Compreendendo as instabilidades de rotação e chicote do rotor

Definição: O que são Whirl e Whip?

Redemoinho de óleo e Chicote de óleo são duas formas relacionadas e altamente perigosas de autoexcitação, subsíncrono Vibrações que ocorrem em máquinas rotativas de alta velocidade equipadas com mancais de filme fluido (mancais de rolamento). Não são vibrações forçadas causadas por problemas como desequilíbrio, mas sim instabilidades do rotor onde o próprio movimento do rotor gera as forças que sustentam e aumentam a vibração. Ambas são caracterizadas pelo "giro" do eixo do rotor — precessão para a frente em uma órbita ampla — dentro da folga do mancal.

O Mecanismo: Como isso acontece?

Em um mancal de filme fluido, o eixo rotativo é sustentado por uma cunha de óleo de alta pressão. O eixo não fica no centro do mancal, mas sobe por um dos lados. À medida que o óleo é arrastado pelo eixo, ele próprio circula a uma velocidade média ligeiramente inferior à metade da velocidade superficial do eixo.

Redemoinho de óleo ocorre quando essa película de óleo circulante começa a "empurrar" o eixo ao redor do mancal, fazendo-o precessar em uma órbita ampla e para frente. A frequência desse turbilhão é determinada pela velocidade média da película de óleo, que normalmente está entre 42% e 48% da velocidade de rotação do eixo (0,42x a 0,48x). Esta é uma assinatura de vibração subsíncrona clássica.

Oil Whirl: O Precursor

O turbilhão de petróleo costuma ser o estágio inicial da instabilidade. Suas características são:

• Freqüência: Aparece como um pico distinto no espectro FFT entre 0,42x e 0,48x RPM.
• Comportamento: A frequência do turbilhão *aumentará* conforme a velocidade da máquina aumenta, permanecendo sempre na faixa de ~45%.
• Gravidade: Pode causar vibração alta, mas às vezes estável. Pode aparecer ou desaparecer conforme a carga da máquina, a velocidade ou a temperatura do óleo mudam. Embora indesejável, nem sempre é imediatamente destrutivo.

Chicote de Óleo: O Perigo Crítico

Chicote de óleo É uma condição muito mais grave e perigosa que se desenvolve a partir do turbilhão de óleo. Ocorre quando a velocidade da máquina aumenta a um ponto em que a frequência do turbilhão de óleo (a ~45% de velocidade de operação) se torna igual à do rotor. primeira frequência natural (sua primeira velocidade crítica).

Quando isso acontece, o turbilhão de óleo "se conecta" à frequência natural do rotor e gera uma ressonância. As características do turbilhão de óleo são:

• Freqüência: A frequência de vibração fica “travada” na primeira frequência natural do rotor e *não aumenta mais* mesmo quando a máquina continua a acelerar.
• Amplitude: A amplitude da vibração aumenta muito e se torna violenta e instável.
• Comportamento: O efeito chicote de óleo é extremamente destrutivo e não desaparece com o aumento da velocidade. Pode causar danos catastróficos aos rolamentos, vedações e ao próprio rotor em um período muito curto.

A velocidade na qual o chicote começa é normalmente pouco mais do que o dobro da primeira velocidade crítica do rotor. Uma máquina com chicote de óleo requer desligamento imediato.

Como identificar redemoinho e chicote

• Análise de espectro: Procure por um pico subsíncrono forte. Durante uma inicialização, se a frequência do pico aumentar com a velocidade, ele é considerado um turbilhão. Se a frequência do pico se estabilizar em um determinado ponto enquanto o pico de velocidade de corrida 1x continua a aumentar, ele passou para um chicote.
• Gráfico de órbita: A órbita do eixo será um grande círculo ou elipse de precessão para frente, geralmente com a vibração de velocidade de execução 1x sobreposta, criando uma aparência de "loop-the-loop".
• Terreno em cascata: Um gráfico de cascata de um teste de inicialização fornece a imagem mais clara possível, mostrando a frequência do turbilhão de óleo aumentando com a velocidade até cruzar com a primeira frequência natural e fazer a transição para o chicote de óleo.

Causas e Soluções

Essas instabilidades são complexas e influenciadas pelo projeto do rolamento, geometria do rotor, viscosidade do óleo, temperatura e carga. Elas não são causadas por desequilíbrio e não podem ser corrigidas por balanceamento. As soluções geralmente são alterações no nível do projeto, como:

• Mudança para um design de rolamento mais estável (por exemplo, um rolamento de almofada de inclinação).
• Alterar a viscosidade ou a temperatura do óleo.
• Aumentando a carga do rolamento.
• Introduzir recursos como ranhuras ou represas no rolamento para interromper o fluxo circunferencial do óleo.

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