Vad är rotorinstabilitet? Självexciterad vibration • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer Vad är rotorinstabilitet? Självexciterad vibration • Bärbar balanserare, vibrationsanalysator "Balanset" för dynamisk balansering av krossar, fläktar, mulchers, skruvar på skördetröskor, axlar, centrifuger, turbiner och många andra rotorer

Vad är rotorinstabilitet? Självexciterad vibration

Publicerad av admin på

Förstå rotorinstabilitet

Definition: Vad är rotorinstabilitet?

Rotorns instabilitet är ett tillstånd i roterande maskiner där självexciterad vibration utvecklas och växer utan begränsning (begränsas endast av icke-linjära effekter eller systemfel). Till skillnad från vibrationer från obalans eller feljustering, som är påtvingade vibrationer som svarar på yttre krafter, är rotorinstabilitet en självupprätthållande oscillation där energi kontinuerligt utvinns från axelns stadiga rotationsrörelse och matas in i vibrationsrörelsen.

Rotorinstabilitet är ett av de farligaste tillstånden i rotordynamik eftersom det kan uppstå plötsligt, växa snabbt till destruktiva amplituder och inte kan korrigeras med balansering eller anpassning. Det kräver omedelbar avstängning och korrigering av den underliggande destabiliserande mekanismen.

Grundläggande skillnad: Forcerad vs. Självexciterad vibration

Tvingad vibration (stabil)

De vanligaste maskinvibrationerna är påtvingade:

  • Extern kraft (obalans, feljustering) driver vibrationen
  • Vibrationsamplitud proportionell mot kraftmagnituden
  • Frekvensen matchar forceringsfrekvensen (1X, 2X, etc.)
  • Att ta bort kraften eliminerar vibrationerna
  • Systemet är stabilt – vibrationerna ökar inte obegränsat

Självexciterad vibration (instabil)

Rotorns instabilitet producerar självexciterad vibration:

  • Energi utvinns från själva rotationen, inte från yttre krafter
  • Amplituden växer exponentiellt när tröskelhastigheten överskrids
  • Frekvens vanligtvis vid eller nära en naturlig frekvens (ofta subsynkron)
  • Fortsätter och växer även om obalansen elimineras
  • Systemet är instabilt – endast avstängning eller korrigerande åtgärder kan stoppa det

Vanliga typer av rotorinstabilitet

1. Oljevirvel

Oljevirvel är den vanligaste instabiliteten i vätskefilmslagersystem:

  • Mekanism: Oljekil i lager skapar tangentiell kraft på axeln
  • Frekvens: Vanligtvis 0,42–0,48× körhastighet (subsynkron)
  • Tröskel: Inträffar när hastigheten överstiger ungefär dubbelt så hög som den första kritiska hastigheten
  • Symptom: Subsynkron vibration med hög amplitud som ökar med hastigheten
  • Lösning: Ändringar av lagerkonstruktion, förspänning eller offsetkonfigurationer

2. Oljepisk (allvarlig instabilitet)

Oljepisk är en allvarlig form av oljevirvel:

  • Mekanism: Oljevirveln låser sig på en naturlig frekvens
  • Frekvens: Låser vid första naturliga frekvensen oavsett hastighetsökningar
  • Tröskel: Sker vid 2× första kritiska hastighet
  • Symptom: Mycket hög amplitud, konstant frekvens trots hastighetsförändringar
  • Fara: Kan orsaka katastrofala lager- och axelskador inom några minuter

3. Ångvirvel

Förekommer i ångturbiner med labyrinttätningar:

  • Mekanism: Aerodynamiska tvärkopplingskrafter i tätningsspel
  • Frekvens: Subsynkron, nära naturlig frekvens
  • Villkor: Höga tryckskillnader över tätningar
  • Lösning: Virvelbromsar, virvelskyddsanordningar, modifieringar av tätningsdesign

4. Skaftpiska

Allmän term för olika självupphetsade instabiliteter:

  • Kan orsakas av intern dämpning i axelmaterialet
  • Torr friktionssmuts från tätningar eller gnidningar
  • Aerodynamiska eller hydrodynamiska korskopplingskrafter

Kännetecken och symtom

Vibrationssignatur

Rotorns instabilitet producerar distinkta vibrationsmönster:

  • Subsynkron frekvens: Vibrationsfrekvens mindre än 1× körhastighet (vanligtvis 0,4–0,5×)
  • Hastighetsoberoende: När instabiliteten låser sig förblir frekvensen konstant även om hastigheten ändras
  • Snabb tillväxt: Amplituden ökar exponentiellt när tröskelhastigheten överskrids
  • Hög amplitud: Kan nå 2-10 gånger amplituden av obalansvibrationer
  • Framåtriktad precession: Axelns omloppsbana roterar i samma riktning som axelns rotation

Debutbeteende

  • Instabilitet har vanligtvis en tröskelhastighet
  • Under tröskeln: systemet är stabilt, endast forcerad vibration förekommer
  • Vid tröskeln: liten störning utlöser debut
  • Över tröskeln: instabilitet utvecklas snabbt
  • Kan vara intermittent inledningsvis, sedan bli kontinuerlig

Diagnostisk identifiering

Viktiga diagnostiska indikatorer

Skillnaden mellan instabilitet och andra vibrationskällor:

Karakteristisk Obalans (tvungen) Instabilitet (självupphetsad)
Frekvens 1× körhastighet Subsynkron (ofta ~0,45×)
Amplitud kontra hastighet Ökar smidigt med hastighet² Plötslig debut över tröskeln
Svar på balansering Vibrationsreducerad Ingen förbättring
Frekvens kontra hastighet Spår med hastighet (konstant ordning) Konstant frekvens (ändrar ordning)
Avstängningsbeteende Minskar med hastigheten Kan kvarstå kort efter att hastigheten sjunkit

Bekräfta instabilitet

  • Utföra orderanalys—instabilitet visar sig som konstant frekvens, förändrad ordning
  • Vattenfallstomt visar att frekvensen inte följer hastigheten
  • Balansering har ingen effekt på subsynkrona komponenter
  • Omloppsbana-analys visar framåtriktad precession vid naturlig frekvens

Förebyggande och begränsning

Designöverväganden

  • Tillräcklig dämpning: Utforma lagersystem med tillräcklig dämpning för att förhindra instabilitet
  • Val av lager: Välj lagertyper och konfigurationer som ger bra dämpning (lutande dämplager, förspända lager)
  • Styvhetsoptimering: Rätt axel- och lagerstyvhetsförhållanden
  • Driftshastighetsområde: Konstruerad för att fungera under tröskelhastigheter för instabilitet

Lagerdesignlösningar

  • Lutande kullager: Naturligt stabil lagertyp för höghastighetsapplikationer
  • Tryckdammlager: Modifierad geometri för att öka effektiv dämpning
  • Lagerförspänning: Ökar styvhet och dämpning, höjer tröskelhastigheten
  • Klämfilmdämpare: Externa dämpningsanordningar runt lager

Operativa lösningar

  • Hastighetsbegränsning: Begränsa maxhastigheten till under tröskelvärdet
  • Belastningsökning: Högre lagerbelastningar kan förbättra stabilitetsmarginalerna
  • Temperaturkontroll: Lageroljetemperaturen påverkar viskositet och dämpning
  • Kontinuerlig övervakning: Tidig upptäckt möjliggör avstängning innan skada uppstår

Nödinsatser

Om rotorns instabilitet upptäcks under drift:

  1. Omedelbar åtgärd: Minska hastigheten eller stäng av omedelbart
  2. Försök inte balansera: Balansering korrigerar inte instabilitet och slösar bort tid
  3. Dokumentvillkor: Registrera hastighet vid start, frekvens, amplitudprogression
  4. Undersök grundorsaken: Identifiera vilken instabilitetsmekanism som finns
  5. Redskapskorrigering: Modifiera lager, tätningar eller driftsförhållanden efter behov
  6. Verifiera åtgärd: Testa noggrant med noggrann övervakning innan återinförande

Stabilitetsanalys

Ingenjörer förutspår och förebygger instabilitet genom stabilitetsanalys:

  • Beräkna egenvärden för rotorlagersystem
  • Realdelen av egenvärdet indikerar stabilitet (negativ = stabil, positiv = instabil)
  • Identifiera tröskelhastigheter där stabiliteten förändras
  • Designmodifieringar för att säkerställa tillräckliga stabilitetsmarginaler
  • Kräver ofta specialiserad programvara för rotordynamik

Rotorinstabilitet, även om den är mindre vanlig än obalans eller feljustering, representerar ett av de allvarligaste vibrationstillstånden i roterande maskiner. Att förstå dess mekanismer, känna igen dess symtom och känna till lämpliga korrigerande åtgärder är viktiga färdigheter för ingenjörer och tekniker som arbetar med höghastighetsroterande utrustning.

← Tillbaka till huvudmenyn

Kategorier:
WhatsApp