Apa itu Shaft Whip? Ketidakstabilan Rotor yang Parah Dijelaskan • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Shaft Whip? Ketidakstabilan Rotor yang Parah Dijelaskan • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Shaft Whip? Ketidakstabilan Rotor yang Parah Dijelaskan

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Shaft Whip pada Mesin Berputar

Definisi: Apa itu Shaft Whip?

Cambuk poros (juga disebut cambuk minyak ketika terjadi pada bantalan hidrodinamik) adalah bentuk parah dari ketidakstabilan rotor ditandai dengan kekerasan getaran yang tereksitasi sendiri yang terjadi ketika rotor yang beroperasi dalam bantalan film fluida melebihi kecepatan ambang kritis, biasanya sekitar dua kali kecepatan pertama kecepatan kritis. Setelah cambuk terjadi, frekuensi getaran “terkunci” ke rotor pertama frekuensi alami dan tetap di sana terlepas dari peningkatan kecepatan lebih lanjut, dengan amplitudo yang hanya dibatasi oleh jarak bebas bantalan atau kegagalan besar.

Shaft whip merupakan salah satu kondisi yang paling berbahaya pada mesin berputar berkecepatan tinggi karena kondisi ini berkembang secara tiba-tiba, tumbuh hingga mencapai amplitudo yang merusak dalam hitungan detik, dan tidak dapat diperbaiki dengan menyeimbangkan atau metode konvensional lainnya. Hal ini memerlukan penghentian segera dan modifikasi sistem bantalan untuk mencegah terulangnya masalah.

Perkembangan: Pusaran Minyak ke Cambuk Poros

Tahap 1: Operasi Stabil

  • Rotor beroperasi di bawah ambang batas ketidakstabilan
  • Hanya getaran paksa normal dari ketidakseimbangan hadiah
  • Film oli bantalan memberikan dukungan yang stabil

Tahap 2: Awal Pusaran Minyak

Ketika kecepatan meningkat melewati sekitar 2× kecepatan kritis pertama:

  • Pusaran minyak mengembangkan—getaran sub-sinkron pada kecepatan poros ~0,43-0,48×
  • Amplitudo awalnya sedang dan bergantung pada kecepatan
  • Frekuensi meningkat secara proporsional dengan kecepatan poros
  • Mungkin terputus-putus atau terus-menerus
  • Dapat hidup berdampingan dengan getaran 1X normal dari ketidakseimbangan

Tahap 3: Transisi Cambuk

Ketika frekuensi pusaran minyak meningkat hingga sesuai dengan frekuensi alami pertama:

  • Penguncian Frekuensi: Kunci frekuensi getaran pada frekuensi alami
  • Amplifikasi Resonansi: Amplitudo tumbuh secara dramatis karena resonansi
  • Serangan Tiba-tiba: Transisi dari putaran ke cambukan bisa terjadi secara instan
  • Kecepatan Kemandirian: Peningkatan kecepatan lebih lanjut tidak mengubah frekuensi, hanya amplitudo

Tahap 4: Shaft Whip (Kondisi Kritis)

  • Getaran pada frekuensi konstan (frekuensi alami pertama, biasanya 40-60 Hz)
  • Amplitudo 5-20 kali lebih tinggi dari getaran ketidakseimbangan normal
  • Poros dapat menyentuh batas jarak bebas bantalan
  • Pemanasan cepat bantalan dan oli
  • Potensi kegagalan besar dalam hitungan menit jika tidak dimatikan

Mekanisme Fisik

Bagaimana Oil Whip Berkembang

Mekanisme ini melibatkan dinamika fluida dalam lapisan oli bantalan:

  1. Pembentukan Baji Minyak: Saat poros berputar, ia menarik oli di sekitar bantalan, menciptakan irisan bertekanan
  2. Gaya Tangensial: Baji minyak memberikan gaya tegak lurus terhadap arah radial (tangensial)
  3. Gerak Orbit: Gaya tangensial menyebabkan pusat poros berputar pada kecepatan setengah kecepatan poros
  4. Ekstraksi Energi: Sistem mengekstraksi energi dari rotasi poros untuk mempertahankan gerakan orbital
  5. Kunci Resonansi: Ketika frekuensi orbit sesuai dengan frekuensi alami, resonansi memperkuat getaran
  6. Siklus Batas: Getaran akan terus bertambah hingga dibatasi oleh jarak bebas atau kegagalan bantalan.

Identifikasi Diagnostik

Tanda Getaran

Cambuk poros menghasilkan pola karakteristik dalam data getaran:

  • Spektrum: Puncak besar pada frekuensi sub-sinkron (frekuensi alami pertama), konstan terlepas dari perubahan kecepatan
  • Plot Air Terjun: Komponen sub-sinkron muncul sebagai garis vertikal (frekuensi konstan) daripada garis diagonal (proporsional kecepatan)
  • Analisis Pesanan: Urutan pecahan yang menurun seiring dengan peningkatan kecepatan (misalnya, berubah dari 0,5× menjadi 0,4× menjadi 0,35×)
  • Orbit: Orbit lingkaran atau elips besar pada frekuensi alami

Kecepatan Awal

  • Ambang Batas Khas: 2.0-2.5× kecepatan kritis pertama
  • Bergantung pada Bantalan: Ambang batas spesifik bervariasi tergantung pada desain bantalan, beban awal, dan viskositas oli
  • Serangan Tiba-tiba: Peningkatan kecepatan kecil dapat memicu transisi cepat dari stabil ke tidak stabil

Strategi Pencegahan

Modifikasi Desain Bearing

1. Bantalan Bantalan Miring

  • Solusi paling efektif untuk mencegah shaft whip
  • Bantalan berputar secara independen, menghilangkan gaya kopling silang yang mengganggu kestabilan
  • Stabil secara inheren di rentang kecepatan yang lebar
  • Standar industri untuk turbomachinery berkecepatan tinggi

2. Bantalan Bendungan Tekanan

  • Bantalan silinder yang dimodifikasi dengan alur atau bendungan
  • Meningkatkan redaman dan kekakuan yang efektif
  • Lebih murah daripada bantalan miring tetapi kurang efektif

3. Beban Awal Bantalan

  • Menerapkan preload radial pada bantalan meningkatkan kekakuan
  • Meningkatkan kecepatan ambang batas untuk ketidakstabilan
  • Dapat dicapai melalui desain lubang offset

4. Peredam Film Peras

  • Elemen peredam eksternal di sekitar bantalan
  • Memberikan redaman tambahan tanpa mengubah desain bantalan
  • Efektif untuk aplikasi retrofit

Langkah-Langkah Operasional

  • Batasan Kecepatan: Batasi kecepatan operasi maksimum di bawah ambang batas (biasanya < 1,8× kritis pertama)
  • Manajemen Beban: Beroperasi pada beban bantalan yang lebih tinggi jika memungkinkan (meningkatkan redaman)
  • Kontrol Suhu Oli: Suhu oli yang lebih rendah meningkatkan viskositas dan redaman
  • Pemantauan: Pemantauan getaran berkelanjutan dengan alarm yang diatur untuk komponen sub-sinkron

Konsekuensi dan Kerusakan

Efek Langsung

  • Getaran Keras: Amplitudonya bisa mencapai beberapa milimeter (ratusan mil)
  • Kebisingan: Suara keras dan khas yang berbeda dari operasi normal
  • Pemanasan Bantalan Cepat: Suhu bantalan dapat naik 20-50°C dalam hitungan menit
  • Degradasi Minyak: Suhu tinggi dan geseran menurunkan kualitas pelumas

Potensi Kegagalan

  • Penghapusan Bantalan: Bahan babbit bantalan meleleh dan terhapus
  • Kerusakan Poros: Goresan, lecet, atau pembengkokan permanen
  • Kegagalan Segel: Gerakan poros yang berlebihan merusak segel
  • Kerusakan Poros: Kelelahan siklus tinggi akibat osilasi hebat
  • Kerusakan Kopling: Gaya yang ditransmisikan merusak kopling

Fenomena Terkait

Pusaran Minyak

Pusaran minyak adalah prekursor dari whip:

  • Mekanisme yang sama tetapi frekuensi belum terkunci pada frekuensi alami
  • Amplitudo yang kurang parah
  • Frekuensi proporsional terhadap kecepatan (~0,43-0,48×)
  • Mungkin dapat ditoleransi dalam beberapa aplikasi

Pusaran Uap

Ketidakstabilan serupa pada turbin uap disebabkan oleh gaya aerodinamis pada segel labirin, alih-alih lapisan oli bantalan. Menunjukkan penguncian getaran sub-sinkron serupa pada frekuensi alami.

Cambuk Gesekan Kering

Dapat terjadi pada lokasi segel atau dari kontak rotor-stator:

  • Gaya gesekan memberikan mekanisme destabilisasi
  • Kurang umum dibandingkan dengan oil whip tetapi sama berbahayanya
  • Memerlukan pendekatan korektif yang berbeda (menghilangkan kontak, meningkatkan desain segel)

Studi Kasus: Cambuk Poros Kompresor

Skenario: Kompresor sentrifugal berkecepatan tinggi dengan bantalan silinder polos

  • Operasi Normal: 12.000 RPM dengan getaran 2,5 mm/s
  • Peningkatan Kecepatan: Operator meningkat menjadi 13.500 RPM untuk kapasitas yang lebih tinggi
  • Serangan: Pada 13.200 RPM, getaran keras tiba-tiba terjadi
  • Gejala: Getaran 25 mm/s pada 45 Hz (konstan), suhu bantalan naik dari 70°C menjadi 95°C dalam 3 menit
  • Tindakan Darurat: Penghentian segera mencegah kegagalan bantalan
  • Akar Penyebab: Kecepatan kritis pertama adalah 2700 RPM (45 Hz); ambang batas cambuk pada 2× kritis = 5400 RPM terlampaui
  • Solusi: Mengganti bantalan polos dengan bantalan bantalan miring, memungkinkan pengoperasian yang aman hingga 15.000 RPM

Standar dan Praktik Industri

  • API 684: Memerlukan analisis stabilitas untuk turbomachinery berkecepatan tinggi
  • API 617: Menentukan jenis bantalan dan persyaratan stabilitas untuk kompresor
  • ISO 10814: Memberikan panduan tentang pemilihan bantalan untuk stabilitas
  • Praktik Industri: Bantalan bantalan miring standar untuk peralatan yang beroperasi di atas kecepatan kritis pertama 2×

Shaft whip merupakan mode kegagalan katastrofik yang harus dicegah melalui pemilihan dan desain bantalan yang tepat. Pengenalan tanda getaran sub-sinkron dan frekuensi terkunci yang khas memungkinkan diagnosis cepat dan respons darurat yang tepat, mencegah kerusakan mahal pada peralatan putar berkecepatan tinggi yang penting.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp