Pochopení turbulence ve vibrační analýze

Definice: Co je turbulence?

V kontextu vibrační analýzy, turbulence označuje chaotický, náhodný a nestabilní tok tekutiny (kapaliny nebo plynu) strojem, jako je čerpadlo, ventilátor nebo turbína. Tento nepravidelný tok vytváří kolísání tlaku, které působí jako vynucovací funkce a vyvolávají nízkofrekvenční, náhodné vibrace v konstrukci stroje.

Na rozdíl od diskrétních, periodických sil způsobených nevyváženost nebo nesouosost, vibrace z turbulence se nevyskytují na jediné, ostré frekvenci. Místo toho se jeví jako „hrb“ širokopásmové, nesynchronní energie v Spektrum FFT.

Charakteristiky turbulentních vibrací

• Frekvence: Jedná se o nízkofrekvenční jev, který se obvykle vyskytuje pod 10–20 Hz a hluboko pod rychlostí chodu stroje.
• Povaha širokopásmového připojení: Nevytváří ostrý, zřetelný vrchol. Místo toho zvyšuje šumovou podlahu v nízkofrekvenční oblasti spektra, často popisovanou jako „náhodný hrb“ nebo „kupka sena“.
• Náhodné a neperiodické: Vibrace není stálá. Amplituda a fáze neustále a náhodně kolísají. Při pohledu v časový průběh, jeví se jako chaotický, neopakující se signál.
• Směr: Vibrace jsou obvykle radiální a mohou se vyskytovat v horizontálním i vertikálním směru.

Časté příčiny turbulence

Turbulence je hydraulický nebo aerodynamický problém způsobený narušením plynulého a plánovaného proudění kapaliny. Mezi běžné příčiny patří:

• Provoz mimo bod nejvyšší účinnosti (BEP): Čerpadla a ventilátory jsou navrženy tak, aby fungovaly nejefektivněji a nejplynuleji v určitém bodě své výkonové křivky. Jejich provoz při výrazně vyšším nebo nižším průtoku, než je bod BEP, způsobí neefektivní tok kapaliny a vytvoří turbulenci.
• Překážky v dráze proudění: Cokoli, co brání nebo narušuje dráhu kapaliny, může způsobit turbulenci. Patří sem špatně navržené potrubí (např. ostré ohyby těsně před sacím otvorem čerpadla), částečně uzavřené ventily, ucpané sítka nebo cizí předměty.
• Strhávání vzduchu nebo kavitace: Přítomnost vzduchových bublin v kapalině (strhávání) nebo tvorba a kolaps bublin páry (kavitace) vytváří vysoce turbulentní a impulzivní podmínky, které generují značné náhodné vibrace.
• Špatná konstrukce jímky nebo vstupu: V čerpadlech může špatně navržená jímka vytvářet víry, které zavádějí vzduch a turbulenci do sání čerpadla.

Diagnóza a diferenciace

Klíčem k diagnostice turbulence je její náhodná, širokopásmová a nízkofrekvenční povaha. Zkušený analytik ji často dokáže identifikovat pozorováním „nestabilní“ a „pulzující“ povahy vibrací samotného stroje.

Je důležité odlišit turbulenci od jiných nízkofrekvenčních problémů:

• Mechanická vůle: Vůle také vytváří širokopásmový šum, ale často se vyznačuje zvýšenou hladinou šumu v celém spektru a zřetelnými harmonickými složkami rychlosti jízdy, které v čisté turbulenci chybí.

– Olejový vír: Jedná se o zřetelný subsynchronní vrchol při ~0,4-0,48X, nikoli o široký hrb náhodné energie.

– Tření: Tření může generovat široký rozsah frekvencí, ale často obsahuje mnoho vysokofrekvenčních harmonických a subharmonických a časový průběh může vykazovat zkrácené nebo oříznuté vrcholy.

Vzhledem k tomu, že turbulence je problém související s procesem, nikoli mechanická závada, řešení obvykle zahrnuje opravu provozního problému nebo problému s návrhem systému. To může zahrnovat úpravu provozního bodu čerpadla nebo ventilátoru, otevření ventilů, čištění sít nebo úpravu konstrukce potrubí.

← Zpět na hlavní index