Forståelse af rotorgnidning i roterende maskiner

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,353.83

Dele

Vibrationssensor

$107.26

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$147.78

Enheder

Balanset-4

$8,107.90

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.82

Dele

Reflekterende tape

$11.92

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,067.80

Definition: Hvad er rotorrub?

Rotorgnidning (også kaldet gnidning eller rotor-til-stator-kontakt) er en tilstand, hvor de roterende komponenter i en maskine er i intermitterende eller kontinuerlig kontakt med stationære dele såsom tætninger, lejehuse eller kabinetvægge. Denne kontakt skaber friktionskræfter, genererer varme og producerer karakteristiske vibrationer mønstre, der hurtigt kan eskalere til katastrofale fiaskoer, hvis de ikke straks håndteres.

Rotorgnidning er særligt farlig, fordi kontakten kan skabe en positiv feedback-loop: vibration forårsager gnidning, gnidning genererer varme, varme forårsager termisk sløjfe, øger termisk bøjning vibrationer, hvilket forårsager mere alvorlig gnidning. Denne spiral kan ødelægge en maskine på få minutter, hvis den ikke stoppes.

Typer af rotorgnidning

1. Let gnidning (periodisk kontakt)

• Kort, lejlighedsvis kontakt under spidsbelastningscyklusser
• Kan kun forekomme ved bestemte hastigheder eller driftsforhold
• Producerer uregelmæssige, intermitterende vibrationsstigninger
• Ofte ved tætninger eller labyrintafstande
• Kan tolereres kortvarigt, men indikerer et problem, der kræver rettelse

2. Delvis gnidning (kontinuerlig lyskontakt)

• Kontinuerlig kontakt, men med let friktionskraft
• Rotoren opretholder rotationen, mens den skraber på den stationære overflade
• Genererer kontinuerlig subsynkron eller synkron vibration
• Producerer varme og slidrester
• Kan udvikle sig til kraftig gnidning, hvis det ikke korrigeres

3. Kraftig gnidning (fuld ringformet kontakt)

• Rotoren er i kontakt med statoren omkring hele eller en stor del af omkredsen
• Meget høje friktionskræfter
• Hurtig temperaturstigning (hundreder af grader i minutter)
• Kraftig vibration, ofte kaotisk
• Kan føre til rotorfastsidning eller katastrofalt svigt
• Kræver øjeblikkelig nødlukning

Almindelige steder for gnidninger

• Labyrintforseglinger: Små frigange gør tætningsgnidninger almindelige
• Holdelejer: Nødlejer designet til at fange akslen under alvorlige hændelser
• Balancestempelpakninger: I flertrinskompressorer og pumper
• Mellemlagsmembraner: I turbiner
• Lejehus: Alvorlige tilfælde, hvor akslen berører lejedækslet
• Akselmuffer: Beskyttelsesærmer ved tætningssteder

Årsager til rotorgnidning

Overdreven vibration

• Alvorlig ubalance forårsager stor akseludbøjning
• Forskydning skaber akselbevægelse
• Opererer kl. kritisk hastighed med resonant forstærkning
• Rotorinstabilitet (oliepisker, damphvirvel)

Utilstrækkelig frihøjde

• Forkert montering, hvilket efterlader utilstrækkelig radial frigang
• Termisk vækst reducerer frigang under opvarmning
• Lejeslid, der tillader overdreven akselbevægelse
• Fundamentsafvikling bringer stationære dele tættere på rotoren

Forbigående begivenheder

• Overskridelse af kritisk hastighed under opstart/friløb
• Belastningsændringer, der forårsager pludselig akseludbøjning
• Turhændelser eller nødstop
• Overhastighedsforhold

Vibrationssignaturer af rotorgnidning

Karakteristiske mønstre

• Subsynkrone komponenter: Frekvenser under 1× (ofte 1/2×, 1/3×, 1/4×) fra baglæns hvirvel under gnidning
• Flere harmoniske: 1×, 2×, 3×, 4× på grund af ikke-lineære friktionskræfter
• Uregelmæssig adfærd: Pludselige ændringer i amplitude og hyppighed
• Bredbåndsstøj: Tilfældige, højfrekvente komponenter fra friktion og stød
• Faseustabilitet: Fasevinkler variere uregelmæssigt

Spektrumkarakteristika

• Talrige toppe ved fraktionerede og multiple ordrer
• Højt støjniveau fra tilfældige påvirkninger
• Spektret ændrer sig hurtigt og uforudsigeligt
• Vandfaldsgrunde viser frekvenskomponenter, der opstår og forsvinder

Orbitanalyse

Akselkredsløb mønstrene under gnidning er meget karakteristiske:

• Uregelmæssige, forvrængede kredsløbsformer
• Skarpe hjørner eller flade pletter, hvor der opstår kontakt
• Baneformen ændrer sig, når gnidningsgraden varierer
• Viser ofte omvendte (bagudrettede) præcessionskomponenter

Konsekvenser og skader

Øjeblikkelige virkninger

• Friktionsopvarmning: Kontakt genererer intens lokal varme (300-600°C mulig)
• Termisk bue: Asymmetrisk opvarmning forårsager akselbøjning, hvilket øger gnidningsgraden
• Brug: Materiale fjernet fra aksel- og statoroverflader
• Generering af affald: Slidpartikler forurener lejer og tætninger

Sekundær skade

• Ødelæggelse af segl: Labyrinttænder slidt væk eller brækket af
• Overbelastning af lejer: Øgede belastninger og opvarmning fra gnidningskræfter
• Permanent skaftbue: Kraftig opvarmning kan forårsage plastisk deformation
• Skaftscoring: Riller slidt ind i akseloverfladen

Katastrofale fiaskoer

• Skaftbeslag: Fuldstændig låsning fra kraftig gnidning
• Skaftbrud: Varmepåvirket zone skaber revnedannelse
• Rotorfald: Lejesvigt på grund af overophedning får rotoren til at falde ned på holderlejer eller hus
• Brandfare: Varmt snavs eller gnister kan antænde brandfarlige materialer

Detektion og diagnose

Indikatorer for vibrationsanalyse

• Pludselig optræden af flere subsynkrone komponenter
• Uregelmæssige, ikke-gentagelige vibrationsmønstre
• Skarpe stigninger i det samlede vibrationsniveau
• Ændringer i vibration umiddelbart efter hastighedsændringer
• Usædvanlige kredsløbsmønstre med skarpe træk

Fysisk bevismateriale

• Metallisk støv eller partikler i lejehuse
• Synlige slidmærker eller ridser på blotlagte akseloverflader
• Beskadigede eller slidte tætningskomponenter
• Lejetemperaturen stiger
• Hørbare skrabende eller slibende lyde

Nødberedskab

Hvis der er mistanke om rotorskader under drift:

1. Vurder sværhedsgrad: Let gnidning kan muliggøre kontrolleret nedlukning; kraftig gnidning kræver øjeblikkelig nødstop
2. Reducer hastigheden: Hvis det er muligt, sænk langsomt hastigheden, mens du overvåger vibrationerne
3. Overvåg temperaturer: Stigende lejetemperaturer indikerer forværret tilstand
4. Nødlukning: Hvis vibrationerne fortsætter med at stige, eller temperaturerne stiger hurtigt
5. Genstart ikke: Indtil frihøjden er verificeret, og gnidningsstedet er identificeret
6. Dokumenthændelse: Registrer vibrationsdata, temperaturer og hastigheder til analyse

Forebyggelse og afbødning

Designforanstaltninger

• Tilstrækkelig radial frigang på alle potentielle gnidningssteder
• Tag højde for termisk vækst i frihøjdedesign
• Brug slidstærke belægninger på tætningssteder for at minimere skader fra let gnidning
• Installer fastholdelseslejer for at begrænse nedbøjning under alvorlige hændelser

Operationelle foranstaltninger

• Oprethold god balance for at minimere akseludbøjning
• Sørg for præcisionsjustering
• Følg korrekte opvarmningsprocedurer for at håndtere termisk vækst
• Undgå drift ved kritiske hastigheder
• Overvåg kontinuerligt vibrationer på kritisk udstyr

Overvågning og beskyttelse

• Installer vibrationsalarmer, der er indstillet under gnidningsgrænseværdierne
• Overvåg lejer- og tætningstemperaturer
• Brug nærhedsprober til at spore akselposition og -afstand
• Implementer automatisk nedlukning ved for høj vibration

Rotorgnidning repræsenterer en nødsituation, der kræver øjeblikkelig opmærksomhed. Det er afgørende at forstå årsagerne, genkende de karakteristiske vibrationssignaturer og implementere passende forebyggelses- og beskyttelsesforanstaltninger for sikker drift af roterende maskiner, især i højhastigheds- eller tætbeliggende udstyr som turbiner og kompressorer.

---

← Tilbage til hovedindekset