理解振动分析中的湍流
在振动分析中， 湍流 指液体或气体在泵、风机或汽轮机等机器中流动时所表现出的混乱、随机且不稳定的流动状态。这种紊乱流动会产生压力波动，作为激励源引起随机的、通常为低频的 振动 在机器结构中。与以下设备产生的离散、周期性力不同 不平衡 或 错位湍流产生的振动并非发生在单一的、尖锐的频率上。相反，它表现为宽带、非同步能量的“驼峰”。 FFT 频谱 ——识别这种特征是正确诊断的关键。
1.定义：什么是湍流？
湍流从根本上说是一种流动现象，而不是机械缺陷。当流体沿着预定路径平稳运动时，它对叶片、叶片和外壳施加的压力是稳定的；而当流体分成漩涡时，压力就变成了快速变化的、统计上随机的负载。机器结构对这种随机压力的反应与对其他激励的反应完全相同，即振动，但由于力本身没有固定的周期，因此产生的振动也没有固定的频率。这就将湍流归入了更广泛的流动诱导激振系列，与之并列的是 液压力 在泵和 空气动力学力 在风机和鼓风机中，它与 流动湍流 作为振动源。
2.湍流振动的特点
- 频率： 通常在低频、次同步频率处最强，但并不局限于某一个窄频带——受影响的范围取决于机器、流道和具体现象。例如，叶片/导叶通过相互作用以及气蚀会在明显更高的频率处增加与流动相关的能量，因此应结合工艺条件以及相对于 BEP 的运行点来确认整体图景。
- 宽带性质： 它不会产生尖锐、明显的峰值，而是会提高频谱低频区域的本底噪声，通常被描述为“随机驼峰”或“干草堆”。
- 随机和非周期性： 振动不稳定 - 振幅和 相位 不断随机波动。在 时间波形 它显示为一个混乱的、不重复的信号，没有清晰的重复模式。
- 方向： 振动通常是径向的，也可能出现在水平和垂直方向。
由于能量分布在一个频带上，而不是集中在一条线上，因此即使没有一个频谱峰值看起来令人担忧，整体振动水平也会明显上升——在查看整体读数趋势时，这种模式值得牢记。
3.湍流的常见原因
湍流是一种液压或空气动力学问题，由流体设计的平稳流动受到干扰而引起。常见原因包括：
- 远离最佳效率点 (BEP) 运行： 泵和风扇的设计目的是在其性能曲线上的特定点上最高效、最平稳地运行。明显高于或低于 BEP 流量的运行会迫使流体低效流动，产生湍流 - 在流量极低的情况下，这可能会导致 再循环，这种内部回流本身就是一种公认的低频能量源。
- 流道中的障碍物： 任何阻碍或扰乱流体路径的东西都会导致湍流，包括设计不良的管道（如泵吸入口前的急弯）、部分关闭的阀门、堵塞的过滤器或异物。
- 空气夹带或气蚀： 液体中的气泡（夹带），或蒸汽气泡的形成和溃灭（空化）。空化），造成高度湍流和脉冲条件，产生明显的随机振动。
- 底盘或入口设计不当： 在泵中，设计不当的底盘会产生涡流，将空气和湍流直接吸入泵中。
4.诊断和鉴别
诊断湍流的关键在于其随机、宽带的特征，且往往在低频最强。有经验的分析人员通常能从这种“非稳态”的以及 拍频现象-类似于机器本身的振动感。不过，重要的是要将湍流与其他表面上看起来相似的低频问题区分开来：
- 机械松动: 松动也会产生宽带噪声，但其特征通常是整个噪声本底升高。 全部 频谱，以及运行速度的明显谐波——纯湍流中不存在的谐波。
- 油膜涡动: 这是一个明显的 次同步 峰值约为 0.4-0.48×，而不是随机能量的宽驼峰。
- 擦: 摩擦（rub）可以产生很宽的频率范围，但通常包括许多高频谐波和次谐波，其时间波形可能会出现截断或削波峰值。
基于频率的故障图表，如 振动源标识符 可以帮助确认您看到的是哪种特征，以及在哪些地方怀疑存在气蚀现象。 泵空化频率估算器 进一步缩小了范围。
5.纠正湍流
由于湍流是一个与工艺相关的问题，而不是机械故障，因此解决方法通常在于纠正操作或系统设计问题，而不是在转子上做文章。典型的补救措施包括调整泵或风机的工作点，使其回到最佳运行状态，打开节流阀，清洗过滤器，或修改管道以消除入口附近的流动干扰。在此，振动仪器的诊断作用是确认真正的宽带能量来自流动，而非旋转部件缺陷。便携式双通道分析仪，如 Balanset-1A 通过捕捉每个轴承上的频谱和时间波形，它可以让您确认不存在主要的同步峰值，也不存在 残余不平衡量 驱动振动——将调查指向工艺而非机器，并防止出现试图平衡无法解决的问题这一常见错误。
