Vibración subsíncrona y síncrona explicada
Vibración subsincrónica es cualquier componente de vibración cuya frecuencia es menos de la velocidad primaria de funcionamiento de la máquina (1×), y su aparición es una de las señales más graves que puede enviar una máquina giratoria. Para entender por qué, ayuda contraponerlo a su opuesto: vibración sincrónica, que sigue el eje a múltiplos enteros exactos de la velocidad de funcionamiento. La distinción no es académica: separa los fallos cotidianos que se pueden corregir mecánicamente de las inestabilidades autoexcitadas que exigen un rediseño o una parada inmediata. En este artículo se definen ambos términos, se enumeran los culpables habituales y se muestra cómo distinguirlos en un caso concreto. FFT espectro.
1. ¿Qué es la vibración sincrónica?
La vibración sincrónica se produce a una frecuencia que es un múltiplo entero de la velocidad de rotación del eje: está “sincronizada” con la rotación. Es, con diferencia, la categoría más común de vibración de maquinaria.
- Vibración exactamente en el velocidad de funcionamiento (1×) es síncrona.
- Las vibraciones al doble de la velocidad de marcha (2×), al triple (3×), etc., también son sincrónicas, y suelen denominarse armonía de la velocidad de giro.
La gran mayoría de los fallos comunes se manifiestan de esta manera. Desequilibrar, desalineación, y holgura mecánica todos producen vibraciones sincrónicas. El desequilibrio, por ejemplo, siempre aparece a 1× RPM y sigue perfectamente cualquier cambio de velocidad: si se duplican las RPM, el pico de desequilibrio simplemente se desplaza a la nueva frecuencia 1×. Dado que el forzamiento se bloquea con el ángulo del eje, se trata de vibraciones clásicas. vibraciones forzadas.
2. ¿Qué es la vibración subsíncrona?
La vibración subsíncrona se produce a una frecuencia debajo de 1×: el prefijo “sub” significa simplemente “por debajo”. Un contenido subsíncrono significativo suele ser una señal de alarma grave, porque suele producirse por fenómenos autoexcitados e inestables de la dinámica del rotor y no por un simple defecto mecánico. La diferencia crucial es la fuente de energía: en los fallos síncronos, un error geométrico externo acciona el rotor una vez por vuelta, mientras que en la inestabilidad subsíncrona la función de forzamiento la genera el movimiento del propio rotor interactuando con sus rodamientos o juntas. Ese bucle de retroalimentación es lo que hace que estas condiciones sean un sello distintivo de inestabilidad del rotor.
3. Causas comunes de las vibraciones subsíncronas
Las vibraciones subsíncronas son una de las principales preocupaciones de las turbomáquinas de alta velocidad que funcionan con película de fluido. cojinetes de deslizamiento.
3.1 Remolino de aceite
Ésta es la forma más común de inestabilidad subsíncrona. En un cojinete de película fluida, la película hidrodinámica de aceite que soporta el eje puede empezar a circular y empujar el eje hacia delante, fenómeno conocido como remolino de aceite. Dado que la velocidad media de la película de aceite es algo inferior a la mitad de la velocidad de la superficie del eje, la resultante torbellino aparece en aproximadamente De 0,42 a 0,48 veces la velocidad de marcha (0,42×-0,48×). El torbellino de aceite suele depender de la carga y la temperatura, y puede aparecer o desaparecer al cambiar la carga del rodamiento, la temperatura del aceite o la velocidad.
3.2 Látigo de aceite
El látigo de aceite es una evolución más grave y peligrosa del torbellino de aceite. Ocurre cuando la frecuencia del torbellino aumenta hasta alcanzar la primera frecuencia natural del rotor y se “bloquea” en ella. velocidad crítica. Una vez bloqueada, la amplitud subsíncrona puede crecer mucho y no desaparecerá al aumentar la velocidad, sino que la vibración se mantendrá en la frecuencia de velocidad crítica aunque la máquina acelere más. Esta condición de bloqueo y escalada - estrechamente relacionada con látigo de eje - es altamente destructivo y generalmente requiere una cierre.
3.3 Fricción rotor-estator
Contacto entre el rotor y una pieza fija - un roce del rotor - también pueden inducir vibraciones subsíncronas, a menudo a fracciones enteras de la velocidad de marcha, tales como 0.5×. Un componente limpio de 0,5× es un signo clásico de un roce que hace rebotar el rotor una vez cada dos revoluciones. Otras fuentes de subarmónico respuesta incluyen una gran holgura y ciertas no linealidades provocadas por el rozamiento.
4. Cómo distinguirlos en un espectro FFT
Separar a las dos familias en un espectro es en gran medida una cuestión de dónde caen los picos en relación con 1×:
- Picos sincrónicos: localice el pico de 1× RPM (velocidad de marcha) y busque picos en múltiplos enteros exactos: 2×, 3×, etc.
- Picos subsíncronos: buscar cualquier pico significativo que aparezca antes de el pico de 1× en el eje de frecuencias. Un pico cerca de 45% de velocidad de marcha es un indicador de libro de texto de torbellino de aceite.
Dado que el diagnóstico depende de la relación exacta entre el pico y la velocidad de marcha, es esencial disponer de una referencia de velocidad precisa: pequeños errores en las RPM supuestas pueden desdibujar un remolino de 0,48× en algo ambiguo. Análisis de pedidos referenciado a un impulso de tacómetro de una vez por revolución elimina esa ambigüedad al expresar el espectro directamente en órdenes de velocidad de marcha.
5. Por qué es fundamental la distinción
Saber de qué familia se trata determina toda la respuesta:
- Problemas sincrónicos (como el desequilibrio) son vibraciones forzadas y normalmente pueden corregirse mecánicamente - mediante equilibrando, alineación o apriete de tornillos.
- Problemas subsincrónicos (como el látigo de aceite) son vibraciones autoexcitadas o inestabilidades. Apuntan a un problema fundamental en la sistema rotor-cojinete y no pueden solucionarse con el equilibrado. Las soluciones suelen consistir en cambiar el diseño de los cojinetes (por ejemplo, por cojinetes basculantes), ajustar la temperatura o la presión del aceite, aumentar la carga de los cojinetes o modificar el rotor.
Por este motivo, un pico subsíncrono de gran amplitud suele considerarse una alarma más grave que un pico síncrono igual de grande. En la práctica, un ingeniero confirma primero que la máquina está bien equilibrada y alineada: un analizador portátil como el Balanset-1A mide la amplitud 1× y fase para descartar o corregir las causas síncronas, de modo que cualquier componente subsíncrono que quede en el espectro pueda atribuirse con seguridad a una inestabilidad y no a un fallo mecánico curable.
