Förstå rotorvirvel- och vispinstabiliteter

Definition: Vad är Whirl och Whil?

Oljevirvel och Oljepisk är två relaterade och mycket farliga former av självupphetsad, subsynkron vibrationer som uppstår i höghastighetsroterande maskiner utrustade med vätskefilmslager (tapplager). De är inte påtvingade vibrationer orsakade av problem som obalans, utan är rotorinstabiliteter där rotorns rörelse genererar de krafter som upprätthåller och ökar vibrationen. Båda kännetecknas av att rotoraxeln "virvlar" – går framåt i en stor bana – inom sitt lagerspel.

Mekanismen: Hur händer det?

I ett vätskefilmslager stöds den roterande axeln av en högtryckskil av olja. Axeln är inte i mitten av lagret utan glider upp längs ena sidan. När oljan dras runt av axeln cirkulerar själva oljan med en genomsnittlig hastighet på något mindre än halva axelns ythastighet.

Oljevirvel inträffar när denna cirkulerande oljefilm börjar "trycka" axeln runt lagret, vilket får den att precessera i en stor, framåtriktad bana. Frekvensen för denna virvel bestäms av oljefilmens medelhastighet, som vanligtvis ligger mellan 42% och 48% av axelns rotationshastighet (0,42x till 0,48x)Detta är en klassisk subsynkron vibrationssignatur.

Oljevirvel: Föregångaren

Oljevirveln är ofta det första steget i instabiliteten. Dess egenskaper är:

• Frekvens: Visas som en tydlig topp i FFT-spektrumet mellan 0,42x och 0,48x varv/min.
• Beteende: Virvelfrekvensen *kommer att öka* allt eftersom maskinens hastighet ökar, och håller sig alltid inom intervallet ~45%.
• Stränghet: Det kan orsaka höga men ibland stabila vibrationer. Det kan uppstå eller försvinna när maskinbelastning, hastighet eller oljetemperatur ändras. Även om det är oönskat är det inte alltid omedelbart destruktivt.

Oljepisk: Den kritiska faran

Oljepisk är ett mycket allvarligare och farligare tillstånd som utvecklas från oljevirvel. Det inträffar när maskinens hastighet ökar till en punkt där oljevirvelfrekvensen (vid ~45% driftshastighet) blir lika med rotorns första naturliga frekvensen (dess första kritiska hastighet).

När detta händer "låser" oljevirveln sig fast på rotorns naturliga frekvens och exciterar en resonans. Egenskaperna hos oljepisken är:

• Frekvens: Vibrationsfrekvensen blir "låst" vid rotorns första naturliga frekvens och *ökar inte ytterligare* även om maskinen fortsätter att öka varvtalet.
• Amplitud: Vibrationsamplituden blir mycket stor och blir våldsam och instabil.
• Beteende: Oljevips är extremt destruktivt och försvinner inte vid ytterligare ökad hastighet. Det kan orsaka katastrofala skador på lager, tätningar och själva rotorn på mycket kort tid.

Hastigheten vid vilken oljepiskningen börjar är vanligtvis drygt dubbelt så hög som rotorns första kritiska hastighet. En maskin som upplever oljepiskning kräver omedelbar avstängning.

Hur man identifierar virvel och piska

• Spektrumanalys: Leta efter en stark subsynkron topp. Om toppens frekvens ökar med hastigheten under en uppstart, är det en virvelfrekvens. Om toppens frekvens "planar" vid en viss punkt medan toppen med 1x körhastighet fortsätter att öka, har den övergått till whirl.
• Omloppsbana-diagram: Axelns omloppsbana kommer att vara en stor, framåtgående cirkel eller ellips, ofta med 1x driftshastighetsvibrationen överlagrad, vilket skapar ett "loop-the-loop"-utseende.
• Vattenfallstomt: Ett vattenfallsdiagram från ett starttest ger den tydligaste möjliga bilden och visar hur oljevirvelfrekvensen ökar med hastighet tills den skär den första egenfrekvensen och övergår till oljevrå.

Orsaker och lösningar

Dessa instabiliteter är komplexa och påverkas av lagerkonstruktion, rotorgeometri, oljeviskositet, temperatur och belastning. De orsakas inte av obalans och kan inte åtgärdas genom balansering. Lösningar är vanligtvis förändringar på konstruktionsnivå, såsom:

• Byte till en mer stabil lagerkonstruktion (t.ex. ett tilt-pad-lager).
• Ändring av oljans viskositet eller temperatur.
• Ökning av lagerbelastningen.
• Införande av funktioner som spår eller dammar i lagret för att störa oljeflödet i omkretsriktningen.

← Tillbaka till huvudmenyn