هر دو پدیده چرخش روغن و شلاق روغن از جمله پدیده های مشترک بین آنالیز روغن و ارتعاش یک تجهیز محسوب شده و در واقع با اصول پایداری هیدرودینامیک یک تجهیز سروکار دارند.
از وظایف فیلم روغن در ژورنال بیرینگ ها کمک به انتقال حرارت ناشی از اصطکاک بین سطوح فلزی شفت و ژورنال است که این مهم با تکیه بر دو مکانیزم هدایت و جابجایی در لایه مرزی فیلم روغن بین دو سطح انجام می شود. اما، باید توجه داشت که فیلم روغنی که اطراف شفت در جریان است و ضخامت آن نیز متقارن نیست را نمی توان ثابت فرض کرد. بلکه، این فیلم نامتقارن از روغن همانند شفتی که در حال خنک کاری آن است، در حال چرخش می باشد. اما، نکته اینجا است که سرعت این چرخش با سرعت دوران شفت یکی نیست و چیزی کمتر از نصف آن را تشکیل می دهد.
چرخش شفت از پیک گرادیان فشار روغن ناشی می شود. اما، این حرکت دورانی، بدلیل تراکم ناپذیری روغن، با اندکی حرکت در جهت عمودی همراه است که موجب عدم تقارن و هم مرکزی حرکت دورانی نسبت به مرکز دوران می گردد. این حرکت عمودی شفت را «خیز دورانی» می نامند که شدت یا ارتفاع آن تابعی از سرعت روتور، وزن روتور، و فشار روغن است. حال اگر شفت در حین حرکت دورانی نامتقارن خود، کنش های نامنظمی (اعم از سِرج یا شوک مکانیکی) را دریافت کند، میزان خیز دورانی آن به تناسب دامنه زمانی شوک دریافتی افزایش خواهد یافت و تعادل مکانیکی بین حرکت شفت و ضخامت فیلم روغن را برهم خواهد زد.
بمنظور جبران این عدم تعادل گذرا بین چرخش شفت و ضخامت فیلم روغن، پمپ روغن بصورت اتوماتیک کسری روغن را با پمپاژ روغن اضافی به فضای خالی بین شفت و ژورنال جبران می کند. بدین ترتیب، فشار روغن افزایش یافته و به تبع آن، ضخامت فیلم روغن بین شفت و ژورنال نیز افزایش خواهد یافت که در نتیجه آن، نقطه پیک گرادیان فشار روغن اصلاح شده و الگوی دوران نامتقارن شفت حول نقطه مرکزی بیرینگ اصلاح خواهد شد. این اصلاح رفتار دورانی، نتیجه میراگری فیلم روغن در برابر ارتعاشات حاصل از ناپایداری های لحظه ای وارده به الگوی دورانی نامتقارن سیستم شفت و ژورنال بیرینگ است. حال اگر بنا به دلایلی که در ذیل راجع به آنها بحث خواهد شد میراگری فیلم روغن ناکافی بوده یا اصلا وجود نداشته باشد، ارتعاش القا شده به رفتار این سیستم دورانی تشدید شده و به مرور منجر به حرکت دورانی خشن شفت با ضربات شلاقی به دیواره ژورنال خواهد شد که می تواند بسته به نوع سیستم، الگوی بارگذاری و حساسیت آن صدمات جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. بنا به آنچه که در شرح مساله گفته شد، چرخش روغن می توان از عوامل زیر نشات گرفته و یا توسط آنها تشدید شود:
-
وجود بارگذاری دینامیک (سبک یا سنگین) یا پیش بار؛
-
فاصله بیش از حد مجاز بین ژورنال و شفت (لقی) که می تواند ناشی از مونتاژ نادرست یا سایش باشد؛
-
تغییر در خواص روغن (بویژه ویسکوزیته برشی)؛
-
هرگونه افزایش یا کاهش در فشار و دمای روغن؛
-
عدم طراحی صحیح بیرینگ (گاهی Overdesign انجام شده برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح زیر بار سنگین شفت نیز می تواند در این رده جای گیرد)؛
-
نشت یا فرار روغن از آببند (Seal) های مکانیکی؛
-
هرگونه تغییر در ضریب میرایی سیستم چرخشی (میرایی پس ماند، یا اصطکاک خشک)؛
-
اثرات حرکت ژیروسکوپیک
در کنار عوامل فوق، برخی تجهیزات گاه بصورت موردی و تحت تاثیر ارتعاشات القایی ناشی از اتفاقات فرآیندی که حتی ممکن است خارج از یونیت اتفاق افتاده و بواسطه اقلامی چون پایپینگ، اتصالات فرآیندی، یا حتی فونداسیون به تجهیز انتقال یابند، از خود رفتار های ارتعاشی دال بر چرخش روغن نشان می دهند. رفتار هایی از این دست بیشتر ناشی از یکسان بودن یا همپوشانی دامنه فرکانسی ارتعاش وارده به سیستم دورانی با فرکانس رفتار چرخش روغن است. آنچه که شایان توجه است، گذرا بودن این الگوی ناهنجار است و در غیر اینصورت بنا به حساسیت تجهیز، اقدام به ایزوله نمودن آن نمود.
البته، ارتعاشات ناشی از چرخش روغن براحتی و با آنالیز فرکانسی رفتار ارتعاشی تجهیز قابل شناسایی است. اگرچه، در این خصوص، بین منابع مختلف اختلافاتی هست، اما در مجموع، می توان گفت که فرکانس چرخش روغن بین 40 تا 48 درصد سرعت دوران شفت (برحسب RPM) اتفاق می افتد. به گفته برخی منابع، احتمال وقوع فرکانس ارتعاشی ناشی از چرخش روغن در حد فاصل 40 تا 43 درصد سرعت دوران شفت (RPM) بیشتر از بقیه موارد است.
بطور کلی، ارتعاشات ناشی از چرخش روغن در محدوده 40 تا 50 درصدی لقی (Clearance) معمول بیرینگ ها به بیشترین شدت خود رسیده و اقدامات اصلاحی، اعم از تنظیم دمای روغن (یا به بیان بهتر: ویسکوزیته سینماتیک آن)، اصلاح نابالانسی یا ناهمترازی (بمنظور اصلاح الگوی بارگذاری)، اصلاح موقتی الگوی همترازی با توسل به گرم یا سرد کردن پایه های نگهدارنده تجهیز، شیار دار کردن یا اصلاح هندسه شیار بیرینگ (بمنظور اصلاح پیک گرادیان فشار روغن)، یا تنظیم فشار روغن، در این مورد را می طلبند. اما، چنین اقداماتی تنها بصورت موقت مشکل ارتعاش ناشی از چرخش روغن را حل می کنند و بمنظور حل دائمی این مشکل می توان راهکار هایی اعم از نصب یک پوسته جدید در ژورنال (بمنظور ایجاد لقی یا Clearance جدید)، ایجاد پیش بار در بیرینگ با توسل به ایجاد موانع مکانیکی برای تنظیم فشار داخلی روغن، یا حتی تعویض کامل بیرینگ با یک نوع متفاوتی از بیرینگ که حساسیت کمتری به ارتعاشات ناشی از چرخش روغن داشته باشد (مانند بیرینگ های با شیار محوری، بیرینگ های چند بخشی، و بیرینگ های معروف به tilting pad)، را در نظر داشت.
حساسیت به بروز ارتعاش حاصل از چرخش روغن در بیرینگ های tilting pad از آن جهت کمتر محسوب می شود که در ساختار این تیپ از بیرینگ ها چندین پد یا سگمنت بکار رفته است که هر یک الگوی توزیع فشار مستقلی از فیلم روغن را برای خود داشته و از این رو، نیرو های بیشتری در تراز کردن الگوی دوران شفت در ژورنال دخیل می شوند. همین موضوع به دستیابی الگوی یکنواخت تری از میرایی منجر شده و پایداری کلی سیستم دورانی را بهبود می بخشد.
شلاق روغن (Oil Whip):
ارتعاشات ناشی از شلاق روغن وابسته به دو شرط زیر است:
-
وجود ارتعاشات ناشی از چرخش روغن (شرط لازم)؛ و
-
تقارن فرکانسی چرخش روغن با فرکانس طبیعی سیستم (شرط کافی)
