Comprensión de las inestabilidades del látigo y del remolino del rotor

Definición: ¿Qué son Whirl y Whip?

Remolino de aceite y Látigo de aceite son dos formas relacionadas y altamente peligrosas de autoexcitación, subsincrónico Vibraciones que se producen en maquinaria rotatoria de alta velocidad equipada con cojinetes de película fluida (cojinetes). No son vibraciones forzadas causadas por problemas como el desequilibrio, sino... inestabilidades del rotor Donde el propio movimiento del rotor genera las fuerzas que sustentan y aumentan la vibración. Ambos se caracterizan por el eje del rotor girando (precesando hacia adelante en una amplia órbita) dentro de la holgura de su cojinete.

El mecanismo: ¿cómo sucede?

En un cojinete de película fluida, el eje giratorio está soportado por una cuña de aceite a alta presión. El eje no está en el centro del cojinete, sino que se desliza por un lado. A medida que el eje arrastra el aceite, este circula a una velocidad promedio ligeramente inferior a la mitad de la velocidad superficial del eje.

Remolino de aceite Se produce cuando esta película de aceite circulante comienza a "empujar" el eje alrededor del rodamiento, provocando su precesión en una amplia órbita hacia adelante. La frecuencia de este remolino está determinada por la velocidad promedio de la película de aceite, que generalmente se encuentra entre 42% y 48% de la velocidad de funcionamiento del eje (0,42x a 0,48x)Esta es una firma de vibración subsincrónica clásica.

Oil Whirl: El precursor

El remolino de aceite suele ser la etapa inicial de la inestabilidad. Sus características son:

• Frecuencia: Aparece como un pico distintivo en el espectro FFT entre 0,42x y 0,48x RPM.
• Comportamiento: La frecuencia del remolino *aumentará* a medida que aumente la velocidad de la máquina, manteniéndose siempre en ese rango ~45%.
• Gravedad: Puede causar vibraciones altas, pero a veces estables. Puede aparecer o desaparecer según la carga de la máquina, la velocidad o la temperatura del aceite. Si bien es indeseable, no siempre es destructiva de inmediato.

Látigo del petróleo: el peligro crítico

Látigo de aceite Es una condición mucho más grave y peligrosa que se desarrolla a partir del remolino de aceite. Ocurre cuando la velocidad de la máquina aumenta hasta un punto en que la frecuencia del remolino de aceite (a una velocidad de funcionamiento de ~45%) se iguala a la del rotor. primera frecuencia natural (su primera velocidad crítica).

Cuando esto sucede, el remolino de aceite se acopla a la frecuencia natural del rotor y genera una resonancia. Las características del remolino de aceite son:

• Frecuencia: La frecuencia de vibración queda “bloqueada” en la primera frecuencia natural del rotor y *no aumenta más* incluso cuando la máquina continúa acelerando.
• Amplitud: La amplitud de la vibración crece mucho y se vuelve violenta e inestable.
• Comportamiento: El latigazo de aceite es extremadamente destructivo y no desaparece al aumentar la velocidad. Puede causar daños catastróficos a los rodamientos, los sellos y el propio rotor en muy poco tiempo.

La velocidad a la que se inicia el latigazo suele ser un poco más del doble de la velocidad crítica inicial del rotor. Una máquina que experimente latigazo de aceite requiere una parada inmediata.

Cómo identificar el látigo y el remolino

• Análisis del espectro: Busque un pico subsincrónico fuerte. Durante un arranque, si la frecuencia del pico aumenta con la velocidad, se trata de un remolino. Si la frecuencia del pico se estabiliza en un punto determinado mientras el pico de velocidad de carrera 1x continúa aumentando, se ha transformado en un remolino.
• Diagrama de órbita: La órbita del eje será un gran círculo o elipse que avanza con precesión, a menudo con la vibración de velocidad de carrera 1x superpuesta, creando una apariencia de "bucle".
• Parcela de cascada: Un gráfico de cascada de una prueba de inicio proporciona la imagen más clara posible, mostrando cómo la frecuencia del remolino de aceite aumenta con la velocidad hasta que se interseca con la primera frecuencia natural y se transforma en un látigo de aceite.

Causas y soluciones

Estas inestabilidades son complejas y se ven influenciadas por el diseño de los rodamientos, la geometría del rotor, la viscosidad del aceite, la temperatura y la carga. No se deben al desequilibrio y no se pueden solucionar mediante el balanceo. Las soluciones suelen ser cambios a nivel de diseño, como:

• Cambiar a un diseño de cojinete más estable (por ejemplo, un cojinete con almohadilla de inclinación).
• Alterar la viscosidad o temperatura del aceite.
• Aumentar la carga del rodamiento.
• Introducción de características como ranuras o presas en el rodamiento para interrumpir el flujo circunferencial del aceite.

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