回転機械におけるローター摩擦の理解
ローターの擦れ - 機械の回転部品が、シール、ベアリング・ハウジング、ケーシング壁などの静止部品と断続的または連続的に接触する状態。この接触は摩擦力を発生させ、局部的に強い熱を発生させ、非常に特徴的な振動を引き起こす。 振動 振動が擦れを引き起こし、擦れが熱を発生させ、その熱がシャフトに熱的な曲がりを生じさせる サーマルボウ 重い振動はより激しい摩擦（ラブ）を引き起こす。この熱と機械のスパイラルは、ひとたび定着すれば数分でマシンを破壊してしまう。
1.ローターラブの種類
擦過傷は通常、ローター表面のどれだけの部分がどれだけの時間接触しているかによって分類される。軽い接触から重い接触への進行は、エスカレートする危険を追跡する：
- 軽い摩擦（断続的な接触）： たわみサイクルのピークで、短時間に、時折接触し、しばしば特定の速度や負荷条件でのみ発生する。不規則で断続的な振動スパイクが発生し、一般的にはシールやラビリンスのクリアランスで発生する。ごく短時間であれば許容されますが、常に是正が必要な問題のシグナルとなります。.
- 部分的な摩擦（連続的な軽い接触）： ローターが静止面を連続的に、しかし軽い摩擦で擦ることで、回転を維持しながら持続的な同期振動、熱、摩耗粉を発生させる 同期していない または同期振動、熱、摩耗粉。放っておくと重擦れに進行する傾向がある。.
- 激しい摩擦（完全な環状接触）： ローターがステーターの大部分または全周に渡って接触し、非常に高い摩擦力、数分間で数百度の急激な温度上昇、激しく、しばしばカオス的な振動が発生する。ローターの焼き付きや壊滅的な故障につながる可能性があり、即時の緊急停止が要求される。.
2.一般的な摩擦の場所
擦れはクリアランスが最も狭い場所に集中する。通常の場所は以下の通り：
- ラビリンスシール： 意図的にクリアランスを厳しくしているため、シールの擦れは最も一般的なものである。.
- リテーナ（キャッチャー）ベアリング： 過酷な状況下でシャフトを受け止めるように設計された緊急用ベアリング。.
- バランス・ピストン・シール： 多段コンプレッサーとポンプに見られる。.
- ステージ間ダイヤフラム： タービンの.
- ベアリング・ハウジング シャフトがベアリング・キャップに接触するような重度の場合。.
- シャフトスリーブ： シール箇所に装着された保護スリーブ。.
3.ローター摩擦の原因
シャフトの動きが大きくなったり、クリアランスが小さくなったりすると、摩擦が発生する可能性がある。.
過度の振動
厳しい アンバランス 大きなシャフトのたわみを引き起こす、, ずれ 余分なシャフトモーションを駆動する。 臨界速度 共振増幅と ローターの不安定性 オイルホイップやスチームワールプのようなものはすべて、ローターを静止した周囲に押し込む。
クリアランス不足
ラジアルクリアランスが不十分なままの不適切な組み立て、ウォームアップ中にクリアランスを閉じる熱成長、, ベアリング摩耗 シャフトの過度な動きや、固定部品をローターに近づけるような基礎の沈下は、すべて一般的な原因です。.
一時的なイベント
始動時または始動後に臨界速度を通過する。 コーストダウン, シャフトをたわませるような急激な負荷変動、トリップイベントや緊急停止、オーバースピード状態は、それぞれ瞬間的または持続的な摩擦を引き起こす可能性がある。.
4.ローター摩擦の振動サイン
摩擦力は非常に非線形であるため、摩擦は振動解析において最もわかりやすく、そして最もカオス的な兆候を生み出す。.
特徴的なパターン
- サブ同期コンポーネント： 接触中の後方旋回（バックワードワール）によって発生する1×以下の周波数（一般的には1/2×、1/3×、1/4×）。
- 複数の倍音： 1倍、2倍、3倍、4倍、そしてそれ以上と、摩擦力の非直線的でクリップされた性質によって生み出される。 倍調波成分の多い スペクトルのことである。.
- 予測不能な行動： 突然の予測不可能な変化 振幅 また周波数も変化する。
- 広帯域ノイズ： 摩擦や微小衝撃によるランダムな高周波成分。.
- 位相不安定： その 位相角 安定するどころか、不規則にさまよう。.
スペクトルおよび軌道特性
について スペクトラム 分数オーダーと整数オーダーに多数のピークがあり、ノイズフロアが高くなっている。 滝プロット は、現れたり消えたりする周波数成分を明らかにする。それは シャフト軌道 不規則で歪んだ形状になり、接触した部分に鋭い角や平坦な斑点ができ、擦過の度合いに応じて形状が変化し、擦過の軌道指紋である逆（後方）歳差運動成分を頻繁に示す。.
5.結果と損害
摩擦によるダメージは、回復可能な摩耗から完全な破壊まで、段階的に進行する。.
即効性
- 摩擦加熱： 接触は局所的に強い熱を発生させ、摩擦点では300～600℃の可能性がある。.
- サーマル・ボウ： 左右非対称の加熱はシャフトを曲げ、摩擦の激しさを増し、フィードバック・スパイラルの核となる。.
- 摩耗と破片： シャフトとステーターの両方から材料が除去され、その結果生じた粒子がベアリングやシールを汚染する。.
二次的損害および壊滅的損害
- シールの破壊： ラビリンスの歯が摩耗または破損し、密閉性が損なわれる。.
- 軸受の過負荷： 摩擦力はベアリングに負荷と熱を加える。.
- 恒久的なシャフトの反り： 激しい加熱によって塑性変形が発生し、シャットダウンまで持ちこたえることができる。.
- シャフトの傷、固着、破断： シャフトにすり込まれた溝、激しい摩擦による完全なロックアップ、熱影響部での亀裂の発生。 シャフトクラック そして失敗。.
- ローター落下と火災の危険： 過熱によるベアリングの故障は、ローターをリテーナー・ベアリングやケーシングに落下させ、高温の破片や火花は可燃物を発火させる可能性がある。.
6.検出、診断、現場測定
ラブを早期に発見するには、振動データとマシンの物理的状態の両方を観察する必要があります。.
振動解析指標
- 複数の同期していないコンポーネントの突然の出現
- 不規則で再現性のない振動パターン。.
- 全体的な振動レベルの急激な上昇。.
- 速度変更直後に変化する振動。.
- シャープな特徴を持つ珍しい軌道パターン。.
物的証拠
- ベアリングハウジング内の金属粉または粒子。.
- 露出したシャフト表面に目に見える摩耗跡や傷がある
- シール部品の損傷または摩耗。.
- ベアリングの温度上昇。.
- 擦過音や研磨音が聞こえる。.
こすり信号は非常に速く変化するため、現場での実際的な課題は、完全な、高調波成分に富むスペクトル、変化する全体レベル、および稼働中の機械のシャフト軌道を捕捉することである。Balansetのようなポータブル2チャンネル測定器は、こうした課題の解決に役立つ。 バランセット-1A エンジニアは、制御された運転中にベアリングの振幅、位相、および高調波スペクトルを測定することができます。これは、発生しつつある摩擦を単純なアンバランスから分離するのに役立ち、分析者は接触がラン・オン・ランで悪化しているかどうかを知ることができます。.
7.緊急事態への対応、予防、保護
摩擦は緊急事態であり、その重大性に見合った対応が求められる：
- 重症度を評価する： 軽い擦れであれば、制御されたシャットダウンが可能であるが、重い擦れであれば、即座の緊急停止が必要である。.
- スピードを落とす： 安全であれば、振動を見ながらゆっくりと速度を下げてください。.
- 温度を監視する： ベアリングの温度上昇は、状態の悪化を示す。.
- シャットダウン 振動が上昇し続けたり、温度が急激に上昇した場合は、マシンを停止してください。.
- リスタートしないでください： クリアランスが確認され、ラブの位置が特定されるまで待つ。
- イベントを記録する： 分析用に振動データ、温度、速度を記録する。
予防には3つの側面がある。 デザイン擦れる可能性のあるすべての部位に適切なラジアルクリアランスを設け、熱膨張を考慮し、軽い擦れによる損傷を抑えるためにシールに耐摩耗性コーティングを施し、過酷な状況下でのたわみを抑えるためにリテーナーベアリングを装着する。 操作方法, 良い状態を維持する バランス そして正確 シャフトアライメント たわみを最小にするために、適切なウォームアップ手順に従って熱膨張を管理し、臨界速度での運転を避ける。 監視と保護によってラブしきい値を下回るように振動アラームを設定し、ベアリングとシールの温度に注意する。 近接プローブ シャフトの位置とクリアランスを追跡し、過大な振動が発生した場合に自動シャットダウンを行います。タービンやコンプレッサーのような高速でクリアランスの狭い機器を安全に運転するためには、振動の原因を理解し、その特徴的な兆候を認識し、適切な保護を組み込むことが不可欠です。
