Razumevanje turbulence pri analizi vibracij

Definicija: Kaj je turbulenca?

V kontekstu analize vibracij, turbulenca se nanaša na kaotičen, naključen in nestabilen pretok tekočine (tekočine ali plina) skozi stroj, kot je črpalka, ventilator ali turbina. Ta neenakomeren pretok ustvarja nihanja tlaka, ki delujejo kot sila in povzročajo nizkofrekvenčne, naključne vibracije v strukturi stroja.

Za razliko od diskretnih, periodičnih sil, ki jih povzročajo neravnovesje ali neusklajenost, vibracije zaradi turbulence se ne pojavljajo na eni sami, ostri frekvenci. Namesto tega se pojavljajo kot "grba" širokopasovne, nesinhrone energije v Spekter FFT.

Značilnosti turbulentnih vibracij

• Pogostost: Gre za nizkofrekvenčni pojav, ki se običajno pojavlja pod 10–20 Hz in precej pod hitrostjo delovanja stroja.
• Narava širokopasovnega interneta: Ne ustvarja ostrega, izrazitega vrha. Namesto tega zviša šumno podlago v nizkofrekvenčnem območju spektra, kar pogosto opisujemo kot »naključna grba« ali »senokop«.
• Naključno in neperiodično: Vibracija ni enakomerna. Amplituda in faza nenehno in naključno nihata. Če jo gledamo v časovni val, se pojavi kot kaotičen, neponavljajoč se signal.
• Smer: Vibracije so običajno radialne in so lahko prisotne tako v horizontalni kot vertikalni smeri.

Pogosti vzroki turbulence

Turbulenca je hidravlična ali aerodinamična težava, ki jo povzročajo motnje v gladkem, načrtovanem pretoku tekočine. Pogosti vzroki vključujejo:

• Delovanje stran od točke največje učinkovitosti (BEP): Črpalke in ventilatorji so zasnovani tako, da delujejo najučinkoviteje in najglaje na določeni točki svoje krivulje delovanja. Če jih uporabljate pri bistveno višjem ali nižjem pretoku od najboljšega pretoka (BEP), bo pretok tekočine neučinkovit, kar bo povzročilo turbulenco.
• Ovire na poti pretoka: Vse, kar ovira ali moti pot tekočine, lahko povzroči turbulenco. To vključuje slabo zasnovane cevi (npr. ostre krivine tik pred sesalno odprtino črpalke), delno zaprte ventile, zamašene filtre ali tujke.
• Vdor zraka ali kavitacija: Prisotnost zračnih mehurčkov v tekočini (vleka) ali nastanek in sesedanje parnih mehurčkov (kavitacija) ustvarja zelo turbulentne in impulzivne pogoje, ki povzročajo znatne naključne vibracije.
• Slaba zasnova posode ali dovoda: V črpalkah lahko slabo zasnovana posodica ustvari vrtince, ki v sesalni tok črpalke vnašajo zrak in turbulenco.

Diagnoza in diferenciacija

Ključ do diagnosticiranja turbulence je njena naključna, širokopasovna in nizkofrekvenčna narava. Izkušen analitik jo lahko pogosto prepozna z opazovanjem "nestabilne" in "utripajoče" narave vibracij na samem stroju.

Pomembno je razlikovati turbulenco od drugih nizkofrekvenčnih težav:

• Mehanska zrahljanost: Ohlapnost ustvarja tudi širokopasovni hrup, vendar ga pogosto zaznamujejo povišana raven šuma v celotnem spektru in izraziti harmoniki hitrosti teka, ki jih pri čisti turbulenci ni.

– Oljni vrtinec: To je izrazit subsinhroni vrh pri ~0,4-0,48X, ne pa široka grba naključne energije.

– Drgnjenje: Drgnjenje lahko ustvari širok razpon frekvenc, vendar pogosto vključuje veliko visokofrekvenčnih harmonikov in podharmonikov, časovna valovna oblika pa lahko kaže okrnjene ali prirezane vrhove.

Ker je turbulenca težava, povezana s procesom, ne pa mehanska napaka, rešitev običajno vključuje odpravo operativne težave ali težave v zasnovi sistema. To lahko vključuje prilagoditev delovne točke črpalke ali ventilatorja, odpiranje ventilov, čiščenje filtrov ali spreminjanje zasnove cevovodov.

← Nazaj na glavno kazalo