Subsinchroninės ir sinchroninės vibracijos paaiškinimas
Subsinchroninė vibracija yra bet koks vibracijos komponentas, kurio dažnis yra less than pagrindinis mašinos darbo greitis (1×), o jos išvaizda yra vienas iš rimčiausių signalų, kuriuos gali siųsti besisukanti mašina. Norint suprasti, kodėl taip yra, verta palyginti ją su jos priešingybe: sinchroninė vibracija, kuris stebi veleno greitį tiksliais sveikaisiais greičio kartotuvais. Šis skirtumas nėra vien teorinis – jis leidžia atskirti įprastus gedimus, kuriuos galima pašalinti mechaniniu būdu, nuo savaiminio sužadinimo nestabilumų, dėl kurių būtina perprojektuoti sistemą arba nedelsiant sustabdyti įrenginį. Šiame straipsnyje apibrėžiami abu terminai, išvardijami dažniausi kaltininkai ir parodoma, kaip juos atskirti FFT spektras.
1. Kas yra sinchroninis virpesys?
Sinchroninis virpesys atsiranda dažniu, kuris yra sveikasis veleno sukimosi greičio kartotinis – jis „sinchronizuotas“ su sukimusi. Tai yra neabejotinai dažniausia mašinų virpesių rūšis.
- Vibracija būtent tuo darbinis greitis (1×) yra sinchroninis.
- Vibracija, esant dvigubam (2×), trigubam (3×) ir t. t. greičiui, taip pat yra sinchroninė ir paprastai vadinama harmonikos bėgimo greitis.
Didžioji dauguma dažniausiai pasitaikančių gedimų pasireiškia būtent taip. Disbalansas, nesutapimasir mechaninis laisvumas visi sukelia sinchroninius virpesius. Pavyzdžiui, disbalansas visada pasireiškia esant 1× apsisukimų per minutę dažniui ir tiksliai atitinka bet kokius greičio pokyčius – padvigubinus apsisukimų skaičių per minutę, disbalanso pikas tiesiog persikelia į naują 1× dažnį. Kadangi jėgos veikimas yra susietas su veleno kampu, tai yra klasikiniai priverstiniai virpesiai.
2. Kas yra sub-sinchroninis virpėjimas?
Pusiau sinchroninis virpėjimas atsiranda esant dažniui žemiau 1× — priešdėlis „sub-“ reiškia tiesiog „žemiau“. Reikšmingas sub-sinchroninis turinys dažnai yra rimtas įspėjamasis ženklas, nes jį paprastai sukelia savaiminiai, nestabilūs rotoriaus dinamikos reiškiniai, o ne paprastas mechaninis gedimas. Esminis skirtumas yra energijos šaltinis: sinchroninėse gedimų situacijose išorinė geometrinė paklaida suka rotorių vieną kartą per apsisukimą, o sub-sinchroninio nestabilumo atveju varomoji funkcija generuojama paties rotoriaus judesys sąveikaujant su guoliais ar sandarikliais. Būtent šis grįžtamojo ryšio ciklas lemia, kad šios sąlygos yra būdingas bruožas rotoriaus nestabilumas.
3. Dažniausios nesinchroninių vibracijų priežastys
Pusiau sinchroninis virpėjimas yra viena iš pagrindinių problemų, kylančių greitaeigėse turbomašinose, veikiančiose skysčio plėvelėje slankiojantys guoliai.
3.1 Alyvos sūkurys
Tai yra dažniausia subsinchroninio nestabilumo forma. Skysčio plėvelės guolyje hidrodinaminė alyvos plėvelė, kuri palaiko veleną, gali pradėti cirkuliuoti ir stumti veleną į priekį, – šis reiškinys vadinamas naftos sūkurys. Kadangi vidutinis alyvos plėvelės greitis yra šiek tiek mažesnis nei pusė veleno paviršiaus greičio, susidaro sūkurys yra maždaug 0,42–0,48 kartus didesnis už bėgimo greitį (0,42–0,48×). Aliejaus sūkuriai dažnai priklauso nuo apkrovos ir temperatūros ir gali atsirasti arba išnykti pasikeitus guolio apkrovai, aliejaus temperatūrai ar greičiui.
3.2 Alyvos sūkurys
„Oil whip“ – tai sudėtingesnė ir pavojingesnė „oil whirl“ raida. Ji atsiranda, kai sūkurio dažnis padidėja tiek, kad sutampa su rotoriaus pirmuoju savituoju dažniu, o tada „susižeria“ su juo, arba kritinis greitis. Užsifiksavus, subsinchroninė amplitudė gali labai išaugti ir nebus pašalinta didėjant greičiui; priešingai, vibracija išlieka fiksuota kritinio greičio dažnyje net ir toliau greitėjant mašinai. Ši užsifiksavusi, stiprėjanti būsena — glaudžiai susijusi su veleno plaktukas — yra labai žalingas ir paprastai reikalauja nedelsiant išjungimas.
3.3 Rotoriaus ir statoriaus trintis
Rotoriaus ir nejudančios dalies sąlytis — a rotoriaus trynimas — taip pat gali sukelti sub-sinchroninius virpesius, dažnai esant sveikųjų skaičių dalims veikimo greičio, pavyzdžiui, 0.5×. Grynas 0,5× komponentas yra klasikinis trinties požymis, kai rotorius atšoka kartą per du apsisukimus. Kiti šaltiniai sub-harmonic atsakas apima didelį laisvumą ir tam tikrus trinties sukeltus netiesinius reiškinius.
4. Kaip juos atskirti FFT spektre
Atskirti šias dvi šeimas spektras daugiausia priklauso nuo to, kur viršūnės išsidėsto, palyginti su 1×:
- Sinchroniniai pikai: nustatykite 1× RPM piką (darbinį greitį) ir ieškokite pikų, kurie atitinka tikslius sveikųjų skaičių kartotinius – 2×, 3× ir t. t.
- Pusiau sinchroniniai pikai: ieškokite bet kokio pastebimo piko prieš 1× pikas dažnių ašyje. Pikas, esantis maždaug 45 % važiavimo greičio, yra klasikinis alyvos sūkurio požymis.
Kadangi diagnozė priklauso nuo tikslaus didžiausio greičio ir važiavimo greičio santykio, būtina turėti tikslų greičio etaloną – net nedidelės numanomo sūkių skaičiaus per minutę paklaidos gali paversti 0,48× sūkurį į neaiškų reiškinį. Užsakymų analizė Nuoroda į vieną apsisukimo metu generuojamą tachometro impulsą pašalina šią dviprasmybę, nes spektras pateikiamas tiesiogiai, išreikštas apsisukimų dažnio eilėmis.
5. Kodėl šis skirtumas yra labai svarbus
Tai, kokią šeimą nagrinėjate, lemia visą atsakymą:
- Sinchroninės problemos (pavyzdžiui, disbalansas) yra priverstiniai virpesiai ir paprastai juos galima pašalinti mechaniniu būdu — balansavimas, išlyginimas arba tvirtinimo detalių priveržimas.
- Nesinchroninės problemos (pavyzdžiui, naftos srautas) yra savaiminiai virpesiai arba nestabilumų. Jie nurodo esminę problemą rotoriaus guolių sistema ir to negalima ištaisyti balansavimu. Paprastai šią problemą sprendžiama keičiant guolio konstrukciją (pavyzdžiui, į guolius su pakreipiamais įdėklais), reguliuojant alyvos temperatūrą ar slėgį, didinant guolio apkrovą arba modifikuojant rotorių.
Dėl šios priežasties didelio amplitudės subsinchroninis pikas paprastai vertinamas kaip rimtesnis pavojaus signalas nei tokio pat dydžio sinchroninis pikas. Praktikoje inžinierius pirmiausia patikrina, ar mašina yra tinkamai subalansuota ir suderinta – naudodamas nešiojamąjį analizatorių, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja 1× amplitudę ir fazė būtina pašalinti arba ištaisyti sinchronines priežastis, kad bet kokią spektre likusią nesinchroninę sudedamąją dalį būtų galima drąsiai priskirti nestabilumui, o ne ištaisomam mechaniniam gedimui.
