了解振動分析中的湍流
在振動分析中， 湍流 指流體（液體或氣體）穿過泵、風機或渦輪機等機器時的混亂、隨機且不穩定的流動。這種不規則的流動會產生壓力波動，作為激振力，誘發隨機、通常為低頻的 振動 在機器結構中。與由 不平衡 或 不對心，湍流產生的振動不會出現在單一尖銳頻率上。相反，它在 FFT 頻譜 產生的離散、週期性力不同——識別該特徵是正確診斷的關鍵。
1. 定義：什麼是湍流？
湍流本質上是一種流動現象，而非機械缺陷。當流體沿著預期路徑平穩流動時，其對葉片、導葉和機殼施加的壓力是穩定的；當該流動分解為渦流和旋流時，壓力便成為快速變化、統計上隨機的負荷。機器結構對此隨機激振的響應與對任何其他激振的響應相同——即產生振動——但由於力本身沒有固定週期，產生的振動也沒有固定頻率。這將湍流歸入更廣泛的流動誘發激振家族，與 液壓力 （泵中）和 氣動力 （風機和鼓風機中）並列，且與 流動紊亂 作為振動源的概念密切相關。
2. 湍流振動的特徵
- 頻率： 通常在低次同步頻率處最強，但不限於單一窄帶——受影響的範圍取決於機器、流動路徑和具體現象。例如，葉片/導葉通過相互作用和空蝕會在顯著更高的頻率處添加與流動相關的能量，因此請根據過程條件和相對於 BEP 的運轉點來確認情況。
- 寬頻特性： 中呈現為非同步能量的寬闊「隆起」；它不會產生尖銳、明顯的峰值。相反，它會提高頻譜低頻區域的噪聲底，常被描述為「隨機隆起」或「乾草堆」。
- 隨機且非週期性： 振動不穩定——振幅和 相位 不斷隨機波動。在 時域波形 中，它呈現為混亂、非重複的信號，沒有清晰的重複模式。
- 方向： 振動通常為徑向，且可能同時存在於水平和垂直方向。
由於能量分散在一個頻帶內而非集中在一條線上，整體振動水平可能會顯著上升，即使沒有單一的頻譜峰值看起來令人擔憂——在檢視趨勢整體讀數時，值得記住這種模式。
3. 湍流的常見原因
湍流是由流體平穩、設計好的流動受到干擾而產生的水力或空氣動力學問題。常見原因包括：
- 在最佳效率點 (BEP) 之外運轉： 泵和風機設計為在其性能曲線的特定點上最效率、最平穩地運轉。在遠高於或低於 BEP 流量下運轉會迫使流體低效流動，產生湍流——而在極低流量下，這可能會過渡為 回流，一種內部回流，其本身是低頻能量的已知來源。
- 流動路徑中的障礙物： 任何阻礙或干擾流體路徑的事物都可能引起湍流，包括設計不良的管道（例如泵吸入口前的急彎）、部分關閉的閥門、堵塞的濾網或異物。
- 空氣夾帶或空蝕： 液體中的氣泡（夾帶），或蒸氣氣泡的形成和破裂（空蝕），會產生高度湍流和脈衝條件，產生顯著的隨機振動。
- 底坑或入口設計不良： 在泵中，設計不良的底坑會產生渦流，將空氣和湍流直接吸入吸入口。
4. 診斷與區分
診斷湍流的關鍵在於其隨機、寬頻特性，通常在低頻處最強。經驗豐富的分析师通常可以從「不穩定」和 拍頻現象般的振動感覺中發現它。然而，將湍流與其他表面看似相似的其它低頻問題區分開來很重要：
- 機械鬆動: 鬆動也會產生寬頻噪聲，但通常以整個 整個 頻譜上的噪聲底升高為特徵，並伴隨運轉速度的明顯諧波——純湍流中不存在這些諧波。
- 油膜渦動: 這是一種明顯的 次同步 峰值，大約在 0.4–0.48×，而非隨機能量的寬闊隆起。
- 磨擦: 摩擦可能產生廣泛的頻率，但通常包含許多高頻諧波和次諧波，且其時間波形可能顯示截斷或削頂的峰值。
基於頻率的故障圖表，如 振動來源識別器 ，有助於確認您正在檢視哪種特徵，而在懷疑空蝕時， 泵浦空蝕頻率估算器 可進一步縮小範圍。
5. 糾正湍流
由於湍流是與過程相關的問題，而非機械故障，解決方案通常在於糾正運轉或系統設計問題——而非處理轉子。典型的補救措施包括將泵或風機的運轉點調整回其 BEP、打開節流閥、清潔濾網，或修改管道以移除入口附近的流動干擾。在此，振動儀器的診斷作用在於確認寬頻能量確實源自流動，而非旋轉部件缺陷。像 Balanset-1A 這樣的便攜式雙通道分析儀使現場區分變得簡單：通過在每個軸承處捕獲頻譜和時間波形，它讓您確認沒有主導的同步峰值，也沒有 剩餘不平衡 驅動振動——將調查指向過程而非機器，並防止嘗試平衡一個平衡無法解決的問題這一常見錯誤。
