Пояснення субсинхронної та синхронної вібрації
Субсинхронна вібрація це будь-яка складова вібрації, частота якої дорівнює менше, ніж первинна швидкість обертання машини (1×), і її поява є одним із найсерйозніших сигналів, які може подавати машина, що обертається. Щоб зрозуміти чому, варто порівняти його з його протилежністю: синхронна вібрація, який відстежує вал з точністю до цілих чисел, кратних швидкості обертання. Ця відмінність не є академічною - вона відокремлює повсякденні несправності, які можна виправити механічно, від нестабільності, що самозбуджується і вимагає перепроектування або негайної зупинки. У цій статті дається визначення обох термінів, перераховуються типові винуватці несправностей і показується, як їх відрізнити в Швидке перетворення Фур'є спектру.
1. Що таке синхронна вібрація?
Синхронна вібрація виникає на частоті, яка є цілим числом, кратним швидкості обертання валу - вона “синхронізована” з обертанням. Це, безумовно, найпоширеніша категорія вібрації машин.
- Вібрація точно в точці робоча швидкість (1×) є синхронним.
- Вібрація з подвоєною швидкістю (2×), трикратною (3×) і так далі також є синхронною і зазвичай називається гармоніки швидкості бігу.
Переважна більшість поширених несправностей проявляється саме так. Дисбаланс, невідповідність, та механічна розхитаність всі створюють синхронну вібрацію. Дисбаланс, наприклад, завжди відображається на частоті 1× об/хв і чудово відстежує будь-яку зміну швидкості - подвійте частоту обертання, і пік дисбалансу просто переміститься на нову частоту в 1×. Оскільки примусове зусилля прив'язане до кута повороту вала, це класичні вимушені коливання.
2. Що таке субсинхронна вібрація?
Підсинхронна вібрація виникає на частоті нижче 1× - префікс “суб-” означає “нижче”. Значна субсинхронність часто є серйозним попереджувальним сигналом, оскільки вона, як правило, спричинена самозбудженням, нестабільними динамічними явищами в роторі, а не простим механічним дефектом. Ключовою відмінністю є джерело енергії: при синхронних несправностях зовнішня геометрична похибка приводить ротор в рух один раз за оберт, в той час як при субсинхронній нестабільності функція примусу генерується рух самого ротора взаємодіючи з його підшипниками чи ущільненнями. Ця петля зворотного зв'язку робить ці умови характерною ознакою нестабільність ротора.
3. Поширені причини виникнення субсинхронних вібрацій
Підсинхронна вібрація є основною проблемою у високошвидкісних турбомашинах, що працюють у рідинно-плівковому виконанні підшипники ковзання.
3.1 Масляний вихор
Це найпоширеніша форма субсинхронної нестабільності. У рідинно-плівковому підшипнику гідродинамічна масляна плівка, яка підтримує вал, може почати циркулювати і штовхати вал вперед, явище, відоме як масляний вихор. Оскільки середня швидкість масляної плівки становить трохи менше половини швидкості поверхні вала, то в результаті вихор з'являється приблизно в 0,42 до 0,48 разів більше швидкості бігу (0,42×-0,48×). Завихрення масла часто залежить від навантаження і температури, і може з'являтися або зникати при зміні навантаження на підшипник, температури масла або швидкості.
3.2 Масляний збивач
Масляний батіг - це більш важкий і небезпечний різновид масляного вихору. Він виникає, коли частота вихору зростає до першої власної частоти ротора, а потім “фіксується” на ній, або критична швидкість. Після фіксації субсинхронна амплітуда може стати дуже великою і не зникає зі збільшенням швидкості; замість цього вібрація залишається на частоті критичної швидкості, навіть коли машина прискорюється далі. Цей зафіксований, зростаючий стан - тісно пов'язаний з вал батіга - є дуже руйнівним і, як правило, вимагає негайного відключення.
3.3 Тертя ротора об статор
Контакт між ротором і нерухомою частиною - a тертя ротора - може також викликати субсинхронну вібрацію, часто при цілих частках швидкості обертання, наприклад 0.5×. Чистий компонент 0,5× є класичною ознакою тертя, яке підстрибує ротор раз на два оберти. Інші джерела субгармонійний реакції включають сильну розхитаність і певні нелінійності, спричинені тертям.
4. Як розрізнити їх у спектрі БПФ
Розділення двох сімей на дві сім'ї на спектр значною мірою залежить від того, де знаходяться піки відносно 1×:
- Синхронні піки: знайдіть пік 1× RPM (швидкість бігу) і шукайте піки на точних цілих кратних числах - 2×, 3× і так далі.
- Субсинхронні піки: зверніть увагу на будь-який значний пік, що з'явився перед 1× пік на осі частот. Пік біля 45% швидкості обертання є хрестоматійним показником завихрення нафти.
Оскільки діагностика залежить від точного співвідношення пікової та робочої швидкості, точне значення швидкості є дуже важливим - невеликі помилки в передбачуваній швидкості обертання можуть розмити завихрення 0,48× у щось неоднозначне. Аналіз замовлення прив'язка до імпульсу тахометра, що зчитується один раз за оборот, усуває цю двозначність, виражаючи спектр безпосередньо в порядках швидкості бігу.
5. Чому розрізнення є критично важливим
Знання того, на яку сім'ю ви дивитеся, визначає всю реакцію:
- Синхронні проблеми (наприклад, дисбаланс) є вимушеними коливаннями і зазвичай можуть бути виправлені механічно - шляхом балансування, вирівнювання або затягування кріплень.
- Проблеми з субсинхронними процесами (наприклад, масляний віночок) є самозбуджувані коливання або нестабільності. Вони вказують на фундаментальну проблему в система ротор-підшипник і не може бути усунена балансуванням. Виправлення зазвичай передбачає зміну конструкції підшипника (наприклад, на підшипники з нахиляючимися підкладками), регулювання температури або тиску масла, збільшення навантаження на підшипник або модифікацію ротора.
З цієї причини високоамплітудний субсинхронний пік зазвичай розглядається як більш серйозний сигнал тривоги, ніж однаково великий синхронний пік. На практиці інженер спочатку підтверджує, що машина добре збалансована і вирівняна - портативний аналізатор, такий як Балансет-1а вимірює амплітуду 1× і фаза щоб виключити або виправити синхронні причини - так, щоб будь-яка субсинхронна складова, що залишається в спектрі, могла бути впевнено віднесена до нестабільності, а не до механічної несправності, яку можна виправити.
