Kuelewa Rotor Whirl na Whip Instabilities
Whirl and whip — yanayoonekana mara nyingi kama oil whirl na upigaji wa mafuta — ni aina mbili za kujisabisha kwa njia-excitation na hatari sana, sub-synchronous vibration yanayotokea katika maombi ya haraka yanayozunguka katika fluidi-filme (journal) bearings. Hazina mitetemo iliyolazimika zimishwa na kasoro kama unbalance or misalignment; badala yake zina rotor instabilities ambapo mwendo wa rotor mwenyewe unazalisha nguvu zile zile ambazo zinasumbua na kuongeza kasi ya mtetemo. Katika hali zote mbili, shafti “inapita kwa obiti” — inapenda kuelekea mbele katika obiti kubwa ndani ya nafasi yake ya kumimina, inashuka njia tofauti kabisa na spin yake mwenyewe.
1. Ufafanuzi: Whirl na Whip ni Nini?
Inastahili kutenganisha mawazo mawili ambayo neno la kawaida “whirl” linajumuisha pamoja. Spin ni rotor inayozunguka kuhusu mhimili wake mwenyewe wa kijiometri. Whirl (au kuzunguka) ni kusogea kwa mhimili huo kwa jumla kuzunguka duara kubwa zaidi ndani ya kumimina — fikiria sarafu inayozunguka ambaye kituo chake pia hupiga mizani karibu na meza. Rotors zote huzunguka kwa kidogo; tatizo linaanza lini whirl huacha kuwa jibu lenye mahaba kwa kutokuwa na usawa maalum and becomes self-excited, inayokamatia nishati yake kutoka kwa mzunguko imara badala ya kutozama kutoka kwa nguvu yoyote ya nje. Oil whirl ni kuzunguka kwa pekee-kuchochea kuendeshwa na filamu ya mafuta ya kumimina; oil whip ni resonansi kali inayoweza kuwa nayo. Kwa sababu chanzo cha nishati ni mzunguko mwenyewe, hali hii ya juu haiwezi kusawazishwa — tofauti inayoelezea na matatizo ya synchronous.
2. Utaratibu: Jinsi Gani Inatokea?
Katika kumimina yenye filamu ya kioevu, shafti inayozunguka inasandikwa si kwa mawasiliano ya chuma-kwa-chuma lakini kwa kama cha mafuta kwa shinikizo la juu. Shafti haijasi katikati ya kumimina; inakamatia upande mmoja, ikabadilishwa na mzigo unaobeba. Habari jinsi uso wa jarida unaozunguka mafuta kuzunguka nafasi ya annular, mafuta yanazunguka katika kasi ya wastani chini kidogo ya nusu ya kasi ya uso wa shafti — kioevu kinachogusana na shafti kinasogea kwa kasi ya shafti, kioevu kinachogusana na ukuta wa kumimina imara ni karibu imara, na wastani wa jumla unakuhusu chini kidogo ya 0.5×.
Oil whirl hutokea lini filamu inayozunguka inaanza “kusukuma” shafti iliyopakiwa ipasive kupita kwa nchi yenyewe, inaisukuma ndani ya obiti kubwa inayoelekea kumimina. Mzunguko wa whirl unawekwa na kasi ya wastani ya filamu ya mafuta, ambayo kawaida ni kati ya 42% and 48% of running speed (0.42× to 0.48×). Nambari ya chini-ya-synchronous — karibu na, lakini bila kusabwa kabisa, running speed — ni alama ya kidole ya wachanganuzi wanaotafuta. (Takwimu ya “kidogo chini ya nusu” pia ni sababu oil whirl wakati mwingine inaitwa “whirl wa nusu-kasi,” ingawa thamani halisi kamwe haipatikani 0.5×.)
3. Oil Whirl: Muondoko
Oil whirl kawaida ni hatua ya awali ya hali hii — onyo, si tatizo karibu. Sifa zake ni:
- Frequency: inaonekana kama kilele tofauti katika FFT spectrum between 0.42× and 0.48× of RPM.
- Behaviour: mzunguko wa whirl increases kadri mashine inapogezwa, kila wakati inafuatilia uwiano huo wa ~45% wa kasi ya karama. Katika kukimbia-juu kinakwenda kama kivuli cha sub-synchronous chini ya mstari wa 1×.
- Severity: inaweza kutengeneza mtetemo wa juu lakini wakati mwingine imara, na inaweza kuonekana au kutoweka jinsi mzigo, kasi, au joto la mafuta libadiliko. Isiyopendekezwa, hakika — lakini si kila wakati hatari.
- Unyeti: kumimina iliyopakiwa kidogo, iliyoendeshwa, au iliyoharibika ndiyo sababu kawaida, kwa sababu mzigo mahususi wa chini huyaruhusu kama ya mafuta kudhibiti nafasi ya shafti.
4. Mchakato wa Mafuta: Hatari Muhimu
Mchakato wa mafuta ni hali yenye hatari kubwa sana inayotoka moja kwa moja kutoka kwa mvuruko wa mafuta. Inatokea wakati injini inapokwama hadi hatua ambapo mzunguko wa mvuruko wa mafuta (takriban asilimia 45 ya kasi ya uendeshaji) inapanda kuingiliana na za asili ya rotor’s first frequency asili — its first critical speed. Wakati huo mvuruko “unabingunza” frequency ya asili na inatukuza kamili resonance. Sifa zake ni:
- Frequency: vibration unabingunza kwa frequency ya asili ya rotor’s na haisimiuki tena, hata wakati injini inaendelea kupata kasi — kwa hiyo kilele cha sub-synchronous “kinafungwa” wakati kilele cha 1× kinaendelea kwenda mbele.
- Amplitude: vibration inapalipuka sana, inakuwa kali na isiyosimama.
- Behaviour: mchakato wa mafuta ni uwezaji haribifuni sana na not wazi kwa kuongeza kasi zaidi. Inaweza kuharibika bearing, seals, na rotor yenyewe katika wakati mfupi sana, wakati mwingine kupitia rotor rub orbit inapojaza furaha.
Kasi ambayo mchakato unajatokea ni kawaida zaidi tu maradufu ya kasi ya kwanza ya rotor’s — hatua ambapo ~0.5× mvuruko mstari unakatea frequency ya asili ya kwanza. Injini iliyo katika nguvu ya mchakato inahitaji haraka shutdown; hii ni hasa mfumo ambao machinery-protection mifumo imejengwa kuacha juu.
5. Jinsi ya Kutambua Mvuruko na Mchakato
- Uchambuzi wa spectrum: tafuta kilele kali cha sub-synchronous. Wakati wa kwama, ikiwa frequency ya kilele hicho inapanda na kasi ni mvuruko; ikiwa “kinafungwa” kwa thamani isiyobadilika wakati kilele cha 1× kinaendelea kupanda, kimebadilika kuwa mchakato.
- Orbit plot: orbit ya shafti ni duara kubwa, mzunguko-wa-mbele au ellipse, mara nyingi na sehemu ya 1× inayoingiliwa ili kutoa muundo wa “kitanzi-la-kitanzi” unaobadilika.
- Waterfall plot: uwili (au cascade) mchoro kutoka kwa kuanza hupatikana inaonyesha picha yenye ufafanuzi zaidi, inaonyesha mzunguko wa kupiga taka unakoinuka na kasi hadi inaingiliana na masafa ya asili ya kwanza na kubonyeka katika kumbu. Kuweka ramani ya mikutanomichezo hiyo ni halisi kile Campbell diagram is for.
Kwa sababu kupiga taka na kumbu huishi chini ya 1×, analyzer lazima ikamatane vizuri chini ya kasi ya uendeshaji na kusuluhisha awamu kwa usahihi. Chombo kinachobeba chaneli mbili kama vile Balancet-1A kunakamata sambamba amplitude and phase ya kipengele cha kasi ya uendeshaji wakati wa kuanza au kuteremka, ambayo inaruhusu injineri kuthibitisha mahali pa kazi kwamba kilele cha mzunguko wa chini kinachosikitika ni dhahiri asiyeastabilihi kwa kufa kuliko kutokuwa na usawa wa kawaida — na, kwa njia hiyo hiyo, kukataa tatizo la kusawazisha kabla ya kukamata suluhisho ambalo hakikuwa na hadithi litakofanya kazi.
6. Sababu na Suluhisho
Hali hizi za kutokufa ya msaada zinasasabiwa na muundo wa kufa, jiometri ya rotor, kielelezo cha mafuta, joto, na mzigo — seti iliyosagwa sana ya maalum inayonasba kwa rasmi katika rotor dynamics. Hazisisababiswa na kutokuwa na usawa na haziwezi kusudi na kusawazisha; maamuzi ni mabadiliko ya kiwango cha muundo:
- Badili kuwa muundo wa kufa zaidi sthabiti, kama vile kufa kwa karatasi inayozunguka.
- Badilisha kielelezo cha mafuta au joto la uendeshaji ili kubadilisha tabia ya filamu.
- Ongeza mzigo mahususi wa kufa ili mkuki ukae vizuri na ndege ya mafuta haiwezi tena kuongoza.
- Ongeza mirija, dams ya axial, au mazoezi ya lemon-bore yanayokatakatia mtiririko wa mafuta wa circumferential ambao unaliwa ndani ya kupiga taka.
Hali ya kutokufa mahususi, steam whirl, inayotoka kwa nguvu za aerodynamic kuliko mafuta-filamu katika turbines lakini hutoa sura sawa ya sub-synchronous inayozimu — kumkumbuka kwamba “kupiga taka” ni familia ya matukio iliyounganisha kwa sifa moja: rotor ikamatanisha nishati ndani ya obiti yake.
