Zrozumienie tarcia w maszynach obrotowych
Definicja: Czym jest pocieranie?
Tarcie to kontakt cierny i względny ruch ślizgowy między obracającymi się i nieruchomymi elementami maszyn. Termin ten podkreśla aspekt ciągłego tarcia. styk wirnika ze stojanem, odróżniając je od lekkiego, przerywanego kontaktu lub uderzeń. Pocieranie generuje siły tarcia, wytwarza znaczną ilość ciepła poprzez pracę tarcia i tworzy charakterystyczne wibracja wzorce charakteryzujące się wirowaniem wstecznym, składowymi podsynchronicznymi i efektami termicznymi.
Termin “tarcie” jest często używany zamiennie z terminem “tarcie wirnika”, choć czasami tarcie podkreśla tarcie i aspekty termiczne kontaktu, podczas gdy tarcie wirnika może obejmować wszystkie formy kontaktu, w tym lekkie skrobanie lub uderzenia.
Mechanika tarcia
Model tarcia Coulomba
Pocieranie odbywa się zgodnie z zasadą tarcia suchego (tarcia Coulomba):
- Siła tarcia: F = µ × N, gdzie µ to współczynnik tarcia, a N to siła normalna
- Kierunek: Zawsze przeciwstawia się ruchowi względnemu między powierzchniami
- Typowe współczynniki: Stal na stali µ ≈ 0,3-0,5; stal na materiale uszczelnienia µ ≈ 0,2-0,4
- Generowanie ciepła: Cała praca tarcia zamieniona na ciepło
Siły styczne i normalne
Podczas pocierania:
- Siła normalna: Naciska promieniowo do wewnątrz wirnika
- Siła tarcia: Działa stycznie, przeciwstawiając się obrotowi
- Siła wypadkowa: Połączenie powoduje spowolnienie wirnika i jego odchylenie do tyłu
- Wzrost momentu obrotowego: Tarcie rozprasza moc, zwiększając zapotrzebowanie na moment obrotowy napędu
Charakterystyczne wzory drgań
Wir wsteczny
Najbardziej charakterystyczną cechą pocierania jest wirowanie wsteczne:
- Siła tarcia tworzy składową styczną, która napędza ruch orbitalny wsteczny
- Wał orbita obraca się w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wału
- Częstotliwość zazwyczaj subsynchroniczna (mniej niż 1× prędkość)
- Typowe częstotliwości: 0,5×, 0,33×, 0,25× (rzędy ułamkowe)
- Kształt orbity jest często nieregularny lub zniekształcony
Charakterystyka widmowa
- Szczyty subsynchroniczne: Wiele szczytów poniżej 1×, często przy harmonicznych ułamkowych
- Komponent synchroniczny: 1× może wzrosnąć w wyniku sił tarcia
- Wyższe harmoniczne: 2×, 3×, 4× z tarcia nieliniowego
- Szum szerokopasmowy: Podwyższony poziom szumu w całym spektrum
- Niestabilne widmo: Szczyty pojawiają się, znikają lub zmieniają częstotliwość
Cechy przebiegu czasowego
- Impulsywne zdarzenia lub impulsy, gdy inicjuje kontakt
- Przycinanie lub spłaszczanie przy szczytowych ugięciach
- Nieregularny, niesinusoidalny kształt fali
- Wzory rytmu z wielu obecnych częstotliwości
Efekty termiczne tarcia
Generowanie ciepła
Tarcie zamienia energię mechaniczną na ciepło:
- Wskaźnik: Moc rozproszona = Siła tarcia × Prędkość poślizgu
- Ogrom: Lekkie tarcie: 10-100 watów; silne tarcie: kilowaty
- Stężenie: Ciepło skoncentrowane na małej powierzchni styku
- Wzrost temperatury: W ciężkich przypadkach lokalne temperatury mogą przekroczyć 500°C
Rozwój łuku termicznego
Pętla sprzężenia zwrotnego drgań i ciepła:
- Początkowe tarcie generuje ciepło po jednej stronie wału
- Ogrzewanie asymetryczne tworzy łuk termiczny
- Łuk termiczny zwiększa ugięcie wału
- Większe ugięcie powoduje silniejsze tarcie
- Więcej tarcia generuje więcej ciepła
- Pozytywne sprzężenie zwrotne może prowadzić do szybkiej awarii
Wtórne efekty termiczne
- Ogrzewanie łożysk: Ciepło przewodzone przez wał do łożysk
- Degradacja oleju: Nadmierne temperatury niszczą smar
- Zmiany materiałowe: Przemiany fazowe lub zmiany metalurgiczne w strefach wpływu ciepła
- Naprężenie cieplne: Może inicjować pęknięcia w obszarach narażonych na naprężenia termiczne
Metody wykrywania
Monitorowanie drgań
- Alarmy subsynchroniczne: Alert przy szczytach przy prędkości biegu 0,3-0,5×
- Monitorowanie orbity: Automatyczna analiza orbity wykrywająca wir wsteczny
- Zmiany widmowe: Algorytmy wykrywające nagłe pojawienie się wielu harmonicznych
- Przycinanie przebiegu: Wykrywanie zniekształceń niesinusoidalnych
Monitorowanie temperatury
- Czujniki temperatury łożysk z alarmami szybkiego wzrostu
- Monitorowanie temperatury odsłoniętych odcinków wału za pomocą podczerwieni
- Monitorowanie różnicy temperatur (łożysko górne i dolne)
- Alarmy dotyczące szybkości zmian (np. > 5°C/minutę)
Dodatkowe wskaźniki
- Wzrost momentu obrotowego: Zużycie energii wzrasta z powodu tarcia
- Wahania prędkości: Małe zmiany prędkości wynikające ze zmiennego momentu tarcia
- Emisja akustyczna: Dźwięk o wysokiej częstotliwości z kontaktu
- Kontrola wizualna: Ślady zużycia, przebarwienia, widoczne uszkodzenia
Działania reagowania
Natychmiastowe działania
- Zmniejszenie powagi: Zmniejsz prędkość lub obciążenie, jeśli jest to bezpieczne
- Monitoruj uważnie: Ciągła obserwacja drgań i temperatury
- Przygotowanie do wyłączenia: Przygotuj awaryjne wyłączenie
- Zatrzymanie awaryjne: W przypadku wzrostu wibracji lub temperatury
- Zezwól na odnowienie: Przed inspekcją należy uruchomić mechanizm obrotowy lub umożliwić naturalne chłodzenie.
Dochodzenie
- Sprawdź, czy nie ma fizycznych śladów kontaktu
- Zmierz odstępy w miejscach, w których podejrzewa się ocieranie
- Sprawdź, czy nie występuje wygięcie termiczne lub trwałe wygięcie wału
- Zidentyfikuj przyczynę źródłową (nadmierne wibracje, niewystarczający prześwit itp.)
Działania korygujące
- Zwiększ prześwit: Wyczyść uszkodzone obszary lub wymień komponenty
- Adres przyczyny głównej: Wyważ wirnik, popraw ustawienie, napraw problemy z łożyskami
- Wymień uszkodzone części: Uszczelki, elementy łożysk, sekcje wału w razie potrzeby
- Sprawdź uprawnienia: Przed ponownym uruchomieniem należy sprawdzić, czy we wszystkich lokalizacjach zachowano odpowiednie odstępy
Ocieranie to jedna z najpoważniejszych usterek związanych z drganiami w maszynach wirujących. Jego potencjał do szybkiej eskalacji poprzez sprzężenie zwrotne termiczne wymaga natychmiastowego rozpoznania, szybkiej reakcji i gruntownej korekty, aby zapobiec katastrofalnym awariom w krytycznych urządzeniach.
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 