როტორის ბრუნვისა და რხევის არასტაბილურობის გაგება
ტრიალი and უიპი — ყველაზე ხშირად გვხვდება როგორც ზეთის მორევი და oil whip — არის თვითაგზნებული რხევების ორი ურთიერთდაკავშირებული და მეტად სახიფათო ფორმა, სუბსინქრონული ვიბრაცია რომლებიც წარმოიქმნება მაღალსიჩქარიან მბრუნავ მექანიზმებში, რომლებიც სითხის ფენის რეჟიმში მუშაობს (ჟურნალი) საკისრები. ისინი არ არიან იძულებითი ვიბრაციები გამოწვეული ხარვეზებით, როგორიცაა დისბალანსი ან არასწორი განლაგება; ამის ნაცვლად ისინი არიან როტორის არასტაბილურობა რომლის დროსაც თავად როტორის მოძრაობა წარმოქმნის იმ ძალებს, რომლებიც ვიბრაციას ინარჩუნებს და აძლიერებს. ორივე შემთხვევაში ღერძი “whirls” — ის საკისრის კლირენსის ფარგლებში დიდი ორბიტით წინაპრესიულად მოძრაობს და საკუთარ ბრუნვასთან სრულიად განსხვავებულ ტრაექტორიას აღწერს.
1. განმარტება: რა არის Whirl და Whip?
ღირს გავმიჯნოთ ორი ცნება, რომლებსაც ყოველდღიური ტერმინი “whirl” ერთმანეთში ურევს. ბრუნვა ბრუნავს როტორი თავისი გეომეტრიული ღერძის გარშემო. ტრიალი (ანუ პრეცესია) არის ამ ღერძის, როგორც ერთიანი მთლიანის, ორბიტული მოძრაობა საკისრის შიგნით უფრო დიდი წრის გარშემო — წარმოიდგინეთ მბრუნავი მონეტა, რომლის ცენტრიც მაგიდაზე წრიულად გადაადგილდება. ყველა როტორს აქვს მცირე whirl; პრობლემა მაშინ იწყება, როცა ეს whirl აღარ არის კეთილთვისებიანი რეაქცია ნარჩენი დისბალანსი და ხდება თვითაგზნებული, რომელიც ენერგიას იღებს სტაბილური ბრუნვისგან და არა რაიმე გარე აღმძვრელი ძალისგან. Oil whirl არის თვითაგზნებული პრეცესია, რომელსაც საკისრის ზეთის ფირი განაპირობებს; oil whip კი — ძლიერი რეზონანსი, რომელშიც ის შეიძლება გადაიზარდოს. რადგან ენერგიის წყარო თავად ბრუნვაა, ეს არასტაბილურობები დაბალანსებით ვერ გამოსწორდება — და ეს არის მათი ძირითადი განსხვავება სინქრონული პრობლემებისგან.
2. მექანიზმი: როგორ ხდება ეს?
სითხის ფირიან საკისარში მბრუნავი ღერძი დაყრდნობილია არა ლითონი-ლითონთან კონტაქტზე, არამედ ზეთის მაღალი წნევის სოლზე. ღერძი საკისრის ცენტრში არ ზის; ის დატვირთვის გავლენით ერთ მხარეს არის გადანაცვლებული. როდესაც ყელის ზედაპირი ზეთს რგოლოვან შუალედში ითრევს, საპოხი ცირკულირებს საშუალო სიჩქარე, რომელიც ღეროს ზედაპირული სიჩქარის ნახევარზე ოდნავ ნაკლებია — ღერძთან შეხებაში მყოფი სითხე ღერძის სიჩქარით მოძრაობს, უძრავი საკისრის კედელთან არსებული სითხე თითქმის უძრავია, ხოლო მასის საშუალო სიჩქარე 0.5×-ზე ოდნავ დაბალია.
Oil whirl წარმოიქმნება, როდესაც ეს ცირკულირებადი ფირი იწყებს მსუბუქად დატვირთული ღერძის თავის წინ “გაწევას” და საკისრის გარშემო დიდ, წინ მიმართულ ორბიტაში შეჰყავს. whirl-ის სიხშირეს განსაზღვრავს ზეთის ფირის საშუალო სიჩქარე, რომელიც, როგორც წესი, მდებარეობს სამუშაო სიჩქარის 42% და 48% (0.42×-დან 0.48×-მდე). ეს გამორჩეული სუბსინქრონული ნიშანი — ახლოს, მაგრამ არასოდეს ზუსტად, ნახევართან სამუშაო სიჩქარე — არის ის ხელწერა, რომელსაც ანალიტიკოსები ეძებენ. (ფრაზა “ნახევარზე ოდნავ ნაკლები” ასევე ხსნის, რატომ უწოდებენ oil whirl-ს ზოგჯერ თავისუფლად “half-speed whirl”-ს, თუმცა რეალური მნიშვნელობა 0.5×-ს სრულად არასოდეს აღწევს.)
3. Oil Whirl: წინამორბედი
Oil whirl, როგორც წესი, ამ არასტაბილურობის საწყისი ეტაპია — გაფრთხილება და ჯერ არა კატასტროფა. მისი მახასიათებლებია:
- სიხშირე: ჩნდება, როგორც ცალკეული მწვერვალი FFT სპექტრი RPM-ის 0.42×-სა და 0.48×-ს შორის.
- ქცევა: whirl-ის სიხშირე იზრდება მანქანის აჩქარებასთან ერთად, ის ყოველთვის ინარჩუნებს სამუშაო სიჩქარის დაახლოებით ~45%-ს. აჩქარებისას ის 1× ხაზის ქვემოთ სუბსინქრონულ ჩრდილად ადის.
- სიმძიმე: მას შეუძლია წარმოქმნას მაღალი, მაგრამ ზოგჯერ სტაბილური ვიბრაცია და ის შეიძლება გამოჩნდეს ან გაქრეს დატვირთვის, სიჩქარის ან ზეთის ტემპერატურის ცვლილებისას. რა თქმა უნდა, არასასურველია — მაგრამ არა ყოველთვის დაუყოვნებლივ დამღუპველი.
- მგრძნობელობა: ჩვეულებრივ მიზეზს წარმოადგენს მსუბუქად დატვირთული, ზედმეტად დიდი ან გაცვეთილი საკისრები, რადგან დაბალი ხვედრითი დატვირთვა ზეთის სოლს საშუალებას აძლევს, ღერძის პოზიციაზე იბატონოს.
4. Oil Whip: კრიტიკული საფრთხე
Oil whip გაცილებით უფრო მძიმე მდგომარეობაა, რომელიც პირდაპირ oil whirl-იდან ვითარდება. ის იწყება მაშინ, როდესაც მანქანა იმ სიჩქარემდე აჩქარდება, სადაც oil-whirl-ის სიხშირე (სამუშაო სიჩქარის დაახლოებით 45%-ზე) აიწევს და როტორის პირველი ბუნებრივი სიხშირე — მისი პირველი კრიტიკული სიჩქარე. ამ მომენტში whirl “ებმება” ბუნებრივ სიხშირეს და აღძრავს სრულმასშტაბიან რეზონანსი. მისი მახასიათებლებია:
- სიხშირე: ვიბრაცია ფიქსირდება როტორის პირველ ბუნებრივ სიხშირეზე და არ იზრდება, მაშინაც კი, როცა მანქანა აჩქარებას აგრძელებს — ამიტომ სუბსინქრონული პიკი “ბრტყელდება”, მაშინ როცა 1× პიკი ზრდას განაგრძობს.
- ამპლიტუდა: ვიბრაცია ძალიან ძლიერდება, ხდება მძაფრი და არასტაბილური.
- ქცევა: ზეთის შოლტი უკიდურესად დამანგრეველია და არა დამატებითი აჩქარებით არ ქრება. მას შეუძლია ძალიან მოკლე დროში დააზიანოს საკისრები, ბეჭდები და თავად როტორი, ზოგჯერ მძიმე როტორის ხახუნი როგორც ორბიტა ავსებს თავისუფალ სივრცეს.
სიჩქარე, რომლის დროსაც oil whip იწყება, ჩვეულებრივ ოდნავ აღემატება როტორის პირველი კრიტიკული სიჩქარის ორმაგი — წერტილი, სადაც ~0.5× whirl-ის ხაზი კვეთს პირველ ბუნებრივ სიხშირეს. მანქანას, რომელიც oil whip-ის ზემოქმედების ქვეშაა, დაუყოვნებლივი გაჩერება; სწორედ ეს არის სცენარი, რომელიც machinery-protection სისტემებია შექმნილი გასათიშად.
5. როგორ ამოვიცნოთ Whirl და Whip
- სპექტრის ანალიზი: მოძებნეთ ძლიერი სუბსინქრონული პიკი. აჩქარებისას, თუ ამ პიკის სიხშირე სიჩქარესთან ერთად იზრდება, ეს არის whirl; თუ ის ფიქსირებულ მნიშვნელობაზე “ბრტყელდება”, მაშინ როცა 1× პიკი ზრდას განაგრძობს, ის whip-შია გადასული.
- ორბიტის გრაფიკი: ღერძის ორბიტა დიდი, წინაპრესიული წრე ან ელიფსია, ხშირად ზედდებული 1× კომპონენტით, რაც დამახასიათებელ “loop-the-loop” ნახაზს ქმნის.
- ჩანჩქერის ნაკვეთი: ჩანჩქერი (ან კასკადი) დიაგრამა გაშვების რეჟიმიდან ყველაზე მკაფიო სურათს იძლევა: ჩანს, როგორ იზრდება whirl-ის სიხშირე სიჩქარესთან ერთად, სანამ პირველ ბუნებრივ სიხშირეს არ გადაკვეთს და whip-ში არ ჩაიკეტება. ამ გადაკვეთების რუკირება ზუსტად ისაა, რასაც კემპბელის დიაგრამა არის.
რადგან whirl და whip 1×-ზე ქვემოთ მდებარეობს, ანალიზატორმა უნდა დაფაროს სამუშაო სიჩქარეზე ბევრად დაბალი დიაპაზონი და ფაზა ზუსტად განსაზღვროს. პორტატული ორარხიანი ხელსაწყო, როგორიცაა ბალანსეტი-1ა ფიქსირებს სინქრონიზებულ ამპლიტუდა and ფაზა სამუშაო სიჩქარის კომპონენტის სინქრონიზებულ ... აჩქარებისა თუ შენელების დროს, რაც ინჟინერს ადგილზე უდასტურებს, რომ ჯიუტი დაბალსიხშირული პიკი მართლაც საკისრის არასტაბილურობაა და არა ჩვეულებრივი დისბალანსი — და, არანაკლებ მნიშვნელოვანია, გამორიცხავს ბალანსირების პრობლემას მანამდე, სანამ უშედეგო გამოსავლის ძებნას დაიწყებდეს.
6. მიზეზები და გადაწყვეტა
ეს არასტაბილურობები განპირობებულია საყრდენის დიზაინით, როტორის გეომეტრიით, ზეთის სიმკვრივით, ტემპერატურითა და დატვირთვით — ურთიერთქმედებათა ჩახლართული ერთობლიობა, რომელიც ფორმალურად არის ასახული როტორის დინამიკა. ისინი დისბალანსით არ არის გამოწვეული და მათი აღმოფხვრა შეუძლებელია დაბალანსება; გამოსავალი არის დიზაინის დონეზე ცვლილებები:
- გადადით უფრო სტაბილურ საკისრის გეომეტრიაზე, მაგალითად, გადახრილ-სეგმენტიან ჟურნალურ საკისარზე.
- შეცვალეთ ზეთის სიბლანტე ან სამუშაო ტემპერატურა, რათა ზეთის ფირის ქცევა შეიცვალოს.
- გაზარდეთ საკისარზე ხვედრითი დატვირთვა, რათა ღერძი მყარად დაჯდეს და ზეთის სოლი ვეღარ დომინირებდეს.
- დაამატეთ ღარები, ღერძული დამბები ან ლიმონისებური ხვრელის პროფილები, რომლებიც არღვევს ცირკუმფერენციულ ზეთის ნაკადს, რომელიც whirl-ს კვებავს.
მჭიდროდ დაკავშირებული არასტაბილურობა, ორთქლის ტრიალი, ტურბინებში ზეთის ფირის ძალების ნაცვლად აეროდინამიკური ძალებით წარმოიქმნება, მაგრამ მსგავს თვითაგზნებულ სუბსინქრონულ სურათს ქმნის — შეხსენება იმისა, რომ “whirl” წარმოადგენს ფენომენთა ოჯახს, რომელსაც ერთი ნიშანი აერთიანებს: როტორი ენერგიას საკუთარ ორბიტაში აწვდის.
