Pochopení víru rotoru a nestability bičů

Definice: Co je to Whirl a Whip?

Olejový vír a Olejový šlehač jsou dvě související a velmi nebezpečné formy sebevzrušení, subsynchronní vibrace, které se vyskytují u vysokorychlostních rotačních strojů vybavených fluidními (radiálními) ložisky. Nejedná se o vynucené vibrace způsobené problémy, jako je nevyváženost, ale o nestability rotoru kde samotný pohyb rotoru generuje síly, které udržují a zesilují vibrace. Oba jsou charakterizovány „vířením“ hřídele rotoru – precesí vpřed po velké oběžné dráze – uvnitř vůle ložiska.

Mechanismus: Jak se to děje?

V ložisku s fluidním filmem je rotující hřídel podepřena vysokotlakým olejovým klínem. Hřídel se nenachází uprostřed ložiska, ale pohybuje se po jedné straně. Jak je olej unášen hřídelí, cirkuluje samotný olej průměrnou rychlostí o něco menší než polovina obvodové rychlosti hřídele.

Olejový vír nastává, když tento cirkulující olejový film začne „tlačit“ hřídel kolem ložiska, což způsobuje jeho precesní pohyb po velké dopředné oběžné dráze. Frekvence tohoto víření je určena průměrnou rychlostí olejového filmu, která se obvykle pohybuje mezi 42% a 48% otáček hřídele (0,42x až 0,48x)Toto je klasický subsynchronní vibrační podpis.

Olejový vír: Předchůdce

Olejový vír je často počáteční fází nestability. Jeho charakteristiky jsou:

• Frekvence: Objevuje se jako zřetelný vrchol ve spektru FFT mezi 0,42x a 0,48x ot./min.
• Chování: Frekvence víru *se bude zvyšovat* se zvyšující se rychlostí stroje a vždy zůstane v rozsahu ~45%.
• Závažnost: Může způsobovat vysoké, ale někdy stabilní vibrace. Může se objevit nebo zmizet se změnou zatížení stroje, rychlosti nebo teploty oleje. I když je nežádoucí, ne vždy je okamžitě destruktivní.

Oil Whip: Kritické nebezpečí

Olejový šlehač je mnohem závažnější a nebezpečnější stav, který vzniká v důsledku olejového víru. Nastává, když se rychlost stroje zvýší do bodu, kdy se frekvence olejového víru (při ~45% provozní rychlosti) vyrovná frekvenci rotoru první vlastní frekvence (jeho první kritická rychlost).

Když k tomu dojde, olejový vír se „zachytí“ na vlastní frekvenci rotoru a vyvolá rezonanci. Charakteristiky olejového víru jsou:

• Frekvence: Frekvence vibrací se „uzamkne“ na první vlastní frekvenci rotoru a *dále se nezvyšuje*, i když stroj dále zrychluje.
• Amplituda: Amplituda vibrací se velmi zvětšuje a stává se prudkou a nestabilní.
• Chování: Olejový šleh je extrémně destruktivní a dalším zvyšováním otáček nezmizí. Může způsobit katastrofální poškození ložisek, těsnění a samotného rotoru ve velmi krátkém čase.

Rychlost, při které se začíná šlehat, je obvykle něco málo přes dvojnásobek první kritické rychlosti rotoru. Stroj, u kterého dochází k šlehání oleje, vyžaduje okamžité vypnutí.

Jak identifikovat vír a bič

• Spektrální analýza: Hledejte silný subsynchronní vrchol. Pokud se během rozběhu frekvence vrcholu zvyšuje s rychlostí, jedná se o vír. Pokud se frekvence vrcholu v určitém bodě „zploští“, zatímco vrchol 1x provozní rychlosti nadále roste, přešel do stavu „whip“ (švih).
• Orbitální graf: Oběžná dráha hřídele bude velká, dopředně se pohybující kružnice nebo elipsa, často s překrývající se vibrací rychlosti 1x, čímž se vytvoří dojem „smyčky ve smyčce“.
• Vodopádový pozemek: Nejjasnější možný obraz poskytuje vodopádový graf ze spouštěcího testu, který ukazuje, jak se frekvence olejového víru zvyšuje s rychlostí, dokud se neprotne s první vlastní frekvencí a nepřejde do olejového šlehu.

Příčiny a řešení

Tyto nestability jsou složité a jsou ovlivněny konstrukcí ložiska, geometrií rotoru, viskozitou oleje, teplotou a zatížením. Nejsou způsobeny nevyvážeností a nelze je opravit vyvážením. Řešením jsou obvykle změny na úrovni konstrukce, například:

• Změna konstrukce ložiska na stabilnější (např. ložisko s naklápěcími ploškami).
• Změna viskozity nebo teploty oleje.
• Zvýšení zatížení ložiska.
• Zavedení prvků, jako jsou drážky nebo přepážky, do ložiska, které naruší obvodový tok oleje.

← Zpět na hlavní index