্রপাত) প্লট taken during a run-up বা coastdown বিশেষভাবে প্রকাশক, কারণ সাব-সিঙ্ক্রোনাস শীর্ষ চলমান গতির সাথে মিছিল করতে দেখা যায় বরং স্থির থাকে না।
३। প্রক্রিয়া: অয়েল হোয়ার্ল কীভাবে ঘটে?
অয়েল হোয়ার্ল জার্নাল বিয়ারিং-এ শ্যাফটকে সমর্থন করে এমন হাইড্রোডাইনামিক অয়েল ওয়েজের গতিশীলতা থেকে উদ্ভূত হয়। সাধারণ অপারেশনে ঘূর্ণনশীল শ্যাফট একটি ওয়েজ-আকৃতির ফাঁকে অয়েল টেনে আনে, একটি চাপের ক্ষেত্র তৈরি করে যা শ্যাফটকে উঠায় এবং সমর্থন করে। শ্যাফট বিয়ারিং-এর কেন্দ্রে বসে না বরং লোড লাইনে একটি সামান্য অফসেট, একটি দৃষ্টিভঙ্গি কোণে চড়ে।
সেই ওয়েজের মধ্যে অয়েল নিজেই শ্যাফটের পৃষ্ঠের গতির প্রায় অর্ধেক গতিতে বিয়ারিং-এর চারপাশে প্রচলিত হচ্ছে — যা ঠিক কেন ফলস্বরূপ অস্থিরতা ০.৫× এর ঠিক নিচে প্রদর্শিত হয়। যদি বিয়ারিং হালকা লোড করা হয় বা অতিরিক্ত clearance, স্থিতিশীল করার শক্তি দুর্বল হয়ে যায়। একটি ছোট বিঘ্ন শ্যাফটকে “ক্যাপচার” করতে দিতে পারে সঞ্চালিত ফিল্মের দ্বারা, যা এটিকে বিয়ারিং-এর চারপাশে একটি বৃত্তাকার পথে চালিত করতে শুরু করে। ফলাফল একটি স্ব-টেকসই কম্পন যা খুব উচ্চ প্রশস্ততায় বৃদ্ধি পেতে পারে, প্রায়ই শুধুমাত্র বিয়ারিং ক্লিয়ারেন্স দ্বারা সীমাবদ্ধ — যেই পয়েন্টে শ্যাফট বিয়ারিং পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ শুরু করে।
४। অয়েল হোয়িপ: আরও গুরুতর ফর্ম
If the machine accelerates to the point where the oil-whirl frequency (~0.4×–0.48×) coincides with one of the rotor’s প্রাকৃতিক ফ্রিকোয়েন্সি — a critical speed — অবস্থা নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায়। এটি বলা হয় oil whip, বৃহত্তর whirl-and-whip অস্থিরতার পরিবারের সহিংস চূড়ান্ত-সদস্য।
- লক করা ফ্রিকোয়েন্সি: কম্পন "রোটরের স্বাভাবিক ফ্রিকোয়েন্সিতে আটকে যায়" এবং মেশিনের গতি আরও বৃদ্ধির সাথে সাথে আর বাড়ে না।
- উচ্চ বিস্তার: অনুরণন অবস্থা বিস্তারকে অত্যন্ত উচ্চ পর্যায়ে নিয়ে যায়।
- Danger: তেল ঘূর্ণন একটি অত্যন্ত বিপজ্জনক, অস্থিতিশীল অবস্থা যা বিয়ারিং নির্মোচন এবং গুরুতর ক্ষতি সহ বিপর্যয়মূলক ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করতে পারে rotor rub.
৫. সাধারণ কারণ এবং সমাধান
- Causes: হালকা লোডযুক্ত বিয়ারিং, অত্যধিক বিয়ারিং ক্লিয়ারেন্স, অত্যন্ত কম সান্দ্রতার তেল, অত্যধিক তেল সরবরাহ চাপ, বা একটি মেশিন ডিজাইন যা চলমান গতির প্রায় দ্বিগুণে একটি গুরুত্বপূর্ণ গতি স্থাপন করে (যাতে রোটর সঠিকভাবে সেখানে পৌঁছায় যেখানে ঘূর্ণন ফ্রিকোয়েন্সি আসে)।
- Solutions: প্রতিকারগুলি অস্থিতিশীল তেল ফিল্মকে ব্যাহত করার লক্ষ্যে রাখে। বিকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে বিয়ারিং লোড বৃদ্ধি, তেল সান্দ্রতা সংশোধন, এবং বিরোধী-ঘূর্ণন জ্যামিতি সহ বিয়ারিং পুনর্নির্ধারণ — লেমন-বোর (উপবৃত্তাকার), চাপ-বাঁধ, বা বহু-খণ্ড এবং ঝুলন্ত-প্যাড ডিজাইন যা প্রতিসম ফিল্ম সঞ্চালন ভেঙে দেয়। ফিটিং একটি স্কুইজ-ফিল্ম ড্যাম্পার কিছু মেশিনে স্থিতিশীলতা অবচয় যোগ করতে পারে।
ক্ষেত্রে একটি নির্ণয়ের নিশ্চয়তা দেওয়ার অর্থ হল উপ-সিঙ্ক্রোনাস শিখর এবং এর পর্যায় পরিমাপ করা, এবং সিঙ্ক্রোনাস অপরাধীদের নির্মূল করা — ভারসাম্যহীনতা এবং misalignment — প্রথম। Balanset এর মতো একটি পোর্টেবল দুই-চ্যানেল বিশ্লেষক ব্যালানসেট-১এ বিস্তার এবং phase across the কম্পন স্পেকট্রাম and verifies whether the 1× component is acceptable; if the residual 1× is clean yet a strong ~0.45× peak persists and tracks speed, the problem is a fluid-film instability such as oil whirl, not a balance fault — and the fix lies in the bearing, not in correction weights. The characteristic instability frequencies can be cross-checked with a জার্নাল বিয়ারিং (তেল ঘূর্ণন ও তেল ঘূর্ণন) ফ্রিকোয়েন্সি ক্যালকুলেটর.
