ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความไม่เสถียรของ Rotor Whirl และ Whip

คำจำกัดความ: Whirl และ Whip คืออะไร?

กระแสน้ำวนน้ำมัน and วิปน้ำมัน เป็นรูปแบบสองแบบที่เกี่ยวข้องและอันตรายอย่างยิ่งของความตื่นเต้นในตนเอง ซับซิงโครนัส การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในเครื่องจักรหมุนความเร็วสูงที่ติดตั้งตลับลูกปืนแบบฟิล์มของไหล (เจอร์นัล) การสั่นสะเทือนเหล่านี้ไม่ใช่การสั่นสะเทือนแบบบังคับที่เกิดจากปัญหาต่างๆ เช่น ความไม่สมดุล แต่เป็น ความไม่เสถียรของโรเตอร์ ซึ่งการเคลื่อนที่ของโรเตอร์เองก่อให้เกิดแรงที่รักษาและเพิ่มแรงสั่นสะเทือน ทั้งสองลักษณะนี้มีลักษณะเฉพาะคือเพลาโรเตอร์ “หมุนวน” คือเคลื่อนไปข้างหน้าในวงโคจรขนาดใหญ่ ภายในระยะห่างของลูกปืน

กลไก: เกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในตลับลูกปืนแบบฟิล์มของไหล เพลาหมุนจะถูกรองรับด้วยลิ่มน้ำมันแรงดันสูง เพลาไม่ได้อยู่ตรงกลางของตลับลูกปืน แต่เคลื่อนที่ขึ้นด้านใดด้านหนึ่ง เมื่อน้ำมันถูกเพลาลากไปรอบๆ น้ำมันจะไหลเวียนด้วยความเร็วเฉลี่ยต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของความเร็วผิวของเพลาเล็กน้อย

กระแสน้ำวนน้ำมัน เกิดขึ้นเมื่อฟิล์มน้ำมันหมุนเวียนนี้เริ่ม “ดัน” เพลาไปรอบๆ ตลับลูกปืน ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวเป็นวงโคจรขนาดใหญ่ไปข้างหน้า ความถี่ของการหมุนนี้ถูกกำหนดโดยความเร็วเฉลี่ยของฟิล์มน้ำมัน ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 42% และ 48% ของความเร็วในการทำงานของเพลา (0.42x ถึง 0.48x)นี่คือลายเซ็นการสั่นสะเทือนแบบซับซิงโครนัสแบบคลาสสิก

กระแสน้ำวนน้ำมัน: จุดเริ่มต้น

กระแสน้ำวนของน้ำมันมักเป็นช่วงเริ่มต้นของความไม่เสถียร ลักษณะเด่นของมันคือ:

• ความถี่: ปรากฏเป็นจุดสูงสุดที่ชัดเจนในสเปกตรัม FFT ระหว่าง 0.42x และ 0.48x RPM
• พฤติกรรม: ความถี่ของการหมุน *จะเพิ่มขึ้น* เมื่อความเร็วของเครื่องจักรเพิ่มขึ้น โดยจะคงอยู่ในช่วง ~45% เสมอ
• ความรุนแรง: อาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนสูง แต่บางครั้งก็มีความเสถียร การสั่นสะเทือนอาจปรากฏขึ้นหรือหายไปเมื่อโหลด ความเร็ว หรืออุณหภูมิของน้ำมันเปลี่ยนแปลง แม้ว่าจะไม่พึงประสงค์ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลเสียทันทีเสมอไป

น้ำมันวิป: อันตรายร้ายแรง

วิปน้ำมัน เป็นภาวะที่รุนแรงและอันตรายกว่ามาก ซึ่งเกิดจากกระแสวนน้ำมัน เกิดขึ้นเมื่อความเร็วของเครื่องจักรเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ความถี่ของกระแสวนน้ำมัน (ที่ความเร็วรอบประมาณ 45%) เท่ากับความถี่ของโรเตอร์ ความถี่ธรรมชาติแรก (ความเร็ววิกฤตครั้งแรก)

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ การหมุนวนของน้ำมันจะ “ล็อก” เข้ากับความถี่ธรรมชาติของโรเตอร์และทำให้เกิดการสั่นพ้อง ลักษณะเฉพาะของการหมุนวนของน้ำมันมีดังนี้:

• ความถี่: ความถี่ในการสั่นสะเทือนจะ “ล็อค” ไว้ที่ความถี่ธรรมชาติแรกของโรเตอร์ และ *จะไม่เพิ่มขึ้นอีก* แม้ว่าเครื่องจักรจะเร่งความเร็วขึ้นก็ตาม
• แอมพลิจูด: แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นมากและกลายเป็นรุนแรงและไม่เสถียร
• พฤติกรรม: คราบน้ำมันที่ไหลออกมานั้นเป็นอันตรายอย่างยิ่ง และจะไม่หายไปแม้จะเพิ่มความเร็วมากขึ้น คราบน้ำมันอาจสร้างความเสียหายร้ายแรงต่อตลับลูกปืน ซีล และตัวโรเตอร์ได้ภายในระยะเวลาอันสั้น

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วที่ใบพัดเริ่มหมุนจะสูงกว่าความเร็ววิกฤตแรกของโรเตอร์เล็กน้อย เครื่องจักรที่หมุนด้วยน้ำมันจะต้องหยุดการทำงานทันที

วิธีการระบุ Whirl และ Whip

• การวิเคราะห์สเปกตรัม: มองหาจุดสูงสุดแบบซับซิงโครนัสที่แข็งแกร่ง ระหว่างการสตาร์ท หากความถี่ของจุดสูงสุดเพิ่มขึ้นตามความเร็ว ความถี่นั้นเรียกว่า "วน" หากความถี่ของจุดสูงสุด "คงที่" ณ จุดใดจุดหนึ่ง ขณะที่จุดสูงสุดของความเร็วในการทำงาน 1 เท่ายังคงเพิ่มขึ้นต่อไป ความถี่นั้นได้เปลี่ยนเป็น "วิป" แล้ว
• พล็อตวงโคจร: วงโคจรของเพลาจะเป็นวงกลมหรือวงรีขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้า โดยมักจะมีการสั่นของความเร็วในการทำงาน 1 เท่าซ้อนทับอยู่ ทำให้เกิดลักษณะที่ดูเหมือน "วนรอบกันเป็นวง"
• แปลงน้ำตก: กราฟน้ำตกจากการทดสอบการเริ่มต้นให้ภาพที่ชัดเจนที่สุด โดยแสดงให้เห็นความถี่ของกระแสน้ำวนน้ำมันที่เพิ่มขึ้นตามความเร็วจนกระทั่งตัดกับความถี่ธรรมชาติแรกและเปลี่ยนเป็นกระแสน้ำวนน้ำมัน

สาเหตุและวิธีแก้ไข

ความไม่เสถียรเหล่านี้มีความซับซ้อนและได้รับอิทธิพลจากการออกแบบตลับลูกปืน รูปทรงของโรเตอร์ ความหนืดของน้ำมัน อุณหภูมิ และภาระ ความไม่เสถียรเหล่านี้ไม่ได้เกิดจากความไม่สมดุล และไม่สามารถแก้ไขด้วยการปรับสมดุลได้ โดยทั่วไปแล้ว วิธีแก้ปัญหาคือการเปลี่ยนแปลงระดับการออกแบบ เช่น

• การเปลี่ยนไปใช้การออกแบบตลับลูกปืนที่มั่นคงยิ่งขึ้น (เช่น ตลับลูกปืนแบบแผ่นเอียง)
• การเปลี่ยนแปลงความหนืดหรืออุณหภูมิของน้ำมัน
• เพิ่มภาระการรับน้ำหนักของตลับลูกปืน
• การแนะนำคุณลักษณะต่างๆ เช่น ร่องหรือเขื่อนเข้าไปในตลับลูกปืนเพื่อขัดขวางการไหลของน้ำมันโดยรอบ

← กลับสู่ดัชนีหลัก