Înțelegerea turbulențelor în analiza vibrațiilor

Definiție: Ce este turbulența?

În contextul analizei vibrațiilor, turbulenţă se referă la curgerea haotică, aleatorie și instabilă a unui fluid (lichid sau gaz) printr-o mașină, cum ar fi o pompă, un ventilator sau o turbină. Această curgere neregulată creează fluctuații de presiune care acționează ca o funcție de forțare, inducând o vibrație aleatorie de joasă frecvență în structura mașinii.

Spre deosebire de forțele discrete, periodice cauzate de dezechilibra sau nealinierevibrația cauzată de turbulență nu apare la o singură frecvență ascuțită. În schimb, apare ca o „cocoașă” de energie nesincronă, de bandă largă, în Spectrul FFT.

Caracteristicile vibrațiilor turbulente

• Frecvenţă: Este un fenomen de joasă frecvență, care apare de obicei sub 10-20 Hz și mult sub viteza de funcționare a mașinii.
• Natura benzii largi: Nu produce un vârf ascuțit și distinct. În schimb, ridică nivelul de zgomot în regiunea de joasă frecvență a spectrului, adesea descris ca o „cocoașă aleatorie” sau „car de fân”.
• Aleator și neperiodic: Vibrația nu este constantă. Amplitudinea și faza fluctuează constant și aleatoriu. Privite în formă de undă temporală, apare ca un semnal haotic, nerepetitiv.
• Direcţie: Vibrația este de obicei radială și poate fi prezentă atât în direcție orizontală, cât și verticală.

Cauze comune ale turbulenței

Turbulența este o problemă hidraulică sau aerodinamică cauzată de perturbări ale curgerii line și proiectate a fluidului. Cauzele comune includ:

• Funcționarea departe de punctul de cea mai bună eficiență (BEP): Pompele și ventilatoarele sunt proiectate să funcționeze cel mai eficient și lin într-un anumit punct al curbei lor de performanță. Funcționarea lor la un debit semnificativ mai mare sau mai mic decât BEP va face ca fluidul să curgă ineficient, creând turbulențe.
• Obstrucții în calea de curgere: Orice element care obstrucționează sau perturbă traiectoria fluidului poate provoca turbulențe. Aceasta include conducte proiectate necorespunzător (de exemplu, curbe ascuțite chiar înainte de admisia pompei), valve parțial închise, filtre înfundate sau obiecte străine.
• Antrenarea aerului sau cavitația: Prezența bulelor de aer într-un lichid (antrenare) sau formarea și colapsul bulelor de vapori (cavitație) creează condiții extrem de turbulente și impulsive, care generează vibrații aleatorii semnificative.
• Proiectare slabă a bazinului sau a admisiei: În cazul pompelor, un bazin de evacuare prost proiectat poate crea vârtejuri care introduc aer și turbulențe în aspirația pompei.

Diagnostic și diferențiere

Cheia diagnosticării turbulențelor constă în natura lor aleatorie, de bandă largă și de joasă frecvență. Un analist experimentat o poate identifica adesea observând natura „nestatică” și „pulsativă” a vibrațiilor de pe mașină.

Este important să diferențiem turbulența de alte probleme de joasă frecvență:

• Slăbire mecanică: Slăbirea creează, de asemenea, zgomot de bandă largă, dar este adesea caracterizată printr-un prag de zgomot ridicat pe întregul spectru și armonice distincte ale vitezei de rulare, care lipsesc în turbulența pură.

– Vârtej de ulei: Acesta este un vârf subsincron distinct la ~0,4-0,48X, nu o cocoașă largă de energie aleatorie.

– Frecare: O frecare poate genera o gamă largă de frecvențe, dar include adesea multe armonice și subarmonice de înaltă frecvență, iar forma de undă temporală poate prezenta vârfuri trunchiate sau decupate.

Întrucât turbulența este o problemă legată de proces, nu o defecțiune mecanică, soluția implică de obicei corectarea problemei operaționale sau de proiectare a sistemului. Aceasta poate include reglarea punctului de funcționare al pompei sau ventilatorului, deschiderea supapelor, curățarea filtrelor sau modificarea designului conductelor.

← Înapoi la indexul principal