Förstå turbulens i vibrationsanalys

Definition: Vad är turbulens?

I samband med vibrationsanalys, turbulens hänvisar till det kaotiska, slumpmässiga och instabila flödet av en vätska (vätska eller gas) genom en maskin, såsom en pump, fläkt eller turbin. Detta oregelbundna flöde skapar tryckfluktuationer som fungerar som en tvångsfunktion, vilket inducerar en lågfrekvent, slumpmässig vibration i maskinens struktur.

Till skillnad från de diskreta, periodiska krafter som orsakas av obalans eller feljustering, vibrationen från turbulensen uppstår inte vid en enda, skarp frekvens. Istället framträder den som en "puckel" av bredbandig, icke-synkron energi i FFT-spektrum.

Egenskaper för turbulensvibrationer

• Frekvens: Det är ett lågfrekvent fenomen, som vanligtvis uppträder under 10–20 Hz och långt under maskinens körhastighet.
• Bredbandsnatur: Den producerar inte en skarp, distinkt topp. Istället höjer den brusgolvet i spektrumets lågfrekventa område, ofta beskrivet som en "slumpmässig puckel" eller "höstack".
• Slumpmässig och icke-periodisk: Vibrationen är inte konstant. Amplituden och fasen fluktuerar konstant och slumpmässigt. När man tittar på den i tidsvågform, det framstår som en kaotisk, icke-upprepande signal.
• Riktning: Vibrationen är vanligtvis radiell och kan förekomma i både horisontell och vertikal riktning.

Vanliga orsaker till turbulens

Turbulens är ett hydrauliskt eller aerodynamiskt problem som orsakas av störningar i vätskans jämna, avsedda flöde. Vanliga orsaker inkluderar:

• Drift utanför bästa effektivitetspunkt (BEP): Pumpar och fläktar är konstruerade för att fungera mest effektivt och smidigt vid en specifik punkt på sin prestandakurva. Om de körs med ett betydligt högre eller lägre flödeshastighet än BEP kommer vätskan att flöda ineffektivt, vilket skapar turbulens.
• Hinder i flödesvägen: Allt som hindrar eller stör vätskans väg kan orsaka turbulens. Detta inkluderar dåligt utformade rör (t.ex. skarpa böjar precis före en pumps suginlopp), delvis stängda ventiler, igensatta silar eller främmande föremål.
• Luftinträngning eller kavitation: Närvaron av luftbubblor i en vätska (inträngning) eller bildandet och kollapsen av ångbubblor (kavitation) skapar mycket turbulenta och impulsiva förhållanden, vilket genererar betydande slumpmässig vibration.
• Dålig utformning av sump eller inlopp: I pumpar kan en dåligt utformad sump skapa virvlar som introducerar luft och turbulens i pumpens sugrör.

Diagnos och differentiering

Nyckeln till att diagnostisera turbulens är dess slumpmässiga, bredbandiga och lågfrekventa natur. En erfaren analytiker kan ofta identifiera den genom att observera den "ostadiga" och "slagande" naturen hos vibrationerna på själva maskinen.

Det är viktigt att skilja turbulens från andra lågfrekventa problem:

• Mekanisk löshet: Löshet skapar också bredbandsbrus, men det kännetecknas ofta av ett förhöjt brusgolv över hela spektrumet och distinkta övertoner i körhastigheten, vilka saknas i ren turbulens.

– Oljevirvel: Detta är en distinkt subsynkron topp vid ~0,4-0,48X, inte en bred puckel av slumpmässig energi.

– Gnuggning: En gnidning kan generera ett brett frekvensområde, men den innehåller ofta många högfrekventa övertoner och subövertoner, och tidsvågformen kan visa avkortade eller klippta toppar.

Eftersom turbulens är ett processrelaterat problem, inte ett mekaniskt fel, innebär lösningen vanligtvis att korrigera drifts- eller systemdesignproblemet. Detta kan innefatta att justera pumpens eller fläktens driftspunkt, öppna ventiler, rengöra silar eller modifiera rörledningskonstruktionen.

← Tillbaka till huvudmenyn