Розуміння турбулентності в аналізі вібрацій

Визначення: Що таке турбулентність?

У контексті аналізу вібрацій, турбулентність стосується хаотичного, випадкового та нестабільного потоку рідини (газу або рідини) через машину, таку як насос, вентилятор або турбіна. Цей нестабільний потік створює коливання тиску, які діють як примусова функція, викликаючи низькочастотну, випадкову вібрацію в конструкції машини.

На відміну від дискретних, періодичних сил, спричинених дисбаланс або невідповідність, вібрація від турбулентності не виникає на одній чіткій частоті. Натомість вона виглядає як «горб» широкосмугової, несинхронної енергії в Спектр ШПФ.

Характеристики турбулентних коливань

• Частота: Це низькочастотне явище, яке зазвичай виникає нижче 10-20 Гц і значно нижче швидкості роботи машини.
• Природа широкосмугового зв'язку: Він не створює різкого, чіткого піку. Натомість, він підвищує рівень шуму в низькочастотній області спектра, що часто описується як «випадковий горб» або «копика сіна».
• Випадкові та неперіодичні: Вібрація нестаціонарна. Амплітуда та фаза постійно та хаотично коливаються. Якщо розглядати в часова хвиля, він виглядає як хаотичний, неповторюваний сигнал.
• Напрямок: Вібрація зазвичай радіальна і може бути присутня як у горизонтальному, так і у вертикальному напрямках.

Поширені причини турбулентності

Турбулентність — це гідравлічна або аеродинамічна проблема, спричинена порушеннями плавного, запланованого потоку рідини. До поширених причин належать:

• Робота поза межами точки найкращої ефективності (BEP): Насоси та вентилятори розроблені для найефективнішої та найплавнішої роботи в певній точці кривої їхньої продуктивності. Їхня робота зі значно вищою або нижчою швидкістю потоку, ніж найкраща робоча точка (BEP), призведе до неефективного потоку рідини, створюючи турбулентність.
• Перешкоди на шляху потоку: Будь-що, що перешкоджає або порушує шлях рідини, може спричинити турбулентність. Це включає погано спроектовані трубопроводи (наприклад, різкі вигини безпосередньо перед всмоктувальним отвором насоса), частково закриті клапани, засмічені фільтри або сторонні предмети.
• Повітряне захоплення або кавітація: Наявність бульбашок повітря в рідині (захоплення) або утворення та руйнування бульбашок пари (кавітація) створює дуже турбулентні та імпульсивні умови, які генерують значну випадкову вібрацію.
• Неправильна конструкція піддону або впускного отвору: У насосах погано спроектований піддон може створювати вихори, які вносять повітря та турбулентність у всмоктувальний отвір насоса.

Діагностика та диференціація

Ключем до діагностики турбулентності є її випадкова, широкосмугова та низькочастотна природа. Досвідчений аналітик часто може ідентифікувати її, спостерігаючи за «нестаціонарним» та «пульсуючим» характером вібрації самої машини.

Важливо відрізняти турбулентність від інших низькочастотних проблем:

• Механічна нещільність: Розпушеність також створює широкосмуговий шум, але він часто характеризується підвищеним рівнем шуму по всьому спектру та чіткими гармоніками швидкості руху, які відсутні в чистій турбулентності.

– Олійний вихор: Це чіткий субсинхронний пік приблизно на рівні ~0,4-0,48X, а не широкий горб випадкової енергії.

– Розтирання: Тертя може генерувати широкий діапазон частот, але часто воно містить багато високочастотних гармонік і субгармонік, а форма хвилі може показувати усічені або обрізані піки.

Оскільки турбулентність є проблемою, пов'язаною з процесом, а не механічною несправністю, рішення зазвичай передбачає виправлення експлуатаційної або системної проблеми. Це може включати регулювання робочої точки насоса або вентилятора, відкриття клапанів, очищення фільтрів або зміну конструкції трубопроводів.

← Назад до головного індексу