ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความไม่เสถียรของโรเตอร์

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: ความไม่เสถียรของโรเตอร์คืออะไร?

ความไม่เสถียรของโรเตอร์ เป็นสภาวะในเครื่องจักรหมุนเวียนที่ การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นตนเอง พัฒนาและเติบโตอย่างไร้ขอบเขต (จำกัดด้วยผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นหรือความล้มเหลวของระบบเท่านั้น) ซึ่งแตกต่างจากการสั่นสะเทือนจาก ความไม่สมดุล หรือ การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง, ซึ่งเป็นแรงสั่นสะเทือนที่ถูกบังคับตอบสนองต่อแรงภายนอก ความไม่เสถียรของโรเตอร์เป็นการสั่นสะเทือนแบบยั่งยืน โดยพลังงานจะถูกดึงออกมาอย่างต่อเนื่องจากการเคลื่อนที่หมุนคงที่ของเพลา และป้อนเข้าสู่การเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือน.

ความไม่เสถียรของโรเตอร์เป็นหนึ่งในสภาวะที่อันตรายที่สุด ไดนามิกของโรเตอร์ เพราะมันสามารถเกิดขึ้นได้ทันที ขยายขนาดอย่างรวดเร็วจนทำลายล้างได้ และไม่สามารถแก้ไขได้ด้วย สมดุล หรือการจัดตำแหน่ง จำเป็นต้องปิดระบบและแก้ไขกลไกที่ทำให้ไม่เสถียรทันที.

ความแตกต่างพื้นฐาน: การสั่นสะเทือนแบบบังคับกับแบบกระตุ้นตัวเอง

แรงสั่นสะเทือนแบบบังคับ (เสถียร)

แรงสั่นสะเทือนของเครื่องจักรที่พบบ่อยที่สุดเกิดจาก:

• แรงภายนอก (ความไม่สมดุล ความไม่ตรงแนว) เป็นตัวขับเคลื่อนการสั่นสะเทือน
• แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนแปรผันตามขนาดของแรง
• ความถี่ตรงกับความถี่การบังคับ (1X, 2X เป็นต้น)
• การขจัดแรงจะขจัดการสั่นสะเทือน
• ระบบมีเสถียรภาพ—การสั่นสะเทือนไม่เพิ่มขึ้นโดยไม่มีขอบเขต

การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นตนเอง (ไม่เสถียร)

ความไม่เสถียรของโรเตอร์ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบกระตุ้นตัวเอง:

• พลังงานถูกดึงออกมาจากการหมุน ไม่ใช่จากแรงภายนอก
• แอมพลิจูดจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อความเร็วเกินขีดจำกัด
• ความถี่โดยทั่วไปอยู่ที่หรือใกล้ ความถี่ธรรมชาติ (มักจะเกิดขึ้นแบบซับซิงโครนัส)
• ดำเนินต่อไปและเติบโตแม้ความไม่สมดุลจะถูกกำจัดออกไป
• ระบบไม่เสถียร—มีเพียงการปิดระบบหรือการดำเนินการแก้ไขเท่านั้นที่จะหยุดระบบได้

ประเภททั่วไปของความไม่เสถียรของโรเตอร์

1. กระแสน้ำวนน้ำมัน

กระแสน้ำวนของน้ำมัน คือความไม่เสถียรที่พบบ่อยที่สุดในระบบตลับลูกปืนแบบฟิล์มของไหล:

• กลไก: ลิ่มน้ำมันในตลับลูกปืนสร้างแรงสัมผัสบนเพลา
• ความถี่: โดยทั่วไปความเร็วในการทำงานอยู่ที่ 0.42-0.48 เท่า (แบบซับซิงโครนัส)
• เกณฑ์: เกิดขึ้นเมื่อความเร็วเกินประมาณสองเท่าของความเร็ววิกฤตแรก
• อาการ: การสั่นสะเทือนแบบซับซิงโครนัสที่มีแอมพลิจูดสูงซึ่งเพิ่มขึ้นตามความเร็ว
• สารละลาย: การเปลี่ยนแปลงการออกแบบตลับลูกปืน พรีโหลด หรือการกำหนดค่าออฟเซ็ต

2. น้ำมันวิป (ความไม่เสถียรรุนแรง)

การวิปน้ำมันเป็นรูปแบบที่รุนแรงของการวิปน้ำมัน:

• กลไก: กระแสน้ำวนของน้ำมันล็อคเข้าสู่ความถี่ธรรมชาติ
• ความถี่: ล็อคที่ความถี่ธรรมชาติแรกโดยไม่คำนึงถึงความเร็วที่เพิ่มขึ้น
• เกณฑ์: เกิดขึ้นที่ความเร็ววิกฤตแรก 2 เท่า
• อาการ: แอมพลิจูดสูงมาก ความถี่คงที่แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว
• อันตราย: อาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อตลับลูกปืนและเพลาได้ภายในไม่กี่นาที

3. ไอน้ำหมุน

เกิดขึ้นในกังหันไอน้ำที่มีซีลเขาวงกต:

• กลไก: แรงเชื่อมโยงแบบอากาศพลศาสตร์ในระยะห่างของซีล
• ความถี่: ความถี่ซับซิงโครนัส ใกล้ความถี่ธรรมชาติ
• เงื่อนไข: ความแตกต่างของแรงดันสูงระหว่างซีล
• สารละลาย: เบรกหมุน อุปกรณ์ป้องกันการหมุน การปรับเปลี่ยนการออกแบบซีล

4. แส้เพลา

คำศัพท์ทั่วไปสำหรับความไม่เสถียรที่เกิดจากการกระตุ้นตนเองต่างๆ:

• อาจเกิดจากการหน่วงภายในวัสดุเพลา
• แรงเสียดทานแห้งจากซีลหรือการถู
• แรงเชื่อมโยงข้ามอากาศพลศาสตร์หรืออุทกพลศาสตร์

ลักษณะและอาการ

ลายเซ็นการสั่นสะเทือน

ความไม่เสถียรของโรเตอร์ทำให้เกิดรูปแบบการสั่นสะเทือนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะ:

• ความถี่ย่อยแบบซิงโครนัส: ความถี่การสั่นสะเทือนน้อยกว่า 1 เท่าของความเร็วในการทำงาน (โดยทั่วไป 0.4-0.5 เท่า)
• อิสระด้านความเร็ว: เมื่อความไม่เสถียรล็อคแล้ว ความถี่จะคงที่แม้ว่าความเร็วจะเปลี่ยนแปลง
• การเติบโตอย่างรวดเร็ว: แอมพลิจูดจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อความเร็วเกณฑ์เกินขีดจำกัด
• แอมพลิจูดสูง: สามารถเข้าถึงแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนที่ไม่สมดุลได้ 2-10 เท่า
• การเคลื่อนตัวไปข้างหน้า: วงโคจรของเพลาหมุนไปในทิศทางเดียวกับการหมุนของเพลา

พฤติกรรมเริ่มต้น

• ความไม่เสถียรโดยทั่วไปจะมีขีดจำกัดความเร็ว
• ต่ำกว่าเกณฑ์: ระบบมีเสถียรภาพ มีเพียงการสั่นสะเทือนที่ถูกบังคับเท่านั้น
• ที่จุดเริ่มต้น: การรบกวนเล็กน้อยจะกระตุ้นให้เกิดการเริ่มต้น
• เหนือเกณฑ์: ความไม่เสถียรพัฒนาอย่างรวดเร็ว
• อาจจะเป็นแบบเป็นช่วงๆ ในตอนแรก จากนั้นจะกลายเป็นต่อเนื่อง

การระบุการวินิจฉัย

ตัวบ่งชี้การวินิจฉัยที่สำคัญ

แยกแยะความไม่เสถียรจากแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนอื่น ๆ :

ลักษณะเฉพาะ	ความไม่สมดุล (ถูกบังคับ)	ความไม่มั่นคง (ตื่นเต้นในตนเอง)
ความถี่	ความเร็วในการวิ่ง 1×	ซับซิงโครนัส (มักจะ ~0.45×)
แอมพลิจูดเทียบกับความเร็ว	เพิ่มความเร็วได้อย่างราบรื่น²	การเริ่มต้นอย่างกะทันหันเหนือเกณฑ์
ตอบสนองต่อการปรับสมดุล	ลดการสั่นสะเทือน	ไม่มีการปรับปรุง
ความถี่เทียบกับความเร็ว	แทร็กที่มีความเร็ว (ลำดับคงที่)	ความถี่คงที่ (ลำดับการเปลี่ยนแปลง)
พฤติกรรมการปิดระบบ	ลดลงด้วยความเร็ว	อาจคงอยู่ชั่วครู่หลังจากความเร็วลดลง

การยืนยันความไม่มั่นคง

• ดำเนินการ การวิเคราะห์คำสั่งซื้อ—ความไม่เสถียรแสดงเป็นความถี่คงที่ ลำดับการเปลี่ยนแปลง
• แปลงน้ำตก แสดงความถี่ไม่ติดตามความเร็ว
• การปรับสมดุลไม่มีผลต่อส่วนประกอบย่อยแบบซิงโครนัส
• การวิเคราะห์วงโคจร แสดงการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าที่ความถี่ธรรมชาติ

การป้องกันและบรรเทาผลกระทบ

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

• การหน่วงที่เหมาะสม: ออกแบบระบบลูกปืนให้เพียงพอ การลดแรงสั่นสะเทือน เพื่อป้องกันความไม่มั่นคง
• การเลือกตลับลูกปืน: เลือกประเภทและการกำหนดค่าตลับลูกปืนที่ให้การหน่วงที่ดี (ตลับลูกปืนแผ่นเอียง ตลับลูกปืนแบบรับน้ำหนักล่วงหน้า)
• การเพิ่มประสิทธิภาพความแข็ง: อัตราส่วนความแข็งของเพลาและลูกปืนที่เหมาะสม
• ช่วงความเร็วการทำงาน: ออกแบบมาให้ทำงานต่ำกว่าขีดจำกัดความเร็วที่ไม่เสถียร

โซลูชันการออกแบบตลับลูกปืน

• ตลับลูกปืนแผ่นเอียง: ตลับลูกปืนชนิดเสถียรโดยธรรมชาติสำหรับการใช้งานความเร็วสูง
• ตลับลูกปืนกันรุนแรงดัน: รูปทรงเรขาคณิตที่ปรับเปลี่ยนเพื่อเพิ่มการหน่วงที่มีประสิทธิภาพ
• พรีโหลดของตลับลูกปืน: เพิ่มความแข็งและการหน่วง เพิ่มความเร็วขีดจำกัด
• ตัวลดแรงบีบฟิล์ม: อุปกรณ์ลดแรงสั่นสะเทือนภายนอกรอบตลับลูกปืน

โซลูชันการดำเนินงาน

• การจำกัดความเร็ว: จำกัดความเร็วสูงสุดให้ต่ำกว่าเกณฑ์
• เพิ่มโหลด: การรับน้ำหนักที่มากขึ้นสามารถปรับปรุงระยะขอบความเสถียรได้
• การควบคุมอุณหภูมิ: อุณหภูมิน้ำมันลูกปืนส่งผลต่อความหนืดและการหน่วง
• การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง: การตรวจจับในระยะเริ่มต้นช่วยให้สามารถปิดระบบได้ก่อนที่จะเกิดความเสียหาย

การตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉิน

หากตรวจพบความไม่เสถียรของโรเตอร์ระหว่างการทำงาน:

1. การดำเนินการทันที: ลดความเร็วหรือปิดเครื่องทันที
2. อย่าพยายามสร้างสมดุล: การปรับสมดุลจะไม่สามารถแก้ไขความไม่เสถียรได้และเสียเวลา
3. เงื่อนไขเอกสาร: บันทึกความเร็วในช่วงเริ่มต้น ความถี่ ความก้าวหน้าของแอมพลิจูด
4. ตรวจสอบสาเหตุหลัก: ระบุกลไกความไม่เสถียรที่มีอยู่
5. การดำเนินการแก้ไข: ปรับเปลี่ยนตลับลูกปืน ซีล หรือสภาวะการทำงานตามความจำเป็น
6. ตรวจสอบการแก้ไข: ทดสอบอย่างระมัดระวังด้วยการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดก่อนกลับมาใช้งาน

การวิเคราะห์เสถียรภาพ

วิศวกรทำนายและป้องกันความไม่เสถียรผ่านการวิเคราะห์เสถียรภาพ:

• คำนวณค่าลักษณะเฉพาะของระบบโรเตอร์แบริ่ง
• ส่วนจริงของค่าลักษณะเฉพาะแสดงถึงความเสถียร (ลบ = เสถียร, บวก = ไม่เสถียร)
• ระบุความเร็วขีดจำกัดที่เสถียรภาพเปลี่ยนแปลง
• การปรับเปลี่ยนการออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่ามีระยะขอบเสถียรภาพเพียงพอ
• มักต้องใช้ซอฟต์แวร์ไดนามิกโรเตอร์เฉพาะทาง

ความไม่เสถียรของโรเตอร์แม้จะพบได้น้อยกว่าความไม่สมดุลหรือการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง แต่ก็เป็นหนึ่งในสภาวะการสั่นสะเทือนที่ร้ายแรงที่สุดในเครื่องจักรหมุน การทำความเข้าใจกลไก การรับรู้ถึงอาการ และการรับรู้ถึงแนวทางแก้ไขที่เหมาะสม ถือเป็นทักษะสำคัญสำหรับวิศวกรและช่างเทคนิคที่ทำงานกับอุปกรณ์หมุนความเร็วสูง.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก