Forstå turbulens i vibrasjonsanalyse

Definisjon: Hva er turbulens?

I sammenheng med vibrasjonsanalyse, turbulens refererer til den kaotiske, tilfeldige og ustabile strømmen av en væske (væske eller gass) gjennom en maskin, for eksempel en pumpe, vifte eller turbin. Denne uregelmessige strømmen skaper trykksvingninger som fungerer som en tvangsfunksjon, og induserer en lavfrekvent, tilfeldig vibrasjon i maskinens struktur.

I motsetning til de diskrete, periodiske kreftene forårsaket av ubalanse eller feiljustering, oppstår ikke vibrasjonen fra turbulensen med en enkelt, skarp frekvens. I stedet fremstår den som en «knute» av bredbåndet, ikke-synkron energi i FFT-spektrum.

Kjennetegn ved turbulensvibrasjon

• Hyppighet: Det er et lavfrekvent fenomen, som vanligvis forekommer under 10–20 Hz og godt under maskinens driftshastighet.
• Bredbåndsnatur: Den produserer ikke en skarp, tydelig topp. I stedet hever den støygulvet i lavfrekvensområdet av spekteret, ofte beskrevet som en «tilfeldig pukkel» eller «høystakk».
• Tilfeldig og ikke-periodisk: Vibrasjonen er ikke stabil. Amplituden og fasen varierer konstant og tilfeldig. Sett i tidsbølgeform, det fremstår som et kaotisk, ikke-repeterende signal.
• Retning: Vibrasjonen er vanligvis radial og kan være tilstede i både horisontal og vertikal retning.

Vanlige årsaker til turbulens

Turbulens er et hydraulisk eller aerodynamisk problem forårsaket av forstyrrelser i den jevne, planlagte strømmen av væsken. Vanlige årsaker inkluderer:

• Drift utenfor det beste effektivitetspunktet (BEP): Pumper og vifter er konstruert for å operere mest effektivt og jevnt på et bestemt punkt på ytelseskurven. Å bruke dem med en betydelig høyere eller lavere strømningshastighet enn BEP vil føre til at væsken strømmer ineffektivt, noe som skaper turbulens.
• Hindringer i strømningsveien: Alt som blokkerer eller forstyrrer væskens bane kan forårsake turbulens. Dette inkluderer dårlig utformede rør (f.eks. skarpe bøyer rett før en pumpe sitt sugeinntak), delvis lukkede ventiler, tette siler eller fremmedlegemer.
• Luftinntrengning eller kavitasjon: Tilstedeværelsen av luftbobler i en væske (medrivning) eller dannelsen og kollapsen av dampbobler (kavitasjon) skaper svært turbulente og impulsive forhold, som genererer betydelig tilfeldig vibrasjon.
• Dårlig utforming av sump eller innløp: I pumper kan en dårlig utformet sump skape virvler som introduserer luft og turbulens i pumpens sugekanal.

Diagnose og differensiering

Nøkkelen til å diagnostisere turbulens er dens tilfeldige, bredbåndsbaserte og lavfrekvente natur. En erfaren analytiker kan ofte identifisere den ved å observere den «ustabile» og «bankende» naturen til vibrasjonen på selve maskinen.

Det er viktig å skille turbulens fra andre lavfrekvente problemer:

• Mekanisk løshet: Løshet skaper også bredbåndsstøy, men det kjennetegnes ofte av et hevet støygulv over hele spekteret og distinkte harmoniske overtoner i kjørehastighet, som er fraværende i ren turbulens.

– Oljevirvel: Dette er en distinkt subsynkron topp på ~0,4–0,48X, ikke en bred pukkel av tilfeldig energi.

– Gniding: En gnidning kan generere et bredt spekter av frekvenser, men den inkluderer ofte mange høyfrekvente harmoniske og subharmoniske, og tidsbølgeformen kan vise avkortede eller klippede topper.

Siden turbulens er et prosessrelatert problem, ikke en mekanisk feil, innebærer løsningen vanligvis å korrigere drifts- eller systemdesignproblemet. Dette kan omfatte justering av pumpens eller viftens driftspunkt, åpning av ventiler, rengjøring av siler eller endring av rørkonstruksjonen.

← Tilbake til hovedindeksen