Subsinhronās un sinhronās vibrācijas skaidrojums
Subsinhronā vibrācija ir jebkura svārstību komponente, kuras frekvence ir less than mašīnas pamatdarbības ātrums (1×), un tā izskats ir viens no nopietnākajiem signāliem, ko var sniegt rotējoša mašīna. Lai saprastu, kāpēc tā, ir lietderīgi to salīdzināt ar pretējo: sinhronā vibrācija, kas uzrauga vārpstas apgriezienus, izmantojot precīzus braukšanas ātruma veselo skaitļu daudzkārtņus. Šī atšķirība nav tikai teorētiska — tā nošķir ikdienišķas kļūdas, kuras var novērst mehāniski, no pašizraisītām nestabilitātēm, kas prasa konstrukcijas pārstrādāšanu vai tūlītēju apstādināšanu. Šajā rakstā ir sniegta abu terminu definīcija, uzskaitīti visbiežāk sastopamie cēloņi un parādīts, kā tos atšķirt FFT spektrs.
1. Kas ir sinhronā vibrācija?
Sinhronās vibrācijas rodas ar frekvenci, kas ir vārpstas rotācijas ātruma vesels daudzkārtnis — tās ir „sinhronizētas“ ar rotāciju. Tā ir visizplatītākā mašīnu vibrāciju kategorija.
- Vibrācija tieši tajā darba ātrums (1×) ir sinhrons.
- Vibrācijas ar divkāršu (2×), trīskāršu (3×) un tā tālāk ātrumu arī ir sinhronas, un tās parasti sauc par harmonikas skriešanas ātrums.
Lielākā daļa izplatīto kļūdu izpaužas tieši šādā veidā. Nelīdzsvarotība, neatbilstībaun mehānisks vaļīgums visi rada sinhronas svārstības. Nelīdzsvarotība, piemēram, vienmēr parādās pie 1× apgriezienu skaita minūtē un precīzi seko līdzi jebkurai ātruma izmaiņai — divkāršojiet apgriezienu skaitu, un nelīdzsvarotības maksimums vienkārši pārvietojas uz jauno 1× frekvenci. Tā kā spēka iedarbība ir saistīta ar vārpstas leņķi, tās ir klasiskas izraisītas svārstības.
2. Kas ir subsinhronās vibrācijas?
Subsinhronās svārstības rodas ar frekvenci zem 1× — prefikss „sub-” vienkārši nozīmē „zem”. Nozīmīgs subsinhronais saturs bieži ir nopietna brīdinājuma zīme, jo to parasti rada pašizraisītas, nestabilas rotora dinamiskas parādības, nevis vienkāršs mehānisks defekts. Izšķirošā atšķirība ir enerģijas avots: sinhronās kļūmēs ārēja ģeometriska kļūda virza rotoru vienu reizi vienā apgriezienā, savukārt subsinhronā nestabilitātē virzošo funkciju ģenerē paša rotora kustība saskare ar gultņiem vai blīvēm. Tieši šī atgriezeniskā saite padara šos apstākļus par raksturīgu iezīmi rotora nestabilitāte.
3. Subsinhronās vibrācijas izplatītākās cēloņi
Sub-sinhronās vibrācijas ir būtiska problēma ātrgaitas turbomašīnās, kas darbojas šķidruma plēves apstākļos sliedes gultņi.
3.1 Eļļas virpuļošana
Šī ir visbiežāk sastopamā subsinhronās nestabilitātes forma. Šķidruma plēves gultnī hidrodinamiskā eļļas plēve, kas balsta vārpstu, var sākt cirkulēt un stumt vārpstu sev priekšā — šo parādību sauc par eļļas virpulis. Tā kā eļļas plēves vidējais ātrums ir nedaudz mazāks par pusi no vārpstas virsmas ātruma, rezultātā virpuļtīkls parādās aptuveni 0,42–0,48 reizes lielāks par skriešanas ātrumu (0,42–0,48 reizes). Eļļas virpuļošana bieži ir atkarīga no slodzes un temperatūras un var parādīties vai pazust, mainoties gultņa slodzei, eļļas temperatūrai vai apgriezieniem.
3.2 Eļļas sitienu efekts
Eļļas pātagas efekts ir smagāka un bīstamāka eļļas virpuļa attīstības forma. Tas rodas, kad virpuļa frekvence palielinās, sasniedzot — un pēc tam „saskaņojoties ar“ — rotora pirmo dabisko frekvenci, vai kritiskais ātrums. Kad šis stāvoklis ir iestājies, subsinhronā amplitūda var kļūt ļoti liela un neizzudīs, palielinoties ātrumam; tā vietā vibrācija paliek fiksēta uz kritiskā ātruma frekvenci pat tad, ja mašīna turpina paātrināties. Šis fiksētais, pastiprinātais stāvoklis — kas ir cieši saistīts ar vārpstas pātaga — ir ļoti postoša un parasti prasa tūlītēju izslēgšana.
3.3 Rotora un statora berze
Saskare starp rotoru un nekustīgo daļu — a rotora berzes — var izraisīt arī subsinhronās svārstības, bieži vien pie veseliem skaitļiem, kas ir daļa no darba ātruma, piemēram 0.5×. Tīrs 0,5× komponents ir klasiska pazīme, ka berzes dēļ rotors atsitās reizi divos apgriezienos. Citi cēloņi sub-harmonic Reakcijā novērojama izteikta nestabilitāte un noteiktas berzes izraisītas nelinearitātes.
4. To atšķiršana FFT spektrā
Abās ģimenes nošķiršana uz spektrs tas galvenokārt ir atkarīgs no tā, kur atrodas maksimumi attiecībā pret 1×:
- Sinhronās maksimālās vērtības: atrodiet 1× apgriezienu skaita maksimumu (darba ātrumu) un meklējiet maksimumus, kas atbilst precīziem veseliem daudzkārtņiem — 2×, 3× un tā tālāk.
- Pārsinkronie maksimumi: meklējiet jebkuru ievērojamu maksimumu, kas parādās pirms 1× maksimums uz frekvences ass. Maksimums apmēram 45 % no darba ātruma ir tipisks eļļas virpuļošanas rādītājs.
Tā kā diagnoze ir atkarīga no precīza attiecības starp maksimālo apgriezienu skaitu un braukšanas ātrumu, ir ļoti svarīgi noteikt precīzu ātruma atsauces vērtību — pat nelielas kļūdas pieņemtajā apgriezienu skaitā var padarīt 0,48× virpuļveida kustību neskaidru. Pasūtījumu analīze atsauce uz tahometra impulsu, kas tiek ģenerēts vienu reizi apgriezienā, novērš šo neskaidrību, izsakot spektru tieši kā apgriezienu skaita kārtas.
5. Kāpēc šī atšķirība ir ļoti svarīga
No tā, kuru ģimeni jūs apskatāt, ir atkarīga visa atbilde:
- Sinhronas problēmas (piemēram, nelīdzsvarotība) ir piespiedu svārstības, un tās parasti var novērst mehāniski — ar līdzsvarošana, izlīdzināšana vai savienojumu pievilkšana.
- Subsinhronas problēmas (piemēram, eļļas pātaga) ir pašizraisītas svārstības vai nestabilitātes. Tās norāda uz būtisku problēmu rotora gultņu sistēma un to nevar novērst ar balansēšanu. Parasti problēmu risina, mainot gultņu konstrukciju (piemēram, uzstādot gultņus ar slīdošām plāksnēm), regulējot eļļas temperatūru vai spiedienu, palielinot gultņu slodzi vai pārveidojot rotoru.
Tāpēc augstas amplitūdas subsinhronais maksimums parasti tiek uzskatīts par nopietnāku trauksmes signālu nekā tikpat liels sinhronais maksimums. Praksē inženieris vispirms pārliecinās, vai iekārta ir labi sabalansēta un izlīdzināta — izmantojot portatīvu analizatoru, piemēram, Balanset-1A izmēra 1× amplitūdu un fāze bija nepieciešams izslēgt vai novērst sinhronās cēloņus — lai jebkuru spektrā palikušo subsinhrono komponenti varētu droši attiecināt uz nestabilitāti, nevis uz novēršamu mehānisku defektu.
