Subsünkroonse ja sünkroonse vibratsiooni selgitus
Subsünkroonne vibratsioon on iga vibratsioonikomponent, mille sagedus on vähem kui masina põhitöökiirus (1×) ning selle välimus on üks tõsisemaid signaale, mida pöörlev masin võib edastada. Selle põhjuse mõistmiseks on abiks võrrelda seda selle vastandiga: sünkroonne vibratsioon, mis jälgib võlli pöörlemiskiirust täpsete täisarvuliste kordsetena. See vahe ei ole pelgalt teoreetiline – see eristab igapäevaseid rikkeid, mida saab mehaaniliselt parandada, iseäranõuduvatest ebastabiilsustest, mis nõuavad konstruktsiooni ümberprojekteerimist või kohest seiskamist. Käesolevas artiklis määratletakse mõlemad mõisted, loetletakse tavapärased põhjused ja näidatakse, kuidas neid eristada FFT spekter.
1. Mis on sünkroonne vibratsioon?
Sünkroonne vibratsioon tekib sagedusel, mis on võlli pöörlemiskiiruse täisarvuline kordne – see on pöörlemisega „sünkroonis“. See on kaugelt kõige levinum masinate vibratsiooni liik.
- Vibratsioon täpselt töökiirus (1×) on sünkroonne.
- Ka kahekordse (2×), kolmekordse (3×) jne kiirusega vibratsioon on sünkroonne ning seda nimetatakse tavaliselt harmoonilised pöörlemiskiirusest.
Enamik tavalisi rikkeid avaldub just sellisel viisil. Tasakaalustamatus, joondusvigaja mehaaniline lõtvus kõik tekitavad sünkroonset vibratsiooni. Näiteks tasakaalutus ilmneb alati sagedusel 1× pöördeid minutis ja järgib täpselt igasugust kiiruse muutust – kui pöördeid minutis kahekordistada, liigub tasakaalutuse tipp lihtsalt uuele 1× sagedusele. Kuna jõud on seotud võlli nurgaga, on tegemist klassikaliste sunnitud vibratsioonid.
2. Mis on sub-sünkroonne vibratsioon?
Subsünkroonne vibratsioon tekib sagedusel allpool 1× — eesliide „sub-“ tähendab lihtsalt „alla“. Märkimisväärne sub-sünkroonne sisu on sageli tõsine hoiatusmärk, sest seda tekitavad tavaliselt iseäratavad, ebastabiilsed rootori dünaamilised nähtused, mitte lihtne mehaaniline defekt. Oluline erinevus on energia allikas: sünkroonsete rikete korral ajendab välist geomeetrilist viga rootorit üks kord pöörde kohta, samas kui sub-sünkroonse ebastabiilsuse korral tekitab ajendava funktsiooni rootori enda liikumine mis mõjutavad selle laagrite või tihendite tööd. Just see tagasisideahel teebki need tingimused selle tunnusjooneks rootori ebastabiilsus.
3. Sub-sünkroonse vibratsiooni tavapärased põhjused
Subsünkroonne vibratsioon on oluline probleem vedelikukilega töötavates kiirpöörlevates turbiinmasinates liuglaagrid.
3.1 Õli keeris
See on sub-sünkroonse ebastabiilsuse kõige levinum vorm. Vedelikukilelagris võib võlli toetav hüdrodünaamiline õlikile hakata ringlema ja võlli enda ees edasi lükkama – see nähtus on tuntud kui õli keeris. Kuna õlikile keskmine kiirus on veidi alla poole võlli pinnakiirusest, on tulemuseks keerlemine ilmub umbes 0,42 kuni 0,48 korda töökiirusest (0.42×–0.48×). Õlikeeris sõltub sageli koormusest ja temperatuurist ning võib tekkida või kaduda, kui laagri koormus, õli temperatuur või pöörlemiskiirus muutub.
3.2 Õlipiits
Õlipiits on õlipöörise tõsisem ja ohtlikum vorm. See tekib siis, kui pöörise sagedus tõuseb rotori esimese omavõnkesageduseni ja seejärel „lukustub“ sellele, või kriitiline kiirus. Kui see on kord lukustunud, võib sub-sünkroonne amplituud kasvada väga suureks ega kao kiiruse suurenemisel; selle asemel püsib vibratsioon kriitilise kiiruse sagedusel isegi siis, kui masin kiirendab veelgi. See lukustunud, eskaleeruv seisund — mis on tihedalt seotud võlli piits — on äärmiselt kahjulik ja nõuab tavaliselt viivitamatut väljalülitamine.
3.3 Rotori ja staatori kokkupuutumine
Rotori ja paigal oleva osa kokkupuude — rootori hõõrdumine — võib põhjustada ka sub-sünkroonset vibratsiooni, sageli töökäigu kiiruse täisarvuliste murdosadena, näiteks 0.5×. Selge 0,5× komponent on klassikaline märk hõõrdumisest, mis paneb rootori kord kahe pöörde järel hüppama. Muud põhjused subharmooniline subharmoonilise vastuse põhjuste hulka kuuluvad ka tugev lõtk ja teatavad hõõrdumisest tingitud mittelineaarsused.
4. Nende eristamine FFT-spektris
Kahe perekonna eraldamine spekter sõltub suures osas sellest, kus tippud asuvad võrreldes 1×-ga:
- Sünkroonsed piigid: leia 1× RPM tipp (töökiirus) ja otsi tippe, mis vastavad täpsetele täisarvulistele kordsetele – 2×, 3× jne.
- Alasünkroonsed piigid: otsi kõiki silmapaistvaid tippe, mis ilmuvad enne 1× tipp sagedusteljel. Tipp ligikaudu 45% töökäigust on õli keerlemise klassikaline tunnus.
Kuna diagnoos sõltub tippkiiruse ja töökäigu kiiruse täpsest suhtest, on täpne kiiruse võrdlusandmed hädavajalikud – väikesed vead eeldatavas pöörlemiskiiruses võivad muuta 0,48-kordse pöörlemise tulemuse ebamääraseks. Järguanalüüs Viide ühe pöörde kohta antavale tahhomeetri impulssile kõrvaldab selle ebaselguse, väljendades spektrit otse pöörlemiskiiruse järkudes.
5. Miks see eristus on oluline
Teadmine, kummasse rühma nähtus kuulub, määrab kogu edasise tegevuse:
- Sünkroonsed probleemid (näiteks tasakaalustamatus) on sundvibratsioonid ja neid saab tavaliselt parandada mehaaniliselt — tasakaalustamine, joondamine või kinnitusdetailide pingutamine.
- Subsünkroonsed probleemid (näiteks õlipiits) on isepõhjustatud võnked või ebastabiilsustele. Need viitavad põhiprobleemile rootori-laagri süsteem ja seda ei saa tasakaalustamisega parandada. Lahendused hõlmavad tavaliselt laagri konstruktsiooni muutmist (näiteks kallutatavate laagrite kasutuselevõttu), õli temperatuuri või rõhu reguleerimist, laagri koormuse suurendamist või rootori ümberehitamist.
Seetõttu peetakse suure amplituudiga sub-sünkroonset piiki üldjuhul tõsisemaks häireks kui sama suurt sünkroonset piiki. Praktikas veendub insener esmalt, et masin on hästi tasakaalustatud ja joondatud – kasutades selleks näiteks kaasaskantavat analüsaatorit, nagu Balanset-1A mõõdab 1× amplituudi ja faas oli vaja välistada või kõrvaldada sünkroonsed põhjused, et spektris allesjäänud mis tahes sub-sünkroonset komponenti saaks kindlalt seostada ebastabiilsusega, mitte parandatava mehaanilise rikkega.
