Zrozumienie turbulencji w analizie drgań

Definicja: Czym jest turbulencja?

W kontekście analizy drgań, turbulencja Odnosi się do chaotycznego, przypadkowego i niestabilnego przepływu cieczy (cieczy lub gazu) przez maszynę, taką jak pompa, wentylator lub turbina. Ten nieregularny przepływ powoduje wahania ciśnienia, które działają jak funkcja wymuszająca, indukując w konstrukcji maszyny przypadkowe drgania o niskiej częstotliwości.

W przeciwieństwie do dyskretnych, okresowych sił powodowanych przez brak równowagi lub niewspółosiowośćWibracje wywołane turbulencją nie występują z jedną, ostrą częstotliwością. Zamiast tego pojawiają się jako „garb” szerokopasmowej, niesynchronicznej energii w Widmo FFT.

Charakterystyka drgań turbulencyjnych

• Częstotliwość: Jest to zjawisko o niskiej częstotliwości, występujące zwykle poniżej 10-20 Hz i znacznie poniżej prędkości pracy maszyny.
• Szerokopasmowa natura: Nie generuje ostrego, wyraźnego piku. Zamiast tego podnosi poziom szumu w niskoczęstotliwościowym obszarze widma, często określanym jako „losowy garb” lub „stóg siana”.
• Losowe i nieokresowe: Wibracje nie są stałe. Amplituda i faza stale i losowo zmieniają się. Patrząc z przebieg czasowy, wygląda jak chaotyczny, niepowtarzalny sygnał.
• Kierunek: Wibracje mają zazwyczaj charakter promieniowy i mogą występować zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym.

Najczęstsze przyczyny turbulencji

Turbulencja to problem hydrauliczny lub aerodynamiczny spowodowany zakłóceniami płynnego, zaprojektowanego przepływu cieczy. Do najczęstszych przyczyn należą:

• Działanie poza punktem najlepszej wydajności (BEP): Pompy i wentylatory są projektowane tak, aby działały najefektywniej i najpłynniej w określonym punkcie krzywej wydajności. Praca przy znacznie wyższym lub niższym natężeniu przepływu niż BEP spowoduje nieefektywny przepływ cieczy, powodując turbulencje.
• Przeszkody na drodze przepływu: Wszystko, co blokuje lub zakłóca drogę przepływu cieczy, może powodować turbulencje. Należą do nich źle zaprojektowane rurociągi (np. ostre zakręty tuż przed wlotem ssącym pompy), częściowo zamknięte zawory, zatkane sitka lub ciała obce.
• Napowietrzanie lub kawitacja: Obecność pęcherzyków powietrza w cieczy (porwanie) lub powstawanie i zapadanie się pęcherzyków pary (kawitacja) stwarzają warunki silnie turbulentne i impulsywne, które generują znaczne drgania losowe.
• Zła konstrukcja studzienki lub wlotu: W pompach źle zaprojektowany zbiornik może powodować powstawanie wirów, które wprowadzają powietrze i turbulencje do ssania pompy.

Diagnoza i różnicowanie

Kluczem do diagnozy turbulencji jest jej losowy, szerokopasmowy i niskoczęstotliwościowy charakter. Doświadczony analityk często potrafi je zidentyfikować, obserwując „niestabilny” i „dudniący” charakter wibracji samej maszyny.

Ważne jest, aby odróżnić turbulencje od innych problemów o niskiej częstotliwości:

• Luz mechaniczny: Luźność również powoduje szum szerokopasmowy, ale często charakteryzuje się on podwyższonym poziomem szumu w całym spektrum i wyraźnymi harmonicznymi prędkości biegu, których nie ma w czystej turbulencji.

– Wir olejowy: Jest to wyraźny subsynchroniczny szczyt przy ~0,4-0,48X, a nie szeroki garb losowej energii.

– Tarcie: Pocieranie może generować szeroki zakres częstotliwości, ale często zawiera wiele harmonicznych i subharmonicznych o wysokiej częstotliwości, a przebieg czasowy może wykazywać obcięte lub ścięte szczyty.

Ponieważ turbulencje są problemem związanym z procesem, a nie usterką mechaniczną, rozwiązanie zazwyczaj polega na skorygowaniu problemu operacyjnego lub konstrukcyjnego systemu. Może to obejmować regulację punktu pracy pompy lub wentylatora, otwarcie zaworów, czyszczenie filtrów lub modyfikację konstrukcji rurociągu.

← Powrót do indeksu głównego