Inzicht in wrijving in roterende machines
Definitie: Wat is wrijven?
Wrijven is het wrijvingscontact en de relatieve glijbeweging tussen roterende en stationaire componenten in machines. Deze term benadrukt het continue wrijvingsaspect van rotor-statorcontact, waardoor het zich onderscheidt van licht, intermitterend contact of stoten. Wrijving genereert wrijvingskrachten, produceert aanzienlijke warmte door wrijvingswerk en creëert onderscheidende trillingen patronen die gekenmerkt worden door achterwaartse werveling, subsynchrone componenten en thermische effecten.
De term "wrijven" wordt vaak door elkaar gebruikt met "rotorwrijven", hoewel wrijven soms de nadruk legt op de wrijving en thermische aspecten van het contact, terwijl rotorwrijven alle vormen van contact kan omvatten, inclusief licht schrapen of stoten.
Wrijvingsmechanica van wrijving
Coulomb-wrijvingsmodel
Wrijven gebeurt volgens de principes van droge wrijving (Coulomb-wrijving):
- Wrijvingskracht: F = µ × N, waarbij µ de wrijvingscoëfficiënt is en N de normaalkracht
- Richting: Werkt altijd tegen relatieve beweging tussen oppervlakken
- Typische coëfficiënten: Staal op staal µ ≈ 0,3-0,5; staal op afdichtingsmateriaal µ ≈ 0,2-0,4
- Warmtegeneratie: Alle wrijvingsarbeid wordt omgezet in warmte
Tangentiële en normaalkrachten
Tijdens het wrijven:
- Normaalkracht: Duwt radiaal naar binnen op de rotor
- Wrijvingskracht: Werkt tangentieel, tegen de rotatie in
- Resulterende kracht: Combinatie heeft de neiging de rotor te vertragen en naar achteren te laten afbuigen
- Koppelverhoging: Wrijving zorgt voor vermogensverlies, waardoor de benodigde aandrijfkracht toeneemt
Karakteristieke trillingspatronen
Achterwaartse draai
Het meest kenmerkende kenmerk van wrijving is de achterwaartse (omgekeerde) draaiing:
- Wrijvingskracht creëert een tangentiële component die de achterwaartse baanbeweging aandrijft
- Schacht baan draait tegengesteld aan de draairichting van de as
- Frequentie doorgaans subsynchroon (minder dan 1× snelheid)
- Algemene frequenties: 0,5×, 0,33×, 0,25× (fractionele ordes)
- De vorm van de oogkas is vaak onregelmatig of vervormd
Spectrumkenmerken
- Subsynchrone pieken: Meerdere pieken onder 1×, vaak bij fractionele harmonischen
- Synchrone component: 1× kan toenemen door wrijvingskrachten
- Hogere harmonischen: 2×, 3×, 4× door niet-lineaire wrijving
- Breedbandruis: Verhoogde ruisvloer over het hele spectrum
- Instabiel spectrum: Pieken verschijnen, verdwijnen of verschuiven van frequentie
Functies van tijdgolfvormen
- Impulsieve gebeurtenissen of pieken wanneer contact wordt geïnitieerd
- Afknippen of afvlakken bij piekafbuigingen
- Onregelmatige, niet-sinusvormige golfvorm
- Beatpatronen van meerdere frequenties aanwezig
Thermische effecten van wrijven
Warmteopwekking
Wrijving zet mechanische energie om in warmte:
- Tarief: Afgegeven vermogen = wrijvingskracht × glijsnelheid
- Grootte: Lichte wrijving: 10-100 watt; zware wrijving: kilowatt
- Concentratie: Hitte geconcentreerd op een klein contactoppervlak
- Temperatuurstijging: In ernstige gevallen kunnen de lokale temperaturen boven de 500°C uitkomen
Thermische boogontwikkeling
De warmte-vibratie-terugkoppelingslus:
- Door de eerste wrijving ontstaat hitte aan één kant van de schacht
- Asymmetrische verwarming creëert thermische boog
- Thermische boog verhoogt de afbuiging van de schacht
- Een grotere afbuiging veroorzaakt ernstiger wrijving
- Meer wrijving genereert meer warmte
- Positieve feedback kan leiden tot snel falen
Secundaire thermische effecten
- Lagerverwarming: Warmtegeleiding via de as naar de lagers
- Oliedegradatie: Te hoge temperaturen breken smeermiddel af
- Materiële wijzigingen: Fasetransformaties of metallurgische veranderingen in door warmte beïnvloede zones
- Thermische spanning: Kan scheuren veroorzaken in thermisch belaste gebieden
Detectiemethoden
Trillingsbewaking
- Subsynchrone alarmen: Waarschuwing bij pieken bij 0,3-0,5× loopsnelheid
- Baanbewaking: Geautomatiseerde baananalyse voor het detecteren van achterwaartse wervelingen
- Spectrale veranderingen: Algoritmen die het plotseling verschijnen van meerdere harmonischen detecteren
- Golfvormclipping: Detectie van niet-sinusvormige vervorming
Temperatuurbewaking
- Lagertemperatuursensoren met snel stijgende alarmen
- Infrarood temperatuurbewaking van blootgestelde schachtsecties
- Temperatuurverschilbewaking (boven- versus onderlager)
- Alarmen voor veranderingssnelheid (bijv. > 5°C/minuut)
Aanvullende indicatoren
- Koppelverhoging: Het stroomverbruik stijgt door wrijving
- Snelheidsschommelingen: Kleine snelheidsvariaties door variërend wrijvingskoppel
- Akoestische emissie: Hoogfrequent geluid bij contact
- Visuele inspectie: Slijtage, verkleuring, zichtbare schade
Reactieacties
Onmiddellijke acties
- Verminder de ernst: Verminder de snelheid of de belasting als dit veilig is.
- Houd nauwlettend in de gaten: Continue observatie van trillingen en temperatuur
- Voorbereiden op afsluiting: Zorg voor een noodstop
- Noodstop: Als de trillingen of de temperatuur toenemen
- Afkoeling toestaan: Bedien het draaiende tandwiel of laat natuurlijke koeling toe vóór de inspectie
Onderzoek
- Inspecteer op fysiek bewijs van contact
- Meet de speling op vermoedelijke wrijvingslocaties
- Controleer op thermische boeg of permanente schachtboeg
- Identificeer de oorzaak (overmatige trillingen, onvoldoende speling, enz.)
Corrigerende maatregelen
- Verhoog de speling: Beschadigde plekken uitfrezen of onderdelen vervangen
- Pak de grondoorzaak aan: Rotor balanceren, uitlijning corrigeren, lagerproblemen oplossen
- Vervang beschadigde onderdelen: Afdichtingen, lagercomponenten, asdelen indien nodig
- Controleer de vrijgaven: Controleer of er op alle locaties voldoende vrije ruimte is voordat u opnieuw start
Wrijving is een van de ernstigste trillingsgerelateerde storingen in roterende machines. De kans op snelle escalatie door thermische terugkoppeling vereist onmiddellijke herkenning, snelle reactie en grondige correctie om catastrofale storingen in kritieke apparatuur te voorkomen.
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 