Memahami Shaft Whip dalam Jentera Pusing
Definisi: Apakah Shaft Whip?
Sebat aci (juga dipanggil cambuk minyak apabila berlaku dalam galas hidrodinamik) adalah bentuk yang teruk ketidakstabilan rotor bercirikan ganas getaran teruja diri yang berlaku apabila pemutar yang beroperasi dalam galas filem bendalir melebihi kelajuan ambang kritikal, biasanya kira-kira dua kali ganda yang pertama. kelajuan kritikal. Sebaik sahaja cambuk berlaku, frekuensi getaran "mengunci" pada pemutar pertama frekuensi semula jadi dan kekal di sana tanpa mengira peningkatan kelajuan selanjutnya, dengan amplitud terhad hanya dengan kelegaan galas atau kegagalan bencana.
Cambuk aci adalah salah satu keadaan yang paling berbahaya dalam jentera berputar berkelajuan tinggi kerana ia berkembang secara tiba-tiba, berkembang kepada amplitud yang merosakkan dalam beberapa saat, dan tidak boleh dibetulkan oleh balancing atau kaedah konvensional yang lain. Ia memerlukan penutupan serta-merta dan pengubahsuaian sistem galas untuk mengelakkan berulang.
Perkembangan: Pusaran Minyak ke Pusaran Aci
Peringkat 1: Operasi Stabil
- Rotor beroperasi di bawah ambang ketidakstabilan
- Hanya getaran paksa biasa dari ketidakseimbangan hadir
- Filem minyak galas menyediakan sokongan yang stabil
Peringkat 2: Permulaan Pusaran Minyak
Apabila kelajuan meningkat melepasi kira-kira 2× kelajuan kritikal pertama:
- Pusaran minyak berkembang—getaran sub-segerak pada ~0.43-0.48× kelajuan aci
- Amplitud pada mulanya sederhana dan bergantung pada kelajuan
- Kekerapan meningkat secara berkadar dengan kelajuan aci
- Mungkin terputus-putus atau berterusan
- Boleh wujud bersama dengan getaran 1X biasa daripada ketidakseimbangan
Peringkat 3: Peralihan Whip
Apabila frekuensi pusaran minyak meningkat untuk menyamai frekuensi semula jadi pertama:
- Kunci Masuk Kekerapan: Frekuensi getaran terkunci pada frekuensi semula jadi
- Penguatan Resonans: Amplitud berkembang secara mendadak disebabkan oleh resonans
- Permulaan Mengejut: Peralihan dari pusaran ke cambuk boleh berlaku serta-merta
- Kemerdekaan Kelajuan: Peningkatan kelajuan selanjutnya tidak mengubah frekuensi, hanya amplitud
Peringkat 4: Shaft Whip (Keadaan Kritikal)
- Getaran pada frekuensi malar (frekuensi semula jadi pertama, biasanya 40-60 Hz)
- Amplitud 5-20 kali lebih tinggi daripada getaran tidak seimbang biasa
- Aci boleh menyentuh had kelegaan galas
- Pemanasan pantas galas dan minyak
- Berpotensi untuk kegagalan bencana dalam beberapa minit jika tidak ditutup
Mekanisme Fizikal
Bagaimana Minyak Whip Berkembang
Mekanisme ini melibatkan dinamik bendalir dalam filem minyak galas:
- Pembentukan Baji Minyak: Apabila aci berputar, ia menyeret minyak di sekeliling galas, mewujudkan baji bertekanan
- Daya Tangensial: Baji minyak mengenakan daya berserenjang dengan arah jejari (tangensial)
- Gerakan Orbit: Daya tangen menyebabkan pusat aci mengorbit pada kira-kira separuh kelajuan aci
- Pengekstrakan Tenaga: Sistem mengekstrak tenaga daripada putaran aci untuk mengekalkan gerakan orbit
- Kunci Resonans: Apabila frekuensi orbit sepadan dengan frekuensi semula jadi, resonans menguatkan getaran
- Had Kitaran: Getaran berkembang sehingga terhad oleh kelegaan galas atau kegagalan
Pengenalan Diagnostik
Tandatangan Getaran
Cambuk aci menghasilkan corak ciri dalam data getaran:
- Spektrum: Puncak besar pada frekuensi sub-segerak (frekuensi semula jadi pertama), malar tanpa mengira perubahan kelajuan
- Petak Air Terjun: Komponen sub-segerak muncul sebagai garis menegak (frekuensi malar) dan bukannya pepenjuru (berkadar kelajuan)
- Analisis Pesanan: Tertib pecahan yang berkurangan apabila kelajuan meningkat (cth, berubah daripada 0.5× kepada 0.4× kepada 0.35×)
- Orbit: Orbit bulat atau elips besar pada frekuensi semula jadi
Kelajuan Permulaan
- Ambang Biasa: 2.0-2.5× kelajuan kritikal pertama
- Bergantung kepada galas: Ambang khusus berbeza dengan reka bentuk galas, pramuat dan kelikatan minyak
- Permulaan Mengejut: Peningkatan kelajuan yang kecil boleh mencetuskan peralihan pantas daripada stabil kepada tidak stabil
Strategi Pencegahan
Pengubahsuaian Reka Bentuk Galas
1. Galas Pad Condongkan
- Penyelesaian paling berkesan untuk mencegah cambuk aci
- Pad berputar secara bebas, menghapuskan daya gandingan silang yang tidak stabil
- Secara semula jadi stabil merentasi julat kelajuan yang luas
- Standard industri untuk mesin turbo berkelajuan tinggi
2. Galas Empangan Tekanan
- Galas silinder yang diubah suai dengan alur atau empangan
- Meningkatkan redaman dan kekakuan yang berkesan
- Lebih murah daripada pad senget tetapi kurang berkesan
3. Pramuat Galas
- Menggunakan pramuat jejari pada galas meningkatkan kekakuan
- Meningkatkan kelajuan ambang untuk ketidakstabilan
- Boleh dicapai melalui reka bentuk gerek mengimbangi
4. Picit Peredam Filem
- Elemen redaman luaran di sekeliling galas
- Menyediakan redaman tambahan tanpa mengubah reka bentuk galas
- Berkesan untuk aplikasi pengubahsuaian
Langkah-langkah Operasi
- Had Kelajuan: Hadkan kelajuan operasi maksimum kepada di bawah ambang (biasanya < 1.8× kritikal pertama)
- Pengurusan Beban: Beroperasi pada beban galas yang lebih tinggi apabila boleh (meningkatkan redaman)
- Kawalan Suhu Minyak: Suhu minyak yang lebih rendah meningkatkan kelikatan dan redaman
- Pemantauan: Pemantauan getaran berterusan dengan penggera ditetapkan untuk komponen sub-segerak
Akibat dan Kerosakan
Kesan Serta-merta
- Getaran ganas: Amplitud boleh mencapai beberapa milimeter (beratus-ratus mil)
- bunyi bising: Bunyi yang kuat dan tersendiri berbeza daripada operasi biasa
- Pemanasan galas pantas: Suhu galas boleh meningkat 20-50°C dalam beberapa minit
- Degradasi minyak: Suhu tinggi dan ricih merendahkan pelincir
Potensi Kegagalan
- Lap galas: Bahan bearing babbit cair dan terhapus
- Kerosakan aci: Pemarkahan, pedih, atau lenturan kekal
- Kegagalan meterai: Pergerakan aci yang berlebihan memusnahkan anjing laut
- Pecah Aci: Keletihan kitaran tinggi akibat ayunan ganas
- Kerosakan Gandingan: Daya yang dihantar merosakkan gandingan
Fenomena Berkaitan
Pusaran Minyak
Pusaran minyak adalah pendahulu untuk menyebat:
- Mekanisme yang sama tetapi kekerapan tidak dikunci pada frekuensi semula jadi
- Amplitud kurang teruk
- Kekerapan berkadar dengan kelajuan (~0.43-0.48×)
- Mungkin boleh diterima dalam beberapa aplikasi
Pusaran wap
Ketidakstabilan yang sama dalam turbin stim disebabkan oleh daya aerodinamik dalam pengedap labirin daripada menanggung filem minyak. Mempamerkan penguncian getaran sub-segerak yang serupa pada frekuensi semula jadi.
Whip Geseran Kering
Boleh berlaku di lokasi pengedap atau dari sentuhan pemegun rotor:
- Daya geseran menyediakan mekanisme ketidakstabilan
- Kurang biasa daripada cambuk minyak tetapi sama berbahaya
- Memerlukan pendekatan pembetulan yang berbeza (hapuskan sentuhan, tingkatkan reka bentuk meterai)
Kajian Kes: Whip Aci Pemampat
Senario: Pemampat emparan berkelajuan tinggi dengan galas silinder biasa
- Operasi Biasa: 12,000 RPM dengan getaran 2.5 mm/s
- Peningkatan Kelajuan: Operator meningkat kepada 13,500 RPM untuk kapasiti yang lebih tinggi
- Permulaan: Pada 13,200 RPM, getaran ganas secara tiba-tiba berkembang
- simptom: Getaran 25 mm/s pada 45 Hz (malar), suhu galas meningkat daripada 70°C kepada 95°C dalam masa 3 minit
- Tindakan Kecemasan: Penutupan serta-merta menghalang kegagalan galas
- Punca Punca: Kelajuan kritikal pertama ialah 2700 RPM (45 Hz); ambang cambuk pada 2× kritikal = 5400 RPM telah melebihi
- Penyelesaian: Menggantikan galas biasa dengan galas pad senget, membolehkan operasi selamat hingga 15,000 RPM
Piawaian dan Amalan Industri
- API 684: Memerlukan analisis kestabilan untuk mesin turbo berkelajuan tinggi
- API 617: Menentukan jenis galas dan keperluan kestabilan untuk pemampat
- ISO 10814: Memberi panduan tentang pemilihan bearing untuk kestabilan
- Amalan Industri: Piawaian galas pad senget untuk peralatan yang beroperasi melebihi 2× kelajuan kritikal pertama
Pukulan aci mewakili mod kegagalan bencana yang mesti dicegah melalui pemilihan dan reka bentuk galas yang betul. Pengiktirafan tandatangan getaran sub-segerak yang tersendiri, dikunci frekuensi membolehkan diagnosis pantas dan tindak balas kecemasan yang sesuai, menghalang kerosakan mahal pada peralatan berputar berkelajuan tinggi yang kritikal.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 