درک ناپایداری‌های چرخش روتور و شلاقی

تعریف: چرخش (Whirl) و شلاقی (Whip) چیستند؟

چرخش روغن and شلاق روغنی دو شکل مرتبط و بسیار خطرناک از خودارضایی هستند، زیرهمزمان ارتعاشاتی که در ماشین‌آلات دوار با سرعت بالا مجهز به یاتاقان‌های فیلم سیال (ژورنال) رخ می‌دهند. آنها ارتعاشات اجباری ناشی از مسائلی مانند عدم تعادل نیستند، بلکه ... ناپایداری‌های روتور که در آن حرکت خود روتور نیروهایی را ایجاد می‌کند که ارتعاش را حفظ و افزایش می‌دهند. هر دو با "چرخش" شفت روتور - حرکت رو به جلو در یک مدار بزرگ - در فضای خالی یاتاقان آن مشخص می‌شوند.

مکانیسم: چگونه اتفاق می‌افتد؟

در یاتاقان لایه سیال، شفت چرخان توسط یک لایه روغن با فشار بالا پشتیبانی می‌شود. شفت در مرکز یاتاقان قرار ندارد، بلکه از یک طرف به سمت بالا حرکت می‌کند. با کشیده شدن روغن توسط شفت، خود روغن با سرعت متوسط کمی کمتر از نصف سرعت سطحی شفت گردش می‌کند.

چرخش روغن زمانی اتفاق می‌افتد که این لایه روغن در حال گردش، شروع به "فشار دادن" شفت به دور یاتاقان می‌کند و باعث می‌شود که شفت در یک مدار بزرگ و رو به جلو حرکت کند. فرکانس این چرخش با سرعت متوسط لایه روغن تعیین می‌شود که معمولاً بین ۴۲۱TP3T و ۴۸۱TP3T سرعت دوران شفت (۰.۴۲x تا ۰.۴۸x)این یک امضای ارتعاش زیرسنکرون کلاسیک است.

چرخش نفت: پیش درآمد

چرخش روغن اغلب مرحله اولیه ناپایداری است. ویژگی‌های آن عبارتند از:

• فرکانس: به صورت یک پیک مشخص در طیف FFT بین 0.42x و 0.48x RPM ظاهر می‌شود.
• رفتار: فرکانس چرخش *با افزایش سرعت دستگاه* افزایش می‌یابد و همیشه در محدوده ~45% باقی می‌ماند.
• شدت: این می‌تواند باعث ارتعاش زیاد اما گاهی پایدار شود. ممکن است با تغییر بار، سرعت یا دمای روغن دستگاه ظاهر یا ناپدید شود. اگرچه نامطلوب است، اما همیشه بلافاصله مخرب نیست.

شلاق نفتی: خطر بحرانی

شلاق روغنی یک وضعیت بسیار شدیدتر و خطرناک‌تر است که از چرخش روغن ایجاد می‌شود. این حالت زمانی رخ می‌دهد که سرعت دستگاه تا نقطه‌ای افزایش یابد که فرکانس چرخش روغن (در حدود 45% سرعت چرخش) با فرکانس روتور برابر شود. فرکانس طبیعی اول (اولین سرعت بحرانی آن).

وقتی این اتفاق می‌افتد، چرخش روغن روی فرکانس طبیعی روتور «قفل» می‌شود و یک رزونانس ایجاد می‌کند. ویژگی‌های شلاق روغن عبارتند از:

• فرکانس: فرکانس ارتعاش در اولین فرکانس طبیعی روتور «قفل» می‌شود و *دیگر افزایش نمی‌یابد* حتی با اینکه دستگاه به افزایش سرعت خود ادامه می‌دهد.
• دامنه: دامنه ارتعاش بسیار بزرگ می‌شود و شدید و ناپایدار می‌گردد.
• رفتار: پدیده شلاق روغن بسیار مخرب است و با افزایش بیشتر سرعت از بین نمی‌رود. این پدیده می‌تواند در مدت زمان بسیار کوتاهی آسیب‌های فاجعه‌باری به یاتاقان‌ها، آب‌بندها و خود روتور وارد کند.

سرعتی که در آن پدیده شلاق روغن شروع می‌شود، معمولاً کمی بیش از دو برابر اولین سرعت بحرانی روتور است. دستگاهی که دچار شلاق روغن می‌شود، نیاز به خاموش شدن فوری دارد.

نحوه تشخیص چرخش (Whip) و شلاقی (Whirl)

• تحلیل طیف: به دنبال یک پیک زیرسنکرون قوی باشید. در طول راه‌اندازی، اگر فرکانس پیک با سرعت افزایش یابد، چرخش است. اگر فرکانس پیک در یک نقطه خاص "صاف" شود در حالی که پیک سرعت ۱x همچنان افزایش می‌یابد، به شلاقی تبدیل شده است.
• نمودار مدار: مدار شفت یک دایره یا بیضی بزرگ با حرکت تقدیمی رو به جلو خواهد بود که اغلب با ارتعاش سرعت چرخش ۱x روی آن منطبق می‌شود و ظاهری شبیه به «حلقه به حلقه» ایجاد می‌کند.
• قطعه زمین آبشار: نمودار آبشاری از یک آزمایش اولیه، واضح‌ترین تصویر ممکن را ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که فرکانس چرخش روغن با سرعت افزایش می‌یابد تا زمانی که با اولین فرکانس طبیعی تلاقی کند و به شلاق روغن تبدیل شود.

علل و راه حل ها

این ناپایداری‌ها پیچیده هستند و تحت تأثیر طراحی یاتاقان، هندسه روتور، ویسکوزیته روغن، دما و بار قرار می‌گیرند. آن‌ها ناشی از عدم تعادل نیستند و نمی‌توان آن‌ها را با متعادل‌سازی برطرف کرد. راه‌حل‌ها معمولاً تغییرات در سطح طراحی هستند، مانند:

• تغییر به یک طراحی یاتاقان پایدارتر (مثلاً یاتاقان با پد شیب‌دار).
• تغییر ویسکوزیته یا دمای روغن.
• افزایش بار یاتاقان.
• ایجاد شیار یا مانع در یاتاقان برای ایجاد اختلال در جریان محیطی روغن.

← بازگشت به فهرست اصلی