Turbulenssin ymmärtäminen värähtelyanalyysissä

Määritelmä: Mitä turbulenssi on?

Värähtelyanalyysin yhteydessä turbulenssi viittaa nesteen tai kaasun kaoottiseen, satunnaiseen ja epävakaaseen virtaukseen koneen, kuten pumpun, tuulettimen tai turbiinin, läpi. Tämä epäsäännöllinen virtaus aiheuttaa paineenvaihteluita, jotka toimivat pakottavana funktiona ja aiheuttavat matalataajuista, satunnaista värähtelyä koneen rakenteessa.

Toisin kuin diskreetit, jaksolliset voimat, jotka aiheutuvat epätasapaino tai virheasento, turbulenssin aiheuttama värähtely ei tapahdu yhdellä terävällä taajuudella. Sen sijaan se ilmenee laajakaistaisen, epäsynkronisen energian "kumpuuna" FFT-spektri.

Turbulenssivärähtelyn ominaisuudet

• Taajuus: Se on matalataajuinen ilmiö, joka esiintyy tyypillisesti alle 10–20 Hz:n taajuuksilla ja selvästi koneen käyntinopeuden alapuolella.
• Laajakaistan luonne: Se ei tuota terävää, erottuvaa piikkiä. Sen sijaan se nostaa kohinan pohjatasoa spektrin matalataajuisella alueella, mitä usein kuvataan "satunnaiseksi kyttyräksi" tai "heinäsuovaksi".
• Satunnainen ja epäjaksollinen: Tärinä ei ole tasaista. Amplitudi ja vaihe vaihtelevat jatkuvasti ja satunnaisesti. Kun sitä katsotaan aika-aaltomuoto, se näkyy kaoottisena, toistuvana signaalina.
• Suunta: Värähtely on tyypillisesti säteittäistä ja voi esiintyä sekä vaaka- että pystysuunnassa.

Turbulenssin yleisiä syitä

Turbulenssi on hydraulinen tai aerodynaaminen ongelma, joka johtuu nesteen tasaisen, suunnitellun virtauksen häiriöistä. Yleisiä syitä ovat:

• Parhaan hyötysuhteen pisteen (BEP) ulkopuolella toimiminen: Pumput ja puhaltimet on suunniteltu toimimaan tehokkaimmin ja tasaisimmin tietyssä suorituskykykäyränsä kohdassa. Niiden käyttäminen merkittävästi BEP:iä suuremmalla tai pienemmällä virtausnopeudella aiheuttaa nesteen tehotonta virtausta, mikä aiheuttaa turbulenssia.
• Virtausreitin esteet: Mikä tahansa, mikä estää tai häiritsee nesteen kulkua, voi aiheuttaa turbulenssia. Tähän kuuluvat huonosti suunnitellut putkistot (esim. jyrkät mutkat juuri ennen pumpun imuaukkoa), osittain suljetut venttiilit, tukkeutuneet suodattimet tai vieraat esineet.
• Ilman sisäänvirtaus tai kavitaatio: Ilmakuplien läsnäolo nesteessä (veden kulkeutuminen) tai höyrykuplien muodostuminen ja romahtaminen (kavitaatio) luo erittäin turbulensseja ja impulsiivisia olosuhteita, jotka aiheuttavat merkittävää satunnaista värähtelyä.
• Huono pohjakaivon tai imuaukon suunnittelu: Pumpuissa huonosti suunniteltu imuallas voi aiheuttaa pyörteitä, jotka tuovat ilmaa ja turbulenssia pumpun imupuolelle.

Diagnoosi ja erilaistuminen

Turbulenssin diagnosoinnin avain on sen satunnainen, laajakaistainen ja matalataajuinen luonne. Kokenut analyytikko voi usein tunnistaa sen tarkkailemalla itse koneen värähtelyn "epävakaata" ja "sykkivää" luonnetta.

On tärkeää erottaa turbulenssi muista matalataajuisista ongelmista:

• Mekaaninen löysyys: Löyhyys aiheuttaa myös laajakaistaista kohinaa, mutta sille on usein ominaista kohonnut kohinataso koko spektrissä ja selkeät kulkunopeuden harmoniset yliaallot, jotka puuttuvat puhtaassa turbulenssissa.

– Öljypyörre: Tämä on selkeä alisynkroninen piikki noin 0,4–0,48X:n välillä, ei laaja satunnaisen energian kohouma.

– Hankaus: Hiero voi tuottaa laajan taajuusalueen, mutta se sisältää usein monia korkeataajuisia harmonisia ja aliharmonisia yliaaltoja, ja aika-aaltomuodossa voi olla katkaistuja tai leikattuja huippuja.

Koska turbulenssi on prosessiin liittyvä ongelma, ei mekaaninen vika, ratkaisuun kuuluu tyypillisesti toiminnallisen tai järjestelmäsuunnitteluongelman korjaaminen. Tämä voi sisältää pumpun tai puhaltimen toimintapisteen säätämisen, venttiilien avaamisen, suodattimien puhdistamisen tai putkiston suunnittelun muuttamisen.

← Takaisin päähakemistoon