オイルワールを理解する

定義: Oil Whirl とは何ですか?

オイルワール 大型タービン、コンプレッサー、ポンプなど、流体膜（ジャーナル）軸受を備えた機械で発生する、自励振動の一種である。これは流体誘起不安定性の一種であり、軸を支持する油膜が軸を軸受の隙間の周囲に前方への円運動で押し始める。この「旋回」運動は、 同期していない 振動、つまり機械の動作速度 (1X) より低い周波数で発生します。

オイルワールの特性

オイルワールには、振動データにおいていくつかの明確かつ識別可能な特性があります。

• 頻度： 最も顕著な特徴は、走行速度の半分よりわずかに低い周波数で発生する大きな振幅の振動ピークであり、通常は 0.4倍と0.48倍 （つまり、シャフトの回転速度の40%から48%）。例えば、3000 RPM（50 Hz）で稼働する機械では、オイルワールは約1200～1440 RPM（20～24 Hz）で発生します。
• 方向： 振動は主に放射状（水平および垂直）であり、多くの場合方向性が非常に強いです。
• 軌道プロット: XY 近接プローブからの軌道プロットで見ると、オイル旋回は、単一の明確な内部ループを持つ、大きく前方に歳差運動し、多くの場合は歪んだ (非円形) 軌道として現れます。
• 行動： オイルワールは特定の速度とは関係ありません。機械の速度が上昇すると、ワールの周波数も上昇しますが、常に新しい運転速度の約0.4倍～0.48倍という特性比を維持します。これは、シャフト速度に関係なく一定の周波数で発生する構造共振との重要な違いです。

メカニズム：オイルワールはどうやって発生するのか？

オイルホワールは、ジャーナルベアリング内のシャフトを支持する流体力学的オイルウェッジの力学によって発生します。通常の運転状態では、回転シャフトがオイルをウェッジ状の隙間に引き込み、シャフトを持ち上げて支持する圧力場を形成します。シャフトはベアリングの中心ではなく、わずかにオフセットされています。

このウェッジ内のオイルは、シャフトの速度の約半分の速度でベアリング内を循環しています。ベアリングの負荷が軽かったり、クリアランスが大きすぎたりすると、安定化力が弱くなる可能性があります。わずかな外乱でも、シャフトが循環する油膜に「捕捉」され、ベアリングの周囲を円運動するように押し進められます。これにより、自立振動が発生し、その振幅は非常に大きくなりますが、多くの場合、ベアリングのクリアランス自体によってのみ制限されます（つまり、シャフトがベアリングに衝突し始めます）。

オイルホイップ：より深刻な形態

機械の速度が上昇し、オイルの渦の周波数（約0.4倍～0.48倍）がローターの固有周波数の1つ（ 臨界速度）になると、症状はさらに重くなります。これは オイルホイップ.

• ロック周波数: 振動はローターの固有振動数に固定され、機械の速度が上昇してもそれ以上増加しません。
• 高振幅: 共振状態により振動振幅が極端に高くなり、破壊的になることがよくあります。
• 危険： オイルホイップは非常に危険で不安定な状態であり、機械の壊滅的な故障につながる可能性があります。

一般的な原因と解決策

• 原因: ベアリングの負荷が軽い、ベアリングのクリアランスが大きすぎる、オイルの粘度が不適切 (低すぎる)、油圧が高い、または、動作速度の約 2 倍の速度で臨界速度が発生する機械設計。

– 解決策: 解決策は、不安定な油膜を破壊することを目指します。具体的には、ベアリング負荷の増加、オイル粘度の変更、あるいはベアリングの再設計による回転防止機能の付加（レモンボアベアリング、プレッシャーダムベアリング、ティルティングパッドベアリングなど）などが挙げられます。

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