振動解析における乱流の理解

定義: 乱流とは何ですか?

振動解析の文脈では、 乱気流 ポンプ、ファン、タービンなどの機械を通過する流体（液体または気体）の、無秩序でランダムかつ不安定な流れを指します。この不規則な流れは圧力変動を引き起こし、それが強制力として作用し、機械構造に低周波のランダム振動を引き起こします。

離散的かつ周期的な力とは異なり、 アンバランス または ずれ乱流による振動は、単一の鋭い周波数で発生するのではなく、むしろ、広帯域で非同期的なエネルギーの「こぶ」として現れる。 FFTスペクトル.

乱流振動の特性

• 頻度： これは低周波現象であり、通常は 10 ～ 20 Hz 未満で発生し、機械の動作速度よりもはるかに低くなります。
• ブロードバンドの性質: 鋭く明確なピークは生成しません。代わりに、スペクトルの低周波領域におけるノイズフロアを上昇させ、しばしば「ランダムな山」や「干し草の山」と表現されます。
• ランダムかつ非周期的: 振動は安定していません。振幅と位相は常にランダムに変動しています。 時間波形、それは無秩序で繰り返されない信号として現れます。
• 方向： 振動は通常は放射状であり、水平方向と垂直方向の両方に存在する可能性があります。

乱気流の一般的な原因

乱流は、流体の滑らかで設計された流れが乱れることで生じる水力学的または空気力学的問題です。一般的な原因としては、以下のようなものが挙げられます。

• 最高効率点（BEP）から離れた動作： ポンプとファンは、性能曲線上の特定のポイントで最も効率的かつスムーズに動作するように設計されています。BEPよりも大幅に高い流量または低い流量で動作させると、流体の流れが非効率になり、乱流が発生します。
• 流路の障害物: 流体の流路を妨害したり、乱したりするものは何でも乱流の原因となります。これには、配管の設計不良（例：ポンプの吸入口直前の急カーブ）、バルブの半開き、ストレーナーの詰まり、異物などが含まれます。
• 空気の巻き込みまたはキャビテーション: 液体内の気泡の存在（エントレインメント）または蒸気泡の形成と崩壊（キャビテーション）により、非常に乱流と衝撃的な状態が生じ、大きなランダム振動が発生します。
• 不適切なサンプまたは入口の設計: ポンプでは、サンプの設計が不適切だと渦が発生し、ポンプの吸引部に空気と乱流がもたらされる可能性があります。

診断と鑑別

乱流を診断する鍵は、そのランダム性、広帯域性、そして低周波性です。経験豊富な分析者は、機械自体の振動の「不安定」かつ「うなり」のような性質を観察することで、乱流を特定できる場合が多いです。

乱流を他の低周波の問題と区別することが重要です。

• 機械的な緩み: 緩みによっても広帯域のノイズが発生しますが、多くの場合、スペクトル全体にわたってノイズ フロアが上昇し、純粋な乱流では存在しない走行速度の独特な高調波が発生するという特徴があります。

– オイルワール: これは、ランダムなエネルギーの幅広い山ではなく、約 0.4-0.48X の明確なサブ同期ピークです。

– こする： 摩擦により広範囲の周波数が生成されますが、多くの高周波数の高調波と低調波が含まれることが多く、時間波形ではピークが切り捨てられたりクリップされたりすることがあります。

乱流は機械的な故障ではなくプロセス関連の問題であるため、解決策は通常、運用上またはシステム設計上の問題を修正することとなります。これには、ポンプやファンの動作点の調整、バルブの開放、ストレーナーの清掃、配管設計の変更などが含まれます。

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