Субсинхронная и синхронная вибрация: объяснение
Субсинхронная вибрация это любая составляющая вибрации, частота которой равна менее основная скорость работы машины (1×), и его появление - один из самых серьезных сигналов, которые может подавать вращающаяся машина. Чтобы понять, почему, нужно сравнить его с его противоположностью: синхронная вибрация, который отслеживает вал на точных целочисленных значениях, кратных скорости вращения. Различие не академическое - оно отделяет повседневные неисправности, которые можно устранить механически, от самовозбуждающихся нестабильностей, требующих перепроектирования или немедленной остановки. В этой статье дается определение обоих терминов, перечисляются обычные виновники и показывается, как отличить их друг от друга в БПФ спектр.
1. Что такое синхронная вибрация?
Синхронная вибрация возникает на частоте, которая является целым числом, кратным скорости вращения вала, - она “синхронизируется” с вращением. Это, безусловно, самая распространенная категория вибрации оборудования.
- Вибрация точно на рабочая скорость (1×) является синхронным.
- Вибрация с удвоенной скоростью (2×), с утроенной (3×) и т.д. также является синхронной и обычно называется гармоники рабочей скорости вращения.
Подавляющее большинство распространенных неисправностей проявляется именно таким образом. Несбалансированность, Перекос, и механической разболтанности все они производят синхронную вибрацию. Дисбаланс, например, всегда проявляется на частоте 1× об/мин и прекрасно отслеживает любое изменение скорости - удвойте число оборотов, и пик дисбаланса просто переместится на новую частоту 1×. Поскольку форсирование завязано на угол поворота вала, это классические вынужденные колебания.
2. Что такое субсинхронная вибрация?
Субсинхронная вибрация происходит с частотой ниже 1× - префикс “суб-” означает “ниже”. Значительное субсинхронное содержание часто является серьезным предупреждающим знаком, поскольку оно обычно вызвано самовозбуждением, нестабильными динамическими явлениями в роторе, а не простым механическим дефектом. Решающее различие заключается в источнике энергии: при синхронных неисправностях внешняя геометрическая ошибка приводит ротор в движение один раз за оборот, в то время как при субсинхронной нестабильности функция принуждения генерируется движение самого ротора взаимодействуя с подшипниками или уплотнениями. Эта петля обратной связи и делает такие условия отличительной чертой неустойчивость ротора.
3. Общие причины субсинхронной вибрации
Субсинхронная вибрация является серьезной проблемой для высокоскоростных турбомашин, работающих в пленочной среде. подшипники скольжения.
3.1 Нефтяной вихрь
Это наиболее распространенная форма субсинхронной неустойчивости. В жидкостно-пленочном подшипнике гидродинамическая масляная пленка, поддерживающая вал, может начать циркулировать и толкать вал вперед, это явление известно как масляный вихрь. Поскольку средняя скорость движения масляной пленки составляет чуть меньше половины скорости вращения поверхности вала, результирующая вихрь появляется примерно в . От 0,42 до 0,48 скорости вращения (0,42×–0,48×). Масляный вихрь часто зависит от нагрузки и температуры и может появляться или исчезать при изменении нагрузки на подшипник, температуры масла или скорости.
3.2 Масляный хлыст
Масляный хлыст — это более серьёзное и опасное развитие масляного вихря. Он возникает, когда частота вихря повышается до первой собственной частоты ротора, а затем “фиксируется” на ней, или критическая скорость. После блокировки субсинхронная амплитуда может стать очень большой и не исчезает с увеличением скорости; вместо этого вибрация остается прижатой к частоте критической скорости даже при дальнейшем ускорении машины. Это заблокированное, нарастающее состояние - тесно связанное с хлыстовое движение вала - очень разрушительна и, как правило, требует немедленного отключение.
3.3 Перетирание ротора о статор
Контакт между ротором и неподвижной частью — трение ротора - также могут вызывать субсинхронную вибрацию, часто на целых долях от скорости движения, например 0.5×. Чистый компонент 0,5× — классический признак задевания, из-за которого ротор подпрыгивает раз в два оборота. Другие источники субгармонический реакция включает в себя сильную расшатанность и некоторые нелинейности, вызванные трением.
4. Различение их в спектре БПФ
Разделение двух семей на спектр в основном зависит от того, где находятся пики относительно 1×:
- Синхронные пики: Найдите пик оборотов 1× (скорость бега) и ищите пики, кратные целым числам - 2×, 3× и так далее.
- Субсинхронные пики: обратите внимание на любой значительный пик, который появляется до пик 1× на оси частот. Пик вблизи 45% от скорости вращения - хрестоматийный признак масляного вихря.
Поскольку диагностика зависит от точного соотношения пиковой и рабочей скорости, точная привязка к скорости очень важна - небольшие ошибки в предполагаемых оборотах могут превратить вихрь 0,48× в нечто двусмысленное. Анализ порядков Ссылаясь на импульс тахометра, поступающий один раз за оборот, устраняет эту двусмысленность, выражая спектр непосредственно в порядковых номерах скорости движения.
5. Почему различие имеет решающее значение
От знания того, какая семья перед вами, зависит весь ответ:
- Синхронные проблемы (например, дисбаланс) являются вынужденными вибрациями и обычно могут быть устранены механически - путем балансировка, выравнивание или затягивание крепежа.
- Субсинхронные проблемы (например, масляный хлыст) самовозбуждающиеся колебания или нестабильности. Они указывают на фундаментальную проблему в роторно-подшипниковая система и не может быть устранена балансировкой. Обычно для устранения проблемы требуется изменить конструкцию подшипника (например, перейти на подшипники с откидной крышкой), отрегулировать температуру или давление масла, увеличить нагрузку на подшипник или модифицировать ротор.
По этой причине субсинхронный пик высокой амплитуды обычно рассматривается как более серьёзный сигнал тревоги, чем такой же большой синхронный пик. На практике инженер сначала убеждается, что машина хорошо сбалансирована и выровнена — для этого используется портативный анализатор, такой как Balanset-1A измеряет амплитуду 1× и фаза необходимо исключить или устранить синхронные причины, чтобы любую субсинхронную составляющую, остающуюся в спектре, можно было с уверенностью отнести к нестабильности, а не к устранимой механической неисправности.
