Turbulencijos supratimas vibracijos analizėje

Apibrėžimas: Kas yra turbulencija?

Vibracijos analizės kontekste, turbulencija reiškia chaotišką, atsitiktinį ir nestabilų skysčio (skysčio arba dujų) tekėjimą per mašiną, pvz., siurblį, ventiliatorių ar turbiną. Šis nepastovus srautas sukuria slėgio svyravimus, kurie veikia kaip priverstinė funkcija, sukeldama žemo dažnio, atsitiktinę vibraciją mašinos konstrukcijoje.

Skirtingai nuo diskrečiųjų, periodinių jėgų, kurias sukelia disbalansas arba nesutapimas, turbulencijos sukelta vibracija neatsiranda vienu, ryškiu dažniu. Vietoj to, ji atrodo kaip plačiajuosčio, nesinchroninio energijos „kuprėlė“ FFT spektras.

Turbulencijos vibracijos charakteristikos

• Dažnis: Tai žemo dažnio reiškinys, paprastai pasireiškiantis esant mažesniam nei 10–20 Hz dažniui ir gerokai mažesniam už mašinos veikimo greitį.
• Plačiajuosčio ryšio pobūdis: Jis nesukuria aštraus, atskiro piko. Vietoj to, jis padidina triukšmo lygį žemo dažnio spektro srityje, dažnai apibūdinamą kaip „atsitiktinę kuprą“ arba „šieno kupetą“.
• Atsitiktiniai ir neperiodiniai: Vibracija nėra pastovi. Amplitudė ir fazė nuolat ir atsitiktinai svyruoja. Žiūrint iš laiko bangos forma, jis atrodo kaip chaotiškas, nesikartojantis signalas.
• Kryptis: Vibracija paprastai yra radialinė ir gali būti juntama tiek horizontalia, tiek vertikalia kryptimis.

Dažnos turbulencijos priežastys

Turbulencija yra hidraulinė arba aerodinaminė problema, kurią sukelia sklandaus, suplanuoto skysčio tekėjimo sutrikimai. Dažniausios priežastys:

• Veikimas ne geriausio efektyvumo taške (BEP): Siurbliai ir ventiliatoriai yra suprojektuoti taip, kad efektyviausiai ir sklandžiau veiktų tam tikrame jų veikimo kreivės taške. Jų veikimas žymiai didesniu arba mažesniu srautu nei BEP sukels neefektyvų skysčio tekėjimą ir sukels turbulenciją.
• Kliūtys srauto kelyje: Viskas, kas trukdo ar sutrikdo skysčio tekėjimą, gali sukelti turbulenciją. Tai apima prastai suprojektuotus vamzdynus (pvz., staigius posūkius prieš pat siurblio įsiurbimo angą), iš dalies uždarytus vožtuvus, užsikimšusius filtrus arba pašalinius objektus.
• Oro įtraukimas arba kavitacija: Oro burbuliukų buvimas skystyje (įsitraukimas) arba garų burbuliukų susidarymas ir kolapsas (kavitacija) sukuria labai turbulentines ir impulsyvias sąlygas, kurios sukelia didelę atsitiktinę vibraciją.
• Prastas karterio arba įleidimo angos dizainas: Siurbliuose prastai suprojektuotas siurblio siurtuvas gali sukelti sūkurius, kurie į siurblio siurbimo angą įleidžia orą ir turbulenciją.

Diagnozė ir diferenciacija

Turbulencijos diagnozavimo raktas yra jos atsitiktinis, plataus diapazono ir žemo dažnio pobūdis. Patyręs analitikas dažnai gali ją nustatyti stebėdamas pačios mašinos vibracijos „nestabilią“ ir „plakantį“ pobūdį.

Svarbu atskirti turbulenciją nuo kitų žemo dažnio problemų:

• Mechaninis laisvumas: Laisvumas taip pat sukuria plačiajuostį triukšmą, tačiau jam dažnai būdingas padidėjęs triukšmo lygis visame spektre ir aiškūs važiavimo greičio harmonikai, kurių nėra grynoje turbulencijoje.

– Naftos sūkurys: Tai yra aiški subsinchroninė smailė ties ~0,4–0,48X, o ne plati atsitiktinės energijos kupra.

– Trintis: Trinimas gali generuoti platų dažnių diapazoną, tačiau jame dažnai būna daug aukšto dažnio harmonikų ir subharmonikų, o laiko bangos formoje gali būti rodomi sutrumpinti arba nukirpti pikai.

Kadangi turbulencija yra su procesu susijusi problema, o ne mechaninis gedimas, sprendimas paprastai apima eksploatavimo arba sistemos projektavimo problemos ištaisymą. Tai gali apimti siurblio arba ventiliatoriaus veikimo taško reguliavimą, vožtuvų atidarymą, filtrų valymą arba vamzdynų konstrukcijos modifikavimą.

← Atgal į pagrindinį rodyklę