Trinties supratimas besisukančiose mašinose
Trina tai trinties sąlytis ir santykinis slydimo judesys tarp besisukančių ir nejudančių mašinos dalių. Šis terminas pabrėžia nuolatinės trinties aspektą rotoriaus ir statoriaus kontaktas, skiriant jį nuo lengvo, nereguliaraus sąlyčio ar pavienių smūgių, kurie taip pat gali pasitaikyti. Trindamasis susidaro trinties jėgos, dėl trinties darbo išsiskiria nemažai šilumos ir susidaro būdingas vibracija parašas, kuriame vyrauja atgalinis suktukas, subsinchroninis komponentai ir terminiai reiškiniai. Tai viena iš pavojingiausių gedimų, kurie gali atsirasti besisukančiame įrenginyje, nes per kelias minutes ji gali peraugti į visišką gedimą.
Terminai „trintis“ ir „rotoriaus trintis“ dažnai vartojami kaip sinonimai. Praktikoje terminas „trintis“ dažniausiai pabrėžia sąlyčio trinties ir šiluminius aspektus, o „rotoriaus trintis“ yra platesnė sąvoka, apimanti visas sąlyčio formas – nuo lengvo braižymo iki stiprių smūgių.
1. Trinties mechanika
Kulono trinties modelis
Trintis atitinka sausojo (Kulono) trinties dėsnius:
- Trinties jėga: F = μ × N, kur μ – trinties koeficientas, o N – normalioji jėga, spaudžianti paviršius vienas prie kito.
- Kryptis: trinties jėga visada veikia priešingai santykiniam judėjimui tarp susiliečiančių paviršių.
- Tipiniai koeficientai: plienas ant plieno μ ≈ 0,3–0,5; plienas ant sandarinimo medžiagos μ ≈ 0,2–0,4.
- Šilumos gamyba: iš esmės visas trinties darbas sąlyčio vietoje paverčiamas šiluma.
Tangentinės ir normaliosios jėgos
Susidūrus, rotoriui veikia dvi jėgos sudedamosios dalys:
- Normalioji jėga: spaudžia rotorių radialiai į vidų trinties taške.
- Trinties jėga: veikia šonine jėga, priešinga sukimuisi.
- Sudėtinė jėga: šis derinys paprastai sulėtina rotorių ir nukreipia jį atgal, priešingai sukimosi krypčiai.
- Sukimo momento padidėjimas: trintis eikvoja energiją, todėl padidėja sukimo momentas, kurį turi užtikrinti mašina.
2. Būdingi vibracijos modeliai
Atgalinis sūkurys
Pagrindinis trynimo bruožas – judėjimas atgal (atvirkštinis) sūkurys:
- Trinties jėga sukuria tangentinę komponentę, kuri verčia orbitinį judėjimą atgal.
- The shaft orbita pėdsakai, priešingi veleno sukimosi krypčiai.
- Sukimosi dažnis paprastai yra mažesnis už sinchroninį – mažesnis nei 1× važiavimo greitis.
- Dažniausiai pasitaikančios dažnių vertės yra trupmeninės: 0,5×, 0,33×, 0,25×.
- Orbitos forma dažnai būna netaisyklinga arba akivaizdžiai iškraipyta.
Spektro charakteristikos
- Pusiau sinchroniniai pikai: kelios smailės, mažesnės nei 1×, dažnai pasikartojančių harmonikų dažniuose.
- Sinchroninis komponentas: the 1× sinchroninis aukščiausias taškas gali pakilti, jei prie jo prisidės trinties jėgos.
- Aukštesnės harmonikos: 2×, 3×, 4× harmonikos atsiranda dėl pertraukiamojo trinties netiesiškumo.
- Plačiajuosčio ryšio triukšmas: pagrindinis triukšmo lygis visame spektras lifts.
- Nestabilus spektras: piko vertės kinta arba jų dažnis skiriasi tarp atskirų matavimų.
Laiko bangos formos ypatybės
- Impulsiniai įvykiai arba srovės šuoliai, atsirandantys kiekvieną kartą, kai užmezgamas ryšys, matomi laiko bangos forma.
- Signalo apkarpymas arba išlyginimas didžiausių amplitudžių taškuose, kur statorius fiziškai riboja judėjimą.
- Nereguliari, nesinusoidinė bendra forma.
- Ritminiai modeliai, susidarantys dėl kelių kartu veikiančių dažnių.
3. Trinties sukeliami terminiai reiškiniai
Šilumos generavimas
Trintis mechaninę energiją tiesiogiai paverčia šiluma:
- Įvertinimas: išskiriamoji galia lygi trinties jėgai, padaugintai iš slydimo greičio.
- Dydis: Lengvai patrinkus gali išsiskirti 10–100 vatų, o stipriai patrinkus – kilovatai.
- Koncentracija: kad šiluma išsiskiria labai mažame sąlyčio plote.
- Temperatūros kilimas: sunkiausiais atvejais vietinė paviršiaus temperatūra gali viršyti 500 °C.
Terminio lanko kūrimas
Trinties pavojus kyla dėl šilumos ir vibracijos grįžtamojo ryšio grandinės:
- Pradinis trinties judesys sukuria šilumą vienoje veleno pusėje.
- Dėl asimetrinio kaitinimo velenas išlinksta į terminis lankas.
- Dėl terminio išlinkio strėlės išlinkis padidėja.
- Didesnis išlinkis sukelia stipresnį trintį.
- Kuo daugiau trinama, tuo daugiau susidaro šilumos.
- Šis teigiamas grįžtamasis ryšys gali sukelti greitą ir nevaldomą gedimą.
Kadangi kiekvienas šio ciklo etapas dar labiau pagilina kitą, trynimas laikomas viena iš savaime sužadinta vibracija ir kelias į visišką rotoriaus nestabilumas.
Antriniai terminiai efektai
- Guolio įkaitinimas: šiluma perduodama išilgai veleno į guolius.
- Naftos skilimas: Per aukšta temperatūra suardo tepalą.
- Esminiai pakeitimai: Faziniai virsmai arba metalurginiai pokyčiai karščio paveiktose zonose
- Šiluminė apkrova: gali sukelti įtrūkimus termiškai apkrautose vietose.
4. Trinties nustatymas lauke
Vibracijos stebėjimas
- Apsauginiai signalai, veikiantys žemesniu dažniu: įspėjimas, kai greitis pasiekia 0,3–0,5 kartus didesnį už bėgimo greitį.
- Orbitos stebėjimas: automatinė orbitos analizė nurodo atgalinio sūkurio atsiradimą.
- Spektriniai pokyčiai: algoritmai aptinka staigų kelių harmonikų atsiradimą.
- Signalo formos apribojimas: nesinusoidinių iškraipymų, kuriuos sukelia kontaktas, nustatymas.
Būtent šių tendencijų nustatymui ir skirtas nešiojamasis analizatorius. Dirbdamas pačios mašinos guoliuose esant darbinio greičio sąlygoms, dviejų kanalų prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A užfiksuoja laiko signalą bei 1× amplitudę ir fazę, todėl technikas gali pastebėti impulsinį signalo apribojimą ir dalinio laipsnio energiją, kurie rodo trintį, o tada patikrinti, ar yra likęs disbalansas arba nesutapimas yra pagrindinis veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti prieš pradedant bet kokį išardymą.
Temperatūros stebėjimas
- Guolis temperatūros jutikliai su greito pakilimo signalais.
- Infraraudonųjų spindulių temperatūros stebėjimas atvirose šachtos sekcijose
- Temperatūrų skirtumo stebėjimas — guolio viršutinė ir apatinė dalys.
- Pokyčio greičio signalai, pavyzdžiui, didesni nei 5 °C per minutę.
Papildomi indikatoriai
- Sukimo momento padidėjimas: energijos suvartojimas didėja, kai pavarai tenka trinties apkrova.
- Greičio svyravimai: nedideli greičio svyravimai, kuriuos lemia kintantis trinties sukimo momentas.
- Akustinė emisija: aukšto dažnio garsas, sklindantis iš sąlyčio vietos, kurį galima aptikti akustinė emisija sensors.
- Vizualinė apžiūra: nusidėvėjimo žymės, spalvos pakitimai ir matomi įbrėžimai.
5. Reagavimas į trintį
Neatidėliotini veiksmai
- Sumažinti sunkumą: sumažinkite greitį arba apkrovą, jei tai daryti saugu.
- Atidžiai stebėkite: nuolat stebėkite vibraciją ir temperatūrą.
- Pasiruoškite išjungimui: atsirasti kritinė situacija išjungimas ready.
- Avarinis stabdymas: Išjunkite įrenginį, jei stiprėja vibracija arba kyla temperatūra.
- Leisti atvėsti: Prieš atliekant patikrinimą, paleiskite sukimo mechanizmą arba palaukite, kol įrenginys atvės natūraliai, kad išlygėtų dėl karščio atsiradęs išlinkimas.
Tyrimas
- Patikrinkite, ar yra fizinių sąlyčio pėdsakų.
- Išmatuokite tarpelius tose vietose, kuriose įtariama, kad gali būti trinties.
- Patikrinkite, ar nėra terminio išlinkimo arba nuolatinio šachtos lankas.
- Nustatykite pagrindinę priežastį – pernelyg didelę vibraciją, nepakankamą tarpą ir pan.
Korekciniai veiksmai
- Padidinkite tarpelius: išpjauti pažeistas vietas arba pakeisti detales.
- Išspręskite pagrindinę priežastį: subalansuoti rotorių, užtikrinti tinkamą išlyginimą, išspręsti guolio problemą, dėl kurios susidūrė detalės.
- Pakeiskite sugadintas dalis: sandarikliai, guolių detalės ir velenų sekcijos, jei reikia.
- Patikrinkite atstumus: Prieš paleidžiant įrenginį iš naujo, kiekvienoje vietoje įsitikinkite, kad yra pakankamas laisvasis tarpas.
Trintis yra viena iš rimčiausių su vibracija susijusių gedimų besisukančiuose mechanizmuose. Kadangi jis gali greitai paaštrėti dėl šiluminio grįžtamojo ryšio, būtina jį nedelsiant pastebėti, imtis greitų ir sistemingų veiksmų bei išsamiai pašalinti – nes priešingu atveju kritinės svarbos įrangoje gali įvykti katastrofiškas gedimas.
