Zrozumienie wiru olejowego

Definicja: Czym jest wir olejowy?

Wir olejowy to rodzaj samowzbudnych, niestabilnych drgań, które występują w maszynach wyposażonych w łożyska ślizgowe (ślizgowe), takich jak duże turbiny, sprężarki i pompy. Jest to forma niestabilności wywołanej płynem, w której film olejowy podtrzymujący wał zaczyna popychać wał wokół luzu łożyska w ruchu okrężnym do przodu. Ten „wirujący” ruch to podsynchroniczny wibracje, co oznacza, że występują z częstotliwością niższą od prędkości roboczej maszyny (1X).

Charakterystyka wiru olejowego

Wir olejowy ma kilka charakterystycznych i rozpoznawalnych cech w danych wibracyjnych:

• Częstotliwość: Najbardziej charakterystyczną cechą jest szczyt drgań o dużej amplitudzie, występujący przy częstotliwości nieco mniejszej niż połowa prędkości biegu, zwykle pomiędzy 0,4X i 0,48X (tj. 40% do 48% prędkości obrotowej wału). Na przykład w maszynie pracującej z prędkością 3000 obr./min (50 Hz) wirowanie oleju wystąpiłoby przy około 1200–1440 obr./min (20–24 Hz).
• Kierunek: Drgania są przede wszystkim promieniowe (poziome i pionowe) i często silnie kierunkowe.
• Wykres orbity: Gdy obserwuje się go na wykresie orbity za pomocą sond zbliżeniowych XY, wir olejowy wygląda jak duża, poruszająca się do przodu i często zniekształcona (niekołowa) orbita z pojedynczą, dobrze zdefiniowaną pętlą wewnętrzną.
• Zachowanie: Wir olejowy nie jest związany z określoną prędkością. Wraz ze wzrostem prędkości maszyny, częstotliwość wirowania również wzrośnie, zachowując zawsze swój charakterystyczny stosunek ~0,4X – 0,48X nowej prędkości obrotowej. Jest to kluczowa różnica w porównaniu z rezonansem strukturalnym, który występuje ze stałą częstotliwością, niezależnie od prędkości wału.

Mechanizm: Jak powstaje wir olejowy?

Wir olejowy powstaje w wyniku dynamiki hydrodynamicznego klina olejowego, który podtrzymuje wał w łożysku ślizgowym. Podczas normalnej pracy obracający się wał wciąga olej do szczeliny w kształcie klina, tworząc pole ciśnienia, które unosi i podtrzymuje wał. Wał nie jest osadzony centralnie w łożysku, lecz jest lekko przesunięty.

Olej w tym klinie krąży wokół łożyska z prędkością równą mniej więcej połowie prędkości wału. Jeśli łożysko jest lekko obciążone lub ma nadmierny luz, siły stabilizujące mogą być słabe. Niewielkie zaburzenie może spowodować „zatrzymanie” wału przez krążący film olejowy, który zaczyna go popychać po okręgu wokół łożyska. Powoduje to samopodtrzymujące się drgania, które mogą osiągać bardzo wysokie amplitudy, często ograniczone jedynie przez sam luz łożyska (tj. wał zaczyna uderzać w łożysko).

Oil Whip: Bardziej surowa forma

Jeżeli prędkość maszyny wzrośnie do punktu, w którym częstotliwość wirowania oleju (~0,4X – 0,48X) będzie zgodna z jedną z częstotliwości naturalnych wirnika (a prędkość krytyczna), stan staje się znacznie poważniejszy. To się nazywa bita śmietana.

• Zablokowana częstotliwość: Wibracje „dopasowują się” do naturalnej częstotliwości wirnika i nie nasilają się wraz ze wzrostem prędkości maszyny.
• Wysoka amplituda: Stan rezonansowy powoduje, że amplituda drgań staje się niezwykle wysoka i często niszczycielska.
• Niebezpieczeństwo: Wyciek oleju jest bardzo niebezpieczny i niestabilny i może doprowadzić do poważnej awarii maszyny.

Najczęstsze przyczyny i rozwiązania

• Powoduje: Niedostatecznie obciążone łożyska, nadmierny luz łożyskowy, nieprawidłowa lepkość oleju (zbyt niska), wysokie ciśnienie oleju lub konstrukcja maszyny, która ustala prędkość krytyczną na poziomie około dwukrotności prędkości roboczej.

– Rozwiązania: Rozwiązania mają na celu przerwanie niestabilnego filmu olejowego. Może to obejmować zwiększenie obciążenia łożyska, zmianę lepkości oleju lub przeprojektowanie łożysk w celu zapewnienia im właściwości przeciwwirowych (np. łożyska typu lemon-bore, Pressure Dam lub łożyska z płytkami uchylnymi).

← Powrót do indeksu głównego