Zrozumienie tarcia wirnika w maszynach obrotowych
Definicja: Czym jest otarcie wirnika?
Tarcie wirnika (nazywane również tarciem lub kontaktem wirnik-stojan) to stan, w którym obracające się elementy maszyny stykają się okresowo lub stale z częściami nieruchomymi, takimi jak uszczelnienia, obudowy łożysk lub ścianki obudowy. Ten kontakt wytwarza siły tarcia, generuje ciepło i powoduje charakterystyczne wibracja wzorce, które mogą szybko eskalować do katastrofalnej awarii, jeśli nie zostaną natychmiast rozwiązane.
Tarcie wirnika jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ kontakt może stworzyć dodatnią pętlę sprzężenia zwrotnego: drgania powodują tarcie, tarcie generuje ciepło, ciepło powoduje łuk termiczny, łuk termiczny zwiększa wibracje, co powoduje silniejsze tarcie. Ta spirala może zniszczyć maszynę w ciągu kilku minut, jeśli nie zostanie zatrzymana.
Rodzaje otarć wirnika
1. Lekkie tarcie (kontakt przerywany)
- Krótki, sporadyczny kontakt podczas cykli szczytowego odchylenia
- Może wystąpić tylko przy określonych prędkościach lub warunkach pracy
- Powoduje nieregularne, przerywane skoki wibracji
- Często w miejscach uszczelnień lub prześwitów labiryntowych
- Można tolerować krótko, ale wskazuje to na problem wymagający korekty
2. Częściowe tarcie (ciągły lekki kontakt)
- Ciągły kontakt, ale z niewielką siłą tarcia
- Wirnik utrzymuje obrót podczas skrobania nieruchomej powierzchni
- Generuje ciągłe drgania subsynchroniczne lub synchroniczne
- Wytwarza ciepło i zanieczyszczenia
- Jeśli nie zostanie to skorygowane, może dojść do silnego tarcia
3. Silne tarcie (pełny kontakt pierścieniowy)
- Wirnik styka się ze stojanem na całym obwodzie lub na dużej jego części
- Bardzo duże siły tarcia
- Szybki wzrost temperatury (setki stopni w ciągu minut)
- Silne wibracje, często chaotyczne
- Może prowadzić do zatarcia wirnika lub poważnej awarii
- Wymaga natychmiastowego wyłączenia awaryjnego
Typowe miejsca otarć
- Pieczęcie Labiryntu: Małe luzy powodują częste ocieranie się uszczelek
- Łożyska ustalające: Łożyska awaryjne zaprojektowane do łapania wału podczas gwałtownych zdarzeń
- Uszczelki tłoka wyrównoważającego: W sprężarkach wielostopniowych i pompach
- Przepony międzystopniowe: W turbinach
- Obudowa łożyska: Ciężkie przypadki, w których wał styka się z pokrywą łożyska
- Tuleje wału: Rękawy ochronne w miejscach uszczelnień
Przyczyny tarcia wirnika
Nadmierne wibracje
- Ciężki : silny brak równowagi powodując duże ugięcie wału
- Niewspółosiowość tworzenie ruchu wału
- Działa w prędkość krytyczna ze wzmocnieniem rezonansowym
- Niestabilność wirnika (bicz olejowy, wir parowy)
Niewystarczający prześwit
- Nieprawidłowy montaż powodujący niewystarczający luz promieniowy
- Rozszerzalność cieplna zmniejszająca luzy podczas rozgrzewania
- Zużycie łożysk powodujące nadmierny ruch wału
- Osiadanie fundamentów powodujące zbliżanie się nieruchomych części do wirnika
Zdarzenia przejściowe
- Przekroczenie prędkości krytycznej podczas rozruchu/wybiegu
- Zmiany obciążenia powodujące nagłe ugięcie wału
- Wydarzenia związane z podróżą lub zatrzymaniem awaryjnym
- Warunki przekroczenia prędkości
Sygnatury wibracji tarcia wirnika
Charakterystyczne wzory
- Komponenty podsynchroniczne: Częstotliwości poniżej 1× (często 1/2×, 1/3×, 1/4×) z powodu wirowania wstecznego podczas pocierania
- Wiele harmonicznych: 1×, 2×, 3×, 4× ze względu na nieliniowe siły tarcia
- Nieregularne zachowanie: Nagłe zmiany w amplituda i częstotliwość
- Szum szerokopasmowy: Losowe, wysokoczęstotliwościowe składowe pochodzące z tarcia i uderzeń
- Niestabilność fazy: Kąty fazowe zmieniać się nieregularnie
Charakterystyka widmowa
- Liczne szczyty o rzędach ułamkowych i wielokrotnych
- Wysoki poziom hałasu spowodowany przypadkowymi uderzeniami
- Widmo zmienia się szybko i nieprzewidywalnie
- Działki wodospadowe pokaż składniki częstotliwości, które pojawiają się i znikają
Analiza orbity
Orbita wału Wzory powstające podczas pocierania są bardzo charakterystyczne:
- Nieregularne, zniekształcone kształty orbit
- Ostre narożniki lub płaskie miejsca, w których dochodzi do kontaktu
- Kształt orbity zmienia się w zależności od intensywności tarcia
- Często pokazuje odwrotne (wsteczne) składowe precesji
Konsekwencje i szkody
Natychmiastowe efekty
- Ogrzewanie tarciowe: Kontakt generuje intensywne lokalne ciepło (możliwe 300-600°C)
- Łuk termiczny: Asymetryczne nagrzewanie powoduje wyginanie się wału, zwiększając intensywność tarcia
- Nosić: Materiał usunięty z powierzchni wału i stojana
- Generowanie zanieczyszczeń: Cząsteczki zużycia zanieczyszczają łożyska i uszczelnienia
Uszkodzenia wtórne
- Zniszczenie pieczęci: Zęby uszczelki labiryntowej starte lub złamane
- Przeciążenie łożyska: Zwiększone obciążenia i nagrzewanie spowodowane siłami tarcia
- Stały łuk wału: Silne nagrzewanie może powodować odkształcenia plastyczne
- Nacięcia na wałku: Rowki zużyte na powierzchni wału
Katastrofalne awarie
- Zatarcie wału: Całkowite zablokowanie od mocnego tarcia
- Złamanie trzonu: Strefa wpływu ciepła powoduje inicjację pęknięć
- Spadek wirnika: Uszkodzenie łożyska spowodowane przegrzaniem powoduje opadnięcie wirnika na łożyska oporowe lub obudowę
- Zagrożenie pożarowe: Gorące odłamki lub iskry mogą zapalić materiały łatwopalne
Wykrywanie i diagnostyka
Wskaźniki analizy drgań
- Nagłe pojawienie się wielu podsynchronicznych komponentów
- Nieregularne, niepowtarzalne wzorce wibracji
- Gwałtowny wzrost ogólnego poziomu wibracji
- Zmiany wibracji bezpośrednio po zmianie prędkości
- Niezwykłe wzory orbit o ostrych cechach
Dowody rzeczowe
- Pył lub cząstki metalu w obudowach łożysk
- Widoczne ślady zużycia lub zadrapania na odsłoniętych powierzchniach wału
- Uszkodzone lub zużyte elementy uszczelnienia
- Wzrost temperatury łożyska
- Słyszalne odgłosy skrobania lub mielenia
Reagowanie awaryjne
Jeżeli podejrzewa się ocieranie wirnika podczas pracy:
- Oceń powagę: Lekkie tarcie może umożliwić kontrolowane wyłączenie, silne tarcie wymaga natychmiastowego zatrzymania awaryjnego
- Zmniejsz prędkość: Jeśli to możliwe, powoli zmniejszaj prędkość, monitorując jednocześnie drgania
- Monitoruj temperatury: Rosnące temperatury łożysk wskazują na pogarszający się stan
- Wyłączenie awaryjne: Jeśli drgania nadal rosną lub temperatura szybko rośnie
- Nie uruchamiaj ponownie: Do czasu sprawdzenia prześwitów i określenia miejsca tarcia
- Wydarzenie dokumentu: Rejestruj dane dotyczące drgań, temperatur i prędkości do analizy
Zapobieganie i łagodzenie
Środki projektowe
- Odpowiednie luzy promieniowe we wszystkich potencjalnych miejscach ocierania
- Uwzględnij rozszerzalność cieplną podczas projektowania prześwitu
- W miejscach uszczelnień należy stosować powłoki ścieralne, aby zminimalizować uszkodzenia spowodowane lekkimi otarciami.
- Zamontuj łożyska ustalające, aby ograniczyć ugięcie podczas poważnych zdarzeń
Środki operacyjne
- Utrzymuj dobry balansować aby zminimalizować ugięcie wału
- Zapewnij precyzyjne wyrównanie
- Stosuj odpowiednie procedury rozgrzewania, aby kontrolować wzrost temperatury
- Unikaj pracy przy prędkościach krytycznych
- Ciągły monitoring drgań na krytycznym sprzęcie
Monitorowanie i ochrona
- Zainstaluj alarmy wibracyjne ustawione poniżej progu tarcia
- Monitoruj temperaturę łożysk i uszczelnień
- Użyj sond zbliżeniowych do śledzenia położenia wału i luzów
- Wprowadź automatyczne wyłączanie w przypadku nadmiernych wibracji
Ocieranie wirnika to stan awaryjny wymagający natychmiastowej interwencji. Zrozumienie jego przyczyn, rozpoznanie charakterystycznych cech drgań oraz wdrożenie odpowiednich środków zapobiegawczych i ochronnych jest niezbędne dla bezpiecznej eksploatacji maszyn wirujących, szczególnie w urządzeniach szybkoobrotowych lub pracujących w wąskich przestrzeniach, takich jak turbiny i sprężarki.
Kategorie:
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 