Compreendendo o turbilhão de óleo

Definição: O que é Oil Whirl?

Redemoinho de óleo É um tipo de vibração instável e autoexcitada que ocorre em máquinas equipadas com mancais de filme fluido (mancais de rolamento), como grandes turbinas, compressores e bombas. É uma forma de instabilidade induzida por fluido, em que o filme de óleo que sustenta o eixo começa a empurrar o eixo ao redor da folga do mancal em um movimento circular para a frente. Este movimento "turbilhonante" é um subsíncrono vibração, o que significa que ocorre em uma frequência abaixo da velocidade de operação da máquina (1X).

Características do turbilhão de óleo

O turbilhão de óleo tem várias características distintas e identificáveis em dados de vibração:

• Freqüência: A característica mais proeminente é um pico de vibração de grande amplitude em uma frequência ligeiramente menor que a metade da velocidade de operação, normalmente entre 0,4X e 0,48X (ou seja, 40% a 48% da velocidade de rotação do eixo). Por exemplo, em uma máquina operando a 3.000 RPM (50 Hz), o turbilhão de óleo ocorreria aproximadamente a 1.200-1.440 RPM (20-24 Hz).
• Direção: A vibração é principalmente radial (horizontal e vertical) e geralmente é altamente direcional.
• Gráfico de órbita: Quando visualizado em um gráfico de órbita de sondas de proximidade XY, o redemoinho de óleo aparece como uma órbita grande, de precessão para frente e frequentemente distorcida (não circular), com um único loop interno bem definido.
• Comportamento: O turbilhão de óleo não está vinculado a uma velocidade específica. Se a velocidade da máquina for aumentada, a frequência do turbilhão também aumentará, mantendo sempre sua relação característica de ~0,4X – 0,48X da nova velocidade de operação. Este é um diferencial fundamental da ressonância estrutural, que ocorre em uma frequência fixa, independentemente da velocidade do eixo.

O mecanismo: como ocorre o turbilhão de óleo?

O turbilhão de óleo é causado pela dinâmica da cunha de óleo hidrodinâmica que sustenta o eixo em um mancal de apoio. Em operação normal, o eixo em rotação arrasta o óleo para uma abertura em forma de cunha, criando um campo de pressão que levanta e sustenta o eixo. O eixo não fica no centro do mancal, mas é ligeiramente deslocado.

O óleo nesta cunha também circula ao redor do rolamento a aproximadamente metade da velocidade do eixo. Se o rolamento estiver levemente carregado ou tiver folga excessiva, as forças de estabilização podem ser fracas. Uma pequena perturbação pode fazer com que o eixo seja "capturado" pela película de óleo circulante, que então começa a empurrar o eixo em um caminho circular ao redor do rolamento. Isso cria uma vibração autossustentável que pode atingir amplitudes muito altas, muitas vezes limitada apenas pela própria folga do rolamento (ou seja, o eixo começa a impactar o rolamento).

Chicote de óleo: a forma mais severa

Se a velocidade da máquina aumentar até o ponto em que a frequência do turbilhão de óleo (~0,4X – 0,48X) coincidir com uma das frequências naturais do rotor (a velocidade crítica), a condição se torna muito mais grave. Isso é chamado de batedor de óleo.

• Frequência bloqueada: A vibração “fixa” a frequência natural do rotor e não aumenta mais à medida que a velocidade da máquina aumenta.
• Alta amplitude: A condição ressonante faz com que a amplitude da vibração se torne extremamente alta e frequentemente destrutiva.
• Perigo: O efeito chicote de óleo é uma condição muito perigosa e instável que pode levar à falha catastrófica da máquina.

Causas e soluções comuns

• Causas: Rolamentos com carga leve, folga excessiva nos rolamentos, viscosidade incorreta do óleo (muito baixa), alta pressão do óleo ou um projeto de máquina que define uma velocidade crítica em aproximadamente o dobro da velocidade de operação.

– Soluções: As soluções visam romper a película de óleo instável. Isso pode incluir o aumento da carga do rolamento, a troca para uma viscosidade de óleo diferente ou o reprojeto dos rolamentos para que tenham recursos antiturbulência (por exemplo, rolamentos com furo de limão, barragem de pressão ou rolamentos com almofadas basculantes).

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