Κατανόηση των ασταθειών στροβιλισμού και κρούσης του ρότορα

Ορισμός: Τι είναι το Whirl και το Whip;

Στροβιλισμός λαδιού και Μαστίγιο λαδιού είναι δύο σχετικές και εξαιρετικά επικίνδυνες μορφές αυτοδιέγερσης, υποσύγχρονος δονήσεις που εμφανίζονται σε μηχανήματα υψηλής ταχύτητας που περιστρέφονται και είναι εξοπλισμένα με ρουλεμάν ρευστής μεμβράνης (σφαίρας). Δεν είναι εξαναγκασμένες δονήσεις που προκαλούνται από προβλήματα όπως η ανισορροπία, αλλά είναι αστάθειες ρότορα όπου η κίνηση του ίδιου του ρότορα παράγει τις δυνάμεις που διατηρούν και αυξάνουν τη δόνηση. Και οι δύο χαρακτηρίζονται από την «στροβιλισμένη» κίνηση του άξονα του ρότορα —προχωρώντας προς τα εμπρός σε μια μεγάλη τροχιά— εντός του διακένου του ρουλεμάν του.

Ο Μηχανισμός: Πώς Συμβαίνει;

Σε ένα ρουλεμάν με ρευστή μεμβράνη, ο περιστρεφόμενος άξονας υποστηρίζεται από μια σφήνα λαδιού υψηλής πίεσης. Ο άξονας δεν βρίσκεται στο κέντρο του ρουλεμάν, αλλά κινείται προς τα πάνω στη μία πλευρά. Καθώς το λάδι σύρεται από τον άξονα, το ίδιο το λάδι κυκλοφορεί με μέση ταχύτητα ελαφρώς μικρότερη από το μισό της επιφανειακής ταχύτητας του άξονα.

Στροβιλισμός λαδιού συμβαίνει όταν αυτή η κυκλοφορούσα μεμβράνη λαδιού αρχίζει να «σπρώχνει» τον άξονα γύρω από το ρουλεμάν, προκαλώντας την μετάπτωσή του σε μια μεγάλη, εμπρόσθια τροχιά. Η συχνότητα αυτής της δίνης καθορίζεται από τη μέση ταχύτητα της μεμβράνης λαδιού, η οποία συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 42% και 48% της ταχύτητας περιστροφής του άξονα (0,42x έως 0,48x)Αυτή είναι μια κλασική υποσύγχρονη υπογραφή δόνησης.

Στροβιλισμός λαδιού: Ο πρόδρομος

Η δίνη λαδιού είναι συχνά το αρχικό στάδιο της αστάθειας. Τα χαρακτηριστικά της είναι:

• Συχνότητα: Εμφανίζεται ως μια ξεχωριστή κορυφή στο φάσμα FFT μεταξύ 0,42x και 0,48x RPM.
• Συμπεριφορά: Η συχνότητα της δόνησης *θα αυξάνεται* καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του μηχανήματος, παραμένοντας πάντα στο εύρος ~45%.
• Αυστηρότητα: Μπορεί να προκαλέσει ισχυρούς αλλά μερικές φορές σταθερούς κραδασμούς. Μπορεί να εμφανιστεί ή να εξαφανιστεί καθώς αλλάζει το φορτίο, η ταχύτητα ή η θερμοκρασία λαδιού του μηχανήματος. Αν και ανεπιθύμητο, δεν είναι πάντα άμεσα καταστροφικό.

Πετρέλαιο Whip: Ο κρίσιμος κίνδυνος

Μαστίγιο λαδιού είναι μια πολύ πιο σοβαρή και επικίνδυνη κατάσταση που αναπτύσσεται από τον στροβιλισμό λαδιού. Εμφανίζεται όταν η ταχύτητα του μηχανήματος αυξάνεται σε σημείο όπου η συχνότητα στροβιλισμού λαδιού (σε ~45% ταχύτητας λειτουργίας) γίνεται ίση με τη συχνότητα του ρότορα. πρώτη φυσική συχνότητα (η πρώτη κρίσιμη ταχύτητά του).

Όταν συμβαίνει αυτό, η δίνη λαδιού «κλειδώνει» στην ιδιοσυχνότητα του ρότορα και διεγείρει έναν συντονισμό. Τα χαρακτηριστικά του μαστιγωτή λαδιού είναι:

• Συχνότητα: Η συχνότητα δόνησης «κλειδώνει» στην πρώτη ιδιοσυχνότητα του ρότορα και *δεν αυξάνεται περαιτέρω* ακόμη και καθώς το μηχάνημα συνεχίζει να επιταχύνει.
• Πλάτος: Το πλάτος της δόνησης μεγαλώνει πολύ και γίνεται βίαιο και ασταθές.
• Συμπεριφορά: Το λάδι-μαστίγιο είναι εξαιρετικά καταστροφικό και δεν εξαφανίζεται με την περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας. Μπορεί να προκαλέσει καταστροφικές ζημιές στα ρουλεμάν, τις τσιμούχες και τον ίδιο τον ρότορα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

Η ταχύτητα με την οποία ξεκινά ο κραδασμός λαδιού είναι συνήθως λίγο πάνω από το διπλάσιο της πρώτης κρίσιμης ταχύτητας του ρότορα. Ένα μηχάνημα που αντιμετωπίζει κραδασμό λαδιού απαιτεί άμεσο κλείσιμο.

Πώς να αναγνωρίσετε το στροβιλισμό και το μαστίγιο

• Ανάλυση Φάσματος: Αναζητήστε μια ισχυρή υποσύγχρονη κορυφή. Κατά την εκκίνηση, εάν η συχνότητα της κορυφής αυξάνεται με την ταχύτητα, πρόκειται για στροβιλισμό. Εάν η συχνότητα της κορυφής είναι «επίπεδη» σε ένα συγκεκριμένο σημείο ενώ η κορυφή της ταχύτητας λειτουργίας 1x συνεχίζει να αυξάνεται, τότε έχει μετατραπεί σε «whip».
• Διάγραμμα τροχιάς: Η τροχιά του άξονα θα είναι ένας μεγάλος, προς τα εμπρός μετατοπιζόμενος κύκλος ή έλλειψη, συχνά με την δόνηση ταχύτητας κίνησης 1x να υπερτίθεται, δημιουργώντας μια εμφάνιση "βρόχου-βρόχου".
• Οικόπεδο καταρράκτη: Ένα διάγραμμα καταρράκτη από μια δοκιμή εκκίνησης παρέχει την πιο καθαρή δυνατή εικόνα, δείχνοντας τη συχνότητα στροβιλισμού λαδιού να αυξάνεται με την ταχύτητα μέχρι να τέμνει την πρώτη ιδιοσυχνότητα και να μεταβαίνει σε στροβιλισμό λαδιού.

Αιτίες και λύσεις

Αυτές οι αστάθειες είναι πολύπλοκες και επηρεάζονται από τον σχεδιασμό των ρουλεμάν, τη γεωμετρία του ρότορα, το ιξώδες λαδιού, τη θερμοκρασία και το φορτίο. Δεν προκαλούνται από ανισορροπία και δεν μπορούν να διορθωθούν με ζυγοστάθμιση. Οι λύσεις είναι συνήθως αλλαγές σε επίπεδο σχεδιασμού, όπως:

• Αλλαγή σε πιο σταθερό σχεδιασμό ρουλεμάν (π.χ., ρουλεμάν με κεκλιμένο πέλμα).
• Αλλαγή του ιξώδους ή της θερμοκρασίας του λαδιού.
• Αύξηση του φορτίου του ρουλεμάν.
• Εισαγωγή χαρακτηριστικών όπως αυλακώσεις ή φράγματα στο ρουλεμάν για να διαταραχθεί η περιφερειακή ροή του λαδιού.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο