Zrozumienie wirowania wirnika i niestabilności bicza

Definicja: Czym są Whirl i Whip?

Wir olejowy oraz Bita śmietana są dwiema powiązanymi i bardzo niebezpiecznymi formami samopodniecenia, podsynchroniczny Drgania występujące w szybkoobrotowych maszynach wyposażonych w łożyska ślizgowe (ślizgowe). Nie są to drgania wymuszone spowodowane problemami takimi jak niewyważenie, ale niestabilności wirnika gdzie ruch samego wirnika generuje siły podtrzymujące i wzmacniające drgania. Oba charakteryzują się „wirowaniem” wału wirnika – ruchem precyzyjnym do przodu po dużej orbicie – w obrębie luzu łożyskowego.

Mechanizm: Jak to działa?

W łożysku z filmem płynnym obracający się wał jest podtrzymywany przez klin olejowy pod wysokim ciśnieniem. Wał nie znajduje się w środku łożyska, lecz przesuwa się w górę po jednej stronie. Ponieważ olej jest ciągnięty przez wał, sam olej krąży ze średnią prędkością nieco mniejszą niż połowa prędkości powierzchniowej wału.

Wir olejowy Występuje, gdy krążący film olejowy zaczyna „popychać” wał wokół łożyska, powodując jego precesję na dużej, przedniej orbicie. Częstotliwość tego wirowania jest określana przez średnią prędkość filmu olejowego, która zazwyczaj wynosi od 42% i 48% prędkości obrotowej wału (0,42x do 0,48x). Jest to klasyczny przykład wibracji subsynchronicznej.

Wir olejowy: prekursor

Wir olejowy jest często początkowym etapem niestabilności. Jego cechy charakterystyczne to:

• Częstotliwość: Pojawia się jako wyraźny szczyt w widmie FFT pomiędzy 0,42x a 0,48x obr./min.
• Zachowanie: Częstotliwość wirowania *będzie wzrastać* wraz ze wzrostem prędkości maszyny, zawsze pozostając w zakresie ~45%.
• Powaga: Może powodować silne, ale czasami stabilne drgania. Mogą pojawiać się lub zanikać wraz ze zmianami obciążenia, prędkości lub temperatury oleju w maszynie. Choć jest to niepożądane, nie zawsze ma natychmiastowe skutki destrukcyjne.

Olejek eteryczny: Krytyczne zagrożenie

Bita śmietana To znacznie poważniejszy i bardziej niebezpieczny stan, który rozwija się w wyniku wirowania oleju. Występuje, gdy prędkość maszyny wzrasta do punktu, w którym częstotliwość wirowania oleju (przy ~45% prędkości roboczej) staje się równa częstotliwości wirowania wirnika. pierwsza częstotliwość naturalna (pierwsza prędkość krytyczna).

W takim przypadku wir olejowy „zablokowuje się” na częstotliwości drgań własnych wirnika i wzbudza rezonans. Charakterystyka wiru olejowego to:

• Częstotliwość: Częstotliwość drgań zostaje „zablokowana” na pierwszej częstotliwości drgań własnych wirnika i *nie wzrasta dalej*, nawet gdy maszyna nadal przyspiesza.
• Amplituda: Amplituda drgań staje się bardzo duża, a drgania stają się gwałtowne i niestabilne.
• Zachowanie: Bicie oleju jest niezwykle destrukcyjne i nie zniknie po dalszym zwiększeniu prędkości. Może spowodować katastrofalne uszkodzenia łożysk, uszczelnień i samego wirnika w bardzo krótkim czasie.

Prędkość, przy której rozpoczyna się bicie olejowe, jest zazwyczaj nieco ponad dwukrotnie wyższa od pierwszej prędkości krytycznej wirnika. Maszyna, w której występuje bicie olejowe, wymaga natychmiastowego wyłączenia.

Jak rozpoznać wir i bicz

• Analiza widmowa: Szukaj silnego piku subsynchronicznego. Podczas rozruchu, jeśli częstotliwość piku rośnie wraz z prędkością, mamy do czynienia z wirowaniem. Jeśli częstotliwość piku w pewnym punkcie „płasko” się utrzymuje, podczas gdy szczyt prędkości 1x nadal rośnie, przechodzi on w wirowanie.
• Wykres orbity: Orbita wału będzie dużym, poruszającym się do przodu okręgiem lub elipsą, często z nałożonymi wibracjami o prędkości biegu 1x, co stworzy efekt „pętli w pętli”.
• Działka wodospadu: Wykres wodospadowy z testu rozruchowego przedstawia najwyraźniejszy możliwy obraz, pokazując, że częstotliwość wirowania oleju wzrasta wraz z prędkością, aż do przecięcia się z pierwszą częstotliwością własną i przejścia w wirowanie oleju.

Przyczyny i rozwiązania

Te niestabilności są złożone i zależą od konstrukcji łożyska, geometrii wirnika, lepkości oleju, temperatury i obciążenia. Nie są one spowodowane niewyważeniem i nie można ich naprawić poprzez wyważanie. Rozwiązaniami są zazwyczaj zmiany na poziomie projektu, takie jak:

• Zmiana na łożysko o bardziej stabilnej konstrukcji (np. łożysko z podkładką uchylną).
• Zmiana lepkości lub temperatury oleju.
• Zwiększenie obciążenia łożyska.
• Wprowadzenie do łożyska rowków lub zapór w celu zakłócenia obwodowego przepływu oleju.

← Powrót do indeksu głównego