درک چرخش روغن
چرخش روغن نوعی از ارتعاش خود انگیخته و ناپایدار است که در ماشینهای مجهز به بلبرینگهای فیلم روغنی (ژورنال) رخ میدهد — توربینهای بزرگ، کمپرسورها و پمپها از جمله آنها هستند. این یک نوع ارتعاش ناشی از روغن است بیثباتی که در آن فیلم روغنی حامل شافت شروع به فشار دادن شافت در اطراف تخلیج بلبرینگ در یک حرکت دایرهای جلورفتنده میکند. از آنجایی که این گردابش در فرکانسی کمتر از سرعت چرخش ماشین (1×) رخ میدهد، یک زیرهمزمان ارتعاش است — و از آنجایی که خود انگیخته است، نیاز به یک تابع بیرونی برای حفظ آن ندارد.
1. تعریف: چه چیزی است گردابش روغن؟
برخلاف عدم تعادلکه یک ارتعاش همزمان (1×) است لرزش اجباریگردابش روغن یک ارتعاش خود برانگیختهاست: انرژی محرک آن از چرخش دائمی شافت به دست میآید که از طریق فیلم روغنی بلبرینگ وارد میشود. این تمایز از نظر تشخیصی اهمیت دارد، زیرا ناپایداریهای خود انگیخته میتوانند ناگهانی ظاهر شوند، به سرعت افزایش یافند و نمیتوانند به روش عدم تعادل 1× “متوازن” شوند.
2. ویژگیهای گردابش روغن
گردابش روغن دارای چندین امضای مشخص و قابل شناسایی در دادههای ارتعاش است:
- فرکانس: برجستهترین ویژگی یک قلهی پر振در در فرکانسی کمی کمتر از نیمی از سرعت چرخش است — معمولاً بین 0.4× and 0.48× (40% تا 48% سرعت شافت). در یک ماشین که با 3000 دور بر دقیقه (50 هرتز) کار میکند، گردابش روغن تقریباً در 1200–1440 دور بر دقیقه (20–24 هرتز) ظاهر میشود.
- جهت: ارتعاش عمدتاً شعاعی (افقی و عمودی) است و اغلب به شدت جهتدار است.
- نمودار مدار: در یک نمودار مدار X–Y دیده شود پروبهای مجاورتیگردابش روغن به عنوان یک مدار بزرگ، جلورفتنده، اغلب منحرف (غیر دایرهای) که حاوی یک حلقه داخلی منفرد و خوب تعریفشده است ظاهر میشود.
- رفتار: نوسان نفتی به فرکانس ثابتی بستگی ندارد. هنگامی که ماشین سرعت میگیرد، فرکانس نوسان آن را دنبال میکند و همیشه نسبت مشخص ~0.4×–0.48× سرعت جدید را حفظ میکند. این رفتار دنبالکننده سرعت، تمایز کلیدی از رزونانس ساختاریکه در یک فرکانس ثابت صرفنظر از سرعت شافت قرار دارد.
ثبت این ویژگیها به صراحت نیاز به اندازهگیری چندکاناله با مرجع فاز دارد. یک نمودار آبشاری (آبشار) taken during a افزایش سرعت یا کاهش سرعت به ویژه آشکارکننده است، زیرا قلهی زیرهمزمان دیده میشود که با سرعت چرخش حرکت میکند نه اینکه ثابت بماند.
3. مکانیسم: گردابش روغن چگونه رخ میدهد؟
گردابش روغن از دینامیک گوه روغنی هیدرودینامیکی ناشی میشود که شفت را در یاتاقان بلغزنده تکیه میدهد. در عملکرد نرمال، شفت چرخنده روغن را به داخل شکاف گوهشکل میکشاند و میدان فشاری را ایجاد میکند که شفت را بالا برده و تکیه میدهد. شفت در مرکز یاتاقان قرار نمیگیرد بلکه کمی جابهجا و در زاویهای نسبت به خط بار سوار میشود.
روغن درون آن گوه خود را در حدود نصف سرعت سطح شفت در اطراف یاتاقان گردش میدهد — که دقیقاً همین است که ناپایداری حاصل شده در حدود 0.5× ظاهر میشود. اگر یاتاقان بار کمی داشته باشد یا دارای فضای آزاد بیشازحد باشد لقی، نیروهای تثبیتکننده تضعیف میشوند. یک اغتشاش کوچک میتواند شفت را "گرفتار" کند در فیلم گردشی که شروع به رانندگی آن در مسیر دایرهای در اطراف یاتاقان میکند. نتیجه ارتعاش خودپایدار است که میتواند به دامنه بسیار بالا برسد، اغلب تنها توسط فضای آزاد یاتاقان محدود میشود — در این نقطه شفت شروع به تماس با سطح یاتاقان میکند.
4. گردابش روغن: شکل شدیدتر
اگر ماشین به سرعتی رسید که فرکانس نوسان نفتی (~0.4×–0.48×) با یکی از فرکانسهای فرکانسهای طبیعی — یک سرعت بحرانی — شرایط به شدت تشدید میشود. این نام گذاری میشود شلاق روغنی، عضو نهایی خشنتر از نوسان و ضربه خانواده ناپایداریها.
- فرکانس قفلشده: ارتعاش "قفل" میشود بر روی فرکانس طبیعی روتور و دیگر با افزایش سرعت ماشین افزایش نمییابد.
- دامنه بالا: شرایط تشدید دامنه را بسیار بالا میبرد.
- خطر: گردابش روغن یک شرایط بسیار خطرناک و ناپایدار است که میتواند منجر به شکست فاجعهآمیز شود، از جمله پاک شدن یاتاقان و ساییدگی روتور.
5. علل و راهکارهای رایج
- علل: یاتاقانهای بار کم، فضای آزاد یاتاقان بیشازحد، ویسکوزیته روغن که بسیار کم است، فشار تامین روغن بیشازحد، یا طراحی ماشینی که سرعت بحرانی را تقریباً دو برابر سرعت کاری قرار میدهد (بنابراین روتور دقیقاً جایی که فرکانس گردابش فرا میرسد به سرعت بحرانی خود میرسد).
- راه حل ها: راهکارها هدفشان ایجاد اختلال در فیلم روغن ناپایدار است. گزینهها شامل افزایش بار یاتاقان، اصلاح ویسکوزیته روغن، و بازطراحی یاتاقان با هندسه ضدگردابش است — بوره لیموکی (بیضی)، سد فشاری، یا چندفصی و پد متحرک طراحیهایی که گردش فیلم متقارن را میشکنند. نصب میراگر فیلم فشاری میتواند میرایی تثبیتکننده را در برخی ماشینها اضافه کند.
تأیید تشخیص در محل نیاز به اندازهگیری پیک زیرسنکرون و فاز آن دارد، و انصراف از علل سنکرون — عدمتوازن و ناهمترازی — اول. یک تحلیلکننده قابلحمل دو کانالی مانند Balanset-1A دامنه را ثبت میکند و فاز در طول طیف ارتعاش و بررسی میکند که آیا مولفه 1× قابل قبول است؛ اگر نابالانسی 1× خالص باشد اما یک پیک قوی ~0.45× که سرعت را دنبال میکند وجود دارد، مشکل از ناپایداری فیلم مایع مانند نوسان نفتی است، نه از خطای بالانس — و راهحل در یاتاقان، نه در وزنههای اصلاحی است. فرکانسهای ناپایداری مشخص میتوانند با Journal Bearing (Oil Whirl & Oil Whip) Frequency calculator.
