Шта је вибрација вратила? Објашњење тешке нестабилности ротора • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора Шта је вибрација вратила? Објашњење тешке нестабилности ротора • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора

Шта је вибрација вратила? Објашњење тешке нестабилности ротора

Објавио admin на

Разумевање вибрација вратила код ротирајућих машина

Дефиниција: Шта је Shaft Whip?

Бич осовине (такође се назива „уљни бич“ када се јавља у хидродинамичким лежајевима) је тежак облик нестабилност ротора карактерише насилно самопобуђене вибрације то се дешава када ротор који ради у лежајевима са флуидним филмом пређе критичну граничну брзину, обично око двоструко већу од прве критична брзина. Када се појави вибрација, фреквенција вибрација се “фиксира” на првом делу ротора. природна фреквенција и остаје тамо без обзира на даље повећање брзине, са амплитудом ограниченом само зазорима лежајева или катастрофалним кваром.

Трзање вратила је једно од најопаснијих стања код машина које се брзо ротирају јер се развија изненада, расте до деструктивних амплитуда у року од неколико секунди и не може се исправити... балансирање или другим конвенционалним методама. Захтева тренутно искључивање и модификације система лежајева како би се спречило понављање.

Напредак: Од уљног вртлога до бича осовине

Фаза 1: Стабилан рад

  • Ротор ради испод прага нестабилности
  • Само нормалне принудне вибрације од неравнотежа садашњост
  • Филм уља лежаја пружа стабилну потпору

Фаза 2: Почетак вртлога уља

Како се брзина повећава преко приближно 2 пута веће од прве критичне брзине:

  • Уљни вртлог развија се — субсинхрона вибрација при ~0,43-0,48× брзине вратила
  • Амплитуда је у почетку умерена и зависи од брзине
  • Фреквенција се повећава пропорционално са брзином вратила
  • Може бити повремено или континуирано
  • Може коегзистирати са нормалном 1X вибрацијом од неравнотеже

Фаза 3: Прелаз бичем

Када се фреквенција вртлога уља повећа до прве природне фреквенције:

  • Закључавање фреквенције: Фреквенција вибрација се закључава на природној фреквенцији
  • Резонантно појачање: Амплитуда драматично расте због резонанција
  • Изненадни почетак: Прелазак из вртлога у бич може бити тренутан
  • Независност од брзине: Даља повећања брзине не мењају фреквенцију, већ само амплитуду

Фаза 4: Повреда вратила (критично стање)

  • Вибрација на константној фреквенцији (прва природна фреквенција, типично 40-60 Hz)
  • Амплитуда 5-20 пута већа од нормалне вибрације неуравнотежености
  • Осовина може да додирује границе зазора лежаја
  • Брзо загревање лежајева и уља
  • Потенцијал за катастрофални квар у року од неколико минута ако се не искључи

Физички механизам

Како се развија уљни бич

Механизам укључује динамику флуида у филму уља лежаја:

  1. Формирање нафтног клина: Како се вратило окреће, оно вуче уље око лежаја, стварајући клин под притиском
  2. Тангенцијална сила: Уљни клин делује силом нормално на радијални правац (тангенцијално)
  3. Кретање у орбити: Тангенцијална сила узрокује да центар вратила кружи приближно половином брзине вратила
  4. Екстракција енергије: Систем извлачи енергију из ротације вратила како би одржао орбитално кретање
  5. Резонантна брава: Када се орбитална фреквенција поклапа са природном фреквенцијом, резонанција појачава вибрације
  6. Гранични циклус: Вибрација расте док је не ограничи зазором лежаја или кваром

Дијагностичка идентификација

Вибрациони потпис

Бич осовине производи карактеристичне обрасце у подацима о вибрацијама:

  • Спектар: Велики врх на субсинхроној фреквенцији (прва природна фреквенција), константан без обзира на промене брзине
  • Водопад: Субсинхрона компонента се појављује као вертикална линија (константна фреквенција) уместо дијагонална (пропорционална брзини)
  • Анализа поруџбине: Разломљени ред који се смањује са повећањем брзине (нпр. мења се од 0,5× до 0,4× до 0,35×)
  • Орбита: Велика кружна или елиптична орбита на природној фреквенцији

Брзина почетка

  • Типичан праг: 2,0-2,5× прва критична брзина
  • Зависно од лежаја: Специфични праг варира у зависности од дизајна лежаја, претходног оптерећења и вискозности уља
  • Изненадни почетак: Мало повећање брзине може изазвати брз прелаз из стабилног у нестабилно стање

Стратегије превенције

Модификације дизајна лежајева

1. Нагибни лежајеви са плочицама

  • Најефикасније решење за спречавање трзања осовине
  • Плочице се окрећу независно, елиминишући дестабилизујуће силе унакрсног спрезања
  • Инхерентно стабилан у широком опсегу брзина
  • Индустријски стандард за брзобрзинске турбомашине

2. Лежајеви брана под притиском

  • Модификовани цилиндрични лежај са жлебовима или бранама
  • Повећава ефикасно пригушење и крутост
  • Јефтиније од нагибне подлоге, али мање ефикасно

3. Преднапрезање лежаја

  • Примена радијалног претходног оптерећења на лежајеве повећава крутост
  • Повећава праг брзине за нестабилност
  • Може се постићи дизајном офсетних отвора

4. Пригушивачи од филма за стискање

  • Спољни елемент за пригушивање који окружује лежај
  • Обезбеђује додатно пригушење без промене дизајна лежаја
  • Ефикасно за примене накнадне уградње

Оперативне мере

  • Ограничење брзине: Ограничите максималну радну брзину испод прага (обично < 1,8× прва критична)
  • Управљање оптерећењем: Радите са већим оптерећењима лежајева кад год је то могуће (повећава пригушење)
  • Контрола температуре уља: Нижа температура уља повећава вискозност и пригушење
  • Праћење: Континуирано праћење вибрација са подешеним алармима за субсинхроне компоненте

Последице и штета

Тренутни ефекти

  • Јаке вибрације: Амплитуде могу достићи неколико милиметара (стотине мила)
  • Бука: Гласан, препознатљив звук, другачији од нормалног рада
  • Брзо загревање лежајева: Температура лежајева може порасти за 20-50°C за неколико минута
  • Деградација нафте: Високе температуре и смицање разграђују мазиво

Потенцијални кварови

  • Брисање лежаја: Материјал од бабита за лежајеве се топи и брише
  • Оштећење вратила: Огреботине, жуљеви или трајно савијање
  • Квар заптивача: Прекомерно кретање вратила уништава заптивке
  • Лом осовине: Високоциклични замор услед јаких осцилација
  • Оштећење спојнице: Пренесене силе оштећују спојнице

Повезани феномени

Уљни вртлог

Уљни вртлог је претеча бича:

  • Исти механизам, али фреквенција није закључана на природну фреквенцију
  • Мање јаке амплитуде
  • Фреквенција пропорционална брзини (~0,43-0,48×)
  • Може бити толерантно у неким применама

Парни вртлог

Слична нестабилност у парним турбинама узрокована је аеродинамичким силама у лавиринтским заптивкама, а не у уљним филмовима лежајева. Показује сличне субсинхроне вибрације које се закључавају на природну фреквенцију.

Суви бич за трење

Може се јавити на местима заптивања или од контакта ротора и статора:

  • Силе трења обезбеђују дестабилизујући механизам
  • Мање уобичајено од уљног бича, али подједнако опасно
  • Захтева другачији корективни приступ (елиминисање контакта, побољшање дизајна заптивача)

Студија случаја: Бич вратила компресора

Сценарио: Центрифугални компресор велике брзине са клизним цилиндричним лежајевима

  • Нормалан рад: 12.000 обртаја у минути са вибрацијом од 2,5 мм/с
  • Повећање брзине: Повећан број обртаја оператера на 13.500 о/мин за већи капацитет
  • Почетак: При 13.200 обртаја у минути, развила се изненадна јака вибрација
  • Симптоми: Вибрације од 25 мм/с на 45 Hz (константно), температура лежаја је порасла са 70°C на 95°C за 3 минута
  • Хитне мере: Тренутно искључивање спречило је квар лежаја
  • Основни узрок: Прва критична брзина је била 2700 обртаја у минути (45 Hz); праг обртаја на 2× критично = 5400 обртаја у минути је прекорачен
  • Решење: Замењени клизни лежајеви са нагибним јастучастим лежајевима, што омогућава безбедан рад до 15.000 о/мин

Стандарди и индустријска пракса

  • АПИ 684: Захтева анализу стабилности за брзобрзинске турбомашине
  • АПИ 617: Одређује типове лежајева и захтеве за стабилност компресора
  • ИСО 10814: Пружа смернице за избор лежајева ради стабилности
  • Пракса у индустрији: Стандардни лежајеви са нагибним плочицама за опрему која ради изнад 2× прве критичне брзине

Квар осовине представља катастрофалан начин отварања који се мора спречити правилним избором и пројектовањем лежајева. Препознавање његовог карактеристичног субсинхроног, фреквентно закључаног вибрационог потписа омогућава брзу дијагнозу и одговарајући одговор у ванредним ситуацијама, спречавајући скупа оштећења критичне опреме која се ротира великом брзином.

← Назад на главни индекс

Categories:
WhatsApp