Forstå rotorvirvel- og piskeinstabiliteter

Definisjon: Hva er Whirl og Whil?

Oljevirvel og Oljepisk er to beslektede og svært farlige former for selvopphissethet, subsynkron vibrasjoner som oppstår i høyhastighets roterende maskiner utstyrt med væskefilmlagre (tapplagre). De er ikke tvungne vibrasjoner forårsaket av problemer som ubalanse, men er rotorinstabiliteter hvor rotorens bevegelse genererer kreftene som opprettholder og øker vibrasjonen. Begge er karakterisert ved at rotorakselen «virvler» – går fremover i en stor bane – innenfor lagerklaringen.

Mekanismen: Hvordan skjer det?

I et fluidfilmlager støttes den roterende akselen av en høytrykkskile av olje. Akselen er ikke i midten av lageret, men glir oppover den ene siden. Når oljen dras rundt av akselen, sirkulerer selve oljen med en gjennomsnittshastighet på litt under halvparten av akselens overflatehastighet.

Oljevirvel oppstår når denne sirkulerende oljefilmen begynner å «skyve» akselen rundt lageret, noe som får den til å precessere i en stor, fremoverrettet bane. Frekvensen av denne virvelbevegelsen bestemmes av gjennomsnittshastigheten til oljefilmen, som vanligvis er mellom 42% og 48% av akselens kjørehastighet (0,42x til 0,48x)Dette er en klassisk subsynkron vibrasjonssignatur.

Oljevirvel: Forløperen

Oljevirvel er ofte det første stadiet av ustabilitet. Kjennetegnene er:

• Hyppighet: Vises som en tydelig topp i FFT-spekteret mellom 0,42x og 0,48x o/min.
• Oppførsel: Frekvensen på virvelen *vil øke* etter hvert som maskinens hastighet øker, og vil alltid holde seg innenfor det ~45%-området.
• Alvorlighetsgrad: Det kan forårsake høy, men noen ganger stabil vibrasjon. Det kan oppstå eller forsvinne når maskinbelastning, hastighet eller oljetemperatur endres. Selv om det er uønsket, er det ikke alltid umiddelbart ødeleggende.

Oljepisk: Den kritiske faren

Oljepisk er en langt mer alvorlig og farlig tilstand som utvikler seg fra oljevirvel. Det oppstår når maskinens hastighet øker til et punkt der oljevirvelfrekvensen (ved ~45% driftshastighet) blir lik rotorens første naturlige frekvens (dens første kritiske hastighet).

Når dette skjer, «låser» oljevirvelen seg fast på rotorens egenfrekvens og skaper en resonans. Egenskapene til oljepisken er:

• Hyppighet: Vibrasjonsfrekvensen blir «låst» ved rotorens første naturlige frekvens og *øker ikke ytterligere* selv om maskinen fortsetter å øke hastigheten.
• Amplitude: Vibrasjonsamplituden blir veldig stor og blir voldsom og ustabil.
• Oppførsel: Oljepisking er ekstremt ødeleggende og vil ikke forsvinne ved ytterligere økning av hastigheten. Det kan forårsake katastrofal skade på lagre, tetninger og selve rotoren på svært kort tid.

Hastigheten som oljepiskingen starter med er vanligvis litt over det dobbelte av rotorens første kritiske hastighet. En maskin som opplever oljepisking krever umiddelbar avstengning.

Hvordan identifisere virvel og pisk

• Spektrumanalyse: Se etter en sterk subsynkron topp. Hvis toppens frekvens øker med hastigheten under oppstart, er det en virvelfrekvens. Hvis toppens frekvens «flatner» på et visst punkt mens toppen med 1x kjørehastighet fortsetter å øke, har den gått over til whirl.
• Baneplott: Akselbanen vil være en stor, fremovergående sirkel eller ellipse, ofte med 1x driftshastighetsvibrasjon overlagt, noe som skaper et "loop-the-loop"-utseende.
• Fosstomt: Et fossefallsplott fra en oppstartstest gir det klarest mulige bildet, og viser at oljevirvelfrekvensen øker med hastighet inntil den skjærer den første naturlige frekvensen og går over til oljepisk.

Årsaker og løsninger

Disse ustabilitetene er komplekse og påvirkes av lagerdesign, rotorgeometri, oljeviskositet, temperatur og belastning. De er ikke forårsaket av ubalanse og kan ikke fikses ved balansering. Løsninger er vanligvis endringer på designnivå, for eksempel:

• Bytte til et mer stabilt lagerdesign (f.eks. et tilt-pad-lager).
• Endring av oljens viskositet eller temperatur.
• Økning av lagerbelastningen.
• Å innføre funksjoner som spor eller demninger i lageret for å forstyrre oljens omkretsstrøm.

← Tilbake til hovedindeksen