Razumevanje vrtinčenja rotorja in nestabilnosti biča

Definicija: Kaj sta vrtinec in bič?

Oljni vrtinec in . Oljni bič sta dve povezani in zelo nevarni obliki samovzburjenja, subsinhrono vibracije, ki se pojavljajo v visokohitrostnih vrtečih se strojih, opremljenih s tekočinskimi (tesnimi) ležaji. To niso vsiljene vibracije, ki jih povzročajo težave, kot je neuravnoteženost, ampak so nestabilnosti rotorja kjer gibanje samega rotorja ustvarja sile, ki vzdržujejo in povečujejo vibracije. Za oba je značilno, da se gred rotorja "vrti" – precesira naprej v veliki orbiti – znotraj svoje ležajne reže.

Mehanizem: Kako se to zgodi?

V ležaju s fluidnim filmom vrtečo se gred podpira visokotlačni oljni klin. Gred ni na sredini ležaja, temveč se premika po eni strani navzgor. Ko gred vleče olje, samo olje kroži s povprečno hitrostjo, ki je nekoliko manjša od polovice hitrosti površine gredi.

Oljni vrtinec se pojavi, ko ta krožeča oljna plast začne "potiskati" gred okoli ležaja, zaradi česar se ta vrti v veliki, naprejšnji orbiti. Frekvenco tega vrtinca določa povprečna hitrost oljne plasti, ki je običajno med 42% in 48% hitrosti vrtenja gredi (0,42x do 0,48x)To je klasičen subsinhroni vibracijski podpis.

Oljni vrtinec: Predhodnik

Oljni vrtinec je pogosto začetna faza nestabilnosti. Njegove značilnosti so:

• Pogostost: Pojavi se kot izrazit vrh v FFT spektru med 0,42x in 0,48x vrtljaji na minuto.
• Vedenje: Frekvenca vrtinčenja se bo *povečevala* z naraščanjem hitrosti stroja, vedno pa bo ostala v območju ~45%.
• Resnost: Lahko povzroči visoke, a včasih stabilne vibracije. Pojavi se lahko ali izgine, ko se obremenitev stroja, hitrost ali temperatura olja spremenijo. Čeprav je nezaželena, ni vedno takoj uničujoča.

Oljni bič: Kritična nevarnost

Oljni bič je veliko resnejše in nevarnejše stanje, ki se razvije zaradi vrtinčenja olja. Do njega pride, ko se hitrost stroja poveča do točke, ko se frekvenca vrtinčenja olja (pri ~45% hitrosti delovanja) izenači s frekvenco vrtinčenja rotorja. prva naravna frekvenca (njegova prva kritična hitrost).

Ko se to zgodi, se oljni vrtinec "zaklene" na naravno frekvenco rotorja in vzbudi resonanco. Značilnosti oljnega biča so:

• Pogostost: Frekvenca vibracij se »zaklene« na prvi naravni frekvenci rotorja in se *ne veča*, tudi ko se stroj še naprej pospešuje.
• Amplituda: Amplituda vibracij se zelo poveča in postane silovita ter nestabilna.
• Vedenje: Oljni bič je izjemno uničujoč in ne bo izginil z nadaljnjim povečevanjem hitrosti. V zelo kratkem času lahko povzroči katastrofalno škodo na ležajih, tesnilih in samem rotorju.

Hitrost, pri kateri se začne bičanje, je običajno nekaj več kot dvakrat večja od prve kritične hitrosti rotorja. Stroj, pri katerem pride do bičanja olja, je treba takoj zaustaviti.

Kako prepoznati vrtinec in bič

• Spektralna analiza: Iščite močan podsinhroni vrh. Če se med zagonom frekvenca vrha povečuje s hitrostjo, gre za vrtinčenje. Če se frekvenca vrha na določeni točki "umiri", medtem ko se vrh 1x hitrosti delovanja še naprej povečuje, je prešel v bič.
• Orbitalni diagram: Orbita gredi bo velik, naprej precesirajoči krog ali elipsa, pogosto z naloženo vibracijo 1x hitrosti delovanja, kar ustvari videz "zanke po zanki".
• Slapna parcela: Slapni diagram iz zagonskega testa zagotavlja najjasnejšo možno sliko, ki prikazuje, kako se frekvenca vrtinčenja olja povečuje s hitrostjo, dokler se ne preseka s prvo naravno frekvenco in preide v oljni bič.

Vzroki in rešitve

Te nestabilnosti so kompleksne in nanje vplivajo zasnova ležajev, geometrija rotorja, viskoznost olja, temperatura in obremenitev. Ne povzroča jih neuravnoteženost in jih ni mogoče odpraviti z uravnoteženjem. Rešitve so običajno spremembe na ravni zasnove, kot so:

• Sprememba na stabilnejšo zasnovo ležaja (npr. ležaj z nagibno blazinico).
• Spreminjanje viskoznosti ali temperature olja.
• Povečanje obremenitve ležaja.
• V ležaj vstavite elemente, kot so utori ali pregrade, da prekinete obodni tok olja.

← Nazaj na glavno kazalo