Ռոտորի շրջապտույտի (whirl) և խփողական (whip) անկայունությունների հասկացում
Պտույտ և whip — ամենահաճախ հանդիպող տեսքերն են oil whirl (յուղային շրջապտույտ) և oil whip — ինքնագրգռվող, միմյանց հետ կապված և չափազանց վտանգավոր երկու երևույթներ են, սուբսինխրոն տատանում որոնք դրսևորվում են բարձր պտտաթվով պտտվող մեքենաներում, որոնք աշխատում են հեղուկ շերտի (լիսեռի վզիկ) առանցքակալներում: Դրանք չեն ստիպողական տատանումներ գրգռվում թերություններով, ինչպիսիք են անհավասարակշռություն կամ առանցքների շեղվածություն: հակառակը՝ դրանք ռոտորի անկայունություններ , որտեղ ռոտորի շարժումն ինքնին առաջացնում է այն ուժերը, որոնք պահպանում և ուժեղացնում են տատանումները: Երկու դեպքում էլ լիսեռը «պտտվում է» (whirls) — այն առաջ է շարժվում մեծ ուղեծրով առանցքակալի բացակի (խաղի) սահմաններում՝ նկարագրելով իր սեփական պտույտից լիովին տարբերվող ուղի:
1. Սահմանում. Ո՞րն է oil whirl-ի և oil whip-ի էությունը
Արժե առանձնացնել երկու հասկացություն, որոնք «whirl» (պտույտ/շրջապտույտ) ամենօրյա տերմինը խառնում է միմյանց: Պտույտ (Spin) ռոտորի պտույտն է իր երկրաչափական առանցքի շուրջ: Պտույտ (կամ պրեցեսիա) այդ առանցքի ամբողջական ուղեծրային շարժումն է առանցքակալի ներսում ավելի մեծ շրջանագծի շուրջ — պատկերացրեք պտտվող մետաղադրամ, որի կենտրոնը նույնպես շրջանցում է սեղանը: Բոլոր ռոտորները մի փոքր «պտտվում են» (whirl); խնդիրը սկսվում է, երբ այդ պտույտը դադարում է լինել բարյացակամ արձագանք մնացորդային անհավասարակշռություն և դառնում ինքնագրգռվող, էներգիան վերցնելով հավասարաչափ պտույտից՝ ոչ թե արտաքին գրգռիչից: Oil whirl-ը ինքնագրգռվող պրեցեսիա է, որը շարժում է առանցքակալի յուղի շերտը: Oil whip-ը այն դաժան ռեզոնանսն է, որի մեջ այն կարող է վերածվել: Քանի որ էներգիայի աղբյուրը պտույտն ինքնին է, այս անկայունությունները հնարավոր չէ հավասարակշռել — սա հիմնարար տարբերություն է սինխրոն խնդիրներից:
2. Մեխանիզմ. Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում
Հեղուկ շերտի առանցքակալում պտտվող լիսեռը պահվում է ոչ թե մետաղ-մետաղ շփումից, այլ յուղի բարձր ճնշման թիթեղից: Լիսեռը չի գտնվում առանցքակալի կենտրոնում: այն բարձրանում է մի կողմ՝ տեղաշարժվելով կրած բեռից: Երբ լիսեռի վզիկի (journal) մակերեսը յուղը քաշում է օղակաձև բացակի շուրջ, լուսրիկը շրջանառվում է միջին արագությամբ, որը մի փոքր ավելի քիչ է, քան լիսեռի մակերեսի արագության կեսը — լիսեռին շփվող հեղուկը շարժվում է լիսեռի արագությամբ, անշարժ առանցքակալի պատին շփվող հեղուկը գրեթե անշարժ է, իսկ ընդհանուր միջինը հասնում է հենց 0.5×-ից մի փոքր ցածր:
Oil whirl-ը տեղի է ունենում, երբ այս շրջանառվող շերտը սկսում է «հրել» թեթև բեռնվածքով լիսեռը իրենից առաջ՝ քշելով այն մեծ առաջնորդող ուղեծրով առանցքակալի շուրջ: Պտույտի (whirl) հաճախությունը որոշվում է յուղի շերտի միջին արագությամբ, որը սովորաբար ընկած է աշխատանքային արագության 42%-ի և 48%-ի միջև (0.42×-ից մինչև 0.48×): Այդ առանձնահատուկ ենթասինխրոն նշանը — մոտ, բայց երբեք ճիշտ կեսը աշխատանքային արագություն — վերլուծաբանների փնտրած «մատնահետքն» է: («Կեսից մի փոքր ավելի քիչ» ցուցանիշը նաև այն պատճառն է, որ oil whirl-ը երբեմն ազատ կոչվում է «կես արագությամբ պտույտ» (half-speed whirl), թեև իրական արժեքը երբեք լիովին չի հասնում 0.5×-ի):
3. Oil Whirl: Նախորդող փուլ
Oil whirl-ը սովորաբար անկայունության բացման փուլն է — զգուշացում, դեռևս ոչ թե աղետ: Դրա բնութագրերն են.
- Հաճախություն դրսևորվում է որպես առանձին գագաթ FFT սպեկտր RPM-ի 0.42×-ի և 0.48×-ի միջև:
- Վարքագիծ. պտույտի (whirl) հաճախությունը աճում է մեքենայի արագացման ժամանակ, միշտ հետևելով աշխատանքային արագության ~45% հարաբերակցությանը: Արագացման ժամանակ այն բարձրանում է որպես ենթասինխրոն ստվեր 1× գծի տակ:
- Ուժգնություն. այն կարող է առաջացնել բարձր, բայց երբեմն կայուն տատանումներ, և այն կարող է հայտնվել կամ անհետանալ՝ կախված բեռի, արագության կամ յուղի ջերմաստիճանի փոփոխությունից: Անցանկալի, իհարկե — բայց միշտ չէ, որ անմիջապես քանդող:
- Զգայունություն՝ թեթև բեռնվածքով, չափերից դուրս մեծ կամ մաշված առանցքակալները սովորական մեղավորներն են, քանի որ ցածր տեսակարար բեռը թույլ է տալիս յուղի թիթեղին գերիշխել լիսեռի դիրքի վրա:
4. Oil Whip: Կրիտիկական վտանգ
Oil whip-ը շատ ավելի ծանր վիճակ է, որը ուղղակիորեն աճում է oil whirl-ից: Այն հարվածում է, երբ մեքենան արագանում է այն կետին, որտեղ oil whirl-ի հաճախությունը (մոտավորապես աշխատանքային արագության 45%-ը) բարձրանում է՝ հանդիպելու ռոտորի առաջին բնական հաճախականություն — դրա առաջին կրիտիկական արագություն: Այդ պահին պտույտը (whirl) «ամրանում է» սեփական հաճախությանը և գրգռում լիարժեք ռեզոնանս: Դրա բնութագրերն են.
- Հաճախություն տատանումները ամրանում են ռոտորի առաջին սեփական հաճախությանը և չեն բարձրանում ավելի, նույնիսկ երբ մեքենան շարունակում է արագանալ — ուստի ենթասինխրոն գագաթը «հարթանում է» (flatlines), մինչդեռ 1× գագաթը շարունակում է առաջ շարժվել:
- Ամպլիտուդ: տատանումները շատ մեծ են դառնում, դառնալով դաժան և անկայուն:
- Վարքագիծ. oil whip-ը չափազանց քանդող է և ոչ չի վերանա ավելի շատ արագացնելիս: Այն կարող է ոչնչացնել առանցքակալները, խտանյութերը և ռոտորն ինքնին շատ կարճ ժամանակում, երբեմն ծանր ռոտորի շփում , երբ ուղեծիրը լցնում է բացակը (խաղը):
Արագությունը, որի դեպքում whip-ը սկսվում է, սովորաբար մի փոքր ավելի է ռոտորի առաջին կրիտիկական արագությունից երկու անգամ — այն կետը, որտեղ ~0.5× պտույտի (whirl) գիծը հատում է առաջին սեփական հաճախությունը: Oil whip-ի գրկում գտնվող մեքենան կարիք ունի անմիջական անջատում: սա ճիշտ այն սցենարն է, որի համար մեքենաների պաշտպանության համակարգերը նախատեսված են լարվելու (trip on):
5. Ինչպե՞ս ճանաչել Whirl-ը և Whip-ը
- Սպեկտրի վերլուծություն՝ փնտրեք ուժեղ ենթա-սինխրոն գագաթ։ Արագացման ընթացքում, եթե այդ գագաթի հաճախությունը աճում է պտտաթվի հետ, դա whirl է։ Եթե այն «հարթանում» (flatlines) է մի ֆիքսված արժեքի վրա, մինչդեռ 1× գագաթը շարունակում է բարձրանալ, ապա այն անցել է whip-ի փուլ։
- Օրբիտայի գրաֆիկ: լիսեռի ուղեծիրը մեծ, առաջ շարժվող պրեցեսիայով շրջան է կամ էլիպս, հաճախ՝ 1× բաղադրիչի վրա ծածկված, ինչը տալիս է բնորոշ «loop-the-loop» (ուղեծրային օղակ) պատկեր։
- Ջրվեժային գրաֆիկ: ջրվեժային (կամ կասկադ) գրաֆիկը մեկնարկից տալիս է ամենադիտելի պատկերը՝ ցույց տալով, թե ինչպես է whirl-ի հաճախությունը աճում պտտաթվի հետ, մինչև այն հատում է առաջին սեփական հաճախությունը և ֆիքսվում whip-ի վրա։ Այդ հատումների քարտեզագրումը հենց այն է, ինչը անում է Կեմպբելի դիագրամ հաշվիչը։
Քանի որ whirl-ը և whip-ը գտնվում են 1×-ից ցածր, վերլուծիչը պետք է հասնի զգալիորեն աշխատանքային պտտաթվից ցածր և ճշգրիտ լուծի փուլը։ Կրելի երկու ալիքով սարք, ինչպիսին է Balanset-1A ընդունում է սինխրոնիզացված ամպլիտուդ և փուլ աշխատանքային պտտաթվի բաղադրիչը արագացման կամ ազատ դանդաղեցման ընթացքում, ինչը թույլ է տալիս ինժեներին տեղում հաստատել, որ կայուն ցածր հաճախությամբ գագաթը իսկական առանցքակալային անկայունություն է, այլ ոչ թե սովորական անհավասարակշռություն, և, ինչպես օգտակար է, բացառել բալանսավորման խնդիրը, նախքան փորձելը ուղղել մի բան, որը երբեք չէր աշխատի։
6. Պատճառներ և լուծումներ
Այս անկայունությունները կառավարվում են առանցքակալի դիզայնով, ռոտորի երկրաչափությամբ, յուղի մածուցիկությամբ, ջերմաստիճանով և բեռնվածքով՝ մի խճճված փոխազդեցությունների հավաքածու, որը պաշտոնապես արտացոլված է ռոտորի դինամիկա։ Դրանք առաջ չեն գալիս անհավասարակշռությունից և չեն կարող բուժվել բալանսավորում։ Բուժումները դիզայնի մակարդակի փոփոխություններն են։
- Անցեք ավելի կայուն առանցքակալային երկրաչափության, օրինակ՝ թեքվող թիթեղների սահքի առանցքակալի։
- Փոխեք յուղի մածուցիկությունը կամ աշխատանքային ջերմաստիճանը՝ փոխելու շերտի վարքագիծը։
- Ավելացրեք առանցքակալի սպեցիֆիկ բեռնվածքը, որպեսզի լիսեռը ամուր նստի և յուղային թիթեղը այլևս չկարողանա գերիշխել։
- Ավելացրեք ակոսներ, առանցքային խցաններ կամ կիտրոնաձև պրոֆիլներ, որոնք խզում են շրջանագծային յուղային հոսքը, որը սնուցում է whirl-ը։
Շատ նման անկայունությունը, շոգեպտույտ, առաջանում է տուրբիններում օդադինամիկական, այլ ոչ թե յուղային շերտի ուժերից, բայց տալիս է նման սեփական գրգռված ենթա-սինխրոն պատկեր՝ հիշեցնելով, որ «whirl»-ը երևույթների ընտանիք է, միավորված մեկ հատկանիշով՝ ռոտորը էներգիա է մատակարարում իր ուղեծրին։
