Pochopenie turbulencie vo vibračnej analýze

Definícia: Čo je turbulencia?

V kontexte vibračnej analýzy, turbulencia označuje chaotický, náhodný a nestabilný tok tekutiny (kvapaliny alebo plynu) cez stroj, ako je čerpadlo, ventilátor alebo turbína. Tento nepravidelný tok vytvára kolísanie tlaku, ktoré pôsobí ako nútiaca funkcia a vyvoláva nízkofrekvenčné, náhodné vibrácie v konštrukcii stroja.

Na rozdiel od diskrétnych, periodických síl spôsobených nevyváženosť alebo nesprávne zarovnanie, vibrácie z turbulencie sa nevyskytujú na jednej ostrej frekvencii. Namiesto toho sa javia ako „hrb“ širokopásmovej, nesynchrónnej energie v Spektrum FFT.

Charakteristiky turbulentných vibrácií

• Frekvencia: Ide o nízkofrekvenčný jav, ktorý sa zvyčajne vyskytuje pod 10 – 20 Hz a výrazne pod rýchlosťou chodu stroja.
• Povaha širokopásmového pripojenia: Nevytvára ostrý, zreteľný vrchol. Namiesto toho zvyšuje hladinu šumu v nízkofrekvenčnej oblasti spektra, často opisovanej ako „náhodný hrb“ alebo „kôpka sena“.
• Náhodné a neperiodické: Vibrácia nie je stála. Amplitúda a fáza neustále a náhodne kolíšajú. Pri pohľade v časový priebeh, javí sa ako chaotický, neopakujúci sa signál.
• Smer: Vibrácie sú typicky radiálne a môžu sa prejavovať v horizontálnom aj vertikálnom smere.

Bežné príčiny turbulencie

Turbulencia je hydraulický alebo aerodynamický problém spôsobený narušením plynulého, navrhnutého toku kvapaliny. Medzi bežné príčiny patria:

• Prevádzka mimo bodu najvyššej účinnosti (BEP): Čerpadlá a ventilátory sú navrhnuté tak, aby fungovali najefektívnejšie a najplynulejšie v konkrétnom bode svojej výkonnostnej krivky. Ich prevádzka pri výrazne vyššom alebo nižšom prietoku, ako je BEP, spôsobí neefektívny tok kvapaliny a vytvorí turbulencie.
• Prekážky v dráhe prúdenia: Čokoľvek, čo bráni alebo narúša dráhu kvapaliny, môže spôsobiť turbulencie. Patria sem zle navrhnuté potrubie (napr. ostré ohyby tesne pred sacím otvorom čerpadla), čiastočne zatvorené ventily, upchaté sitká alebo cudzie predmety.
• Strhávanie vzduchu alebo kavitácia: Prítomnosť vzduchových bublín v kvapaline (strhávanie) alebo tvorba a kolaps bublín pary (kavitácia) vytvára vysoko turbulentné a impulzívne podmienky, ktoré generujú značné náhodné vibrácie.
• Zlá konštrukcia vane alebo vstupu: V čerpadlách môže zle navrhnutá jímka vytvárať víry, ktoré zavádzajú vzduch a turbulencie do sacieho potrubia čerpadla.

Diagnostika a diferenciácia

Kľúčom k diagnostike turbulencie je jej náhodná, širokopásmová a nízkofrekvenčná povaha. Skúsený analytik ju často dokáže identifikovať pozorovaním „nestabilnej“ a „pulzujúcej“ povahy vibrácií samotného stroja.

Je dôležité rozlišovať turbulenciu od iných nízkofrekvenčných problémov:

• Mechanická vôľa: Voľnosť tiež vytvára širokopásmový šum, ale často sa vyznačuje zvýšenou hladinou šumu v celom spektre a zreteľnými harmonickými kmitočtu rýchlosti jazdy, ktoré v čistej turbulencii chýbajú.

– Olejový vír: Ide o zreteľný subsynchrónny vrchol pri ~0,4-0,48X, nie o široký hrboľ náhodnej energie.

– Trenie: Trenie môže generovať široký rozsah frekvencií, ale často obsahuje mnoho vysokofrekvenčných harmonických a subharmonických a časový priebeh môže vykazovať skrátené alebo orezané vrcholy.

Keďže turbulencia je problém súvisiaci s procesom, nie mechanická porucha, riešenie zvyčajne zahŕňa nápravu prevádzkového problému alebo problému s návrhom systému. To môže zahŕňať úpravu prevádzkového bodu čerpadla alebo ventilátora, otvorenie ventilov, čistenie filtrov alebo úpravu návrhu potrubia.

← Späť na hlavný index