Pochopenie trenia rotora v rotujúcich strojoch
Definícia: Čo je to trenie rotora?
Trenie rotora (tiež nazývaný trenie alebo kontakt rotora so statorom) je stav, pri ktorom sa rotujúce komponenty stroja prerušovane alebo nepretržite dotýkajú stacionárnych častí, ako sú tesnenia, ložiskové telesá alebo steny skrine. Tento kontakt vytvára trecie sily, generuje teplo a produkuje charakteristický zvuk. vibrácie vzorce, ktoré sa môžu rýchlo vystupňovať do katastrofického zlyhania, ak sa s nimi okamžite nezačne pracovať.
Trenie rotora je obzvlášť nebezpečné, pretože kontakt môže vytvoriť pozitívnu spätnú väzbu: vibrácie spôsobujú trenie, trenie generuje teplo, teplo spôsobuje tepelný luk, Tepelný oblúk zvyšuje vibrácie, ktoré spôsobujú silnejšie trenie. Táto špirála môže zničiť stroj v priebehu niekoľkých minút, ak sa nezastaví.
Typy trenia rotora
1. Ľahké trenie (prerušovaný kontakt)
- Krátky, občasný kontakt počas cyklov maximálnej deformácie
- Môže sa vyskytnúť iba pri určitých rýchlostiach alebo prevádzkových podmienkach
- Vytvára nepravidelné, prerušované vibračné špičky
- Často pri tesneniach alebo labyrintových medzerách
- Dá sa to krátko tolerovať, ale naznačuje to problém vyžadujúci nápravu
2. Čiastočné trenie (nepretržitý ľahký kontakt)
- Nepretržitý kontakt, ale s ľahkou trecou silou
- Rotor si udržiava rotáciu pri zoškrabávaní stacionárneho povrchu
- Generuje nepretržité subsynchrónne alebo synchrónne vibrácie
- Produkuje teplo a opotrebované nečistoty
- Ak sa neopraví, môže dôjsť k silnému treniu
3. Silné trenie (úplný prstencový kontakt)
- Rotor sa dotýka statora po celom obvode alebo po veľkej jeho časti
- Veľmi vysoké trecie sily
- Rýchly nárast teploty (stovky stupňov za minúty)
- Silné vibrácie, často chaotické
- Môže viesť k zaseknutiu rotora alebo katastrofickej poruche
- Vyžaduje okamžité núdzové vypnutie
Bežné miesta pre trenie
- Labyrintové tesnenia: Úzke vôle spôsobujú bežné trenie tesnení
- Upevňovacie ložiská: Núdzové ložiská určené na zachytenie hriadeľa počas závažných udalostí
- Tesnenia vyvažovacích piestov: Vo viacstupňových kompresoroch a čerpadlách
- Medzistupňové membrány: V turbínach
- Puzdro ložiska: Závažné prípady, keď sa hriadeľ dotýka krytu ložiska
- Puzdrá hriadeľa: Ochranné rukávy na miestach tesnení
Príčiny trenia rotora
Nadmerné vibrácie
- Vážne nevyváženosť spôsobuje veľké vychýlenie hriadeľa
- Nesprávne zarovnanie vytváranie pohybu hriadeľa
- Pôsobí v kritická rýchlosť s rezonančným zosilnením
- Nestabilita rotora (olejový šľahač, parný vír)
Nedostatočná svetlá výška
- Nesprávna montáž spôsobujúca nedostatočnú radiálnu vôľu
- Tepelný rast znižuje vôle počas zahrievania
- Opotrebovanie ložiska umožňujúce nadmerný pohyb hriadeľa
- Usadzovanie základov priblížením stacionárnych častí k rotoru
Prechodné udalosti
- Prekročenie kritickej rýchlosti počas rozbehu/dobehu
- Zmeny zaťaženia spôsobujúce náhle vychýlenie hriadeľa
- Udalosti zastavenia alebo núdzové zastavenie
- Podmienky prekročenia rýchlosti
Vibračné charakteristiky trenia rotora
Charakteristické vzorce
- Subsynchrónne komponenty: Frekvencie pod 1× (často 1/2×, 1/3×, 1/4×) z spätného víru počas trenia
- Viaceré harmonické: 1×, 2×, 3×, 4× v dôsledku nelineárnych trecích síl
- Nepravidelné správanie: Náhle zmeny v amplitúda a frekvencia
- Širokopásmový šum: Náhodné, vysokofrekvenčné zložky z trenia a nárazov
- Fázová nestabilita: Fázové uhly meniť sa nepravidelne
Spektrum charakteristiky
- Početné vrcholy pri zlomkových a viacnásobných rádoch
- Vysoká hladina hluku z náhodných nárazov
- Spektrum sa mení rýchlo a nepredvídateľne
- Vodopádové grafy zobrazujú frekvenčné zložky, ktoré sa objavujú a miznú
Analýza obežnej dráhy
Obežná dráha hriadeľa vzory počas trenia sú veľmi charakteristické:
- Nepravidelné, skreslené tvary obežných dráh
- Ostré rohy alebo ploché miesta, kde dochádza ku kontaktu
- Tvar obežnej dráhy sa mení s meniacou sa intenzitou trenia
- Často zobrazuje reverzné (spätné) precesné zložky
Dôsledky a škody
Okamžité účinky
- Trecie vykurovanie: Kontakt vytvára intenzívne lokálne teplo (možno 300 – 600 °C)
- Tepelný luk: Asymetrické zahrievanie spôsobuje ohýbanie hriadeľa, čo zvyšuje intenzitu trenia
- Noste: Materiál odstránený z povrchov hriadeľa a statora
- Tvorba trosiek: Častice opotrebenia kontaminujú ložiská a tesnenia
Sekundárne poškodenie
- Zničenie tesnenia: Zuby labyrintového tesnenia sú opotrebované alebo odlomené
- Preťaženie ložiska: Zvýšené zaťaženie a zahrievanie v dôsledku trecích síl
- Trvalý driek luku: Silné zahrievanie môže spôsobiť plastickú deformáciu
- Bodovanie šachty: Drážky opotrebované na povrchu hriadeľa
Katastrofické zlyhania
- Zaseknutie hriadeľa: Úplné zablokovanie v dôsledku silného trenia
- Zlomenina drieku: Zóna ovplyvnená teplom vytvára iniciáciu trhlín
- Pokles rotora: Porucha ložiska v dôsledku prehriatia umožňuje rotoru spadnúť na zadržiavacie ložiská alebo puzdro
- Nebezpečenstvo požiaru: Horúce úlomky alebo iskry môžu zapáliť horľavé materiály
Detekcia a diagnostika
Indikátory vibračnej analýzy
- Náhly výskyt viacerých subsynchrónnych komponentov
- Nepravidelné, neopakovateľné vibračné vzorce
- Prudké zvýšenie celkovej úrovne vibrácií
- Zmeny vibrácií ihneď po zmene rýchlosti
- Nezvyčajné vzory obežnej dráhy s ostrými prvkami
Fyzické dôkazy
- Kovový prach alebo častice v ložiskových telesách
- Viditeľné stopy opotrebenia alebo ryhy na exponovaných povrchoch hriadeľa
- Poškodené alebo opotrebované tesniace komponenty
- Zvyšuje sa teplota ložiska
- Počuteľné škrabanie alebo brúsenie
Reakcia na núdzové situácie
Ak existuje podozrenie na trenie rotora počas prevádzky:
- Posúdenie závažnosti: Ľahké trenie môže umožniť kontrolované vypnutie; silné trenie vyžaduje okamžité núdzové zastavenie
- Znížiť rýchlosť: Ak je to možné, pomaly znižujte rýchlosť a zároveň sledujte vibrácie
- Monitorovanie teplôt: Rastúca teplota ložísk naznačuje zhoršenie stavu
- Núdzové vypnutie: Ak vibrácie naďalej rastú alebo teploty rýchlo stúpajú
- Nereštartovať: Kým sa neoveria povolenia a neidentifikuje sa miesto oderu
- Udalosť dokumentu: Zaznamenávajte údaje o vibráciách, teplotách a rýchlostiach na účely analýzy
Prevencia a zmierňovanie
Návrhové opatrenia
- Dostatočné radiálne vôle na všetkých potenciálnych miestach trenia
- Zohľadnite tepelný rast pri návrhu vôle
- Na miestach tesnení použite obrusovateľné nátery, aby ste minimalizovali poškodenie ľahkým trením.
- Nainštalujte zádržné ložiská, aby ste obmedzili priehyb počas závažných udalostí
Prevádzkové opatrenia
- Udržiavať si dobré zostatok minimalizovať vychýlenie hriadeľa
- Zabezpečte presné zarovnanie
- Dodržiavajte správne postupy zahrievania, aby ste zvládli tepelný rast
- Vyhnite sa prevádzke pri kritických rýchlostiach
- Neustále monitorujte vibrácie na kritických zariadeniach
Monitorovanie a ochrana
- Nainštalujte vibračné alarmy nastavené pod prahové hodnoty trenia
- Monitorovanie teploty ložísk a tesnení
- Na sledovanie polohy hriadeľa a vôlí použite bezdotykové sondy
- Implementujte automatické vypnutie pri nadmerných vibráciách
Trenie rotora predstavuje núdzový stav vyžadujúci okamžitú pozornosť. Pochopenie jeho príčin, rozpoznanie jeho charakteristických vibračných podpisov a zavedenie vhodných preventívnych a ochranných opatrení sú nevyhnutné pre bezpečnú prevádzku rotačných strojov, najmä vo vysokorýchlostných alebo tesne vzdialených zariadeniach, ako sú turbíny a kompresory.
Kategórie:
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 