Giải thích về rung động đồng bộ và rung động bán đồng bộ
Rung động dưới mức đồng bộ là bất kỳ thành phần rung động nào có tần số nhỏ hơn tốc độ chạy chính của máy (1×), và sự xuất hiện của nó là một trong những tín hiệu nghiêm trọng nhất mà một máy quay có thể phát ra. Để hiểu tại sao, sẽ giúp ích nếu đặt nó song song với đối lập của nó: rung động đồng bộ, theo dõi trục ở chính xác các bội số nguyên của tốc độ chạy. Sự phân biệt này không chỉ là lý thuyết — nó tách biệt những lỗi thường ngày bạn có thể sửa chữa về cơ học với những bất ổn tự kích thích đòi hỏi phải thiết kế lại hoặc dừng ngay lập tức. Bài viết này định nghĩa cả hai thuật ngữ, liệt kê những nguyên nhân thường gặp, và chỉ cách phân biệt chúng trong một FFT Phổ.
1. Rung Động Đồng Bộ Là Gì?
Rung động đồng bộ xảy ra ở một tần số là bội số nguyên của tốc độ quay của trục — nó “đồng bộ” với sự quay. Đây là loại rung động máy móc phổ biến nhất.
- Rung động tại chính xác tại tốc độ vận hành (1×) là đồng bộ.
- Rung động ở gấp đôi tốc độ chạy (2×), gấp ba lần (3×), v.v. cũng là đồng bộ, và thường được gọi là sóng hài của tốc độ chạy.
Phần lớn các lỗi phổ biến biểu hiện theo cách này. Mất cân bằng, sự không thẳng hàng, Và sự lỏng lẻo về mặt cơ học tất cả đều tạo ra rung động đồng bộ. Mất cân bằng, chẳng hạn, luôn hiển thị ở 1× RPM và theo dõi hoàn hảo bất kỳ thay đổi nào trong tốc độ — gấp đôi RPM và đỉnh mất cân bằng chỉ đơn giản là chuyển sang tần số 1× mới. Vì lực tác dụng bị khóa với góc trục, đây là những rung động cưỡng bức.
2. Rung Động Dưới Đồng Bộ Là Gì?
Rung động dưới đồng bộ xuất hiện tại tần số dưới đây 1× — tiền tố “sub-” chỉ đơn giản là có nghĩa là “dưới.” Nội dung dưới đồng bộ đáng kể thường là một dấu hiệu cảnh báo nghiêm trọng, vì nó thường được tạo ra bởi những hiện tượng động học rotor tự kích thích, bất ổn hơn là bởi một khiếm khuyết cơ học đơn giản. Sự khác biệt quan trọng là nguồn gốc của năng lượng: trong những lỗi đồng bộ, một lỗi hình học bên ngoài thúc đẩy rotor một lần mỗi lượt, trong khi đó trong sự bất ổn dưới đồng bộ, hàm lực được tạo ra bởi chuyển động của chính rotor tương tác với các ổ trục hoặc lót của nó. Vòng phản hồi đó là những gì làm cho những điều kiện này là dấu hiệu đặc trưng của sự mất ổn định của rôto.
3. Nguyên Nhân Phổ Biến của Rung Động Dưới Đồng Bộ
Rung động dưới đồng bộ là mối lo ngại lớn trong tua-bin chạy tốc độ cao chạy trong các phim chất lỏng ổ trục.
3.1 Xoáy Dầu
Đây là dạng bất ổn định dưới tần số đồng bộ phổ biến nhất. Trong vòi bi chứa dầu, màng dầu động lực học hỗ trợ trục có thể bắt đầu lưu thông và đẩy trục phía trước nó, một hiện tượng được gọi là xoáy dầu. Vì vận tốc trung bình của màng dầu thấp hơn một chút so với nửa tốc độ bề mặt trục, kết quả là xoáy xuất hiện vào khoảng 0,42 đến 0,48 lần tốc độ chạy (0,42×–0,48×). Xoáy dầu thường phụ thuộc vào tải trọng và nhiệt độ, và có thể xuất hiện hoặc biến mất khi tải trọng vòi bi, nhiệt độ dầu hoặc tốc độ thay đổi.
3.2 Đập dầu
Đập dầu là một quá trình phát triển nghiêm trọng hơn và nguy hiểm hơn của xoáy dầu. Nó xảy ra khi tần số xoáy tăng để gặp — và sau đó “khóa vào” — tần số cộng hưởng tự nhiên đầu tiên của rotor, hoặc tốc độ tới hạn. Sau khi khóa, biên độ dưới tần số đồng bộ có thể tăng rất lớn và sẽ không biến mất khi tốc độ tăng; thay vào đó, độ rung vẫn được ghim ở tần số tốc độ tới hạn ngay cả khi máy tăng tốc thêm. Điều kiện khóa, leo thang này — liên quan chặt chẽ đến roi trục — có tính chất phá hủy cao và thường yêu cầu một tắt máy.
3.3 Xát Rotor-Stator
Tiếp xúc giữa rotor và một phần cố định — một tiếng kêu do cánh quạt cọ xát — cũng có thể tạo ra độ rung dưới tần số đồng bộ, thường ở các phân số nguyên của tốc độ chạy chẳng hạn như 0.5×. Một thành phần 0,5× sạch là dấu hiệu cổ điển của một xát gây bật rotor một lần mỗi hai vòng quay. Các nguồn khác của tần số phụ phản ứng bao gồm nới lỏng nghiêm trọng và các phi tuyến tính do xát nhất định.
4. Phân biệt chúng trong Phổ FFT
Tách biệt hai họ trên một phổ chủ yếu là vấn đề xem các đỉnh rơi vào vị trí nào so với 1×:
- Đỉnh đồng bộ: xác định vị trí đỉnh 1× RPM (tốc độ chạy) và tìm các đỉnh ở các bội số nguyên chính xác — 2×, 3×, v.v.
- Các đỉnh dưới đồng bộ: tìm bất kỳ đỉnh đáng kể nào xuất hiện trước đỉnh 1× trên trục tần số. Một đỉnh gần 45% của tốc độ chạy là chỉ báo điển hình của xoáy dầu.
Vì chẩn đoán phụ thuộc vào tỷ lệ chính xác của đỉnh với tốc độ chạy, một tham chiếu tốc độ chính xác là cần thiết — những sai sót nhỏ trong RPM được giả định có thể làm mờ một xoáy 0,48× thành một thứ gì đó không rõ ràng. Phân tích bậc tham chiếu đến xung tachometer một lần trên mỗi vòng quay loại bỏ sự mơ hồ đó bằng cách biểu thị phổ trực tiếp theo các bậc của tốc độ chạy.
5. Tại sao Phân biệt này Quan trọng
Biết bạn đang xem họ nào sẽ xác định toàn bộ phản ứng:
- Các vấn đề đồng bộ (chẳng hạn như mất cân bằng) là rung động cưỡng bức và thường có thể được sửa chữa cơ học — bằng cân bằng, căn chỉnh, hoặc siết chặt các ốc vít.
- Các vấn đề không đồng bộ (chẳng hạn như oil whip) là dao động tự kích thích hoặc bất ổn định. Chúng chỉ ra một vấn đề cơ bản trong hệ thống ổ trục rôto và không thể được chữa bằng cân bằng. Việc sửa chữa thường liên quan đến việc thay đổi thiết kế vòng bi (ví dụ sang vòng bi tilting-pad), điều chỉnh nhiệt độ hoặc áp suất dầu, tăng tải vòng bi, hoặc sửa đổi rotor.
Vì lý do này, một đỉnh sub-synchronous có biên độ cao thường được coi là một cảnh báo nghiêm trọng hơn so với một đỉnh synchronous có kích thước tương tự. Trong thực tế, một kỹ sư trước tiên xác nhận rằng máy được cân bằng và căn chỉnh tốt — một thiết bị phân tích có thể di động như Balanset-1A đo biên độ 1× và pha cần thiết để loại trừ, hoặc sửa chữa, các nguyên nhân synchronous — để bất kỳ thành phần sub-synchronous nào còn lại trên phổ có thể được quy cho chắc chắn cho một bất ổn định thay vì cho một lỗi cơ học có thể chữa được.
