Pöörlevate masinate võlli piitsumise mõistmine

Seadmed

Kandjalik tasakaalustaja ja vibratsioonianalüsaator Balanset-1A

$2,358.31

Osad

Vibratsiooniandur

$107.47

Osad

Optiline andur (lasertakomeeter)

$148.07

Seadmed

Balanset-4

$8,123.32

Osad

Magnetiline stend Insize-60-kgf

$54.93

Osad

Reflektiivne lint

$11.94

Seadmed

Dünaamiline tasakaalustaja "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definitsioon: Mis on võlli piits?

Võlli piits (nimetatakse ka õlipiiskadeks hüdrodünaamilistes laagrites esineva kahjustuse korral) on raske vorm rootori ebastabiilsus iseloomulik vägivaldne iseärast vibratsiooni mis tekib siis, kui vedelikukilelaagrites töötav rootor ületab kriitilise lävikiiruse, mis on tavaliselt umbes kaks korda suurem kui esimene kriitiline kiirus. Kui vibratsioon tekib, lukustub vibratsioonisagedus rootori esimesele loomulik sagedus ja jääb sinna olenemata edasistest kiiruse suurenemisest, amplituudi piiravad ainult laagrite lõtkud või katastroofiline rike.

Võlli vibratsioon on üks ohtlikumaid seisundeid kiirelt pöörlevates masinates, kuna see tekib äkki, kasvab sekunditega destruktiivseks amplituudiks ja seda ei saa parandada tasakaalustamine või muude tavapäraste meetoditega. See nõuab kohest seiskamist ja laagrisüsteemi modifitseerimist, et vältida selle kordumise ohtu.

Progressioon: õlikeerisest võlli piitsuni

1. etapp: stabiilne töö

• Rootor töötab ebastabiilsuse lävest allpool
• Ainult tavaline sunnitud vibratsioon tasakaalutus olevik
• Laagriõli kile pakub stabiilset tuge

2. etapp: õlikeerise algus

Kui kiirus suureneb üle umbes 2× esimese kriitilise kiiruse:

• Õli keerlemine areneb — subsünkroonne vibratsioon võlli kiirusel ~0,43–0,48 ×
• Amplituud on algselt mõõdukas ja kiirusest sõltuv
• Sagedus suureneb proportsionaalselt võlli kiirusega
• Võib olla vahelduv või pidev
• Võib esineda koos normaalse 1X vibratsiooniga, mis on tingitud tasakaalustamatusest

3. etapp: piitsa üleminek

Kui õli keerlemise sagedus suureneb esimese omavõnkesageduseni:

• Sageduse lukustamine: Vibratsioonisagedus lukustub loomulikule sagedusele
• Resonantne võimendus: Amplituud kasvab järsult tänu resonants
• Äkiline algus: Üleminek keerlemiselt piitsule võib olla hetkeline
• Kiiruse sõltumatus: Kiiruse edasine suurenemine ei muuda sagedust, vaid ainult amplituudi

4. etapp: võlli tagasilöök (kriitiline seisund)

• Vibratsioon konstantsel sagedusel (esimene loomulik sagedus, tavaliselt 40–60 Hz)
• Amplituud 5–20 korda suurem kui tavaline tasakaalustamatusvibratsioon
• Võll võib puutuda kokku laagrite kliirensi piiridega
• Laagrite ja õli kiire kuumenemine
• Katastroofilise rikke võimalus minutite jooksul, kui seadet ei lülitata välja

Füüsiline mehhanism

Kuidas õlivahust areneb

Mehhanism hõlmab laagriõli kiles oleva vedeliku dünaamikat:

1. Õlikiilu moodustumine: Võlli pöörlemisel lohistab see õli laagri ümber, tekitades survestatud kiilu
2. Tangentsiaalne jõud: Õlikiil avaldab radiaalsuunaga risti olevat jõudu (tangentsiaalset)
3. Orbiidi liikumine: Tangentsiaalne jõud põhjustab võlli keskpunkti tiirlemise umbes poole võllikiirusega
4. Energia ammutamine: Süsteem ammutab võlli pöörlemisest energiat orbitaalliikumise säilitamiseks
5. Resonantslukk: Kui orbiidi sagedus vastab loomulikule sagedusele, võimendab resonants vibratsiooni
6. Piiritsükkel: Vibratsioon kasvab seni, kuni seda piirab laagrilõtk või rike

Diagnostiline identifitseerimine

Vibratsiooni signatuur

Võlli vibratsioon tekitab vibratsiooniandmetes iseloomulikke mustreid:

• Spekter: Suur tipp subsünkroonsel sagedusel (esimene loomulik sagedus), konstantne olenemata kiiruse muutustest
• Juga krunt: Subsünkroonne komponent kuvatakse vertikaalse joonena (konstantne sagedus), mitte diagonaalina (kiirusega proportsionaalne).
• Tellimuse analüüs: Murdosaline järk, mis väheneb kiiruse suurenedes (nt muutub 0,5×-lt 0,4×-le ja seejärel 0,35×-le)
• Orbiit: Suur ümmargune või elliptiline orbiit loomulikul sagedusel

Alguskiirus

• Tüüpiline lävi: 2,0–2,5× esimene kriitiline kiirus
• Laagrist sõltuv: Spetsiifiline läviväärtus varieerub sõltuvalt laagri konstruktsioonist, eelkoormusest ja õli viskoossusest
• Äkiline algus: Väike kiiruse tõus võib käivitada kiire ülemineku stabiilsest olekust ebastabiilsesse

Ennetusstrateegiad

Laagri konstruktsiooni modifikatsioonid

1. Kallutuspadja laagrid

• Kõige tõhusam lahendus võlli nihkumise vältimiseks
• Padjad pöörlevad iseseisvalt, kõrvaldades destabiliseerivaid ristühendusjõude
• Loomupäraselt stabiilne laias kiirusvahemikus
• Kiirete turbomootorite tööstusstandard

2. Survelaagrid

• Modifitseeritud silindriline laager soonte või tammidega
• Suurendab efektiivset summutust ja jäikust
• Odavam kui kallutatav padi, kuid vähem efektiivne

3. Laagri eelkoormus

• Laagritele radiaalse eelkoormuse rakendamine suurendab jäikust
• Tõstab ebastabiilsuse lävikiirust
• Saavutatav nihkega avade abil

4. Pigistage kile summuteid

• Laagri ümbritsev väline summutuselement
• Pakub täiendavat summutust ilma laagri konstruktsiooni muutmata
• Tõhus moderniseerimiseks

Operatiivmeetmed

• Kiirusepiirang: Piira maksimaalset töökiirust allapoole läviväärtust (tavaliselt < 1,8× esimene kriitiline)
• Koormuse haldamine: Töötage võimaluse korral suuremate laagrikoormustega (suurendab summutust)
• Õli temperatuuri kontroll: Madalam õlitemperatuur suurendab viskoossust ja summutust
• Jälgimine: Pidev vibratsiooni jälgimine koos häiretega subsünkroonsete komponentide jaoks

Tagajärjed ja kahju

Kohesed mõjud

• Vägivaldne vibratsioon: Amplituudid võivad ulatuda mitme millimeetrini (sadu millimeetrit)
• Müra: Vali, iseloomulik heli, mis erineb tavapärasest tööst
• Kiire laagriküte: Laagri temperatuur võib minutitega tõusta 20–50 °C-ni
• Õli lagunemine: Kõrge temperatuur ja nihkejõud lagundavad määrdeainet

Võimalikud tõrked

• Laagri pühkimine: Laagribabi materjal sulab ja pühitakse minema
• Võlli kahjustused: Soonimine, söövitus või püsiv painutamine
• Tihendi rike: Liigne võlli liikumine hävitab tihendid
• Võlli purunemine: Vägivaldsest võnkumisest tingitud kõrge tsükliga väsimus
• Siduri kahjustused: Ülekantud jõud kahjustavad sidureid

Seotud nähtused

Õli keeris

Õli keerlemine on piitsutamise eelkäija:

• Sama mehhanism, aga sagedus pole loomulikule sagedusele lukustunud
• Vähem tugev amplituud
• Kiirusega proportsionaalne sagedus (~0,43–0,48×)
• Võib olla mõnes rakenduses talutav

Auru keeris

Sarnane auruturbiinide ebastabiilsus, mille põhjustavad labürinttihendite aerodünaamilised jõud, mitte laagriõlikiled. Ilmutab sarnast subsünkroonset vibratsiooni, mis lukustub omavõnkesagedusele.

Kuivhõõrdepiits

Võib tekkida tihendite asukohtades või rootori ja staatori kokkupuutel:

• Hõõrdejõud pakuvad destabiliseerivat mehhanismi
• Harvem kui õlivahvatt, aga sama ohtlik
• Nõuab teistsugust korrigeerivat lähenemist (kontakti kõrvaldamine, tihendi disaini täiustamine)

Juhtumiuuring: kompressori võlli tihend

Stsenaarium: Kiire tsentrifugaalkompressor silindriliste laagritega

• Tavaline töö: 12 000 p/min vibratsiooniga 2,5 mm/s
• Kiiruse suurendamine: Suurema tootlikkuse saavutamiseks suurendati operaatori pöördeid 13 500 p/min-ni
• Algus: 13 200 p/min juures tekkis järsk ja tugev vibratsioon
• Sümptomid: 25 mm/s vibratsioon sagedusel 45 Hz (konstantne), laagri temperatuur tõusis 3 minutiga 70 °C-lt 95 °C-ni
• Hädaolukorras tegutsemine: Kohene seiskamine hoidis ära laagri rikke
• Põhjus: Esimene kriitiline kiirus oli 2700 p/min (45 Hz); piiksumislävi 2 × kriitilisel kiirusel = 5400 p/min ületati.
• Lahendus: Liugelaagrid asendati kallutatavate laagritega, mis võimaldab ohutut töötamist kuni 15 000 p/min

Standardid ja tööstustava

• API 684: Nõuab kiirete turbomootorite stabiilsusanalüüsi
• API 617: Määrab kompressorite laagritüübid ja stabiilsusnõuded
• ISO 10814: Annab juhiseid laagrite valikuks stabiilsuse tagamiseks
• Tööstuspraktika: Kallutuspadja laagrid on standardvarustuses seadmetele, mis töötavad kiirusel üle 2 × esimese kriitilise kiiruse

Võlli vibratsioon kujutab endast katastroofilist riket, mida tuleb laagri õige valiku ja konstruktsiooni abil vältida. Selle iseloomuliku subsünkroonse, sageduslukustatud vibratsiooni tunnuse äratundmine võimaldab kiiret diagnoosimist ja asjakohast hädaolukorra lahendamist, hoides ära kulukaid kahjustusi kriitilistele kiirelt pöörlevatele seadmetele.

---

← Tagasi põhiindeksi juurde