Turbulenzen in der Schwingungsanalyse verstehen

Definition: Was ist Turbulenz?

Im Rahmen der Schwingungsanalyse Turbulenz bezeichnet den chaotischen, zufälligen und instabilen Fluss eines Fluids (Flüssigkeit oder Gas) durch eine Maschine wie eine Pumpe, einen Ventilator oder eine Turbine. Dieser unregelmäßige Fluss erzeugt Druckschwankungen, die als Antriebsfunktion wirken und eine niederfrequente, zufällige Vibration in der Maschinenstruktur auslösen.

Im Gegensatz zu den diskreten, periodischen Kräften, die durch Unwucht oder Fehlausrichtung, die Vibrationen durch Turbulenzen treten nicht mit einer einzigen, scharfen Frequenz auf. Stattdessen erscheint es als ein „Buckel“ breitbandiger, nicht synchroner Energie in der FFT-Spektrum.

Eigenschaften der Turbulenzschwingung

• Frequenz: Es handelt sich um ein niederfrequentes Phänomen, das typischerweise unter 10–20 Hz und weit unter der Laufgeschwindigkeit der Maschine auftritt.
• Breitbandnatur: Es erzeugt keine scharfe, deutliche Spitze. Stattdessen wird der Rauschpegel im niederfrequenten Bereich des Spektrums angehoben, was oft als „zufälliger Buckel“ oder „Heuhaufen“ beschrieben wird.
• Zufällig und nicht periodisch: Die Schwingung ist nicht gleichmäßig. Amplitude und Phase schwanken ständig und zufällig. Betrachtet man sie im Zeitwellenform, erscheint es als chaotisches, sich nicht wiederholendes Signal.
• Richtung: Die Vibration ist typischerweise radial und kann sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung auftreten.

Häufige Ursachen für Turbulenzen

Turbulenzen sind ein hydraulisches oder aerodynamisches Problem, das durch Störungen des gleichmäßigen, geplanten Flüssigkeitsflusses verursacht wird. Häufige Ursachen sind:

• Betrieb außerhalb des Best Efficiency Point (BEP): Pumpen und Lüfter sind so konzipiert, dass sie an einem bestimmten Punkt ihrer Leistungskurve am effizientesten und gleichmäßigsten arbeiten. Ein Betrieb mit einer deutlich höheren oder niedrigeren Durchflussrate als dem BEP führt zu einem ineffizienten Flüssigkeitsfluss und damit zu Turbulenzen.
• Hindernisse im Strömungsweg: Alles, was den Weg der Flüssigkeit behindert oder unterbricht, kann Turbulenzen verursachen. Dazu gehören schlecht konstruierte Rohrleitungen (z. B. scharfe Biegungen direkt vor dem Saugeinlass einer Pumpe), teilweise geschlossene Ventile, verstopfte Siebe oder Fremdkörper.
• Lufteinschluss oder Kavitation: Das Vorhandensein von Luftblasen in einer Flüssigkeit (Mitreißen) oder die Bildung und der Zusammenbruch von Dampfblasen (Kavitation) schafft äußerst turbulente und impulsive Bedingungen, die erhebliche zufällige Vibrationen erzeugen.
• Schlechtes Sumpf- oder Einlassdesign: Bei Pumpen kann ein schlecht konstruierter Pumpensumpf Wirbel erzeugen, die Luft und Turbulenzen in den Ansaugtrakt der Pumpe einbringen.

Diagnose und Differenzierung

Der Schlüssel zur Diagnose von Turbulenzen liegt in ihrer zufälligen, breitbandigen und niederfrequenten Natur. Ein erfahrener Analytiker kann sie häufig identifizieren, indem er die „ungleichmäßige“ und „schlagende“ Natur der Vibration an der Maschine selbst beobachtet.

Es ist wichtig, Turbulenzen von anderen niederfrequenten Problemen zu unterscheiden:

• Mechanische Lockerheit: Auch Lockerheit erzeugt Breitbandrauschen, das jedoch häufig durch einen erhöhten Grundrauschen über das gesamte Spektrum und deutliche Oberwellen der Laufgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, die bei reiner Turbulenz fehlen.

– Ölwirbel: Dies ist ein deutlicher subsynchroner Peak bei ~0,4-0,48X, kein breiter Buckel zufälliger Energie.

– Reiben: Ein Reiben kann einen großen Frequenzbereich erzeugen, enthält jedoch häufig viele hochfrequente Harmonische und Subharmonische, und die Zeitwellenform kann abgeschnittene oder abgeschnittene Spitzen aufweisen.

Da Turbulenzen kein mechanischer Fehler, sondern ein prozessbedingtes Problem sind, besteht die Lösung in der Regel in der Behebung des Betriebs- oder Systemdesignproblems. Dies kann die Anpassung des Betriebspunkts der Pumpe oder des Lüfters, das Öffnen von Ventilen, die Reinigung von Sieben oder eine Änderung der Rohrleitungskonstruktion umfassen.

← Zurück zum Hauptindex