Forståelse av friksjon i roterende maskiner
Definisjon: Hva er rubbing?
Gniding er friksjonskontakten og den relative glidebevegelsen mellom roterende og stasjonære komponenter i maskiner. Dette begrepet understreker det kontinuerlige friksjonsaspektet ved rotor-til-stator-kontakt, noe som skiller det fra lett, periodisk kontakt eller støt. Gnidning genererer friksjonskrefter, produserer betydelig varme gjennom friksjonsarbeid og skaper særegne vibrasjon mønstre karakterisert av bakovervirvel, subsynkrone komponenter og termiske effekter.
Begrepet “gnidning” brukes ofte om hverandre med “rotorgnidning”, selv om gnidning noen ganger vektlegger friksjonen og de termiske aspektene ved kontakten, mens rotorgnidning kan omfatte alle former for kontakt, inkludert lett skraping eller støt.
Friksjonsmekanikk for gnidning
Coulomb-friksjonsmodell
Gniding følger prinsippene for tørrfriksjon (Coulomb-friksjon):
- Friksjonskraft: F = µ × N, hvor µ er friksjonskoeffisienten og N er normalkraften
- Retning: Motsetter alltid relativ bevegelse mellom overflater
- Typiske koeffisienter: Stål på stål µ ≈ 0,3–0,5; stål på tetningsmateriale µ ≈ 0,2–0,4
- Varmeutvikling: Alt friksjonsarbeid omdannes til varme
Tangensielle og normale krefter
Under gnidning:
- Normalkraft: Skyver radielt innover på rotoren
- Friksjonskraft: Virker tangentielt, motsatt rotasjon
- Resulterende kraft: Kombinasjonen har en tendens til å bremse rotoren og avbøye den bakover
- Økning av moment: Friksjon sprer kraft, noe som øker behovet for drivmoment
Karakteristiske vibrasjonsmønstre
Bakovervirvel
Det mest karakteristiske trekket ved gnidning er bakovervirkende (revers) virvel:
- Friksjonskraften skaper en tangentiell komponent som driver bakovergående orbital bevegelse
- Aksel bane roterer motsatt av akselens rotasjonsretning
- Frekvens vanligvis subsynkron (mindre enn 1× hastighet)
- Vanlige frekvenser: 0,5×, 0,33×, 0,25× (brøkordener)
- Baneformen er ofte uregelmessig eller forvrengt
Spektrumkarakteristikker
- Subsynkrone topper: Flere topper under 1×, ofte ved fraksjonelle harmoniske
- Synkron komponent: 1× kan øke fra gnidningskrefter
- Høyere harmoniske: 2×, 3×, 4× fra ikke-lineær friksjon
- Bredbåndsstøy: Forhøyet støygulv over hele spekteret
- Ustabilt spektrum: Topper dukker opp, forsvinner eller endrer frekvens
Tidsbølgeformfunksjoner
- Impulsive hendelser eller topper når kontakten starter
- Klipping eller flating ved toppavbøyninger
- Uregelmessig, ikke-sinusformet bølgeform
- Beat-mønstre fra flere frekvenser er til stede
Termiske effekter av gnidning
Varmeutvikling
Friksjon omdanner mekanisk energi til varme:
- Sats: Effektavgivelse = Friksjonskraft × Glidehastighet
- Størrelsesorden: Lett gnidning: 10–100 watt; kraftig gnidning: kilowatt
- Konsentrasjon: Varmekonsentrert på lite kontaktområde
- Temperaturøkning: Lokale temperaturer kan overstige 500 °C i alvorlige tilfeller
Utvikling av termisk bue
Varme-vibrasjons-tilbakekoblingssløyfen:
- Første gnidning genererer varme på den ene siden av skaftet
- Asymmetrisk oppvarming skaper termisk sløyfe
- Termisk bøyning øker akselavbøyningen
- Økt nedbøyning forårsaker mer kraftig gnissing
- Mer gniing genererer mer varme
- Positiv tilbakemelding kan føre til rask feil
Sekundære termiske effekter
- Lageroppvarming: Varme ledes gjennom akselen til lagrene
- Oljenedbrytning: For høye temperaturer bryter ned smøremiddel
- Vesentlige endringer: Fasetransformasjoner eller metallurgiske endringer i varmepåvirkede soner
- Termisk stress: Kan starte sprekker i termisk belastede områder
Deteksjonsmetoder
Vibrasjonsovervåking
- Subsynkrone alarmer: Varsling ved topper ved 0,3–0,5× kjørehastighet
- Baneovervåking: Automatisert baneanalyse som oppdager bakovervirvel
- Spektrale endringer: Algoritmer som oppdager plutselig forekomst av flere harmoniske
- Bølgeformklipping: Deteksjon av ikke-sinusformet forvrengning
Temperaturovervåking
- Lagertemperatursensorer med hurtigstigningsalarmer
- Infrarød temperaturovervåking av eksponerte sjaktseksjoner
- Temperaturdifferanseovervåking (øvre vs. bunnlager)
- Alarmer for endringshastighet (f.eks. > 5 °C/minutt)
Ytterligere indikatorer
- Økning av moment: Strømforbruket øker på grunn av friksjon
- Hastighetsfluktuasjon: Små hastighetsvariasjoner fra varierende friksjonsmoment
- Akustisk emisjon: Høyfrekvent lyd fra kontakt
- Visuell inspeksjon: Slitasjerester, misfarging, synlige skader
Tiltak for respons
Umiddelbare tiltak
- Reduser alvorlighetsgraden: Reduser hastigheten eller lasten hvis det er trygt
- Overvåk nøye: Kontinuerlig observasjon av vibrasjon og temperatur
- Forbered deg på nedstengning: Ha nødavstengning klar
- Nødstopp: Hvis vibrasjon eller temperatur øker
- Tillat nedkjøling: Betjen dreiemekanismen eller la naturlig avkjøling skje før inspeksjon
Etterforskning
- Undersøk for fysiske tegn på kontakt
- Mål klaringen på mistenkte steder for gnissing
- Sjekk for termisk bue eller permanent akselbue
- Identifiser rotårsaken (overdreven vibrasjon, utilstrekkelig klaring osv.)
Korrigerende tiltak
- Øk klareringer: Maskinér ut skadede områder eller skift ut komponenter
- Adresser rotårsaken: Balanser rotoren, riktig justering, fiks lagerproblemer
- Skift ut skadede deler: Tetninger, lagerkomponenter, akselseksjoner etter behov
- Bekreft klareringer: Bekreft tilstrekkelig klaring på alle steder før omstart
Friksjon er en av de mest alvorlige vibrasjonsrelaterte feilene i roterende maskiner. Potensialet for rask eskalering gjennom termisk tilbakemelding krever umiddelbar gjenkjenning, rask respons og grundig korrigering for å forhindre katastrofale feil i kritisk utstyr.
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 