Öljypyörteen ymmärtäminen

Määritelmä: Mikä on öljypyörre?

Öljypyörre on eräänlainen itsestään herättyvä, epävakaa värähtely, jota esiintyy koneissa, joissa on nestekalvolaakerit, kuten suuret turbiinit, kompressorit ja pumput. Se on nesteen aiheuttaman epävakauden muoto, jossa akselia tukeva öljykalvo alkaa työntää akselia laakerivälyksen ympäri eteenpäin pyörivässä liikkeessä. Tämä "pyörteilevä" liike on aliaksoninen tärinä, eli se esiintyy koneen käyntinopeutta (1X) alhaisemmalla taajuudella.

Öljypyörteen ominaisuudet

Öljypyörteellä on useita erillisiä ja tunnistettavia ominaisuuksia värähtelytiedoissa:

• Taajuus: Merkittävin ominaisuus on laaja-alainen värähtelyhuippu taajuudella, joka on hieman alle puolet ajonopeudesta, tyypillisesti välillä 0,4X ja 0,48X (eli akselin pyörimisnopeudesta 40% - 48%). Esimerkiksi koneessa, joka käy nopeudella 3000 rpm (50 Hz), öljypyörrettä esiintyisi noin nopeudella 1200–1440 rpm (20–24 Hz).
• Suunta: Tärinä on pääasiassa säteittäistä (vaakasuoraa ja pystysuoraa) ja usein hyvin suuntaavaa.
• Kiertoradata: XY-läheisyysluotainten kiertoratakaaviossa öljypyörre näkyy suurena, eteenpäin suuntautuvana ja usein vääristyneenä (ei-pyöreänä) kiertoradana, jossa on yksi, hyvin määritelty sisäinen silmukka.
• Käyttäytyminen: Öljypyörre ei ole sidottu tiettyyn nopeuteen. Jos koneen nopeutta lisätään, pyörteen taajuus kasvaa myös, säilyttäen aina ominaissuhteensa noin 0,4X – 0,48X uuteen käyntinopeuteen nähden. Tämä on keskeinen erottava tekijä rakenteellisesta resonanssista, joka esiintyy kiinteällä taajuudella akselin nopeudesta riippumatta.

Mekanismi: Miten öljypyörre syntyy?

Öljypyörteen aiheuttaa liukulaakerin akselia tukevan hydrodynaamisen öljykiilan dynamiikka. Normaalikäytössä pyörivä akseli vetää öljyä kiilamaiseen rakoon, mikä luo painekentän, joka nostaa ja tukee akselia. Akseli ei ole laakerin keskellä, vaan se on hieman siirretty.

Kiilan sisällä oleva öljy kiertää laakerin ympärillä suunnilleen puolella akselin nopeudesta. Jos laakeri on kevyesti kuormitettu tai siinä on liikaa välystä, vakauttavat voimat voivat olla heikkoja. Pieni häiriö voi saada akselin "kaappaamaan" kiertävän öljykalvon, joka sitten alkaa työntää akselia ympyrärataa pitkin laakerin ympäri. Tämä luo itsestään ylläpitävän värähtelyn, joka voi kasvaa erittäin suuriksi amplitudeiksi, usein rajoitettuna vain itse laakerivälyksen vaikutuksesta (eli akseli alkaa osua laakeriin).

Öljypiiska: Vakavampi muoto

Jos koneen nopeus kasvaa pisteeseen, jossa öljyn pyörretaajuus (~0,4X – 0,48X) on sama kuin yksi roottorin ominaistaajuuksista (a kriittinen nopeus), tila pahenee huomattavasti. Tätä kutsutaan öljypiiska.

• Lukittu taajuus: Tärinä "lukittuu" roottorin ominaistaajuuteen eikä lisäänny koneen nopeuden kasvaessa.
• Korkea amplitudi: Resonanssitilanne aiheuttaa värähtelyn amplitudin erittäin korkeaksi ja usein tuhoisaksi.
• Vaara: Öljyn valuminen on erittäin vaarallinen ja epävakaa tila, joka voi johtaa koneen katastrofaaliseen vikaantumiseen.

Yleisiä syitä ja ratkaisuja

• Syyt: Kevyesti kuormitetut laakerit, liiallinen laakerivälys, väärä öljyn viskositeetti (liian alhainen), korkea öljynpaine tai koneen rakenne, jossa kriittinen nopeus on noin kaksi kertaa käyntinopeus.

– Ratkaisut: Ratkaisujen tarkoituksena on häiritä epävakaata öljykalvoa. Tähän voi kuulua laakerin kuormituksen lisääminen, öljyn viskositeetin muuttaminen tai laakereiden uudelleensuunnittelu siten, että niissä on pyörrevirtausta estävät ominaisuudet (esim. sitruunalaakerit, painepatolaakerit tai kallistuvalla tyynyllä varustetut laakerit).

← Takaisin päähakemistoon