Pochopení ropného víru

Definice: Co je to olejový vír?

Olejový vír je typ samobuzené, nestabilní vibrace, ke které dochází u strojů vybavených ložisky s kapalinovým filmem (radiálními ložisky), jako jsou velké turbíny, kompresory a čerpadla. Jedná se o formu nestability vyvolané kapalinou, kdy olejový film podpírající hřídel začne tlačit hřídel kolem vůle ložiska v dopředném kruhovém pohybu. Tento „vířivý“ pohyb je subsynchronní vibrace, což znamená, že k nim dochází s frekvencí nižší, než je provozní rychlost stroje (1X).

Charakteristika olejového víru

Olejový vír má v datech o vibracích několik odlišných a identifikovatelných charakteristik:

• Frekvence: Nejvýraznějším rysem je vibrační vrchol s velkou amplitudou na frekvenci o něco menší než polovina rychlosti jízdy, obvykle mezi 0,4násobek a 0,48násobek (tj. 40% až 48% otáček hřídele). Například u stroje běžícího při 3000 ot./min (50 Hz) by se olejový vír objevil přibližně při 1200–1440 ot./min (20–24 Hz).
• Směr: Vibrace jsou primárně radiální (horizontální a vertikální) a často jsou velmi směrové.
• Orbitální graf: Při pohledu na oběžnou dráhu z XY sond se olejový vír jeví jako velká, dopředně se pohybující a často deformovaná (nekruhová) oběžná dráha s jedinou, dobře definovanou vnitřní smyčkou.
• Chování: Víření oleje není vázáno na konkrétní rychlost. Pokud se rychlost stroje zvýší, zvýší se i frekvence víru, přičemž si vždy zachová svůj charakteristický poměr ~0,4X – 0,48X nové provozní rychlosti. To je klíčový rozdíl oproti strukturální rezonanci, která se vyskytuje při pevné frekvenci bez ohledu na rychlost hřídele.

Mechanismus: Jak dochází k víření oleje?

Víření oleje je způsobeno dynamikou hydrodynamického olejového klínu, který podpírá hřídel v radiálním ložisku. Za normálního provozu rotující hřídel vtahuje olej do klínovité mezery, čímž vytváří tlakové pole, které hřídel zvedá a podpírá. Hřídel se nenachází ve středu ložiska, ale je mírně posunuta.

Olej v tomto klínu také cirkuluje kolem ložiska zhruba poloviční rychlostí, než je rychlost hřídele. Pokud je ložisko lehce zatíženo nebo má nadměrnou vůli, mohou být stabilizační síly slabé. Malé narušení může způsobit, že hřídel bude „zachycena“ cirkulujícím olejovým filmem, který pak začne hřídel tlačit po kruhové dráze kolem ložiska. To vytváří samoudržující vibrace, které mohou narůstat do velmi vysokých amplitud, často omezených pouze samotnou vůlí ložiska (tj. hřídel začne narážet do ložiska).

Olejový bič: Závažnější forma

Pokud se rychlost stroje zvýší do bodu, kdy se frekvence olejového víru (~0,4X – 0,48X) shoduje s jednou z vlastních frekvencí rotoru (a kritická rychlost), stav se stává mnohem závažnějším. Tomu se říká olejový šlehač.

• Uzamčená frekvence: Vibrace se „zafixují“ na vlastní frekvenci rotoru a s rostoucí rychlostí stroje se dále nezvyšují.
• Vysoká amplituda: Rezonanční stav způsobuje, že amplituda vibrací se stává extrémně vysokou a často destruktivní.
• Nebezpečí: Olejový bič je velmi nebezpečný a nestabilní stav, který může vést ke katastrofálnímu selhání stroje.

Časté příčiny a řešení

• Příčiny: Lehce zatížená ložiska, nadměrná vůle ložiska, nesprávná viskozita oleje (příliš nízká), vysoký tlak oleje nebo konstrukce stroje, která stanoví kritické otáčky přibližně na dvojnásobek provozních otáček.

– Řešení: Řešení se zaměřují na narušení nestabilního olejového filmu. To může zahrnovat zvýšení zatížení ložiska, změnu viskozity oleje nebo úpravu konstrukce ložisek tak, aby měla prvky proti víření (např. citronový otvor, přetlaková přepážka nebo ložiska s naklápěcími destičkami).

← Zpět na hlavní index