Roottorin pyörre- ja ruoskaepästabiilisuuksien ymmärtäminen

Määritelmä: Mitä ovat Whirl ja Whip?

Öljypyörre ja Öljypiiska ovat kaksi toisiinsa liittyvää ja erittäin vaarallista itseinhoiton muotoa, aliaksoninen tärinää, jota esiintyy nopeissa pyörivissä koneissa, joissa on nestekalvolaakerit. Ne eivät ole pakotettuja tärinöitä, jotka johtuvat esimerkiksi epätasapainosta, vaan roottorin epävakaudet jossa roottorin itse liike synnyttää värähtelyä ylläpitävät ja kasvattavat voimat. Molemmille on ominaista roottorin akselin "pyörtyminen" – eteenpäin liikkuminen laajalla kiertoradalla – laakerivälyksen sisällä.

Mekanismi: Miten se tapahtuu?

Fluidikalvolaakerissa pyörivää akselia tukee korkeapaineinen öljykiila. Akseli ei ole laakerin keskellä, vaan liikkuu ylöspäin toisella puolella. Kun akseli vetää öljyä ympäriinsä, öljy itse kiertää keskimäärin hieman alle puolella akselin pintanopeudesta.

Öljypyörre tapahtuu, kun tämä kiertävä öljykalvo alkaa "työntää" akselia laakerin ympäri, jolloin se liikkuu suuressa, eteenpäin suuntautuvassa kiertoradassa. Tämän pyörteen taajuus määräytyy öljykalvon keskinopeuden mukaan, joka on tyypillisesti välillä 42% ja 48% akselin pyörimisnopeudesta (0,42x - 0,48x)Tämä on klassinen aliaksonninen värähtelytunnusmerkki.

Öljypyörre: Esiaste

Öljypyörre on usein epävakauden alkuvaihe. Sen ominaisuuksia ovat:

• Taajuus: Näkyy selkeänä piikkinä FFT-spektrissä 0,42x ja 0,48x RPM välillä.
• Käyttäytyminen: Pyörteen taajuus *kasvaa* koneen nopeuden kasvaessa, pysyen aina noin 45%:n välillä.
• Vakavuus: Se voi aiheuttaa voimakasta mutta joskus vakaata tärinää. Se voi ilmetä tai kadota koneen kuormituksen, nopeuden tai öljyn lämpötilan muuttuessa. Vaikka se on ei-toivottavaa, se ei aina ole välittömästi tuhoisa.

Öljypiiska: Kriittinen vaara

Öljypiiska on paljon vakavampi ja vaarallisempi tila, joka kehittyy öljypyörteestä. Se tapahtuu, kun koneen nopeus kasvaa pisteeseen, jossa öljypyörteisyyden taajuus (noin 45% käyntinopeudella) on yhtä suuri kuin roottorin ensimmäinen luonnollinen taajuus (sen ensimmäinen kriittinen nopeus).

Kun näin tapahtuu, öljypyörre "lukittuu" roottorin ominaistaajuuteen ja herättää resonanssin. Öljypyörteen ominaisuudet ovat:

• Taajuus: Tärinätaajuus "lukittuu" roottorin ensimmäiseen luonnolliseen taajuuteen eikä *lisäänny enempää*, vaikka kone jatkaa kiihtymistään.
• Amplitudi: Tärinän amplitudi kasvaa erittäin suureksi ja muuttuu voimakkaaksi ja epävakaaksi.
• Käyttäytyminen: Öljyn piiskaaminen on erittäin tuhoisaa eikä katoa nopeuden lisäämisestä huolimatta. Se voi aiheuttaa katastrofaalisia vaurioita laakereille, tiivisteille ja itse roottorin hyvin lyhyessä ajassa.

Öljyn tärinän alkamisnopeus on tyypillisesti hieman yli kaksinkertainen roottorin ensimmäiseen kriittiseen nopeuteen verrattuna. Jos koneessa ilmenee öljyn tärinää, se on sammutettava välittömästi.

Kuinka tunnistaa Whirl ja Whip

• Spektrianalyysi: Etsi voimakasta aliaksonomista huippua. Jos käynnistyksen aikana huipun taajuus kasvaa nopeuden mukana, kyseessä on pyörremyrsky. Jos huipun taajuus "tasaantuu" tietyssä kohdassa, kun taas 1x käyntinopeuden huippu jatkaa kasvuaan, se on muuttunut pyörremyrskyksi.
• Kiertoradata: Akselin kiertorata on suuri, eteenpäin prekessoiva ympyrä tai ellipsi, johon usein on asetettu päälle kerransaan käyntinopeuden suuruinen värähtely, mikä luo "silmukka-silmukka"-vaikutelman.
• Vesiputousalue: Käynnistystestin vesiputousdiagrammi antaa selkeimmän mahdollisen kuvan ja näyttää öljyn pyörretaajuuden kasvavan nopeuden myötä, kunnes se leikkaa ensimmäisen luonnollisen taajuuden ja muuttuu öljyn ruoskahdukseksi.

Syyt ja ratkaisut

Nämä epävakaudet ovat monimutkaisia ja niihin vaikuttavat laakerin rakenne, roottorin geometria, öljyn viskositeetti, lämpötila ja kuormitus. Ne eivät johdu epätasapainosta, eikä niitä voida korjata tasapainottamalla. Ratkaisut ovat tyypillisesti suunnittelutason muutoksia, kuten:

• Vaihtaminen vakaampaan laakerirakenteeseen (esim. kallistustyynylaakeri).
• Öljyn viskositeetin tai lämpötilan muuttaminen.
• Laakerikuorman lisääminen.
• Laakeriin lisätään ominaisuuksia, kuten uria tai patoja, jotka häiritsevät öljyn kehävirtausta.

← Takaisin päähakemistoon