Inzicht in turbulentie bij trillingsanalyse
Definitie: Wat is turbulentie?
In de context van trillingsanalyse, turbulentie Verwijst naar de chaotische, willekeurige en onstabiele stroming van een vloeistof (vloeistof of gas) door een machine, zoals een pomp, ventilator of turbine. Deze onregelmatige stroming veroorzaakt drukschommelingen die als een dwingende functie werken en een laagfrequente, willekeurige trilling in de structuur van de machine veroorzaken.
In tegenstelling tot de discrete, periodieke krachten die worden veroorzaakt door onevenwicht of verkeerde uitlijningDe trillingen van turbulentie komen niet voor op één enkele, scherpe frequentie. In plaats daarvan verschijnt het als een "bult" van breedbandige, niet-synchrone energie in de FFT-spectrum.
Kenmerken van turbulentietrillingen
- Frequentie: Het is een laagfrequent verschijnsel dat zich doorgaans voordoet bij een frequentie lager dan 10-20 Hz en aanzienlijk lager dan de snelheid van de machine.
- Breedband aard: Het produceert geen scherpe, duidelijke piek. In plaats daarvan verhoogt het de ruisvloer in het laagfrequente deel van het spectrum, vaak omschreven als een "willekeurige bult" of "hooiberg".
- Willekeurig en niet-periodiek: De trilling is niet constant. De amplitude en fase fluctueren constant en willekeurig. Wanneer bekeken in de tijdgolfvorm, verschijnt het als een chaotisch, zich niet herhalend signaal.
- Richting: De trillingen zijn doorgaans radiaal en kunnen zowel horizontaal als verticaal optreden.
Veelvoorkomende oorzaken van turbulentie
Turbulentie is een hydraulisch of aerodynamisch probleem dat wordt veroorzaakt door verstoringen van de soepele, ontworpen vloeistofstroom. Veelvoorkomende oorzaken zijn:
- Werken buiten het beste efficiëntiepunt (BEP): Pompen en ventilatoren zijn ontworpen om zo efficiënt en soepel mogelijk te werken op een specifiek punt op hun prestatiecurve. Als ze met een aanzienlijk hogere of lagere stroomsnelheid dan de BEP werken, zal de vloeistof inefficiënt stromen, wat turbulentie veroorzaakt.
- Obstructies in het stroompad: Alles wat de vloeistofstroom blokkeert of verstoort, kan turbulentie veroorzaken. Denk hierbij aan slecht ontworpen leidingen (bijvoorbeeld scherpe bochten vlak voor de aanzuigopening van een pomp), gedeeltelijk gesloten kleppen, verstopte filters of vreemde voorwerpen.
- Luchtinsluiting of cavitatie: De aanwezigheid van luchtbellen in een vloeistof (meevoering) of de vorming en ineenstorting van dampbellen (cavitatie) creëert zeer turbulente en impulsieve omstandigheden, die aanzienlijke willekeurige trillingen genereren.
- Slecht ontwerp van de opvangbak of inlaat: Bij pompen kan een slecht ontworpen pompput wervelingen veroorzaken die lucht en turbulentie in de aanzuiging van de pomp brengen.
Diagnose en differentiatie
De sleutel tot het diagnosticeren van turbulentie is de willekeurige, breedbandige en laagfrequente aard ervan. Een ervaren analist kan turbulentie vaak identificeren door de "onstabiele" en "kloppende" aard van de trillingen op de machine zelf te observeren.
Het is belangrijk om turbulentie te onderscheiden van andere laagfrequente problemen:
- Mechanische losheid: Losheid creëert ook breedbandruis, maar dit wordt vaak gekenmerkt door een verhoogde ruisvloer over het gehele spectrum en duidelijke harmonischen van de loopsnelheid, die bij pure turbulentie ontbreken.
– Oliewerveling: Dit is een duidelijke subsynchrone piek bij ~0,4-0,48X, geen brede bult van willekeurige energie.
– Wrijven: Een wrijving kan een groot frequentiebereik genereren, maar bevat vaak ook veel hoogfrequente harmonischen en subharmonischen. Bovendien kan de tijdsgolfvorm afgekapte of afgesneden pieken vertonen.
Omdat turbulentie een procesgerelateerd probleem is en geen mechanisch defect, bestaat de oplossing doorgaans uit het corrigeren van het operationele of systeemontwerpprobleem. Dit kan het aanpassen van het werkpunt van de pomp of ventilator, het openen van kleppen, het reinigen van filters of het aanpassen van het leidingontwerp omvatten.