Forståelse af turbulens i vibrationsanalyse

Definition: Hvad er turbulens?

I forbindelse med vibrationsanalyse, turbulens refererer til den kaotiske, tilfældige og ustabile strømning af en væske (væske eller gas) gennem en maskine, såsom en pumpe, ventilator eller turbine. Denne uregelmæssige strømning skaber trykudsving, der fungerer som en tvangsfunktion, hvilket inducerer en lavfrekvent, tilfældig vibration i maskinens struktur.

I modsætning til de diskrete, periodiske kræfter forårsaget af ubalance eller forskydning, vibrationen fra turbulensen forekommer ikke ved en enkelt, skarp frekvens. I stedet fremstår den som en "pukkel" af bredbåndet, ikke-synkron energi i FFT-spektrum.

Karakteristika for turbulensvibrationer

• Frekvens: Det er et lavfrekvent fænomen, der typisk forekommer under 10-20 Hz og et godt stykke under maskinens driftshastighed.
• Bredbånds natur: Den producerer ikke en skarp, tydelig top. I stedet hæver den støjgulvet i spektrets lavfrekvente område, ofte beskrevet som en "tilfældig pukkel" eller "høstak".
• Tilfældig og ikke-periodisk: Vibrationen er ikke stabil. Amplituden og fasen svinger konstant og tilfældigt. Når man ser den i tidsbølgeform, det fremstår som et kaotisk, ikke-gentagende signal.
• Retning: Vibrationen er typisk radial og kan forekomme i både horisontal og vertikal retning.

Almindelige årsager til turbulens

Turbulens er et hydraulisk eller aerodynamisk problem forårsaget af forstyrrelser i den jævne, designede strøm af væsken. Almindelige årsager omfatter:

• Drift væk fra det bedste effektivitetspunkt (BEP): Pumper og ventilatorer er designet til at fungere mest effektivt og jævnt på et specifikt punkt på deres ydelseskurve. Hvis de betjenes med en betydeligt højere eller lavere flowhastighed end BEP, vil væsken strømme ineffektivt og skabe turbulens.
• Forhindringer i strømningsvejen: Alt, der blokerer eller forstyrrer væskens bane, kan forårsage turbulens. Dette omfatter dårligt designede rør (f.eks. skarpe bøjninger lige før en pumpes sugeindløb), delvist lukkede ventiler, tilstoppede filtre eller fremmedlegemer.
• Luftindtrængning eller kavitation: Tilstedeværelsen af luftbobler i en væske (medrivning) eller dannelsen og kollapsen af dampbobler (kavitation) skaber meget turbulente og impulsive forhold, som genererer betydelig tilfældig vibration.
• Dårlig sump- eller indløbsdesign: I pumper kan en dårligt designet sump skabe hvirvler, der introducerer luft og turbulens i pumpens sugekanal.

Diagnose og differentiering

Nøglen til at diagnosticere turbulens er dens tilfældige, bredbåndede og lavfrekvente natur. En erfaren analytiker kan ofte identificere den ved at observere den "ustabile" og "bankende" natur af vibrationerne på selve maskinen.

Det er vigtigt at skelne turbulens fra andre lavfrekvente problemer:

• Mekanisk løshed: Løshed skaber også bredbåndsstøj, men det er ofte karakteriseret ved et hævet støjgulv over hele spektret og tydelige harmoniske overtoner i løbehastigheden, som er fraværende i ren turbulens.

– Oliehvirvel: Dette er en tydelig subsynkron top på ~0,4-0,48X, ikke en bred pukkel af tilfældig energi.

– Gnidning: En gnidning kan generere et bredt frekvensområde, men den inkluderer ofte mange højfrekvente harmoniske og subharmoniske, og tidsbølgeformen kan vise afkortede eller klippede toppe.

Da turbulens er et procesrelateret problem, ikke en mekanisk fejl, involverer løsningen typisk at rette op på det driftsmæssige eller systemdesignmæssige problem. Dette kan omfatte justering af pumpens eller ventilatorens driftspunkt, åbning af ventiler, rengøring af filtre eller ændring af rørdesignet.

← Tilbage til hovedindekset