Capire il vortice dell'olio

Definizione: Che cosa è il vortice d'olio?

Vortice d'olio è un tipo di vibrazione instabile autoeccitata che si verifica nelle macchine dotate di cuscinetti a film fluido (perni), come grandi turbine, compressori e pompe. È una forma di instabilità indotta dal fluido in cui il film d'olio che sostiene l'albero inizia a spingere l'albero attorno al gioco del cuscinetto con un movimento circolare in avanti. Questo movimento "vorticoso" è un sub-sincrono vibrazione, ovvero si verifica a una frequenza inferiore alla velocità di funzionamento della macchina (1X).

Caratteristiche del vortice d'olio

Il vortice d'olio presenta diverse caratteristiche distinte e identificabili nei dati sulle vibrazioni:

• Frequenza: La caratteristica più evidente è un picco di vibrazione di grande ampiezza a una frequenza leggermente inferiore alla metà della velocità di corsa, in genere tra 0,4X e 0,48X (vale a dire, da 40% a 48% della velocità di rotazione dell'albero). Ad esempio, in una macchina che funziona a 3000 giri/min (50 Hz), il vortice d'olio si formerebbe a circa 1200-1440 giri/min (20-24 Hz).
• Direzione: La vibrazione è principalmente radiale (orizzontale e verticale) e spesso è fortemente direzionale.
• Orbita Plot: Osservato su un grafico orbitale da sonde di prossimità XY, il vortice di petrolio appare come un'orbita ampia, in precessione in avanti e spesso distorta (non circolare) con un singolo anello interno ben definito.
• Comportamento: Il vortice d'olio non è legato a una velocità specifica. Aumentando la velocità della macchina, aumenterà anche la frequenza del vortice, mantenendo sempre il suo rapporto caratteristico di ~0,4X – 0,48X rispetto alla nuova velocità di funzionamento. Questo è un fattore chiave di differenziazione dalla risonanza strutturale, che si verifica a una frequenza fissa indipendentemente dalla velocità dell'albero.

Il meccanismo: come si verifica il vortice del petrolio?

Il vortice d'olio è causato dalla dinamica del cuneo idrodinamico che sostiene l'albero in un cuscinetto radente. In condizioni di normale funzionamento, l'albero rotante trascina l'olio in una fessura a forma di cuneo, creando un campo di pressione che solleva e sostiene l'albero. L'albero non si trova al centro del cuscinetto, ma è leggermente disassato.

L'olio in questo cuneo circola anche attorno al cuscinetto a circa metà della velocità dell'albero. Se il cuscinetto è leggermente caricato o ha un gioco eccessivo, le forze stabilizzanti possono essere deboli. Una piccola perturbazione può far sì che l'albero venga "catturato" dal film d'olio circolante, che inizia quindi a spingerlo lungo un percorso circolare attorno al cuscinetto. Questo crea una vibrazione autosostenuta che può raggiungere ampiezze molto elevate, spesso limitate solo dal gioco del cuscinetto stesso (ovvero, l'albero inizia a urtare il cuscinetto).

Frusta d'olio: la forma più grave

Se la velocità della macchina aumenta fino al punto in cui la frequenza del vortice dell'olio (~0,4X – 0,48X) coincide con una delle frequenze naturali del rotore (a velocità critica), la condizione diventa molto più grave. Questo è chiamato frusta d'olio.

• Frequenza bloccata: La vibrazione si “blocca” sulla frequenza naturale del rotore e non aumenta ulteriormente all’aumentare della velocità della macchina.
• Ampiezza elevata: La condizione di risonanza fa sì che l'ampiezza della vibrazione diventi estremamente elevata e spesso distruttiva.
• Pericolo: La frusta d'olio è una condizione molto pericolosa e instabile che può portare a guasti catastrofici della macchina.

Cause comuni e soluzioni

• Cause: Cuscinetti leggermente caricati, gioco eccessivo dei cuscinetti, viscosità dell'olio non corretta (troppo bassa), pressione dell'olio elevata o una progettazione della macchina che imposta una velocità critica a circa il doppio della velocità di funzionamento.

– Soluzioni: Le soluzioni mirano a interrompere l'instabilità del film d'olio. Ciò può includere l'aumento del carico sui cuscinetti, la modifica della viscosità dell'olio o la riprogettazione dei cuscinetti per dotarli di caratteristiche anti-vortice (ad esempio, cuscinetti a foro di limone, cuscinetti a diga di pressione o cuscinetti a pattini basculanti).

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