Forstå oljevirvel

Definisjon: Hva er oljevirvel?

Oljevirvel er en type selveksitert, ustabil vibrasjon som oppstår i maskiner utstyrt med væskefilmlagre (tapplagre), som store turbiner, kompressorer og pumper. Det er en form for væskeindusert ustabilitet der oljefilmen som støtter akselen begynner å skyve akselen rundt lagerklaringen i en fremoverrettet sirkelbevegelse. Denne "virvlende" bevegelsen er en subsynkron vibrasjon, som betyr at den oppstår med en frekvens under maskinens kjørehastighet (1X).

Kjennetegn på oljevirvel

Oljevirvel har flere distinkte og identifiserbare egenskaper i vibrasjonsdata:

• Hyppighet: Det mest fremtredende trekket er en vibrasjonstopp med stor amplitude ved en frekvens litt mindre enn halvparten av kjørehastigheten, vanligvis mellom 0,4X og 0,48X (dvs. 40% til 48% av akselens rotasjonshastighet). For eksempel, i en maskin som kjører med 3000 o/min (50 Hz), vil oljevirvelen oppstå ved omtrent 1200–1440 o/min (20–24 Hz).
• Retning: Vibrasjonen er primært radial (horisontal og vertikal) og er ofte svært retningsbestemt.
• Baneplott: Når den sees på et baneplott fra XY-nærhetsprober, fremstår oljevirvelen som en stor, fremoverpresesserende og ofte forvrengt (ikke-sirkulær) bane med en enkelt, veldefinert intern sløyfe.
• Oppførsel: Oljevirvelen er ikke knyttet til en spesifikk hastighet. Hvis maskinens hastighet økes, vil også virvelfrekvensen øke, og den vil alltid opprettholde sitt karakteristiske forhold på ~0,4X – 0,48X av den nye driftshastigheten. Dette er en viktig differensier fra en strukturell resonans, som oppstår med en fast frekvens uavhengig av akselhastighet.

Mekanismen: Hvordan oppstår oljevirvel?

Oljevirvel forårsakes av dynamikken til den hydrodynamiske oljekilen som støtter akselen i et aksellager. Under normal drift drar den roterende akselen olje inn i et kileformet gap, og skaper et trykkfelt som løfter og støtter akselen. Akselen sitter ikke i midten av lageret, men er litt forskjøvet.

Oljen i denne kilen sirkulerer også rundt lageret med omtrent halvparten av akselens hastighet. Hvis lageret er lett belastet eller har for stor klaring, kan stabiliseringskreftene være svake. En liten forstyrrelse kan føre til at akselen blir "fanget" av den sirkulerende oljefilmen, som deretter begynner å skyve akselen i en sirkulær bane rundt lageret. Dette skaper en selvopprettholdende vibrasjon som kan vokse til svært høye amplituder, ofte begrenset bare av selve lagerklaringen (dvs. at akselen begynner å støte mot lageret).

Oljepisk: Den mer alvorlige formen

Hvis maskinens hastighet øker til det punktet hvor oljevirvelfrekvensen (~0,4X – 0,48X) sammenfaller med en av rotorens naturlige frekvenser (a kritisk hastighet), blir tilstanden mye mer alvorlig. Dette kalles oljepisk.

• Låst frekvens: Vibrasjonen «låser seg» på rotorens egenfrekvens og øker ikke ytterligere når maskinhastigheten øker.
• Høy amplitude: Resonanstilstanden fører til at vibrasjonsamplituden blir ekstremt høy og ofte destruktiv.
• Fare: Oljepisking er en svært farlig og ustabil tilstand som kan føre til katastrofal maskinfeil.

Vanlige årsaker og løsninger

• Årsaker: Lett belastede lagre, for stor lagerklaring, feil oljeviskositet (for lav), høyt oljetrykk eller en maskinkonstruksjon som setter en kritisk hastighet på omtrent dobbelt så høy som driftshastigheten.

– Løsninger: Løsninger tar sikte på å bryte den ustabile oljefilmen. Dette kan omfatte å øke lagerbelastningen, bytte til en annen oljeviskositet eller omdesigne lagrene slik at de har antivirvelfunksjoner (f.eks. sitronboring, trykkdemping eller vippeputelagre).

← Tilbake til hovedindeksen