Döner Makinelerde Şaft Kırbacının Anlaşılması

Cihazlar

Taşınabilir dengeleyici ve Titreşim analizörü Balanset-1A

$2,353.83

Parçalar

Titreşim sensörü

$107.26

Parçalar

Optik Sensör (Lazer Takometre)

$147.78

Cihazlar

Balanset-4

$8,107.90

Parçalar

Manyetik Stand Insize-60-kgf

$54.82

Parçalar

Yansıtıcı bant

$11.92

Cihazlar

Dinamik dengeleyici "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Tanım: Shaft Whip nedir?

Şaft kırbacı (hidrodinamik yataklarda meydana geldiğinde yağ kırbacı olarak da adlandırılır) şiddetli bir yağ kırbacı türüdür rotor kararsızlığı şiddet içeren kendi kendini uyaran titreşim Bu, akışkan film yataklarında çalışan bir rotorun kritik eşik hızını, tipik olarak ilk hızın yaklaşık iki katını aştığında meydana gelir kritik hız. Kırbaç oluştuğunda, titreşim frekansı rotorun ilk frekansına "kilitlenir" doğal frekans ve daha fazla hız artışından bağımsız olarak orada kalır, genlik yalnızca yatak boşlukları veya felaket düzeyindeki arızalarla sınırlıdır.

Şaft kırbacı, yüksek hızlı dönen makinelerde en tehlikeli durumlardan biridir çünkü aniden gelişir, saniyeler içinde yıkıcı genliklere ulaşır ve düzeltilemez. dengeleme veya diğer geleneksel yöntemler. Tekrarını önlemek için derhal durdurma ve rulman sistemi değişiklikleri gerektirir.

İlerleme: Petrol Girdabından Şaft Kırbacına

Aşama 1: Kararlı Çalışma

• Rotor, kararsızlık eşiğinin altında çalışıyor
• Sadece normal zorlanmış titreşim dengesizlik Sunmak
• Rulman yağı filmi istikrarlı destek sağlar

Aşama 2: Petrol Girdabı Başlıyor

Hız ilk kritik hızın yaklaşık 2 katını aştığında:

• Petrol girdabı ~0,43-0,48x şaft hızında alt-senkron titreşim gelişir
• Genlik başlangıçta orta düzeydedir ve hıza bağlıdır
• Frekans, şaft hızıyla orantılı olarak artar
• Aralıklı veya sürekli olabilir
• Dengesizlikten kaynaklanan normal 1X titreşimle birlikte bulunabilir

Aşama 3: Kırbaç Geçişi

Yağ girdabının frekansı ilk doğal frekansa eşitlenecek şekilde arttığında:

• Frekans Kilitlenmesi: Titreşim frekansı doğal frekansta kilitlenir
• Rezonans Amplifikasyonu: Genlik, şu nedenlerden dolayı önemli ölçüde artar: rezonans
• Ani Başlangıç: Girdaptan kırbaca geçiş anında gerçekleşebilir
• Hız Bağımsızlığı: Daha fazla hız artışı frekansı değiştirmez, sadece genliği değiştirir

Aşama 4: Şaft Kırbacı (Kritik Durum)

• Sabit frekansta titreşim (ilk doğal frekans, tipik olarak 40-60 Hz)
• Genlik normal dengesiz titreşimden 5-20 kat daha yüksek
• Mil, yatak boşluk sınırlarına temas edebilir
• Yatakların ve yağın hızlı ısınması
• Kapatılmazsa dakikalar içinde felaket düzeyinde bir arıza potansiyeli var

Fiziksel Mekanizma

Yağ Kırbacı Nasıl Gelişir?

Mekanizma, yatak yağ filmindeki akışkan dinamiğini içerir:

1. Petrol Kama Formasyonu: Mil döndükçe, yağı yatağın etrafında sürükler ve basınçlı bir kama oluşturur
2. Teğetsel Kuvvet: Yağ kama radyal yöne dik (teğetsel) bir kuvvet uygular
3. Yörünge Hareketi: Teğetsel kuvvet, şaft merkezinin şaft hızının yaklaşık yarısı kadar bir hızla dönmesine neden olur
4. Enerji Çıkarımı: Sistem, yörünge hareketini sürdürmek için şaft dönüşünden enerji elde eder
5. Rezonans Kilidi: Yörünge frekansı doğal frekansla eşleştiğinde, rezonans titreşimi yükseltir
6. Limit Döngüsü: Titreşim, yatak boşluğu veya arıza nedeniyle sınırlanana kadar artar

Tanısal Tanımlama

Titreşim İmzası

Mil kamçısı titreşim verilerinde karakteristik desenler üretir:

• Spektrum: Alt-senkron frekansta (birinci doğal frekans) büyük tepe, hız değişimlerinden bağımsız olarak sabit
• Şelale Arsa: Alt-senkron bileşen, diyagonal (hızla orantılı) yerine dikey çizgi (sabit frekans) olarak görünür
• Sipariş Analizi: Hız arttıkça azalan kesirli düzen (örneğin, 0,5×'ten 0,4×'e ve 0,35×'e değişir)
• Yörünge: Doğal frekansta büyük dairesel veya eliptik yörünge

Başlangıç Hızı

• Tipik Eşik: 2.0-2.5× ilk kritik hız
• Yatağa Bağlı: Belirli eşik değeri, yatak tasarımına, ön yüke ve yağ viskozitesine göre değişir
• Ani Başlangıç: Küçük bir hız artışı, kararlı durumdan kararsız duruma hızlı bir geçişi tetikleyebilir

Önleme Stratejileri

Rulman Tasarım Değişiklikleri

1. Eğimli Yataklar

• Şaft kırbacını önlemenin en etkili çözümü
• Pedler bağımsız olarak dönerek, dengesizleştirici çapraz bağlantı kuvvetlerini ortadan kaldırır
• Geniş hız aralıklarında doğal olarak kararlı
• Yüksek hızlı turbomakineler için endüstri standardı

2. Basınç Barajı Yatakları

• Oluklu veya barajlı modifiye silindirik yatak
• Etkili sönümleme ve sertliği artırır
• Eğilebilir pedden daha ucuzdur ancak daha az etkilidir

3. Rulman Ön Yükü

• Yataklara radyal ön yük uygulanması sertliği artırır
• Kararsızlık için eşik hızını artırır
• Ofset delik tasarımları ile elde edilebilir

4. Film Damperlerini Sıkıştırın

• Yatak çevresindeki harici sönümleme elemanı
• Yatak tasarımını değiştirmeden ek sönümleme sağlar
• Yenileme uygulamaları için etkilidir

Operasyonel Önlemler

• Hız Sınırlaması: Maksimum çalışma hızını eşik değerinin altında sınırlayın (genellikle < 1,8× ilk kritik)
• Yük Yönetimi: Mümkün olduğunda daha yüksek yatak yüklerinde çalıştırın (sönümlemeyi artırır)
• Yağ Sıcaklık Kontrolü: Düşük yağ sıcaklığı viskoziteyi ve sönümlemeyi artırır
• İzleme: Alt-senkron bileşenler için alarmlar ayarlanarak sürekli titreşim izleme

Sonuçlar ve Zararlar

Anında Etkiler

• Şiddetli Titreşim: Genlikler birkaç milimetreye (yüzlerce mil) ulaşabilir
• Gürültü: Normal çalışmadan farklı, yüksek, belirgin ses
• Hızlı Rulman Isıtması: Yatak sıcaklıkları dakikalar içinde 20-50°C'ye kadar yükselebilir
• Petrolün Bozulması: Yüksek sıcaklıklar ve kesme yağlayıcıyı bozar

Potansiyel Arızalar

• Rulman Silme: Taşıyıcı babbit malzemesi erir ve silinir
• Şaft Hasarı: Çizilme, aşınma veya kalıcı bükülme
• Mühür Arızası: Aşırı şaft hareketi contaları tahrip eder
• Mil Kırılması: Şiddetli salınımdan kaynaklanan yüksek çevrimli yorgunluk
• Bağlantı Hasarı: İletilen kuvvetler bağlantı elemanlarına zarar verir

İlgili Olaylar

Petrol girdabı

Petrol girdabı kırbaçın öncüsüdür:

• Aynı mekanizma ancak frekans doğal frekansa kilitlenmedi
• Daha az şiddetli genlik
• Hızla orantılı frekans (~0,43-0,48×)
• Bazı uygulamalarda tolere edilebilir olabilir

Buhar Girdabı

Buhar türbinlerinde de benzer bir kararsızlık, yatak yağı filmlerinden ziyade labirent contalardaki aerodinamik kuvvetlerden kaynaklanır. Doğal frekansta benzer şekilde alt-senkron titreşim kilitlenmesi görülür.

Kuru Sürtünme Kırbacı

Conta yerlerinde veya rotor-stator temasından kaynaklanabilir:

• Sürtünme kuvvetleri dengesizleştirici bir mekanizma sağlar
• Yağ kamçısından daha az yaygın ama aynı derecede tehlikeli
• Farklı bir düzeltici yaklaşım gerektirir (teması ortadan kaldırın, conta tasarımını iyileştirin)

Vaka Çalışması: Kompresör Şaft Kamçısı

Senaryo: Düz silindirik yataklı yüksek hızlı santrifüj kompresör

• Normal Çalışma: 2,5 mm/sn titreşimle 12.000 RPM
• Hız Artışı: Daha yüksek kapasite için operatör 13.500 RPM'ye çıkarıldı
• Başlangıç: 13.200 RPM'de ani şiddetli titreşimler oluştu
• Belirtiler: 45 Hz'de 25 mm/s titreşim (sabit), yatak sıcaklığı 3 dakika içinde 70°C'den 95°C'ye yükseldi
• Acil Eylem: Anında kapatma, yatak arızasını önledi
• Ana neden: İlk kritik hız 2700 RPM (45 Hz) idi; 2× kritik = 5400 RPM'de kırbaç eşiği aşıldı
• Çözüm: Düz yataklar, 15.000 RPM'ye kadar güvenli çalışmaya olanak tanıyan eğimli yataklarla değiştirildi

Standartlar ve Endüstri Uygulamaları

• API 684: Yüksek hızlı turbomakineler için kararlılık analizi gerektirir
• API 617: Kompresörler için yatak tiplerini ve stabilite gereksinimlerini belirtir
• ISO 10814: Stabilite için rulman seçimi konusunda rehberlik sağlar
• Sektör Uygulaması: İlk kritik hızın 2 katının üzerinde çalışan ekipmanlar için standart olarak eğimli yataklar kullanılır

Şaft kamçısı, doğru rulman seçimi ve tasarımıyla önlenmesi gereken felaket niteliğinde bir arıza modunu temsil eder. Kendine özgü alt-senkron, frekans kilitli titreşim imzasının tanınması, hızlı teşhis ve uygun acil müdahaleyi mümkün kılarak, kritik yüksek hızlı dönen ekipmanlarda pahalı hasarların oluşmasını önler.

---

← Ana Dizin'e Geri Dön