Mikä on akselin heiluminen? Roottorin vakavan epävakauden selitys • Kannettava tasapainotin, värähtelyanalysaattori "Balanset" murskainten, puhaltimien, multainten, puimureiden ruuvien, akseleiden, sentrifugien, turbiinien ja monien muiden roottoreiden dynaamiseen tasapainottamiseen Mikä on akselin heiluminen? Roottorin vakavan epävakauden selitys • Kannettava tasapainotin, värähtelyanalysaattori "Balanset" murskainten, puhaltimien, multainten, puimureiden ruuvien, akseleiden, sentrifugien, turbiinien ja monien muiden roottoreiden dynaamiseen tasapainottamiseen

Mikä on akselin piiskaaminen? Roottorin vakavan epävakauden selitys

Julkaisija: admin, ,

Akselin piiskauksen ymmärtäminen pyörivissä koneissa

Määritelmä: Mikä on shaft whip?

Akselin piiska (kutsutaan myös öljyn piiskaksi hydrodynaamisissa laakereissa) on vakava vaurion muoto roottorin epävakaus väkivaltainen itsevirittyvä värähtely joka tapahtuu, kun nestekalvolaakereissa toimiva roottori ylittää kriittisen kynnysnopeuden, tyypillisesti noin kaksi kertaa ensimmäisen kriittinen nopeus. Kun ruoskumista tapahtuu, värähtelytaajuus "lukittuu" roottorin ensimmäiseen luonnollinen taajuus ja pysyy siellä riippumatta nopeuden lisäkasvauksista, amplitudin ollessa rajoitettu vain laakerivälyksillä tai katastrofaalisella vikaantumisella.

Akselin värähtely on yksi vaarallisimmista olosuhteista nopeissa pyörivissä koneissa, koska se kehittyy äkillisesti, kasvaa tuhoisaksi muutamassa sekunnissa eikä sitä voida korjata tasapainottaminen tai muilla perinteisillä menetelmillä. Se vaatii välitöntä sammutusta ja laakerijärjestelmän muutoksia toistumisen estämiseksi.

Progressio: Öljypyörteestä akselin piiskaksi

Vaihe 1: Vakaa toiminta

  • Roottori toimii epävakauskynnyksen alapuolella
  • Vain normaali pakotettu värähtely epätasapaino esittää
  • Laakeriöljykalvo tarjoaa vakaan tuen

Vaihe 2: Öljypyörteen alkaminen

Kun nopeus kasvaa yli noin kaksinkertaiseksi ensimmäiseen kriittiseen nopeuteen nähden:

  • Öljypyörre kehittyy — aliaksoninen värähtely noin 0,43–0,48 × akselinopeudella
  • Amplitudi on aluksi kohtalainen ja nopeudesta riippuvainen
  • Taajuus kasvaa suhteessa akselin nopeuteen
  • Voi olla ajoittaista tai jatkuvaa
  • Voi esiintyä samanaikaisesti normaalin 1X-värähtelyn kanssa epätasapainosta johtuen

Vaihe 3: Piiska-siirtymä

Kun öljyn pyörretaajuus kasvaa vastaamaan ensimmäistä ominaistaajuutta:

  • Taajuuden lukitus: Tärinätaajuus lukittuu luonnolliselle taajuudelle
  • Resonanssivahvistus: Amplitudi kasvaa dramaattisesti johtuen resonanssi
  • Äkillinen alkaminen: Siirtyminen pyörteestä piiskaukseen voi olla välitön
  • Nopeusriippumattomuus: Nopeuden lisäykset eivät muuta taajuutta, ainoastaan amplitudia

Vaihe 4: Akselin piiskaaminen (kriittinen tila)

  • Tärinä vakiotaajuudella (ensimmäinen luonnollinen taajuus, tyypillisesti 40–60 Hz)
  • Amplitudi 5–20 kertaa suurempi kuin normaali epätasapainovärähtely
  • Akseli voi osua laakerivälyksen rajoihin
  • Laakereiden ja öljyn nopea kuumeneminen
  • Katastrofaalinen vikaantuminen muutamassa minuutissa, jos sitä ei sammuteta

Fyysinen mekanismi

Miten öljyvaha kehittyy

Mekanismi sisältää laakeriöljykalvon nestedynamiikan:

  1. Öljykiilan muodostuminen: Akselin pyöriessä se vetää öljyä laakerin ympärille luoden paineistetun kiilan
  2. Tangentiaalinen voima: Öljykiila kohdistaa säteittäiseen suuntaan kohtisuoran voiman (tangentiaalisen)
  3. Kiertoradan liike: Tangentiaalinen voima saa akselin keskipisteen kiertämään noin puolella akselinopeudella
  4. Energian talteenotto: Järjestelmä ottaa energiaa akselin pyörimisestä ylläpitääkseen kiertoliikettä
  5. Resonanssilukko: Kun kiertoradan taajuus vastaa ominaistaajuutta, resonanssi vahvistaa värähtelyä
  6. Rajasykli: Tärinä kasvaa, kunnes laakerivälys tai vika rajoittaa sitä

Diagnostinen tunnistus

Tärinäsignaali

Akselin piiska tuottaa värähtelydatassa ominaisia kuvioita:

  • Spektri: Suuri piikki aliaksonnisella taajuudella (ensimmäinen luonnollinen taajuus), vakio nopeuden muutoksista riippumatta
  • Vesiputousalue: Subsynkroninen komponentti näkyy pystysuorana viivana (vakiotaajuus) eikä diagonaalisena viivana (nopeuteen verrannollinen)
  • Tilausanalyysi: Murtolukumäärä, joka pienenee nopeuden kasvaessa (esim. muuttuu arvosta 0,5× arvoon 0,4× ja sitten 0,35×)
  • Kiertorata: Suuri pyöreä tai elliptinen kiertorata luonnollisella taajuudella

Aloitusnopeus

  • Tyypillinen kynnysarvo: 2,0–2,5 × ensimmäinen kriittinen nopeus
  • Laakeririippuvainen: Ominaiskynnys vaihtelee laakerin rakenteen, esijännityksen ja öljyn viskositeetin mukaan
  • Äkillinen alkaminen: Pieni nopeuden lisäys voi laukaista nopean siirtymisen vakaasta epävakaaseen

Ennaltaehkäisystrategiat

Laakerisuunnittelun muutokset

1. Kallistuvien laakerityynyjen

  • Tehokkain ratkaisu akselin värähtelyn estämiseen
  • Tyynyt kääntyvät itsenäisesti, mikä eliminoi epävakautta aiheuttavat ristikytkentävoimat
  • Luonnostaan vakaa laajoilla nopeusalueilla
  • Alan standardi suurnopeuksisille turbokoneille

2. Painepadon laakerit

  • Modifioitu lieriömäinen laakeri, jossa on urat tai padot
  • Lisää tehokasta vaimennusta ja jäykkyyttä
  • Halvempi kuin kallistuva alusta, mutta vähemmän tehokas

3. Laakerin esijännitys

  • Laakereiden säteittäinen esijännitys lisää jäykkyyttä
  • Nostaa epävakauden kynnysnopeutta
  • Voidaan saavuttaa offset-reikärakenteilla

4. Purista kalvovaimentimia

  • Laakeria ympäröivä ulkoinen vaimennuselementti
  • Tarjoaa lisävaimennusta muuttamatta laakerin rakennetta
  • Tehokas jälkiasennussovelluksiin

Operatiiviset toimenpiteet

  • Nopeusrajoitus: Rajoita suurin käyttönopeus kynnysarvon alapuolelle (yleensä < 1,8 × ensimmäinen kriittinen)
  • Kuormituksen hallinta: Käytä suuremmilla laakerikuormilla mahdollisuuksien mukaan (lisää vaimennusta)
  • Öljyn lämpötilan säätö: Alhaisempi öljyn lämpötila lisää viskositeettia ja vaimennusta
  • Seuranta: Jatkuva tärinänvalvonta ja hälytykset asetettu aliaksonnisille komponenteille

Seuraukset ja vahingot

Välittömät vaikutukset

  • Voimakas tärinä: Amplitudit voivat olla useita millimetrejä (satoja millimetrejä)
  • Melu: Kova, omaleimainen ääni, joka poikkeaa normaalikäytöstä
  • Laakerin nopea lämmitys: Laakerien lämpötila voi nousta 20–50 °C minuuteissa
  • Öljyn hajoaminen: Korkeat lämpötilat ja leikkausvoima heikentävät voiteluainetta

Mahdolliset viat

  • Laakerin pyyhkiminen: Laakeribabbitin materiaali sulaa ja pyyhkiytyy pois
  • Akselin vauriot: Naarmuuntuminen, kitkasyöpyminen tai pysyvä taivutus
  • Tiivisteen vika: Liiallinen akselin liike tuhoaa tiivisteet
  • Akselin rikkoutuminen: Korkean syklin väsyminen voimakkaasta värähtelystä
  • Kytkimen vauriot: Siirtyneet voimat vahingoittavat kytkimiä

Liittyvät ilmiöt

Öljypyörre

Öljypyörre on ruoskan edeltäjä:

  • Sama mekanismi, mutta taajuus ei ole lukittunut luonnolliseen taajuuteen
  • Lievempi amplitudi
  • Nopeuteen verrannollinen taajuus (~0,43–0,48×)
  • Voi olla siedettävä joissakin sovelluksissa

Höyrypyörre

Samankaltainen epävakaus höyryturbiineissa, jonka aiheuttavat labyrinttitiivisteiden aerodynaamiset voimat laakeriöljykalvojen sijaan. Osoittaa samanlaista alisynkronista värähtelyn lukitusta ominaistaajuuteen.

Kuiva kitkapihdit

Voi esiintyä tiivisteiden kohdalla tai roottorin ja staattorin kosketuksessa:

  • Kitkavoimat tarjoavat epävakauttavan mekanismin
  • Harvempi kuin öljypiiska, mutta yhtä vaarallinen
  • Vaatii erilaista korjaavaa lähestymistapaa (kosketuksen poistaminen, tiivisteen suunnittelun parantaminen)

Case-tutkimus: Kompressorin akselin piiska

Skenaario: Nopea keskipakoiskompressori, jossa on tavalliset lieriömäiset laakerit

  • Normaali toiminta: 12 000 rpm ja 2,5 mm/s tärinä
  • Nopeuden lisäys: Kuljettajan kierrosluku nostettu 13 500 rpm:iin suuremman kapasiteetin saavuttamiseksi
  • Alku: 13 200 rpm:n nopeudella kehittyi äkillinen voimakas tärinä
  • Oireet: 25 mm/s tärinä 45 Hz:n taajuudella (vakio), laakerin lämpötila nousi 70 °C:sta 95 °C:een 3 minuutissa
  • Hätätilannetoimet: Välitön sammutus esti laakerivian
  • Perimmäinen syy: Ensimmäinen kriittinen nopeus oli 2700 RPM (45 Hz); piiskautumiskynnys ylitettiin nopeudella 2 × kriittinen = 5400 RPM
  • Ratkaisu: Liukulaakerit vaihdettu kallistuviin tyynylaakereihin, mikä mahdollistaa turvallisen käytön 15 000 rpm:iin asti

Standardit ja alan käytännöt

  • API-684: Vaatii stabiiliusanalyysin suurnopeuksisille turbokoneille
  • API-617: Määrittää kompressorien laakerityypit ja vakavuusvaatimukset
  • ISO 10814: Antaa ohjeita laakerin valintaan vakauden varmistamiseksi
  • Alan käytäntö: Kallistuvien laakerityynyjen standardi laitteille, jotka toimivat yli 2 × ensimmäisen kriittisen nopeuden

Akselin värähtely edustaa katastrofaalista vikaantumistapaa, joka on estettävä asianmukaisella laakerivalinnalla ja -suunnittelulla. Sen tunnusomaisen aliaksonnaisen, taajuuslukitun värähtelyprofiilin tunnistaminen mahdollistaa nopean diagnosoinnin ja asianmukaisen hätätilanteen, estäen kalliit vauriot kriittisille nopeille pyöriville laitteille.

← Takaisin päähakemistoon

Luokat:
WhatsApp