Razumijevanje vrtloga rotora i nestabilnosti biča

Definicija: Što su Whirl i Whip?

Uljni vrtlog and Uljni bič su dva povezana i vrlo opasna oblika samouzbuđenja, subsinkroni vibracije koje se javljaju u strojevima koji se brzo rotiraju opremljenim ležajevima s fluidnim filmom (kliznim ležajevima). To nisu prisilne vibracije uzrokovane problemima poput neravnoteže, već su nestabilnosti rotora gdje kretanje samog rotora generira sile koje održavaju i povećavaju vibraciju. Oba su karakterizirana "vrtloženjem" osovine rotora - precesijom naprijed u velikoj orbiti - unutar zazora ležaja.

Mehanizam: Kako se to događa?

U ležaju s fluidnim filmom, rotirajuće vratilo podupire klin ulja pod visokim tlakom. Vratilo se ne nalazi u središtu ležaja, već se kreće uz jednu stranu. Kako vratilo vuče ulje, samo ulje cirkulira prosječnom brzinom nešto manjom od polovice brzine površine vratila.

Uljni vrtlog nastaje kada ovaj cirkulirajući uljni film počne "gurati" osovinu oko ležaja, uzrokujući njegovo precesiranje u velikoj, prednjoj orbiti. Frekvencija ovog vrtloga određena je prosječnom brzinom uljnog filma, koja je obično između 42% i 48% brzine okretaja osovine (0,42x do 0,48x)Ovo je klasični signal subsinkrone vibracije.

Uljni vrtlog: Preteča

Uljni vrtlog često je početna faza nestabilnosti. Njegove karakteristike su:

• Frekvencija: Pojavljuje se kao zaseban vrh u FFT spektru između 0,42x i 0,48x RPM.
• Ponašanje: Frekvencija vrtloga *povećat će se* s povećanjem brzine stroja, uvijek ostajući u tom rasponu od ~45%.
• Ozbiljnost: Može uzrokovati visoke, ali ponekad stabilne vibracije. Može se pojaviti ili nestati kako se mijenja opterećenje stroja, brzina ili temperatura ulja. Iako je nepoželjno, nije uvijek odmah destruktivno.

Uljni bič: Kritična opasnost

Uljni bič je daleko teže i opasnije stanje koje se razvija zbog vrtloga ulja. Do njega dolazi kada se brzina stroja poveća do točke u kojoj frekvencija vrtloga ulja (pri ~45% brzine rada) postane jednaka frekvenciji rotora prva prirodna frekvencija (njegova prva kritična brzina).

Kada se to dogodi, uljni vrtlog se "zaključava" na prirodnu frekvenciju rotora i pobuđuje rezonancu. Karakteristike uljnog biča su:

• Frekvencija: Frekvencija vibracija postaje „zaključana“ na prvoj prirodnoj frekvenciji rotora i *ne povećava se dalje* čak ni kako stroj nastavlja ubrzavati.
• Amplituda: Amplituda vibracije raste vrlo veliko i postaje nasilna i nestabilna.
• Ponašanje: Uljni bič je izuzetno destruktivan i neće nestati daljnjim povećanjem brzine. Može uzrokovati katastrofalna oštećenja ležajeva, brtvi i samog rotora u vrlo kratkom vremenu.

Brzina pri kojoj počinje bičevanje ulja obično je nešto više od dvostruke brzine rotora. Stroj koji ima problema s bičevanjem ulja zahtijeva trenutno zaustavljanje.

Kako prepoznati vrtlog i bič

• Analiza spektra: Potražite snažan subsinkroni vrh. Tijekom pokretanja, ako se frekvencija vrha povećava s brzinom, to je vrtlog. Ako se frekvencija vrha "izravna" u određenoj točki dok se vrh brzine rada 1x nastavi povećavati, prešao je u bič.
• Orbitni grafikon: Orbita osovine bit će veliki, kružni krug ili elipsa s precesijom prema naprijed, često s nanesenom vibracijom brzine rada 1x, stvarajući izgled „petlje po petlji“.
• Vodopadni prikaz: Dijagram vodopada iz testa pokretanja pruža najjasniju moguću sliku, pokazujući kako se frekvencija vrtloga ulja povećava s brzinom sve dok se ne presiječe s prvom prirodnom frekvencijom i prijeđe u vrtlog ulja.

Uzroci i rješenja

Ove nestabilnosti su složene i na njih utječu dizajn ležaja, geometrija rotora, viskoznost ulja, temperatura i opterećenje. Nisu uzrokovane neravnotežom i ne mogu se ispraviti balansiranjem. Rješenja su obično promjene na razini dizajna, kao što su:

• Promjena na stabilniji dizajn ležaja (npr. ležaj s nagibnim pločicama).
• Promjena viskoznosti ili temperature ulja.
• Povećanje opterećenja ležaja.
• Uvođenje elemenata poput žljebova ili brana u ležaj kako bi se poremetio obodni tok ulja.

← Natrag na glavni indeks