Forstå oljevirvel
Oljevirvel er en type selvdrevne, ustabile svingninger som oppstår i maskiner utstyrt med væskefilm (tidsskrift) – blant annet store turbiner, kompressorer og pumper. Det er en form for væskeindusert ustabilitet der oljefilmen som støtter akselen begynner å skyve akselen rundt i lagerets klaring i en fremoverrettet sirkelbevegelse. Fordi denne virvelbevegelsen oppstår med en frekvens som ligger under maskinens driftshastighet (1×), er det en subsynkron vibrasjon — og siden den er selvdrevne, trenger den ingen ytre drivkraft for å opprettholde seg.
1. Definisjon: Hva er Oil Whirl?
Lik ikke ubalanse, som er en synkron (1×) tvungen vibrasjon, oljevirvel er en selveksitert vibrasjon: Energien som driver den, kommer fra selve akselens jevne rotasjon, som overføres gjennom oljefilmen i lageret. Dette skillet er viktig i diagnostisk sammenheng, fordi selvutløste ustabiliteter kan oppstå plutselig, vokse raskt og ikke kan «utlignes» på samme måte som en 1×-ubalanse.
2. Egenskaper ved oljevirvel
Oljesvirvelen har flere tydelige, gjenkjennelige mønstre i vibrasjonsdataene:
- Hyppighet: Det mest fremtredende trekket er en topp med stor amplitude ved en frekvens som ligger litt under halvparten av løpehastigheten — vanligvis mellom 0,4× og 0,48× (40–48 % av akselhastigheten). I en maskin som går med 3000 o/min (50 Hz), vil det oppstå oljesvirvler ved omtrent 1200–1440 o/min (20–24 Hz).
- Retning: Vibrasjonen er hovedsakelig radial (horisontal og vertikal) og har ofte en tydelig retning.
- Baneplott: vist på et X–Y-diagram nærhetsprober, fremstår oljevirvelen som en stor, fremoverprecesserende, ofte forvrengt (ikke-sirkulær) bane som inneholder en enkelt, veldefinert indre sløyfe.
- Oppførsel: Oljesvirvelen er ikke bundet til en fast frekvens. Når maskinen øker hastigheten, følger virvelfrekvensen med og opprettholder alltid det karakteristiske forholdet på ca. 0,4–0,48 i forhold til den nye driftshastigheten. Denne egenskapen til å tilpasse seg hastigheten er det viktigste som skiller den fra en strukturell resonans, som holder en fast frekvens uavhengig av akselhastigheten.
For å registrere disse egenskapene på en nøyaktig måte kreves det fasereferert flerkanalsmåling. A kaskadediagram tatt i løpet av en oppkjøring eller kystned er spesielt avslørende, fordi den subsynkrone toppen ser ut til å følge løpehastigheten i stedet for å holde seg på samme sted.
3. Mekanismen: Hvordan oppstår oljevirvler?
Oljevirvel oppstår som følge av dynamikken i den hydrodynamiske oljekilen som støtter akselen i et glidelager. Under normal drift trekker den roterende akselen olje inn i et kileformet mellomrom, noe som skaper et trykkfelt som løfter og støtter akselen. Akselen ligger ikke i midten av lageret, men beveger seg i en lett forskjøvet posisjon, i en vinkel i forhold til belastningslinjen.
Oljen inne i denne kilen sirkulerer selv rundt lageret med omtrent halvparten av akselens overflatehastighet – og det er nettopp derfor den resulterende ustabiliteten ligger på litt under 0,5×. Hvis lageret er lett belastet eller har for stor klarering, svekkes de stabiliserende kreftene. En liten forstyrrelse kan da føre til at akselen «fanges opp» av det sirkulerende smørelaget, som begynner å føre den i en sirkelbevegelse rundt lageret. Resultatet blir en selvforsterkende vibrasjon som kan vokse til svært høy amplitude, ofte begrenset kun av selve lagerklaringen – og da begynner akselen å komme i kontakt med lagerflaten.
4. Oljepisk: Den mer alvorlige formen
Hvis maskinen akselererer til et punkt hvor oljevirvelfrekvensen (~0,4–0,48×) faller sammen med en av rotorens naturlige frekvenser - a kritisk hastighet — tilstanden forverres dramatisk. Dette kalles oljepisk, den ekstreme enden av det bredere virvel og pisk en gruppe ustabiliteter.
- Fast frekvens: Vibrasjonen «låser seg» på rotorens egenfrekvens og øker ikke lenger når maskinen øker hastigheten ytterligere.
- Høy amplitude: Resonansforholdet fører til at amplituden blir ekstremt høy.
- Fare: Oljesprut er en svært farlig og ustabil tilstand som kan føre til katastrofale skader, blant annet at lagrene slites ut og alvorlige rotor gni.
5. Vanlige årsaker og løsninger
- Årsaker: Lett belastede lagre, for stort lagerspill, for lav oljeviskositet, for høyt oljetilførselstrykk eller en maskinutforming der den kritiske hastigheten ligger på omtrent det dobbelte av driftshastigheten (slik at rotoren når sin kritiske hastighet akkurat der virvelfrekvensen inntreffer).
- Løsninger: Tiltakene tar sikte på å forstyrre den ustabile oljefilmen. Mulighetene omfatter å øke lagerbelastningen, justere oljeviskositeten og omkonstruere lageret med anti-virvelgeometri – «lemon-bore» (elliptisk), «pressure-dam» eller flersidig og med vippepute design som bryter den symmetriske filmstrømmen. Montering av en klemfilmdemper kan gi stabiliserende demping i enkelte maskiner.
Å bekrefte en diagnose i felten innebærer å måle den subsynkrone toppverdien og dens fase, samt å utelukke de synkrone årsakene – ubalansen og feiljustering — først. En bærbar tokanalsanalysator som for eksempel Balanset-1A registrerer amplituden og fase på tvers av vibrasjonsspektrum og kontrollerer om 1×-komponenten er akseptabel; hvis restverdien på 1× er ren, men en sterk topp på ca. 0,45× fortsatt er til stede og følger hastigheten, skyldes problemet en ustabilitet i væskefilmen, for eksempel oljevirvler, og ikke en balanseringsfeil – og løsningen ligger i lageret, ikke i korrigeringsvekter. De karakteristiske ustabilitetsfrekvensene kan kryssjekkes med en Frekvensberegner for glidelager (oljevirvler og oljepisk).
