Forståelse af oliehvirvel

Definition: Hvad er en oliehvirvel?

Oliehvirvel er en type selvophidsende, ustabil vibration, der forekommer i maskiner udstyret med væskefilmslejer (tandlejer), såsom store turbiner, kompressorer og pumper. Det er en form for væskeinduceret ustabilitet, hvor oliefilmen, der understøtter akslen, begynder at skubbe akslen rundt om lejets spillerum i en fremadrettet cirkulær bevægelse. Denne "hvirvlende" bevægelse er en subsynkron vibration, hvilket betyder, at den forekommer ved en frekvens under maskinens driftshastighed (1X).

Karakteristika for oliehvirvel

Oliehvirvel har flere forskellige og identificerbare karakteristika i vibrationsdata:

• Frekvens: Det mest fremtrædende træk er en vibrationstop med stor amplitude ved en frekvens lidt mindre end halvdelen af løbehastigheden, typisk mellem 0,4X og 0,48X (dvs. 40% til 48% af akslens rotationshastighed). For eksempel, i en maskine, der kører ved 3000 o/min (50 Hz), vil der opstå oliehvirvel ved cirka 1200-1440 o/min (20-24 Hz).
• Retning: Vibrationen er primært radial (horisontal og vertikal) og er ofte meget retningsbestemt.
• Orbit plot: Når den ses på et kredsløbsplot fra XY-nærhedssonder, fremstår oliehvirvelen som en stor, fremadrettet præcesserende og ofte forvrænget (ikke-cirkulær) bane med en enkelt, veldefineret intern løkke.
• Opførsel: Oliehvirvelen er ikke bundet til en bestemt hastighed. Hvis maskinens hastighed øges, vil hvirvelens frekvens også stige, og dens karakteristiske forhold på ~0,4X – 0,48X af den nye driftshastighed vil altid blive bevaret. Dette er en vigtig differentiator fra en strukturel resonans, som opstår ved en fast frekvens uanset akselhastigheden.

Mekanismen: Hvordan opstår oliehvirvel?

Oliehvirvel forårsages af dynamikken i den hydrodynamiske oliekile, der understøtter akslen i et leje. Under normal drift trækker den roterende aksel olie ind i et kileformet mellemrum, hvilket skaber et trykfelt, der løfter og understøtter akslen. Akslen sidder ikke i midten af lejet, men er en smule forskudt.

Olien i denne kile cirkulerer også rundt om lejet med omtrent halvdelen af akslens hastighed. Hvis lejet er let belastet eller har for stort spillerum, kan stabiliseringskræfterne være svage. En lille forstyrrelse kan få akslen til at blive "fanget" af den cirkulerende oliefilm, som derefter begynder at skubbe akslen i en cirkulær bane rundt om lejet. Dette skaber en selvopretholdende vibration, der kan vokse til meget høje amplituder, ofte kun begrænset af selve lejets spillerum (dvs. akslen begynder at ramme lejet).

Oil Whip: Den mere alvorlige form

Hvis maskinens hastighed stiger til et punkt, hvor oliehvirvelfrekvensen (~0,4X – 0,48X) falder sammen med en af rotorens naturlige frekvenser (a kritisk hastighed), bliver tilstanden meget mere alvorlig. Dette kaldes oliepisk.

• Låst frekvens: Vibrationen "låser sig fast" på rotorens naturlige frekvens og stiger ikke yderligere, når maskinens hastighed øges.
• Høj amplitude: Resonanstilstanden får vibrationsamplituden til at blive ekstremt høj og ofte destruktiv.
• Fare: Oliepisk er en meget farlig og ustabil tilstand, der kan føre til katastrofale maskinfejl.

Almindelige årsager og løsninger

• Årsager: Letbelastede lejer, for stort lejeslør, forkert olieviskositet (for lav), højt olietryk eller et maskindesign, der placerer en kritisk hastighed på cirka dobbelt så høj som driftshastigheden.

– Løsninger: Løsninger sigter mod at bryde den ustabile oliefilm. Dette kan omfatte at øge lejebelastningen, skifte til en anden olieviskositet eller redesigne lejerne, så de har anti-hvirvelfunktioner (f.eks. citronlejer, trykdæmpningslejer eller vippepudelejer).

← Tilbage til hovedindekset