Comprensione della turbolenza nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cos'è la turbolenza?

Nel contesto dell'analisi delle vibrazioni, turbolenza Si riferisce al flusso caotico, casuale e instabile di un fluido (liquido o gas) attraverso una macchina, come una pompa, un ventilatore o una turbina. Questo flusso irregolare crea fluttuazioni di pressione che agiscono come una funzione forzante, inducendo una vibrazione casuale a bassa frequenza nella struttura della macchina.

A differenza delle forze discrete e periodiche causate da sbilanciare o disallineamento, la vibrazione dovuta alla turbolenza non si verifica a una singola frequenza netta. Invece, appare come una "gobba" di energia a banda larga e non sincrona nel Spettro FFT.

Caratteristiche della vibrazione della turbolenza

• Frequenza: Si tratta di un fenomeno a bassa frequenza, che si verifica in genere al di sotto dei 10-20 Hz e ben al di sotto della velocità di funzionamento della macchina.
• Natura della banda larga: Non produce un picco netto e distinto. Piuttosto, aumenta il rumore di fondo nella regione delle basse frequenze dello spettro, spesso descritto come una "gobba casuale" o un "pagliaio".
• Casuale e non periodico: La vibrazione non è costante. L'ampiezza e la fase fluttuano costantemente e casualmente. Se osservate nel forma d'onda del tempo, appare come un segnale caotico e non ripetuto.
• Direzione: La vibrazione è tipicamente radiale e può essere presente sia in direzione orizzontale che verticale.

Cause comuni di turbolenza

La turbolenza è un problema idraulico o aerodinamico causato da interruzioni nel flusso fluido previsto. Le cause più comuni includono:

• Operare lontano dal punto di massima efficienza (BEP): Pompe e ventilatori sono progettati per funzionare in modo più efficiente e fluido in un punto specifico della loro curva di prestazione. Il loro funzionamento a una portata significativamente superiore o inferiore al BEP causerà un flusso inefficiente del fluido, creando turbolenza.
• Ostruzioni nel percorso del flusso: Qualsiasi cosa ostruisca o interrompa il percorso del fluido può causare turbolenza. Tra queste rientrano tubazioni mal progettate (ad esempio, curve strette subito prima dell'ingresso di aspirazione di una pompa), valvole parzialmente chiuse, filtri intasati o corpi estranei.
• Trascinamento d'aria o cavitazione: La presenza di bolle d'aria in un liquido (trascinamento) o la formazione e il collasso di bolle di vapore (cavitazione) creano condizioni altamente turbolente e impulsive, che generano vibrazioni casuali significative.
• Progettazione scadente della coppa o dell'ingresso: Nelle pompe, una vasca di raccolta mal progettata può creare vortici che introducono aria e turbolenza nell'aspirazione della pompa.

Diagnosi e differenziazione

La chiave per diagnosticare la turbolenza è la sua natura casuale, a banda larga e a bassa frequenza. Un analista esperto può spesso identificarla osservando la natura "instabile" e "battitura" della vibrazione sulla macchina stessa.

È importante distinguere la turbolenza da altri problemi a bassa frequenza:

• Allentamento meccanico: Anche la lassità crea rumore a banda larga, ma è spesso caratterizzata da un rumore di fondo elevato su tutto lo spettro e da armoniche distinte della velocità di corsa, assenti nella turbolenza pura.

– Vortice d'olio: Si tratta di un picco sub-sincrono distinto a ~0,4-0,48X, non di un'ampia gobba di energia casuale.

– Sfregamento: Uno sfregamento può generare un'ampia gamma di frequenze, ma spesso include molte armoniche e subarmoniche ad alta frequenza e la forma d'onda temporale può presentare picchi troncati o tagliati.

Poiché la turbolenza è un problema legato al processo, non un guasto meccanico, la soluzione in genere prevede la correzione del problema operativo o di progettazione del sistema. Ciò può includere la regolazione del punto di funzionamento della pompa o del ventilatore, l'apertura delle valvole, la pulizia dei filtri o la modifica della progettazione delle tubazioni.

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