ทำความเข้าใจกับกระแสน้ำมัน

คำจำกัดความ: Oil Whirl คืออะไร?

กระแสน้ำวนของน้ำมัน เป็นการสั่นสะเทือนแบบกระตุ้นตัวเองที่ไม่เสถียรชนิดหนึ่ง เกิดขึ้นในเครื่องจักรที่ติดตั้งตลับลูกปืนแบบฟิล์มของไหล (เจอร์นัล) เช่น กังหันขนาดใหญ่ คอมเพรสเซอร์ และปั๊ม เป็นรูปแบบหนึ่งของความไม่เสถียรที่เกิดจากของไหล ซึ่งฟิล์มน้ำมันที่ยึดเพลาเริ่มดันเพลาไปรอบ ๆ ระยะห่างของตลับลูกปืนในลักษณะวงกลมไปข้างหน้า การเคลื่อนที่แบบ “หมุนวน” นี้เป็น ซับซิงโครนัส การสั่นสะเทือน หมายถึง เกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำกว่าความเร็วในการทำงานของเครื่องจักร (1X)

ลักษณะเฉพาะของน้ำมันวน

กระแสน้ำวนน้ำมันมีคุณลักษณะที่แตกต่างและระบุได้หลายประการในข้อมูลการสั่นสะเทือน:

• ความถี่: คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดคือจุดสูงสุดของการสั่นสะเทือนที่มีแอมพลิจูดขนาดใหญ่ที่ความถี่ต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของความเร็วในการทำงานเล็กน้อย โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.4X และ 0.48X (เช่น 40% ถึง 48% ของความเร็วในการหมุนของเพลา) ตัวอย่างเช่น ในเครื่องจักรที่ทำงานที่ 3,000 รอบต่อนาที (50 เฮิรตซ์) กระแสน้ำวนของน้ำมันจะปรากฏขึ้นที่ประมาณ 1,200-1,440 รอบต่อนาที (20-24 เฮิรตซ์)
• ทิศทาง: การสั่นสะเทือนเป็นแบบรัศมีเป็นหลัก (แนวนอนและแนวตั้ง) และมักมีทิศทางชัดเจน
• พล็อตวงโคจร: เมื่อดูจากกราฟวงโคจรจากหัววัดระยะใกล้ XY จะเห็นกระแสน้ำวนของน้ำมันเป็นวงโคจรขนาดใหญ่ที่มีการเคลื่อนไปข้างหน้า และมักบิดเบี้ยว (ไม่เป็นวงกลม) โดยมีวงโคจรภายในวงเดียวที่กำหนดไว้ชัดเจน
• พฤติกรรม: การหมุนวนน้ำมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วเฉพาะเจาะจง หากความเร็วของเครื่องจักรเพิ่มขึ้น ความถี่ของการหมุนวนก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยจะคงอัตราส่วนลักษณะเฉพาะไว้ที่ ~0.4X – 0.48X ของความเร็วรอบใหม่เสมอ นี่เป็นปัจจัยสำคัญที่แตกต่างจากการสั่นพ้องเชิงโครงสร้าง ซึ่งเกิดขึ้นที่ความถี่คงที่โดยไม่คำนึงถึงความเร็วเพลา

กลไก: การหมุนวนของน้ำมันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การหมุนวนของน้ำมันเกิดจากพลวัตของลิ่มน้ำมันไฮโดรไดนามิกที่รองรับเพลาในตลับลูกปืนแบบเจอร์นัล ในการทำงานปกติ เพลาที่หมุนจะดึงน้ำมันเข้าไปในช่องว่างรูปลิ่ม ทำให้เกิดสนามแรงดันที่ยกและรองรับเพลา เพลาไม่ได้อยู่ตรงกลางของตลับลูกปืน แต่มีการเยื้องเล็กน้อย

น้ำมันในลิ่มนี้ยังไหลเวียนรอบลูกปืนด้วยความเร็วประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วเพลา หากลูกปืนมีภาระเบาหรือมีระยะห่างมากเกินไป แรงยึดเหนี่ยวอาจอ่อนลง การรบกวนเพียงเล็กน้อยอาจทำให้เพลาถูกฟิล์มน้ำมันที่ไหลเวียน “จับ” ไว้ ซึ่งจะเริ่มดันเพลาให้เป็นวงกลมรอบลูกปืน ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นได้จนถึงระดับแอมพลิจูดที่สูงมาก ซึ่งมักถูกจำกัดด้วยระยะห่างของลูกปืนเอง (กล่าวคือ เพลาเริ่มกระทบลูกปืน)

Oil Whip: รูปแบบที่รุนแรงยิ่งขึ้น

หากความเร็วของเครื่องจักรเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ความถี่การหมุนของน้ำมัน (~0.4X – 0.48X) ตรงกับความถี่ธรรมชาติของโรเตอร์ตัวใดตัวหนึ่ง ( ความเร็ววิกฤต) อาการจะรุนแรงมากขึ้น เรียกว่า น้ำมันวิป.

• ความถี่ล็อค: การสั่นสะเทือนจะ “ล็อค” ไว้ที่ความถี่ธรรมชาติของโรเตอร์และจะไม่เพิ่มขึ้นอีกเมื่อความเร็วของเครื่องจักรเพิ่มขึ้น
• แอมพลิจูดสูง: สภาวะเรโซแนนซ์ทำให้แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนสูงขึ้นมากและมักก่อให้เกิดการทำลายล้างได้
• อันตราย: การฉีดน้ำมันเป็นสภาวะที่อันตรายและไม่เสถียรมากซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างร้ายแรงของเครื่องจักรได้

สาเหตุและวิธีแก้ไขทั่วไป

• สาเหตุ: ตลับลูกปืนรับน้ำหนักน้อย ระยะห่างตลับลูกปืนมากเกินไป ความหนืดของน้ำมันไม่ถูกต้อง (ต่ำเกินไป) แรงดันน้ำมันสูง หรือการออกแบบเครื่องจักรที่วางความเร็ววิกฤตไว้ที่ประมาณสองเท่าของความเร็วในการทำงาน

– โซลูชั่น: วิธีแก้ปัญหามีเป้าหมายเพื่อแก้ไขฟิล์มน้ำมันที่ไม่เสถียร ซึ่งอาจรวมถึงการเพิ่มภาระของตลับลูกปืน การเปลี่ยนความหนืดของน้ำมัน หรือการออกแบบตลับลูกปืนใหม่ให้มีคุณสมบัติป้องกันการหมุนวน (เช่น ตลับลูกปืนแบบเลมอนบอร์ ตลับลูกปืนแบบมีแผ่นรองรับแรงดัน หรือตลับลูกปืนแบบแผ่นเอียง)

← กลับสู่ดัชนีหลัก