回転機械における摩擦の理解
こすれ とは、機械の回転部品と固定部品の間の摩擦接触と相対的な摺動運動のことである。この用語は、次のような連続的な摩擦の側面を強調している。 ローターとステーターの接触, 擦過は、軽い断続的な接触や単発の衝撃とは区別される。摩擦は摩擦力を発生させ、摩擦作業によって大きな熱を放出する。 振動 後方旋回が支配的なシグネチャー、 同期していない 部品と熱の影響。数分以内に故障に発展する可能性があるため、回転機械が起こしうる故障の中で最も危険なものの一つである。
「摩擦」と「ローター摩擦」はしばしば同じ意味で使われる。実際のところ、摩擦は摩擦や熱的な面を強調する傾向があり、ローターラブは軽い摩擦から強い衝撃まで、あらゆる接触形態をカバーする、より広い包括的なものである。
1.摩擦のメカニズム
クーロン摩擦モデル
摩擦は乾性（クーロン）摩擦の原理に従う：
- 摩擦力： F = μ × N、ここで、μは摩擦係数、Nは表面を押し付ける法線力である。
- 方向： 摩擦力は常に接触面間の相対運動に対抗する。
- 典型的な係数： スチール対スチール μ≈ 0.3–0.5；スチール対シール材 μ≈ 0.2–0.4。
- 発熱： 基本的に、摩擦の仕事はすべて接点で熱に変換される。
接線力と法線力
接触中、ローターには2つの力成分が作用する：
- 法線力： 摩擦点でローターに半径方向内側に作用する。
- 摩擦力： 接線方向に作用し、回転に対抗する。
- 結果として生じる力： この組み合わせは、ローターを減速させ、回転方向とは逆に後方へたわませる傾向がある。
- トルクの増加： 摩擦はパワーを散逸させ、機械が供給しなければならない駆動トルクを上げる。
2.特徴的な振動パターン
後方旋回
揉み合い（ラビング）の最大の特徴は、後方（逆方向）旋回である。 旋回:
- 摩擦力は接線成分を作り出し、軌道運動を後方へと駆り立てる。
- シャフト 軌道 は、シャフトの回転方向と反対の方向に軌跡を描く。
- 渦の周波数は、通常サブシンクロナス（1×回転速度未満）である。
- 一般的な周波数は分数次数で現れる：0.5×、0.33×、0.25×。
- 軌道の形は不規則であったり、目に見えて歪んでいることが多い。.
スペクトル特性
- サブシンクロナス・ピーク： 1×以下に複数のピークが現れ、しばしば分数次高調波として発生する。
- 同期コンポーネント： 1× 同期 摩擦力が加わることでピークが上昇することもある。
- より高い倍音： 2×, 3×, 4× 倍音 断続的な摩擦の非線形性から生じる。
- 広帯域ノイズ： 全体のノイズフロア スペクトラム 上昇する。
- 不安定なスペクトル： ピークが現れたり消えたりし、測定ごとに周波数がシフトすることもある。
時間波形の特徴
- 接触が始まるたびに、インパルス状のイベントやスパイクが発生し、次の項目で確認できる。 時間波形.
- ステーターが物理的に移動を制限する箇所での、ピークたわみにおけるクリッピングまたはフラットニング。
- 不規則で、正弦波状でない全体的な波形。
- 複数の周波数が共存することで生まれるうなり（ビート）パターン。
3.摩擦の熱効果
発熱
摩擦は機械的エネルギーを直接熱に変える：
- レート： 消費電力は、摩擦力×すべり速度に等しい。
- 大きさ: 軽度のラビングでは10～100ワット、重度のラビングでは数キロワットの熱が放出されることがある。
- 集中： その熱は非常に小さな接触面積に捨てられる。.
- 温度上昇： ひどい場合には500℃を超えることもある。.
サーマルボウの開発
摩擦の危険性は、熱と振動のフィードバックループにある：
- 最初の摩擦でシャフトの片側に熱がこもる。.
- 非対称加熱は、シャフトを次のように曲げる。 サーマルボウ.
- サーマルボウはシャフトのたわみを大きくする。.
- たわみが大きければ大きいほど、激しい摩擦が発生する。.
- ラビングが進むほど、さらに熱が発生する。
- この正のフィードバックは、急速な暴走につながる可能性がある。.
このループの一つひとつが次のループを深めていくため、ラビングは次のような形態とみなされる。 自励振動 へのルートがある。 ローターの不安定性.
二次的な熱影響
- ベアリング加熱： 熱はシャフトに沿ってベアリングに伝導する。.
- 油の劣化： 過度の温度は潤滑油を分解する。.
- 材質の変化： 熱影響部における相変態または冶金学的変化
- 熱ストレス： は、熱応力領域でクラックを発生させる可能性がある。.
4.現場での擦過の検出
振動監視
- サブシンクロナス・アラーム： 0.3-0.5倍の走行速度でピークに警告を発する。.
- 軌道監視： 自動軌道解析が後方旋回の出現を示す。.
- スペクトルの変化： アルゴリズムは、複数の高調波の突然の到来を検出する。.
- 波形クリッピング： 接触によって生じる非正弦波歪みの検出。.
これらのパターンを認識することこそ、ポータブル分析計の目的です。運転速度で機械の軸受内で作業する場合、以下のような2チャンネルの分析計が必要です。 バランセット-1A 技術者は、時間波形と1×振幅と位相をキャプチャすることで、ルブを示すインパルシブ・クリッピングと分数次エネルギーを見ることができ、残留アンバランスかどうかをチェックすることができる。 ずれ は、分解点検の前に根本原因であるかどうかを見極める。
温度監視
- 支持 温度センサー 急上昇アラーム付き。.
- 露出シャフト部の赤外線温度監視
- 温度差監視 - ベアリングの上部と下部。.
- 変化率アラーム、例えば毎分5℃以上。.
追加指標
- トルクの増加： 摩擦がドライブに負荷をかけると、消費電力が上昇する。.
- 速度変動： 摩擦トルクの変化による小さな速度変動。.
- 音響放出： コンタクトから発せられる高周波音は、次のように検知できる。 アコースティックエミッション センサー。
- 目視検査: 摩耗くず、変色、目に見える傷。.
5.擦過傷への対応
即時の行動
- 重症度を下げる： 安全であれば、速度や負荷を下げてください。.
- 注意深く監視すること： 振動と温度に常に注意すること。.
- シャットダウンに備える 急を要する シャットダウン 準備はできている。.
- 緊急停止： 振動や温度が上昇している場合は、マシンをトリップさせてください。.
- クールダウンを許可する： 検査前に回転ギア（ターニングギア）を作動させるか、自然冷却させ、サーマルボウを緩和させる。
調査
- 接触の物理的証拠がないか検査する。
- 擦れが疑われる箇所のクリアランスを測定する。
- サーマルボウ（熱変形）や永久変形がないか確認する シャフトボウ.
- 過度の振動、クリアランス不足など、根本的な原因を特定する。
是正措置
- クリアランスを増やす： 損傷箇所を機械加工で除去するか、部品を交換する。
- 根本原因に対処する： ローターのバランスをとる、アライメントを修正し、接触を許していたベアリングの問題を解決する。
- 損傷した部品を交換する： 必要に応じて、シール、ベアリング部品、シャフト部分を交換する。
- クリアランスを確認する： 再始動する前に、すべての場所で十分なクリアランスがあることを確認する。
擦過（ラビング）は、回転機械における最も深刻な振動関連故障の一つです。熱フィードバックによって急速にエスカレートする特性があるため、迅速な認識、迅速かつ規律ある対応、そして徹底的な修正が求められます。なぜなら、重要な設備においては、それを怠れば致命的な故障につながりかねないからです。
