Înțelegerea instabilităților de tip vârtej și biciuire a rotorului

Definiție: Ce sunt vârtejul și biciul?

Vârtej de ulei și Oil Whip sunt două forme înrudite și extrem de periculoase de autoexcitație, subsincron vibrațiile care apar în mașinile rotative de mare viteză echipate cu lagăre cu peliculă fluidă (cu rulmenți). Acestea nu sunt vibrații forțate cauzate de probleme precum dezechilibrul, ci sunt instabilități ale rotorului unde mișcarea rotorului în sine generează forțele care susțin și cresc vibrația. Ambele sunt caracterizate de „rotirea” arborelui rotorului - precesia înainte pe o orbită mare - în cadrul jocului său lagărului.

Mecanismul: Cum se întâmplă?

Într-un rulment cu peliculă fluidă, arborele rotativ este susținut de o pană de ulei de înaltă presiune. Arborele nu se află în centrul rulmentului, ci se deplasează pe o parte. Pe măsură ce uleiul este târât de arbore, uleiul în sine circulă cu o viteză medie de puțin mai mică decât jumătate din viteza superficială a arborelui.

Vârtej de ulei apare atunci când această peliculă de ulei circulantă începe să „împingă” arborele în jurul rulmentului, determinându-l să facă precesa pe o orbită largă, înainte. Frecvența acestei rotații este determinată de viteza medie a peliculei de ulei, care este de obicei între 42% și 48% din viteza de rulare a arborelui (0,42x până la 0,48x)Aceasta este o semnătură clasică de vibrație subsincronă.

Vârtejul de petrol: Precursorul

Vârtejul de petrol este adesea stadiul inițial al instabilității. Caracteristicile sale sunt:

• Frecvenţă: Apare ca un vârf distinct în spectrul FFT între 0,42x și 0,48x RPM.
• Comportament: Frecvența vârtejului *va crește* pe măsură ce viteza mașinii crește, rămânând întotdeauna în intervalul ~45%.
• Severitate: Poate provoca vibrații puternice, dar uneori stabile. Pot apărea sau dispărea odată cu modificarea sarcinii mașinii, a vitezei sau a temperaturii uleiului. Deși sunt nedorite, nu sunt întotdeauna imediat distructive.

Oil Whip: Pericolul critic

Oil Whip este o condiție mult mai severă și periculoasă care se dezvoltă din cauza vârtejului de ulei. Apare atunci când viteza mașinii crește până la un punct în care frecvența vârtejului de ulei (la o viteză de funcționare de ~45%) devine egală cu cea a rotorului. prima frecvență naturală (prima sa viteză critică).

Când se întâmplă acest lucru, vârtejul de ulei se „blochează” pe frecvența naturală a rotorului și provoacă o rezonanță. Caracteristicile vârtejului de ulei sunt:

• Frecvenţă: Frecvența vibrațiilor devine „blocată” la prima frecvență naturală a rotorului și *nu mai crește*, chiar dacă mașina continuă să accelereze.
• Amplitudine: Amplitudinea vibrației crește foarte mult și devine violentă și instabilă.
• Comportament: Fluxul de ulei este extrem de distructiv și nu va dispărea prin creșterea suplimentară a vitezei. Poate provoca daune catastrofale lagărelor, etanșărilor și rotorului în sine într-un timp foarte scurt.

Viteza la care începe mișcarea de ulei este de obicei puțin peste dublul primei viteze critice a rotorului. O mașină care se confruntă cu mișcarea de ulei necesită o oprire imediată.

Cum să identifici vârtejul și biciul

• Analiza spectrului: Căutați un vârf subsincron puternic. În timpul unei porniri, dacă frecvența vârfului crește odată cu viteza, acesta este un vârtej. Dacă frecvența vârfului se „aplatizează” la un anumit punct în timp ce vârful de viteză de funcționare 1x continuă să crească, acesta a trecut la un nivel de whip.
• Graficul orbitei: Orbita arborelui va fi un cerc sau o elipsă mare, în precesie înainte, adesea cu vibrația 1x a vitezei de rulare suprapusă, creând un aspect de „buclă-buclă”.
• Parcelul Cascadei: O grafică în cascadă dintr-un test de pornire oferă cea mai clară imagine posibilă, arătând cum frecvența vârtejului de ulei crește odată cu viteza până când se intersectează cu prima frecvență naturală și trece la turbina cu ulei.

Cauze și soluții

Aceste instabilități sunt complexe și sunt influențate de designul rulmenților, geometria rotorului, vâscozitatea uleiului, temperatură și sarcină. Nu sunt cauzate de dezechilibru și nu pot fi remediate prin echilibrare. Soluțiile sunt de obicei modificări la nivel de proiectare, cum ar fi:

• Trecerea la un design de rulment mai stabil (de exemplu, un rulment cu placă înclinabilă).
• Modificarea vâscozității sau temperaturii uleiului.
• Creșterea sarcinii rulmentului.
• Introducerea de elemente precum caneluri sau baraje în rulment pentru a perturba curgerea circumferențială a uleiului.

← Înapoi la indexul principal