Pochopení tření v rotujících strojích
Definice: Co je to tření?
Tření je třecí kontakt a relativní kluzný pohyb mezi rotujícími a stacionárními součástmi ve strojích. Tento termín zdůrazňuje aspekt kontinuálního tření kontakt rotoru a statoru, ..., čímž se odlišuje od lehkého přerušovaného kontaktu nebo nárazů. Tření vytváří třecí síly, produkuje značné množství tepla v důsledku třecí práce a vytváří charakteristický vibrace vzory charakterizované zpětným vířením, subsynchronními složkami a tepelnými účinky.
Termín “tření” se často používá zaměnitelně s termínem “tření rotoru”, ačkoli tření někdy zdůrazňuje tření a tepelné aspekty kontaktu, zatímco tření rotoru může zahrnovat všechny formy kontaktu včetně lehkého oděru nebo nárazů.
Třecí mechanika tření
Coulombův model tření
Tření se řídí principy suchého tření (Coulombova tření):
- Třecí síla: F = µ × N, kde µ je součinitel tření a N je normálová síla
- Směr: Vždy se staví proti relativnímu pohybu mezi povrchy
- Typické koeficienty: Ocel na oceli µ ≈ 0,3–0,5; ocel na těsnicím materiálu µ ≈ 0,2–0,4
- Generování tepla: Veškerá třecí práce se přemění na teplo
Tečné a normálové síly
Během tření:
- Normální síla: Tlačí radiálně dovnitř na rotor
- Třecí síla: Působí tangenciálně, proti směru rotace
- Výsledná síla: Kombinace má tendenci zpomalovat rotor a vychylovat ho dozadu
- Zvýšení točivého momentu: Tření rozptyluje výkon a zvyšuje požadavek na točivý moment pohonu
Charakteristické vibrační vzory
Zpětný vír
Nejvýraznějším rysem tření je zpětný (reverzní) víření:
- Třecí síla vytváří tangenciální složku, která pohání zpětný orbitální pohyb
- Hřídel obíhat otáčí se proti směru otáčení hřídele
- Frekvence typicky subsynchronní (méně než 1× rychlost)
- Běžné frekvence: 0,5×, 0,33×, 0,25× (zlomkové řády)
- Tvar oběžné dráhy často nepravidelný nebo deformovaný
Spektrální charakteristiky
- Subsynchronní vrcholy: Vícenásobné vrcholy pod 1×, často na zlomkových harmonických
- Synchronní komponenta: 1× se může zvýšit vlivem třecích sil
- Vyšší harmonické: 2×, 3×, 4× z nelineárního tření
- Šum v širokopásmovém připojení: Zvýšená hladina šumu napříč spektrem
- Nestabilní spektrum: Vrcholy se objevují, mizí nebo mění frekvenci
Funkce časového průběhu
- Impulzivní události nebo výkyvy při zahájení kontaktu
- Ořezávání nebo zploštění při maximálních průhybech
- Nepravidelný, nesinusový průběh
- Přítomnost rytmických vzorů z více frekvencí
Tepelné účinky tření
Generování tepla
Tření přeměňuje mechanickou energii na teplo:
- Hodnotit: Ztrátový výkon = Třecí síla × Posuvná rychlost
- Velikost: Lehké tření: 10–100 wattů; silné tření: kilowatty
- Koncentrace: Teplo koncentrované na malé kontaktní ploše
- Zvýšení teploty: V závažných případech mohou lokální teploty překročit 500 °C
Vývoj termálního oblouku
Zpětnovazební smyčka tepla a vibrací:
- Počáteční tření generuje teplo na jedné straně hřídele
- Asymetrické vytápění vytváří tepelná mašle
- Tepelný oblouk zvyšuje průhyb hřídele
- Zvýšené vychýlení způsobuje silnější tření
- Více tření generuje více tepla
- Pozitivní zpětná vazba může vést k rychlému selhání
Sekundární tepelné efekty
- Ohřev ložiska: Teplo vedené hřídelí do ložisek
- Degradace oleje: Nadměrné teploty rozkládají mazivo
- Změny materiálu: Fázové transformace nebo metalurgické změny v tepelně ovlivněných zónách
- Tepelné namáhání: Může iniciovat trhliny v tepelně namáhaných oblastech
Detekční metody
Monitorování vibrací
- Subsynchronní alarmy: Upozornění na špičky při rychlosti běhu 0,3–0,5×
- Monitorování oběžné dráhy: Automatická analýza oběžné dráhy detekující zpětný víř
- Spektrální změny: Algoritmy detekující náhlý výskyt více harmonických
- Ořezávání vlnových tvarů: Detekce nesinusového zkreslení
Monitorování teploty
- Snímače teploty ložisek s rychlým nárůstem alarmů
- Infračervené monitorování teploty exponovaných částí šachty
- Monitorování teplotního rozdílu (horní vs. spodní ložisko)
- Alarmy rychlosti změny (např. > 5 °C/minutu)
Další indikátory
- Zvýšení točivého momentu: Spotřeba energie se zvyšuje v důsledku tření
- Kolísání rychlosti: Malé změny rychlosti v důsledku proměnlivého třecího momentu
- Akustická emise: Vysokofrekvenční zvuk z kontaktu
- Vizuální kontrola: Opotřebení, zabarvení, viditelné poškození
Reakce
Okamžité akce
- Snížení závažnosti: Snižte rychlost nebo zatížení, pokud je to bezpečné.
- Pečlivě sledujte: Nepřetržité sledování vibrací a teploty
- Příprava na vypnutí: Mějte připravené nouzové vypnutí
- Nouzové zastavení: Pokud vibrace nebo teplota stoupají
- Povolit ochlazování: Před kontrolou pohněte otáčením nebo nechte přirozené ochlazení
Vyšetřování
- Prohlédněte fyzické známky kontaktu
- Změřte mezery v místech podezřelého tření
- Zkontrolujte tepelné prohnutí nebo trvalé prohnutí hřídele
- Identifikujte hlavní příčinu (nadměrné vibrace, nedostatečná vůle atd.)
Nápravná opatření
- Zvětšení vůlí: Opracujte poškozená místa nebo vyměňte součásti
- Řešení hlavní příčiny: Vyvažování rotoru, správné seřízení, oprava problémů s ložisky
- Vyměňte poškozené díly: Těsnění, ložiskové komponenty, hřídelové sekce dle potřeby
- Ověření povolení: Před opětovným spuštěním ověřte dostatečné vzdálenosti na všech místech.
Tření je jednou z nejzávažnějších poruch souvisejících s vibracemi u rotačních strojů. Jeho potenciál k rychlé eskalaci v důsledku tepelné zpětné vazby vyžaduje okamžité rozpoznání, rychlou reakci a důkladnou nápravu, aby se zabránilo katastrofickým poruchám kritického zařízení.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 