Vibrații subsincrone și sincrone explicate
Vibrații subsincrone este orice componentă de vibrație a cărei frecvență este less than viteza de funcționare normală a mașinii (1×), iar aspectul acesteia reprezintă unul dintre cele mai grave semnale pe care o mașină rotativă le poate transmite. Pentru a înțelege de ce, este util să o comparăm cu opusul său: vibrații sincrone, care monitorizează arborele la multipli întregi exacți ai vitezei de funcționare. Distincția nu este una pur teoretică — ea face diferența între defecțiunile obișnuite, care pot fi remediate mecanic, și instabilitățile autoexcitate, care necesită o reproiectare sau o oprire imediată. Acest articol definește ambii termeni, enumeră cauzele obișnuite și arată cum se pot deosebi într-un FFT spectru.
1. Ce este vibrația sincronă?
Vibrațiile sincrone apar la o frecvență care este un multiplu întreg al vitezei de rotație a arborelui — ele sunt „în sincron” cu rotația. Aceasta este, de departe, cea mai frecventă categorie de vibrații ale utilajelor.
- Vibrație exact la viteză de funcționare (1×) este sincron.
- Vibrațiile la o viteză dublă (2×), triplă (3×) și așa mai departe sunt, de asemenea, sincrone și sunt denumite de obicei armonice a vitezei de rotație.
Marea majoritate a defecțiunilor obișnuite se manifestă în acest fel. Dezechilibru, nealiniereși joc mecanic toate produc vibrații sincrone. De exemplu, dezechilibrul se manifestă întotdeauna la 1× turația motorului și urmărește perfect orice schimbare de viteză — dacă se dublează turația, vârful de dezechilibru se deplasează pur și simplu la noua frecvență de 1×. Deoarece forța motrice este legată de unghiul arborelui, acestea sunt vibrații clasice vibrații forțate.
2. Ce este vibrația subsincronă?
Vibrațiile subsincrone apar la o frecvență mai jos 1× — prefixul „sub-” înseamnă pur și simplu „sub”. Conținutul sub-sincron semnificativ este adesea un semn de avertizare grav, deoarece este produs de obicei de fenomene dinamice ale rotorului auto-excitate și instabile, mai degrabă decât de un simplu defect mecanic. Diferența crucială este sursa energiei: în defectele sincrone, o eroare geometrică externă acționează rotorul o dată pe rotație, în timp ce în instabilitatea sub-sincronă funcția de forțare este generată de mișcarea rotorului însuși interacționând cu rulmenții sau garniturile sale. Această buclă de reacție este ceea ce face ca aceste condiții să fie o caracteristică distinctivă a instabilitatea rotorului.
3. Cauze frecvente ale vibrațiilor subsincrone
Vibrațiile subsincrone reprezintă o problemă majoră în cazul turbomotoarelor de mare viteză care funcționează în regim de film fluid lagare radiale cu alunecare.
3.1 Vârtej de ulei (oil whirl)
Aceasta este cea mai frecventă formă de instabilitate subsincronă. Într-un rulment cu film de ulei, filmul hidrodinamic de ulei care susține arborele poate începe să circule și să împingă arborele în fața sa, un fenomen cunoscut sub numele de vârtej de ulei. Deoarece viteza medie a peliculei de ulei este puțin sub jumătate din viteza periferică a suprafeței arborelui, rezultatul este vârtej se situează la aproximativ de 0,42 până la 0,48 ori viteza de funcționare (0,42×–0,48×). Turbulențele din ulei depind adesea de sarcină și de temperatură și pot apărea sau dispărea odată cu modificarea sarcinii rulmentului, a temperaturii uleiului sau a vitezei.
3.2 Biciuire de ulei (oil whip)
„Biciul de ulei” reprezintă o evoluție mai gravă și mai periculoasă a „vârtejului de ulei”. Acesta apare atunci când frecvența vârtejului crește până ajunge la — și apoi „se sincronizează cu” — prima frecvență naturală a rotorului, sau viteză critică. Odată blocată, amplitudinea subsincronă poate crește foarte mult și nu va dispărea odată cu creșterea vitezei; dimpotrivă, vibrația rămâne fixată la frecvența vitezei critice chiar și pe măsură ce mașina accelerează în continuare. Această stare de blocaj și intensificare — strâns legată de biciuirea arborelui — este extrem de distructiv și, de obicei, necesită o intervenție imediată închidere.
3.3 Frecare între rotor și stator
Contactul dintre rotor și o piesă fixă — un frecare rotor — poate provoca, de asemenea, vibrații subsincrone, adesea la fracțiuni întregi din viteza de funcționare, cum ar fi 0.5×. O componentă clară de 0,5× este un semn clasic al unei frecări care provoacă o oscilație a rotorului o dată la două rotații. Alte surse de sub-harmonic Răspunsul include jocuri mecanice severe și anumite neliniarități determinate de frecare.
4. Distingerea lor într-un spectru FFT
Separarea celor două familii pe o spectru depinde în mare măsură de poziția vârfurilor în raport cu 1×:
- Vârfuri sincrone: identificați vârful de 1× RPM (viteza de funcționare) și căutați vârfuri la multiplii întregi exacți — 2×, 3× și așa mai departe.
- Vârfuri subsincrone: căutați orice vârf semnificativ care apare înainte vârful de 1× pe axa frecvenței. Un vârf situat în jurul valorii de 45% din viteza de funcționare este un indicator tipic al fenomenului de turbulență a uleiului.
Deoarece diagnosticul depinde de raportul exact dintre vârf și viteza de funcționare, este esențială o referință precisă a vitezei — mici erori în turația presupusă pot face ca un vârtej de ulei de 0,48× să devină ambiguu. Analiza de ordine Referirea la un impuls al tahometrului pe rotație elimină această ambiguitate, exprimând spectrul direct în funcție de viteza de rotație.
5. De ce această distincție este esențială
Faptul de a ști despre ce familie este vorba determină întregul răspuns:
- Probleme sincrone (cum ar fi dezechilibrul) sunt vibrații forțate și pot fi, de obicei, corectate mecanic — prin echilibrare, alinierea sau strângerea elementelor de fixare.
- Probleme subsincrone (cum ar fi biciul de ulei) sunt vibrații auto-excitate sau instabilități. Acestea indică o problemă fundamentală în sistem rotor-rulment și nu pot fi remediate prin echilibrare. Soluțiile implică, de obicei, modificarea designului rulmentului (de exemplu, trecerea la rulmenți cu plăci basculante), reglarea temperaturii sau a presiunii uleiului, creșterea sarcinii rulmentului sau modificarea rotorului.
Din acest motiv, un vârf subsincron de mare amplitudine este considerat, în general, o alarmă mai gravă decât un vârf sincron de aceeași amploare. În practică, un inginer verifică mai întâi dacă mașina este bine echilibrată și aliniată — un analizor portabil, cum ar fi Balanset-1A măsoară amplitudinea de 1× și fază este necesar să se excludă sau să se remedieze cauzele sincrone — astfel încât orice componentă subsincronă rămasă în spectru să poată fi atribuită cu certitudine unei instabilități, și nu unei defecțiuni mecanice care poate fi remediată.
