Razumevanje trenja rotorja v vrtečih se strojih
Definicija: Kaj je drgnjenje rotorja?
Drgnjenje rotorja (imenovano tudi drgnjenje ali stik med rotorjem in statorjem) je stanje, pri katerem se vrteče se komponente stroja občasno ali neprekinjeno stikajo s stacionarnimi deli, kot so tesnila, ohišja ležajev ali stene ohišja. Ta stik ustvarja sile trenja, toploto in značilne vibracije. vibracije vzorci, ki se lahko hitro stopnjujejo v katastrofalne okvare, če se ne odpravijo takoj.
Drgnjenje rotorja je še posebej nevarno, ker lahko stik ustvari pozitivno povratno zanko: vibracije povzročajo drgnjenje, drgnjenje ustvarja toploto, toplota pa povzroča termični lok, Termični lok poveča vibracije, kar povzroči močnejše drgnjenje. Ta spirala lahko uniči stroj v nekaj minutah, če je ne ustavimo.
Vrste drgnjenja rotorja
1. Rahlo drgnjenje (občasni stik)
- Kratek, občasen stik med cikli največjega odklona
- Lahko se pojavi le pri določenih hitrostih ali delovnih pogojih
- Proizvaja nepravilne, občasne vibracijske sunke
- Pogosto pri tesnilih ali labirintnih odprtinah
- Lahko se kratkotrajno prenaša, vendar kaže na težavo, ki jo je treba odpraviti.
2. Delno drgnjenje (neprekinjen lahek stik)
- Neprekinjen stik, vendar z rahlo silo trenja
- Rotor vzdržuje vrtenje med strganjem mirujoče površine
- Ustvari neprekinjene subsinhrone ali sinhrone vibracije
- Proizvaja toploto in obrabne delce
- Če se ne odpravi, se lahko razvije močno drgnjenje.
3. Močno drgnjenje (poln obročasti stik)
- Rotor se dotika statorja po celotnem ali velikem delu oboda
- Zelo visoke sile trenja
- Hitro zvišanje temperature (za več sto stopinj v minutah)
- Hude vibracije, pogosto kaotične
- Lahko povzroči zatikanje rotorja ali katastrofalno okvaro
- Zahteva takojšnjo zaustavitev v sili
Pogoste lokacije za drgnjenje
- Labirintna tesnila: Zaradi ozkih zračnosti se tesnila pogosto drgnejo
- Zadrževalni ležaji: Zasilni ležaji, zasnovani za zadrževanje gredi med hudimi dogodki
- Tesnila bata za uravnoteženje: V večstopenjskih kompresorjih in črpalkah
- Medstopenjske diafragme: V turbinah
- Ohišje ležaja: Hudi primeri, ko se gred dotika pokrova ležaja
- Puše gredi: Zaščitni ovoji na mestih tesnjenja
Vzroki za drgnjenje rotorja
Prekomerne vibracije
- Huda neravnovesje povzroča velik odklon gredi
- Neusklajenost ustvarjanje gibanja gredi
- Deluje na kritična hitrost z resonančnim ojačanjem
- Nestabilnost rotorja (oljni bič, parni vrtinec)
Nezadostna razdalja
- Nepravilna montaža, ki povzroča neustrezen radialni odmik
- Toplotna rast zmanjšuje razmike med ogrevanjem
- Obraba ležajev, ki omogoča prekomerno gibanje gredi
- posedanje temeljev, ki približuje stacionarne dele rotorju
Prehodni dogodki
- Doseganje kritične hitrosti med zagonom/iztekanjem
- Spremembe obremenitve, ki povzročajo nenaden odklon gredi
- Dogodki potovanja ali zaustavitve v sili
- Pogoji prekoračitve hitrosti
Vibracijski podpisi drgnjenja rotorja
Karakteristični vzorci
- Podsinhrone komponente: Frekvence pod 1× (pogosto 1/2×, 1/3×, 1/4×) zaradi povratnega vrtinčenja med drgnjenjem
- Več harmonikov: 1×, 2×, 3×, 4× zaradi nelinearnih sil trenja
- Neenakomerno vedenje: Nenadne spremembe v amplituda in pogostost
- Širokopasovni šum: Naključne, visokofrekvenčne komponente zaradi trenja in udarcev
- Fazna nestabilnost: Fazni koti neenakomerno spreminjajo
Značilnosti spektra
- Številni vrhovi pri delnih in večkratnih redih
- Visoka raven hrupa zaradi naključnih udarcev
- Spekter se hitro in nepredvidljivo spreminja
- Slapovi prikazujejo frekvenčne komponente, ki se pojavijo in izginejo
Analiza orbite
Orbita gredi vzorci med drgnjenjem so zelo značilni:
- Nepravilne, popačene oblike orbite
- Ostri vogali ali ravne površine, kjer pride do stika
- Oblika orbite se spreminja glede na intenzivnost drgnjenja
- Pogosto prikazuje obratne (nazaj vzvratne) precesijske komponente
Posledice in škoda
Takojšnji učinki
- Trenje segrevanja: Stik ustvarja intenzivno lokalno toploto (možno 300–600 °C)
- Termični lok: Asimetrično segrevanje povzroča upogibanje gredi, kar povečuje intenzivnost drgnjenja
- Nosite: Material, odstranjen s površin gredi in statorja
- Nastajanje odpadkov: Delci obrabe onesnažujejo ležaje in tesnila
Sekundarna škoda
- Uničenje tesnila: Zobje labirintnega tesnila so obrabljeni ali odlomljeni
- Preobremenitev ležaja: Povečane obremenitve in segrevanje zaradi sil trenja
- Trajni lok z gredjo: Močno segrevanje lahko povzroči plastično deformacijo
- Točkovanje gredi: Utori, obrabljeni na površini gredi
Katastrofalne napake
- Zagozditev gredi: Popolna blokada zaradi močnega drgnjenja
- Zlom gredi: Območje, ki ga prizadene toplota, povzroči nastanek razpok
- Padec rotorja: Okvara ležaja zaradi pregrevanja povzroči, da rotor pade na zadrževalne ležaje ali ohišje
- Nevarnost požara: Vroči odpadki ali iskre lahko vžgejo vnetljive materiale
Odkrivanje in diagnoza
Kazalniki za analizo vibracij
- Nenaden pojav več subsinhronih komponent
- Neenakomerni, neponovljivi vzorci vibracij
- Močno povečanje splošne ravni vibracij
- Spremembe vibracij takoj po spremembi hitrosti
- Nenavadni vzorci orbite z ostrimi značilnostmi
Fizični dokazi
- Kovinski prah ali delci v ohišjih ležajev
- Vidne sledi obrabe ali zareze na izpostavljenih površinah gredi
- Poškodovane ali obrabljene komponente tesnila
- Temperatura ležaja se poveča
- Slišni zvoki strganja ali mletja
Odziv v sili
Če med delovanjem sumite na drgnjenje rotorja:
- Ocenite resnost: Rahlo drgnjenje lahko omogoči nadzorovano zaustavitev; močno drgnjenje zahteva takojšnjo zaustavitev v sili
- Zmanjšajte hitrost: Če je mogoče, počasi zmanjšujte hitrost in hkrati spremljajte vibracije
- Spremljajte temperature: Naraščajoče temperature ležajev kažejo na poslabšanje stanja
- Izklop v sili: Če se vibracije še naprej povečujejo ali temperature hitro naraščajo
- Ne zaženi znova: Dokler se ne preverijo dovoljenja in ne ugotovi mesto drgnjenja
- Dogodek dokumenta: Zabeležite podatke o vibracijah, temperaturah in hitrostih za analizo
Preprečevanje in blaženje
Ukrepi za načrtovanje
- Zadostne radialne razdalje na vseh možnih mestih drgnjenja
- Upoštevanje toplotnega rasti pri načrtovanju zračnosti
- Na mestih tesnjenja uporabite abrazivne premaze, da zmanjšate škodo zaradi lahkih drgnjenj
- Namestite zadrževalne ležaje, da omejite upogib med hudimi dogodki
Operativni ukrepi
- Ohranite dobro ravnovesje za zmanjšanje upogiba gredi
- Zagotovite natančno poravnavo
- Za obvladovanje termične rasti sledite ustreznim postopkom ogrevanja
- Izogibajte se delovanju pri kritičnih hitrostih
- Neprekinjeno spremljajte vibracije na kritični opremi
Spremljanje in zaščita
- Namestite vibracijske alarme, nastavljene pod pragom drgnjenja
- Spremljajte temperaturo ležajev in tesnil
- Uporabite bližinske sonde za sledenje položaja gredi in zračnosti
- Izvedite samodejni izklop pri prekomernih vibracijah
Trenje rotorja predstavlja izredno stanje, ki zahteva takojšnjo pozornost. Razumevanje njegovih vzrokov, prepoznavanje njegovih značilnih vibracijskih podpisov in izvajanje ustreznih preventivnih in zaščitnih ukrepov so bistveni za varno delovanje vrtečih se strojev, zlasti pri visokohitrostni ali tesno zaprti opremi, kot so turbine in kompresorji.
Kategorije:
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 