Forståelse af oliehvirvel
Oliehvirvel er en type selvoptaget, ustabil vibration, der opstår i maskiner, der er udstyret med væskefilm (tidsskrift) lejer - blandt andet i store turbiner, kompressorer og pumper. Det er en form for væskeinduceret ustabilitet hvor oliefilmen, der støtter akslen, begynder at skubbe akslen rundt om lejespalten i en fremadrettet cirkelbevægelse. Fordi denne hvirvlen sker ved en frekvens under maskinens kørehastighed (1×), er det en subsynkron vibration - og da den er selvantændt, kræver den ikke en ekstern tvangsfunktion for at opretholde den.
1. Definition: Hvad er Oil Whirl?
Synes ikke om ubalance, som er en synkron (1×) tvungen vibration, oliehvirvel er en selvophidsede vibrationer: Den energi, der driver den, kommer fra selve akslens konstante rotation, som tilføres gennem lejets oliefilm. Denne forskel er vigtig i diagnostisk øjemed, fordi selvantændte ustabiliteter kan opstå pludseligt, vokse hurtigt og ikke kan “udlignes” på samme måde som en 1× ubalance.
2. Karakteristik af oliehvirvler
Oliehvirvler har flere forskellige, identificerbare signaturer i vibrationsdata:
- Frekvens: Det mest fremtrædende træk er en spids med stor amplitude ved en frekvens, der er lidt mindre end halvdelen af løbehastigheden - typisk mellem 0,4× og 0,48× (40% til 48% af akselhastigheden). I en maskine, der kører med 3000 o/min (50 Hz), vil der opstå oliehvirvler ved ca. 1200-1440 o/min (20-24 Hz).
- Retning: Vibrationen er primært radial (vandret og lodret) og er ofte stærkt retningsbestemt.
- Kredsløbsplot: set på et baneplot fra X-Y nærhedsprober, Oliehvirvlen ser ud som en stor, fremadrettet, ofte forvrænget (ikke-cirkulær) bane, der indeholder en enkelt veldefineret indre sløjfe.
- Adfærd: Oliehvirvlen er ikke bundet til en fast frekvens. Når maskinen bliver hurtigere, følger hvirvelfrekvensen den og holder altid det karakteristiske forhold på ~0,4×-0,48× i forhold til den nye kørehastighed. Denne hastighedssporende adfærd er den vigtigste forskel fra en strukturel resonans, som ligger på en fast frekvens uanset akselhastigheden.
For at indfange disse funktioner på en ren måde kræves der faserefereret måling med flere kanaler. A Kaskade (vandfald) plot taget under en opstart eller kystned er særligt afslørende, fordi den subsynkrone top ses at følge med i løbehastigheden i stedet for at blive stående.
3. Mekanismen: Hvordan opstår oliehvirvler?
Oliehvirvler opstår på grund af dynamikken i den hydrodynamiske oliekile, der støtter akslen i et glideleje. Under normal drift trækker den roterende aksel olie ind i en kileformet spalte og opbygger et trykfelt, der løfter og støtter akslen. Akslen sidder ikke i midten af lejet, men kører lidt forskudt i en vinkel i forhold til belastningslinjen.
Olien i den kile cirkulerer selv rundt i lejet med cirka halvdelen af akslens overfladehastighed - og det er netop derfor, at den resulterende ustabilitet vises lige under 0,5×. Hvis lejet er let belastet eller har for stor fritrum, bliver de stabiliserende kræfter svagere. En lille forstyrrelse kan så få akslen til at blive “fanget” af den cirkulerende film, som begynder at drive den i en cirkulær bane rundt om lejet. Resultatet er en selvforstærkende vibration, der kan vokse til meget høj amplitude, ofte kun begrænset af selve lejespillet - på hvilket tidspunkt akslen begynder at komme i kontakt med lejeoverfladen.
4. Oliepisk: Den mere alvorlige form
Hvis maskinen accelererer til det punkt, hvor oliehvirvelfrekvensen (~0,4×-0,48×) falder sammen med en af rotorens naturlige frekvenser - a kritisk hastighed - eskalerer tilstanden dramatisk. Dette kaldes oliepisk, det voldelige slutmedlem af den bredere hvirvel og pisk familie af ustabiliteter.
- Låst frekvens: vibrationen “låses fast” på rotorens egenfrekvens og stiger ikke længere, når maskinen kører hurtigere.
- Høj amplitude: resonanstilstanden driver amplituden ekstremt højt op.
- Fare: oliepiskning er en meget farlig, ustabil tilstand, der kan føre til katastrofale fejl, herunder aftørring af lejer og alvorlig Rotorens gnidning.
5. Almindelige årsager og løsninger
- Årsager: let belastede lejer, for stor lejeafstand, for lav olieviskositet, for højt olieforsyningstryk eller et maskindesign, der placerer en kritisk hastighed ved ca. det dobbelte af kørehastigheden (så rotoren når sin kritiske hastighed præcis der, hvor hvirvelfrekvensen kommer).
- Løsninger: Løsningerne har til formål at forstyrre den ustabile oliefilm. Mulighederne omfatter at øge lejebelastningen, korrigere olieviskositeten og redesigne lejet med antihvirvelgeometri - citronboring (elliptisk), trykdæmning eller multi-lobe og vippe-pad design, der bryder den symmetriske filmcirkulation. Montering af en klemfilmspjæld kan tilføje stabiliserende dæmpning i nogle maskiner.
At bekræfte en diagnose i marken betyder at måle den subsynkrone spids og dens fase og udelukke de synkrone syndere - ubalance og forskydning - først. En bærbar to-kanals analysator som f.eks. Balanset-1A indfanger amplituden og fase på tværs af vibrationsspektrum og kontrollerer, om 1×-komponenten er acceptabel; hvis den resterende 1× er ren, men en stærk ~0,45×-top fortsætter og sporer hastigheden, er problemet en væskefilm-ustabilitet som f.eks. oliehvirvel, ikke en balancefejl - og løsningen ligger i lejet, ikke i korrektionsvægte. De karakteristiske ustabilitetsfrekvenser kan krydstjekkes med en Leje (oliehvirvel og oliepisk) Frekvensberegner.
