Oliewerveling begrijpen

Definitie: Wat is Oil Whirl?

Oliewerveling is een type zelfopgewekte, onstabiele trilling die optreedt in machines die zijn uitgerust met vloeistoffilmlagers (tappen), zoals grote turbines, compressoren en pompen. Het is een vorm van vloeistofgeïnduceerde instabiliteit waarbij de oliefilm die de as ondersteunt de as in een voorwaartse cirkelvormige beweging rond de lagerspeling begint te duwen. Deze "wervelende" beweging is een subsynchroon trilling, wat betekent dat het plaatsvindt met een frequentie die lager is dan de snelheid van de machine (1X).

Kenmerken van oliewerveling

Oliewerveling heeft een aantal duidelijke en herkenbare kenmerken in trillingsgegevens:

• Frequentie: Het meest opvallende kenmerk is een trillingspiek met een grote amplitude bij een frequentie die iets minder is dan de helft van de loopsnelheid, meestal tussen 0,4X en 0,48X (d.w.z. 40% tot 48% van het toerental van de as). Bijvoorbeeld, in een machine die draait met 3000 tpm (50 Hz), zou oliewerveling optreden bij ongeveer 1200-1440 tpm (20-24 Hz).
• Richting: De trillingen zijn voornamelijk radiaal (horizontaal en verticaal) en vaak sterk gericht.
• Baanplot: Wanneer men de oliewerveling bekijkt op een baandiagram van XY-nabijheidssondes, verschijnt deze als een grote, voorwaarts precesserende en vaak vervormde (niet-cirkelvormige) baan met een enkele, goed gedefinieerde interne lus.
• Gedrag: Oliewerveling is niet gebonden aan een specifieke snelheid. Als de snelheid van de machine wordt verhoogd, zal de frequentie van de werveling ook toenemen, waarbij de karakteristieke verhouding van ~0,4x - 0,48x van de nieuwe draaisnelheid altijd behouden blijft. Dit is een belangrijk verschil met structurele resonantie, die optreedt met een vaste frequentie, ongeacht de assnelheid.

Het mechanisme: hoe ontstaat oliewerveling?

Oliewerveling wordt veroorzaakt door de dynamiek van de hydrodynamische oliewig die de as in een glijlager ondersteunt. Bij normaal gebruik trekt de roterende as olie in een wigvormige opening, waardoor een drukveld ontstaat dat de as optilt en ondersteunt. De as bevindt zich niet in het midden van het lager, maar is iets verschoven.

De olie in deze wig circuleert ook rond het lager met ongeveer de helft van de snelheid van de as. Als het lager licht belast is of te veel speling heeft, kunnen de stabiliserende krachten zwak zijn. Een kleine verstoring kan ertoe leiden dat de as wordt "gevangen" door de circulerende oliefilm, die de as vervolgens in een cirkelvormige baan rond het lager begint te duwen. Dit creëert een zichzelf in stand houdende trilling die kan oplopen tot zeer hoge amplitudes, vaak alleen beperkt door de lagerspeling zelf (d.w.z. de as begint het lager te raken).

Oliezweep: de ernstigste vorm

Als de snelheid van de machine toeneemt tot het punt waarop de oliewervelfrequentie (~0,4X – 0,48X) samenvalt met een van de natuurlijke frequenties van de rotor (a kritische snelheid), wordt de aandoening veel ernstiger. Dit wordt genoemd olie zweep.

• Vergrendelde frequentie: De trillingen ‘vangen’ zich vast op de eigenfrequentie van de rotor en nemen niet verder toe naarmate de snelheid van de machine toeneemt.
• Hoge amplitude: Door de resonantietoestand wordt de trillingsamplitude extreem hoog en vaak schadelijk.
• Gevaar: Olieklopper is een zeer gevaarlijke en onstabiele situatie die tot een catastrofale storing van de machine kan leiden.

Veelvoorkomende oorzaken en oplossingen

• Oorzaken: Licht belaste lagers, te grote lagerspeling, onjuiste viscositeit van de olie (te laag), hoge oliedruk of een machineontwerp dat een kritisch toerental op ongeveer twee keer de bedrijfssnelheid plaatst.

– Oplossingen: Oplossingen zijn gericht op het verstoren van de instabiele oliefilm. Dit kan onder meer bestaan uit het verhogen van de lagerbelasting, het overschakelen naar een andere olieviscositeit of het opnieuw ontwerpen van de lagers met anti-werveling-eigenschappen (bijvoorbeeld citroenbore-, drukdam- of kantellagers).

← Terug naar hoofdindex