Veleno plakimo supratimas besisukančiose mašinose
Veleno plakta - žinomas kaip alyvos plakimas kai ji atsiranda hidrodinaminiuose guoliuose, yra sunkios formos rotoriaus nestabilumas pasižymi smurtiniu savaime sužadinta vibracija. Jis atsiranda, kai rotorius, veikiantis skysčio plėvelės guoliuose, viršija kritinį slenkstinį greitį, paprastai maždaug dvigubai didesnį už pirmąjį. kritinis greitis. Kai tik bičas įsitvirtina, vibracijos dažnis “užsifiksuoja” ties pirmuoju rotoriaus savasis dažnis ir išlieka toks, nepriklausomai nuo tolesnio greičio didėjimo, o amplitudę riboja tik guolių laisvumas arba katastrofiškas gedimas. Tai viena iš pavojingiausių greitaeigių mašinų būklių, nes ji atsiranda staiga, per kelias sekundes išauga iki destruktyvaus lygio ir negali būti pašalinta balansavimas arba bet kokią kitą įprastinę korekciją. Jį reikia nedelsiant išjungti ir pakeisti guolių sistemą, kad jis nepasikartotų.
1. Eiga: nuo „Oil Whirl“ iki „Shaft Whip“
„Whip“ retai prasideda be įspėjimo - tai keturių pakopų eigos galutinis taškas, kurį atidus analitikas gali pastebėti gerokai anksčiau nei destruktyvioji stadija.
1 etapas - stabilus veikimas
- Rotorius veikia žemiau nestabilumo ribos.
- Tik normalus priverstinis virpesys iš disbalansas yra.
- Guolių alyvos plėvelė užtikrina stabilią, gerai amortizuojamą atramą.
2 etapas - alyvos sūkurio pradžia
Kai greitis viršija maždaug 2 kartus pirmąjį kritinį greitį, naftos sūkurys prasideda:
- A subsinchroninis vibracija atsiranda esant maždaug 0,43-0,48× veleno sūkių dažniui.
- Amplitudė iš pradžių yra vidutinė ir priklauso nuo greičio
- Virpesių dažnis didėja proporcingai veleno sukimosi dažniui.
- Jis gali būti pertraukiamas arba nuolatinis.
- Jis gali egzistuoti kartu su įprasta 1 × vibracija dėl disbalanso.
3 etapas - perėjimas į whip
Kai didėjantis alyvos sūkurio dažnis pakyla tiek, kad sutampa su pirmuoju savituoju dažniu, elgsena staiga pakeičia pobūdį:
- Dažnio fiksavimas: virpesių dažnis nustoja sekti greitį ir priartėja prie savojo dažnio.
- Rezonansinis stiprinimas: amplitudė smarkiai padidėja, nes sistema dabar yra rezonansas.
- Staigi pradžia: perėjimas iš whirl į whip gali įvykti beveik akimirksniu.
- Nepriklausomybė nuo greičio: toliau didinant greitį dažnis nebesikeičia - keičiasi tik amplitudė.
4 etapas - "Shaft Whip" (kritinė būklė)
- Vibracija vyksta pastoviu dažniu - pirmuoju savituoju dažniu, paprastai 40-60 Hz.
- Amplitudė 5-20 kartų viršija įprastą disbalanso vibraciją.
- Velenas gali pažeisti savo guolių laisvumo ribas.
- Guoliai ir alyva greitai įkaista.
- Jei mašina nesustabdoma, per kelias minutes gali įvykti katastrofiškas gedimas.
2. Fizinis mechanizmas
„Whip“ reiškinį lemia pačios guolio alyvos plėvelės skysčių dinamika, todėl jo negalima pašalinti balansavimu - destabilizuojanti energija kyla iš tepalo, o ne iš sunkios vietos. Ši seka yra tokia:
- Alyvos pleišto susidarymas: besisukantis velenas aplink guolį traukia tepalą, sudarydamas spaudimo pleištą.
- Tangentinė jėga: tas pleištas stumia velenėlį kryptimi, statmena radialiniam poslinkiui - tai skersinė, tangentinė jėga.
- Judėjimas orbita: tangentinė jėga stumia veleno centrą į sūkurys į orbita esant maždaug pusei veleno greičio.
- Energijos gavyba: orbitinis judesys iš veleno sukimosi pasisavina energiją, kad galėtų save palaikyti - tai yra savaiminio sužadinimo vibracijos požymis.
- Rezonansinis užraktas: kai orbitinis dažnis sutampa su savituoju dažniu, rezonansas sustiprina judesį.
- Ribinis ciklas: amplitudė didėja, kol ją apriboja guolio tarpas arba gedimas.
Kadangi sužadinimo jėga priklauso nuo tepalo elgsenos, bet kas, kas didina alyvos plėvelės standumą arba sistemos slopinimas padidina nestabilumo pradžios greitį.
3. Diagnozės nustatymas
Vibracijos duomenyse veleno whip palieka neabejotiną pėdsaką, todėl jį galima anksti atpažinti, jei peržiūrimi tinkami grafikai.
Vibracijos parašas
- Spektras: didelis maksimumas ties posinchroniniu (pirmuoju savituoju) dažniu, kuris išlieka nepriklausomai nuo greičio pokyčių.
- Krioklio sklypas: subsinchroninis komponentas rodomas kaip vertikali linija (pastovus dažnis), o ne kaip įstriža linija, būdinga greičio proporcingam komponentui.
- EiliЕі analizД—: trupmeninė tvarka, kuri mažėja didėjant greičiui, pavyzdžiui, nuo 0,5× iki 0,4× ir 0,35×, nes didėjant greičiui dažnis yra pastovus.
- Orbita: didelė apskritiminė arba elipsinė orbita, kurios savasis dažnis yra didelis.
A Bode'o sklypas matuojant riedėjimas dar labiau padeda atskirti tikrą rezonansą nuo whip, nes užfiksuota posinchroninė linija elgiasi visai kitaip nei sinchroninė kritinio greičio smailė.
Pradžios greitis
- Tipinė riba: 2,0-2,5 karto didesnis už pirmąjį kritinį greitį.
- Priklausomai nuo guolio: tiksli riba priklauso nuo guolio konstrukcijos, išankstinė apkrova, ir alyvos klampumas.
- Staigi pradžia: nedidelis greičio padidėjimas gali pakeisti rotorių iš stabilaus į visiškai nestabilų.
4. Prevencijos strategijos
Kadangi whip negalima pašalinti balansavimu, prevencija orientuota į radialinis slydimo guolis ir nuo to, kaip mašina valdoma.
Guolių konstrukcijos modifikacijos
1. Pakreipiamųjų segmentų guoliai - veiksmingiausia pataisa. Trinkelės sukasi nepriklausomai, todėl nebelieka destabilizuojančios kryžminės sukabinimo jėgos; jos iš prigimties yra stabilios plačiame greičio diapazone ir yra pramoninis standartas greitaeigėms turbininėms mašinoms.
2. Slėgio užtvaros guoliai - modifikuotas cilindrinis guolis su grioveliu arba užtvara, kuri padidina efektyvų slopinimą ir standumą; pigesnis už pasvirusį guolį, bet ne toks efektyvus.
3. Pirminė guolio apkrova - taikant radialinę išankstinę apkrovą (dažnai dėl konstrukcijos su paslinktomis angomis) padidėja standumas ir nestabilumo riba tampa aukštesnė.
4. Slėginės plėvelės amortizatoriai - guolį supantis išorinis slopinimo elementas, kuris padidina slopinimą nekeičiant paties guolio konstrukcijos, gerai tinka modernizavimui.
Operatyvinės priemonės
- Greičio ribojimas: išlaikyti didžiausią greitį žemiau ribos - paprastai mažiau nei 1,8 karto didesnis už pirmąjį kritinį.
- Apkrovos valdymas: jei įmanoma, eksploatuoti esant didesnei guolių apkrovai, nes apkrova didina slopinimą.
- Alyvos temperatūros kontrolė: vėsesnė alyva yra klampesnė ir labiau stabilizuojasi.
- Stebėjimas: nuolatinis vibracijos stebėjimas su pavojaus signalais, specialiai stebinčiais subsinchroninę juostą.
5. Pasekmės ir žala
Tiesioginiai padariniai
- Stipri vibracija: amplitudė gali siekti kelis milimetrus (šimtus milų).
- Triukšmas: garsus, specifinis garsas, visiškai nepanašus į įprastą veikimą.
- Greitas guolių įkaitinimas: temperatūra per kelias minutes gali pakilti iki 20-50 °C.
- Naftos skilimas: aukšta temperatūra ir intensyvi šlyties jėga suardo tepalą.
Galimi gedimai
- Guolio nuvalymas: babbito pamušalas išsilydo ir yra nuvalomas.
- Veleno pažeidimai: įbrėžimų, įskilimų ar nuolatinio išlenkimo.
- Sandariklio gedimas: per didelis veleno judėjimas ardo sandariklius.
- Veleno lūžis: aukšto ciklo nuovargis nuo smarkaus svyravimo.
- Jungties pažeidimai: perduodamos jėgos suardo jungtis.
6. Susiję reiškiniai
Alyvos sūkurys
Alyvos sūkurys yra whip pirmtakas: tas pats mechanizmas, tačiau dažnis dar nėra užsifiksavęs ties savuoju dažniu. Jo amplitudė mažesnė, dažnis seka greitį ~0,43-0,48×, todėl kai kuriose srityse jis yra toleruotinas.
Garų sūkurys
Garų sūkurys panašus nestabilumas yra ir garo turbinose, kurį lemia ne guolio alyvos plėvelė, o aerodinaminės jėgos labirintiniuose sandarikliuose. Jame pasireiškia ta pati subsinchroninė vibracija, kai užfiksuojamas savasis dažnis.
Sausosios trinties whip
Šis variantas atsiranda antspaudų vietose arba dėl rotoriaus ir statoriaus sąlytis. Trintis yra destabilizuojantis mechanizmas; ji pasitaiko rečiau nei oil whip, tačiau yra tokia pat pavojinga ir reikalauja kitokios priemonės - kontakto pašalinimo arba sandariklio patobulinimo.
7. Atvejo analizė: kompresoriaus veleno whip
Scenarijus: greitaeigis išcentrinis kompresorius ant lygiųjų cilindrinių guolių.
- Įprastas veikimas: 12 000 apsukų per minutę, vibracija 2,5 mm/s.
- Greičio didinimas: operatorius padidino našumą iki 13 500 apsisukimų per minutę.
- Pradžia: esant 13 200 apsisukimų per minutę, staiga atsirado stipri vibracija.
- Simptomai: 25 mm/s esant pastoviam 105 Hz; guolio temperatūra per tris minutes pakilo nuo 70 °C iki 95 °C.
- Neatidėliotini veiksmai: nedelsiant išjungus variklį išvengta guolio gedimo.
- Pagrindinė priežastis: pirmasis kritinis greitis buvo 6,300 rpm (105 Hz); ties 13,200 rpm rotorius peržengė sūkurinio nestabilumo slenkstį, maždaug 2× kritinį ≈ 12,600 rpm, o vibracija prisirakino prie 105 Hz pirmojo savojo dažnio.
- Sprendimas: slydimo guoliai buvo pakeisti guoliais su pakreipiamaisiais guoliais, todėl galima saugiai dirbti iki 15 000 aps/min.
8. Standartai, praktika ir lauko priemonės
- API 684: reikia atlikti greitaeigių turbininių mašinų rotordinaminio stabilumo analizę.
- API 617: nurodyti išcentrinių kompresorių guolių tipai ir stabilumo reikalavimai.
- ISO 10814: Pateikiamos rekomendacijos dėl guolių pasirinkimo stabilumui užtikrinti
- Pramonės praktika: pakreipiamieji guoliai yra standartiniai įrangai, veikiančiai didesniu nei 2× pirmuoju kritiniu greičiu.
Kasdienė apsaugos priemonė lauke - sugauti pirmtaką, kol rotorius dar nepasiekė bičo. Nešiojamasis dviejų kanalų analizatorius, pvz. Balanset-1A leidžia inžinieriui įrašyti amplitudę, fazė ir spektrą kontroliuojamo įsibėgėjimo metu ir tiesiogiai stebėti posinchroninę juostą - jei stabilus 1× parašas staiga išauga į užfiksuotą, nuo greičio nepriklausomą smailę netoli pirmojo savojo dažnio, rotorius yra ant whip ribos ir reikia sumažinti greitį. Vėliau tas pats prietaisas patvirtina, kad pagrindinis disbalansas neviršija leistinosios nuokrypos, todėl jis negali būti susijęs su sužadinimu. Veleno whip išlieka katastrofiniu gedimo režimu, kurį geriausia valdyti tinkamai parinkus ir suprojektavus guolius; atpažįstant jo išskirtinį posinchroninį, dažnio fiksacijos požymį, galima greitai diagnozuoti ir ryžtingai reaguoti į avarines situacijas, apsaugant brangią greitaeigę įrangą.
