Roottorin hankauksen ymmärtäminen pyörivissä koneissa

Laitteet

Kannettava tasapainotuslaite ja tärinäanalysaattori Balanset-1A

$2,353.83

Osat

Tärinäanturi

$107.26

Osat

Optinen anturi (lasertakometri)

$147.78

Laitteet

Balanset-4

$8,107.90

Osat

Magneettinen jalusta Insize-60-kgf

$54.82

Osat

Heijastava nauha

$11.92

Laitteet

Dynaaminen tasapainotin "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Määritelmä: Mikä on Rotor Rub?

Roottorin hankaus (kutsutaan myös hankaukseksi tai roottorin ja staattorin väliseksi kosketukseksi) on tila, jossa koneen pyörivät komponentit ovat ajoittain tai jatkuvasti kosketuksissa kiinteiden osien, kuten tiivisteiden, laakeripesien tai kotelon seinämien, kanssa. Tämä kosketus luo kitkavoimia, tuottaa lämpöä ja tuottaa erottuvia tärinä kaavoja, jotka voivat nopeasti eskaloitua katastrofaaliseksi epäonnistumiseksi, jos niihin ei puututa välittömästi.

Roottorin hankaus on erityisen vaarallista, koska kosketus voi luoda positiivisen takaisinkytkentäsilmukan: tärinä aiheuttaa hankausta, hankaus synnyttää lämpöä, lämpö aiheuttaa lämpöjousi, Lämpöjousi lisää tärinää, mikä aiheuttaa voimakkaampaa hankausta. Tämä kierre voi tuhota koneen minuuteissa, jos sitä ei pysäytetä.

Roottorin hankaustyypit

1. Kevyt hieronta (ajoittainen kosketus)

• Lyhyt, satunnainen kosketus huippupoikkeamajaksojen aikana
• Saattaa tapahtua vain tietyillä nopeuksilla tai käyttöolosuhteissa
• Tuottaa epäsäännöllisiä, ajoittaisia värähtelypiikkejä
• Usein tiivisteiden tai labyrinttivälysten kohdalla
• Voidaan sietää lyhyesti, mutta se viittaa korjaavaa ongelmaa vaativaan ongelmaan

2. Osittainen hieronta (jatkuva kevyt kosketus)

• Jatkuva kosketus, mutta kevyellä kitkavoimalla
• Roottori pyörii samalla kun se kaapii paikallaan olevaa pintaa
• Tuottaa jatkuvaa aliaksonnista tai synkronista värähtelyä
• Tuottaa lämpöä ja kuluttaa roskia
• Voi edetä voimakkaaksi hankaukseksi, jos sitä ei korjata

3. Voimakas hankaus (täysi rengasmainen kosketus)

• Roottori koskettaa staattoria koko kehällä tai suurella osalla siitä
• Erittäin suuret kitkavoimat
• Nopea lämpötilan nousu (satoja asteita minuutissa)
• Voimakasta tärinää, usein kaoottista
• Voi johtaa roottorin kiinnileikkautumiseen tai katastrofaaliseen vikaantumiseen
• Vaatii välittömän hätäkatkaisun

Yleisiä paikkoja hieronnalle

• Labyrinttitiivisteet: Tiukat välykset tekevät tiivisteiden hankautumista yleistä
• Pidätinlaakerit: Hätälaakerit, jotka on suunniteltu pysäyttämään akseli vakavissa tilanteissa
• Tasapainotusmännän tiivisteet: Monivaiheisissa kompressoreissa ja pumpuissa
• Interstage-kalvot: Turbiineissa
• Laakeripesä: Vakavat tapaukset, joissa akseli koskettaa laakerin kantta
• Akselin holkit: Suojaholkit tiivisteiden kohdalla

Roottorin hankautumisen syyt

Liiallinen tärinä

• Vakava epätasapaino aiheuttaen suuren akselin taipuman
• Väärin kohdistus akselin liikkeen luominen
• Toimii osoitteessa kriittinen nopeus resonanssivahvistuksella
• Roottorin epävakaus (öljyvatka, höyrypyörre)

Riittämätön välys

• Väärä kokoonpano, joka jättää riittämättömän säteisvälyksen
• Lämpölaajeneminen vähentää välyksiä lämmityksen aikana
• Laakerien kuluminen, joka johtaa liialliseen akselin liikkeeseen
• Perustuksen painuminen tuo paikallaan olevat osat lähemmäs roottoria

Ohimenevät tapahtumat

• Kriittisen nopeuden ylitys käynnistyksen/rullauksen aikana
• Kuorman muutokset aiheuttavat äkillisen akselin taipuman
• Matkatapahtumat tai hätäpysähdykset
• Ylinopeusolosuhteet

Roottorin hankauksen värähtelyjäljet

Ominaiskuviot

• Subsynkroniset komponentit: Alle 1× (usein 1/2×, 1/3×, 1/4×) taajuudet taaksepäin pyörimisestä hankauksen aikana
• Useita harmonisia: 1×, 2×, 3×, 4× epälineaaristen kitkavoimien vuoksi
• Epätasainen käyttäytyminen: Äkilliset muutokset amplitudi ja taajuus
• Laajakaistan kohina: Satunnaiset, korkeataajuiset komponentit kitkasta ja iskuista
• Vaiheen epävakaus: Vaihekulmat vaihtelevat epäsäännöllisesti

Spektriominaisuudet

• Lukuisia piikkejä murtoluku- ja monikertaluokissa
• Korkea melutaso satunnaisista iskuista
• Spektri muuttuu nopeasti ja arvaamattomasti
• Vesiputousjuonit näytä taajuuskomponentit, jotka ilmestyvät ja katoavat

Kiertoradan analyysi

Akselin kiertorata Hieronnan aikana esiintyvät kuviot ovat hyvin tyypillisiä:

• Epäsäännölliset, vääristyneet kiertoradan muodot
• Terävät kulmat tai tasaiset kohdat, joissa kosketus tapahtuu
• Kiertoradan muoto muuttuu hankauksen voimakkuuden vaihdellessa
• Näyttää usein käänteisiä (taaksepäin) precessiokomponentteja

Seuraukset ja vahingot

Välittömät vaikutukset

• Kitkalämmitys: Kosketus tuottaa voimakasta paikallista lämpöä (mahdollisesti 300–600 °C)
• Lämpöjousi: Epäsymmetrinen kuumennus aiheuttaa akselin taipumista, mikä lisää hankautumisvoimakkuutta
• Käyttää: Akselin ja staattorin pinnoilta poistettu materiaali
• Roskat syntyvät: Kulumishiukkaset saastuttavat laakereita ja tiivisteitä

Toissijainen vaurio

• Tiivisteen tuhoutuminen: Labyrinttitiivisteen hampaat kuluneet pois tai katkenneet
• Laakerin ylikuormitus: Lisääntyneet kuormat ja hankausvoimien aiheuttama kuumeneminen
• Pysyvä akselijousi: Voimakas kuumentaminen voi aiheuttaa plastista muodonmuutosta
• Akselin pisteytys: Akselin pintaan kuluneet urat

Katastrofaaliset epäonnistumiset

• Akselin takavarikko: Täydellinen lukkiutuminen voimakkaasta hankauksesta
• Akselin murtuma: Lämpövaikutusalue aiheuttaa halkeamien alkamisen
• Roottorin pudotus: Laakerin ylikuumenemisesta johtuva vika voi aiheuttaa roottorin putoamisen pidikelaakereille tai kotelolle
• Palovaara: Kuumat roskat tai kipinät voivat sytyttää syttyviä materiaaleja

Havaitseminen ja diagnosointi

Tärinäanalyysin indikaattorit

• Useiden aliaksonnollisten komponenttien äkillinen esiintyminen
• Epäsäännölliset, toistumattomat värähtelykuviot
• Kokonaisvärähtelytason jyrkkä nousu
• Tärinän muutokset välittömästi nopeuden muutosten jälkeen
• Epätavalliset kiertoradat terävillä piirteillä

Fyysinen todiste

• Metallipölyä tai -hiukkasia laakeripesissä
• Näkyviä kulumisjälkiä tai naarmuja paljailla akselin pinnoilla
• Vaurioituneet tai kuluneet tiivistekomponentit
• Laakerin lämpötila nousee
• Kuuluvia raapimisen tai hiomisen ääniä

Hätätilanteiden reagointi

Jos roottorin hankausta epäillään käytön aikana:

1. Vakavuuden arviointi: Kevyt hankaus voi mahdollistaa hallitun sammutuksen; voimakas hankaus vaatii välittömän hätäpysäytyksen
2. Vähennä nopeutta: Jos mahdollista, vähennä nopeutta hitaasti samalla tarkkaillen tärinää
3. Lämpötilojen seuranta: Laakerien lämpötilan nousu osoittaa kunnon heikkenemistä
4. Hätäpysäytys: Jos tärinä jatkaa lisääntymistään tai lämpötila nousee nopeasti
5. Älä käynnistä uudelleen: Kunnes välykset on tarkistettu ja hankauskohta tunnistettu
6. Dokumenttitapahtuma: Tallenna värähtelytiedot, lämpötilat ja nopeudet analyysia varten

Ennaltaehkäisy ja lieventäminen

Suunnittelutoimenpiteet

• Riittävät säteittäiset välykset kaikissa mahdollisissa hankauskohdissa
• Lämpölaajenemisen huomioiminen välyksen suunnittelussa
• Käytä hankaavia pinnoitteita tiivistekohdissa kevyiden hankaumien aiheuttamien vaurioiden minimoimiseksi.
• Asenna tukilaakerit taipuman rajoittamiseksi vakavien tapahtumien aikana

Operatiiviset toimenpiteet

• Pidä hyvänä saldo akselin taipuman minimoimiseksi
• Varmista tarkka kohdistus
• Noudata asianmukaisia lämmittelymenetelmiä lämmönkasvun hallitsemiseksi
• Vältä käyttöä kriittisillä nopeuksilla
• Seuraa jatkuvasti kriittisten laitteiden tärinää

Valvonta ja suojaus

• Asenna hankauskynnysarvojen alapuolelle asetetut tärinähälyttimet
• Laakerien ja tiivisteiden lämpötilojen valvonta
• Käytä lähestymisantureita akselin asennon ja välysten seuraamiseen
• Toteuta automaattinen sammutus liiallisen tärinän sattuessa

Roottorin hankaus on hätätilanne, joka vaatii välitöntä huomiota. Sen syiden ymmärtäminen, sen ominaisten värähtelyominaisuuksien tunnistaminen ja asianmukaisten ehkäisy- ja suojaustoimenpiteiden toteuttaminen ovat olennaisia pyörivien koneiden turvallisen käytön kannalta, erityisesti nopeissa tai ahtaissa laitteissa, kuten turbiineissa ja kompressoreissa.

---

← Takaisin päähakemistoon