Разбиране на триенето във въртящи се машини
Търкане е триенето при контакт и относителното плъзгане между въртящи се и неподвижни елементи в дадена машина. Терминът подчертава аспекта на непрекъснатото триене на контакт между ротора и статора, което го отличава от леките, прекъснати допири или единичните удари, които също могат да възникнат. Триенето поражда сили на триене, отделя значителна топлина в резултат на триенето и създава характерно вибрация подпис, в който преобладава обратен завихрящ се елемент, субсинхронен компоненти и термични ефекти. Това е една от най-опасните неизправности, които могат да възникнат във въртяща се машина, тъй като може да доведе до повреда в рамките на минути.
Термините „триене“ и „триене на ротора“ често се използват като синоними. На практика терминът „триене“ обикновено се отнася до триенето и топлинния аспект на контакта, докато „триене на ротора“ е по-широко понятие, което обхваща всяка форма на контакт — от леко остъргване до силни удари.
1. Механика на триенето
Модел на триене на Кулон
Триенето се подчинява на принципите на сухото (кулоново) триене:
- Сила на триене: F = μ × N, където μ е коефициентът на триене, а N е нормалната сила, която притиска повърхностите една към друга.
- Посока: Силата на триене винаги противодейства на относителното движение между допиращите се повърхности.
- Типични коефициенти: стомана върху стомана μ ≈ 0,3–0,5; стомана върху уплътнителен материал μ ≈ 0,2–0,4.
- Образуване на топлина: по същество цялата работа, свързана с триене, се превръща в топлина в мястото на контакт.
Тангенциални и нормални сили
По време на контакта върху ротора действат две съставни сили:
- Нормална сила: оказва радиално налягане навътре върху ротора в точката на триене.
- Сила на триене: действа тангенциално, противопоставяйки се на въртенето.
- Резултантна сила: тази комбинация има тенденция да забави ротора и да го отклони назад, против посоката на въртене.
- Увеличаване на въртящия момент: Трението води до загуба на енергия, което увеличава въртящия момент, който машината трябва да осигури.
2. Характерни модели на вибрации
Обратен вихър
Най-характерната особеност на триенето е движението назад (в обратна посока) вихър:
- Силата на триене създава тангенциална компонента, която задвижва орбиталното движение назад.
- The shaft орбита следи, обратни на посоката на въртене на вала.
- Честотата на въртене обикновено е по-ниска от синхронната — по-малко от 1× работната скорост.
- Често срещани честоти се появяват при дробни степени: 0,5×, 0,33×, 0,25×.
- Формата на орбитата често е неравномерна или видимо изкривена.
Характеристики на спектъра
- Подсинхронни пикове: многобройни пикове под 1×, често при частични хармоници.
- Синхронен компонент: the 1× synchronous върхът може да се повиши, тъй като към него се прибавят и силите на триене.
- Висши хармоници: 2×, 3×, 4× хармоници произтичат от нелинейността на прекъснатото триене.
- Шум в широколентовия достъп: фоновият шум по цялата дължина спектър lifts.
- Нестабилен спектър: връхните стойности се появяват и изчезват или честотата им се променя от едно измерване към следващото.
Характеристики на времевата вълнова форма
- Импулсни събития или пикове при всяко установяване на връзка, видими в времева форма на сигнала.
- Орязване или изравняване при максималните отклонения, където статорът физически ограничава хода.
- Неправилна, несинусоидална обща форма.
- Ритмични модели, създадени от съвместното съществуване на няколко честоти.
3. Термични ефекти при триене
Генериране на топлина
Триенето превръща механичната енергия директно в топлина:
- Оценка: разсеяната мощност е равна на силата на триене, умножена по скоростта на плъзгане.
- Величина: леко триене може да отдели 10–100 вата; силно триене – киловати.
- Концентрация: топлината се концентрира в много малка контактна площ.
- Повишение на температурата: в тежки случаи местните температури на повърхността могат да надхвърлят 500 °C.
Разработване на термична дъга
Опасността от триене се крие в обратната връзка между топлината и вибрациите:
- Първоначалното триене генерира топлина от едната страна на вала.
- Асиметричното нагряване изкривява вала в термична дъга.
- Термичната извивка увеличава изкривяването на стрелата.
- По-голямото отклонение води до по-силно триене.
- По-силното триене генерира още повече топлина.
- Тази положителна обратна връзка може да доведе до бърз и неконтролируем провал.
Тъй като всеки цикъл на тази верига задълбочава следващия, триенето се счита за форма на самовъзбуждаща се вибрация и път към пълна победа нестабилност на ротора.
Вторични термични ефекти
- Загряване на лагерите: топлината се предава по оста към лагерите.
- Разграждане на маслата: Прекалено високите температури разграждат смазочното средство.
- Съществени промени: Фазови трансформации или металургични промени в зони, засегнати от топлина
- Топлинен стрес: може да предизвика появата на пукнатини в зоните, подложени на термично напрежение.
4. Откриване на триене на полето
Мониторинг на вибрациите
- Аларми за подсинхронно състояние: сигнал при достигане на върхови стойности от 0,3–0,5 пъти скоростта на движение.
- Наблюдение на орбитата: автоматизираният анализ на орбитата сигнализира за появата на обратен вихър.
- Спектрални промени: алгоритмите откриват внезапното появяване на множество хармоници.
- Отрезване на сигнала: откриване на несинусоидалното изкривяване, което се получава при контакт.
Именно за разпознаването на тези модели служи преносимият анализатор. Работейки в самите лагери на машината при работна скорост, двуканален уред като Балансет-1а записва времевата крива, както и амплитудата и фазата в 1× мащаб, така че техникът да може да види импулсното пренапрежение и енергията от частичен ред, които са характерни за триене, и след това да провери дали има остатъчен дисбаланс или несъответствие е основният фактор, който трябва да се вземе предвид преди всяко разглобяване.
Мониторинг на температурата
- Лагер температурни датчици с аларми за бързо покачване.
- Инфрачервено наблюдение на температурата на откритите секции на шахтата
- Мониторинг на температурната разлика — горната и долната част на лагера.
- Сигнали за скорост на промяна, например над 5 °C в минута.
Допълнителни индикатори
- Увеличаване на въртящия момент: Консумацията на енергия се увеличава, когато триенето натоварва задвижването.
- Колебания в скоростта: незначителни колебания в скоростта, дължащи се на променящия се въртящ момент на триене.
- Акустична емисия: високочестотен звук от контакта, който може да се улови чрез акустична емисия сензори.
- Визуална проверка: износване, потъмняване и видими драскотини.
5. Как да реагираме при триене
Незабавни действия
- Намаляване на тежестта: намалете скоростта или натоварването, ако това е безопасно.
- Следете внимателно: следете постоянно вибрациите и температурата.
- Подгответе се за изключване: да има спешен случай изключване ready.
- Аварийно спиране: изключете машината, ако вибрациите или температурата се увеличават.
- Разрешаване на охлаждане: преди проверката пуснете задвижващия механизъм или изчакайте естественото охлаждане, за да може термичната деформация да се отпусне.
Разследване
- Проверете за физически следи от контакт.
- Измерете разстоянията в местата, където се подозира, че има триене.
- Проверете за термично изкривяване или трайно деформиране лък на вала.
- Определете основната причина — прекомерни вибрации, недостатъчен клирънс и т.н.
Коригиращи действия
- Увеличаване на разстоянията: да отстрани повредените части или да подмени компонентите.
- Отстранете основната причина: да се балансира роторът, правилно подреждане, отстраняване на проблема с лагера, който е довел до допир.
- Сменете повредените части: уплътнения, лагерни елементи и участъци от вала според нуждите.
- Проверете разстоянията: Преди да рестартирате, проверете дали има достатъчно свободно пространство на всяко място.
Триенето е една от най-сериозните повреди, свързани с вибрациите, при въртящите се машини. Способността му да се влошава бързо поради термична обратна връзка налага незабавното му откриване, бърза и целенасочена реакция, както и цялостно отстраняване — тъй като при критично важно оборудване алтернативата е катастрофална повреда.
