Forståelse af gnidning i roterende maskiner
Definition: Hvad er gnidning?
Gnidning er friktionskontakten og den relative glidende bevægelse mellem roterende og stationære komponenter i maskiner. Dette udtryk understreger det kontinuerlige friktionsaspekt af rotor-til-stator kontakt, hvilket adskiller det fra let intermitterende kontakt eller stød. Gnidning genererer friktionskræfter, producerer betydelig varme gennem friktionsarbejde og skaber karakteristiske vibrationer mønstre karakteriseret ved baglæns hvirvel, subsynkrone komponenter og termiske effekter.
Udtrykket "gnidning" bruges ofte i flæng med "rotorgnidning", selvom gnidning undertiden understreger friktionen og de termiske aspekter af kontakten, mens rotorgnidning kan omfatte alle former for kontakt, herunder let skrabning eller stød.
Friktionsmekanik ved gnidning
Coulomb-friktionsmodel
Gnidning følger tørfriktionsprincipperne (Coulomb-friktion):
- Friktionskraft: F = µ × N, hvor µ er friktionskoefficienten og N er normalkraften
- Retning: Modsætter sig altid relativ bevægelse mellem overflader
- Typiske koefficienter: Stål på stål µ ≈ 0,3-0,5; stål på tætningsmateriale µ ≈ 0,2-0,4
- Varmeproduktion: Alt friktionsarbejde omdannes til varme
Tangentielle og normale kræfter
Under gnidning:
- Normalkraft: Skubber radialt indad på rotoren
- Friktionskraft: Virker tangentielt, modsatrettet rotation
- Resulterende kraft: Kombinationen har en tendens til at bremse rotoren og afbøje den bagud
- Momentforøgelse: Friktion spreder kraft, hvilket øger behovet for drejningsmoment
Karakteristiske vibrationsmønstre
Baglæns hvirvel
Det mest karakteristiske træk ved gnidning er baglæns (omvendt) hvirvel:
- Friktionskraften skaber en tangentiel komponent, der driver en baglæns orbital bevægelse.
- Aksel kredsløb roterer modsat akslens rotationsretning
- Frekvens typisk subsynkron (mindre end 1× hastighed)
- Almindelige frekvenser: 0,5×, 0,33×, 0,25× (brøkordener)
- Orbitform ofte uregelmæssig eller forvrænget
Spektrumkarakteristika
- Subsynkrone toppe: Flere toppe under 1×, ofte ved fraktionelle harmoniske
- Synkron komponent: 1× kan øges på grund af gnidningskræfter
- Højere harmoniske: 2×, 3×, 4× fra ikke-lineær friktion
- Bredbåndsstøj: Forhøjet støjniveau på tværs af spektret
- Ustabilt spektrum: Toppe opstår, forsvinder eller skifter frekvens
Tidsbølgeformsfunktioner
- Impulsive begivenheder eller pigge, når kontakten starter
- Klipning eller udfladning ved maksimale afbøjninger
- Uregelmæssig, ikke-sinusformet bølgeform
- Beat-mønstre fra flere frekvenser til stede
Termiske effekter af gnidning
Varmeproduktion
Friktion omdanner mekanisk energi til varme:
- Sats: Afgivet effekt = Friktionskraft × Glidehastighed
- Størrelsesorden: Let gnidning: 10-100 watt; kraftig gnidning: kilowatt
- Koncentration: Varmekoncentreret ved lille kontaktområde
- Temperaturstigning: Lokale temperaturer kan i alvorlige tilfælde overstige 500 °C
Udvikling af termisk bue
Varme-vibrations-feedback-sløjfen:
- Indledende gnidning genererer varme på den ene side af skaftet
- Asymmetrisk opvarmning skaber termisk sløjfe
- Termisk bøjning øger akseludbøjningen
- Øget afbøjning forårsager mere kraftig gnidning
- Mere gnidning genererer mere varme
- Positiv feedback kan føre til hurtig fiasko
Sekundære termiske effekter
- Lejeopvarmning: Varme ledes gennem akslen til lejerne
- Olienedbrydning: For høje temperaturer nedbryder smøremiddel
- Væsentlige ændringer: Fasetransformationer eller metallurgiske ændringer i varmepåvirkede zoner
- Termisk stress: Kan forårsage revner i termisk belastede områder
Detektionsmetoder
Vibrationsovervågning
- Subsynkrone alarmer: Alarm ved spidsbelastning ved 0,3-0,5× driftshastighed
- Baneovervågning: Automatiseret kredsløbsanalyse, der detekterer baglæns hvirvel
- Spektrale ændringer: Algoritmer, der detekterer pludselig forekomst af flere harmoniske
- Bølgeformklipning: Detektion af ikke-sinusformet forvrængning
Temperaturovervågning
- Lejetemperatursensorer med hurtigstigningsalarmer
- Infrarød temperaturovervågning af eksponerede akselsektioner
- Temperaturforskelovervågning (øverste vs. bundleje)
- Alarmer for ændringshastighed (f.eks. > 5°C/minut)
Yderligere indikatorer
- Momentforøgelse: Strømforbruget stiger på grund af friktion
- Hastighedsudsving: Små hastighedsvariationer fra varierende friktionsmoment
- Akustisk emission: Højfrekvent lyd fra kontakt
- Visuel inspektion: Slidrester, misfarvning, synlige skader
Svarhandlinger
Øjeblikkelige handlinger
- Reducer sværhedsgraden: Sænk hastigheden eller belastningen, hvis det er sikkert at gøre det
- Overvåg nøje: Kontinuerlig observation af vibrationer og temperatur
- Forbered dig på nedlukning: Hav nødafbrydelse klar
- Nødstop: Hvis vibrationer eller temperatur stiger
- Tillad nedkøling: Betjen drejeudstyret eller lad det køle naturligt ned før inspektion
Undersøgelse
- Undersøg for fysiske tegn på kontakt
- Mål afstanden på mistænkte gnidningssteder
- Kontroller for termisk bøjning eller permanent skaftbøjning
- Identificér den grundlæggende årsag (overdreven vibration, utilstrækkelig frihøjde osv.)
Korrigerende handlinger
- Øge frihøjder: Bearbejd beskadigede områder eller udskift komponenter
- Adressér roden af årsagen: Afbalancer rotor, korrekt justering, ret lejeproblemer
- Udskift beskadigede dele: Tætninger, lejekomponenter, akselsektioner efter behov
- Bekræft godkendelser: Bekræft tilstrækkelig afstand på alle steder før genstart
Gnidning er en af de mest alvorlige vibrationsrelaterede fejl i roterende maskiner. Dens potentiale for hurtig eskalering gennem termisk feedback kræver øjeblikkelig genkendelse, hurtig reaktion og grundig korrektion for at forhindre katastrofale fejl i kritisk udstyr.
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 