Pochopenie vírenia rotora a nestability biča

Definícia: Čo je to vír a šľahač?

Olejový vír a Olejový šľahač sú dve súvisiace a veľmi nebezpečné formy sebavzrušenia, subsynchrónny vibrácie, ktoré sa vyskytujú vo vysokorýchlostných rotačných strojoch vybavených klznými ložiskami. Nie sú to vynútené vibrácie spôsobené problémami, ako je nevyváženosť, ale nestability rotora kde samotný pohyb rotora generuje sily, ktoré udržiavajú a zvyšujú vibrácie. Obe sú charakterizované „vírením“ hriadeľa rotora – precesným pohybom dopredu po veľkej obežnej dráhe – v rámci vôle ložiska.

Mechanizmus: Ako sa to deje?

V ložisku s fluidným filmom je rotujúci hriadeľ podopretý vysokotlakovým olejovým klinom. Hriadeľ nie je v strede ložiska, ale pohybuje sa po jednej strane. Keďže olej je hriadeľom unášaný, samotný olej cirkuluje priemernou rýchlosťou o niečo menšou ako polovica povrchovej rýchlosti hriadeľa.

Olejový vír nastáva, keď tento cirkulujúci olejový film začne „tlačiť“ hriadeľ okolo ložiska, čo spôsobí jeho precesu na veľkej doprednej obežnej dráhe. Frekvencia tohto víru je určená priemernou rýchlosťou olejového filmu, ktorá je zvyčajne medzi 42% a 48% otáčok hriadeľa (0,42x až 0,48x)Toto je klasický subsynchrónny vibračný podpis.

Olejový vír: Predchodca

Olejový vír je často počiatočnou fázou nestability. Jeho charakteristiky sú:

• Frekvencia: V spektre FFT sa prejavuje ako zreteľný vrchol medzi 0,42x a 0,48x ot./min.
• Správanie: Frekvencia víru *sa bude zvyšovať* so zvyšujúcou sa rýchlosťou stroja, pričom vždy zostane v rozsahu ~45%.
• Závažnosť: Môže spôsobiť vysoké, ale niekedy stabilné vibrácie. Môže sa objaviť alebo zmiznúť pri zmene zaťaženia stroja, rýchlosti alebo teploty oleja. Hoci je nežiaduci, nie je vždy okamžite deštruktívny.

Oil Whip: Kritické nebezpečenstvo

Olejový šľahač je oveľa závažnejší a nebezpečnejší stav, ktorý vzniká v dôsledku vírenia oleja. Nastáva, keď sa rýchlosť stroja zvýši do bodu, kde sa frekvencia vírenia oleja (pri ~45% prevádzkovej rýchlosti) rovná frekvencii rotora prvá prirodzená frekvencia (jeho prvá kritická rýchlosť).

Keď sa to stane, olejový vír sa „zachytí“ na prirodzenej frekvencii rotora a vyvolá rezonanciu. Charakteristiky olejového víru sú:

• Frekvencia: Frekvencia vibrácií sa „uzamkne“ na prvej vlastnej frekvencii rotora a *ďalej sa nezvyšuje*, aj keď stroj naďalej zrýchľuje.
• Amplitúda: Amplitúda vibrácií sa veľmi zväčšuje a stáva sa prudkou a nestabilnou.
• Správanie: Olejový šľahač je mimoriadne deštruktívny a ďalším zvyšovaním otáčok nezmizne. Môže spôsobiť katastrofálne poškodenie ložísk, tesnení a samotného rotora vo veľmi krátkom čase.

Rýchlosť, pri ktorej sa začína vírenie oleja, je zvyčajne tesne nad dvojnásobkom prvej kritickej rýchlosti rotora. Stroj, v ktorom dochádza k víreniu oleja, vyžaduje okamžité vypnutie.

Ako identifikovať vír a bič

• Spektrálna analýza: Hľadajte silný subsynchrónny vrchol. Ak sa počas rozbehu frekvencia vrcholu zvyšuje s rýchlosťou, ide o vír. Ak sa frekvencia vrcholu v určitom bode „ustáli“, zatiaľ čo vrchol 1x bežiacej rýchlosti sa naďalej zvyšuje, prešiel na vlnenie.
• Orbitálny graf: Obežná dráha hriadeľa bude veľká, dopredu sa pohybujúca kružnica alebo elipsa, často s prekrývajúcou sa vibráciou 1x bežiacej rýchlosti, čím sa vytvorí vzhľad „slučky po slučke“.
• Vodopádový pozemok: Najjasnejší možný obraz poskytuje vodopádový graf z testu pri spustení, ktorý ukazuje, ako sa frekvencia olejového víru zvyšuje s rýchlosťou, až kým sa nepretne s prvou prirodzenou frekvenciou a neprejde do olejového víru.

Príčiny a riešenia

Tieto nestability sú zložité a sú ovplyvnené konštrukciou ložiska, geometriou rotora, viskozitou oleja, teplotou a zaťažením. Nie sú spôsobené nevyváženosťou a nemožno ich opraviť vyvážením. Riešenia sú zvyčajne zmeny na úrovni konštrukcie, ako napríklad:

• Zmena na stabilnejšiu konštrukciu ložiska (napr. ložisko s naklápacími doskami).
• Zmena viskozity alebo teploty oleja.
• Zvýšenie zaťaženia ložiska.
• Zavedenie prvkov, ako sú drážky alebo priehradky, do ložiska na narušenie obvodového prúdenia oleja.

← Späť na hlavný index