Razumevanje drgnjenja v vrtečih se strojih
Definicija: Kaj je drgnjenje?
Drgnjenje je trenje in relativno drsno gibanje med vrtečimi se in mirujočimi komponentami v strojih. Ta izraz poudarja vidik neprekinjenega trenja stik med rotorjem in statorjem, kar ga loči od lahkega občasnega stika ali udarcev. Drgnjenje ustvarja sile trenja, zaradi trenja proizvaja znatno toploto in ustvarja značilne vibracije vzorci, za katere so značilni povratni vrtinec, subsinhrone komponente in toplotni učinki.
Izraz “drgnjenje” se pogosto uporablja kot sopomenka za “drgnjenje rotorja”, čeprav drgnjenje včasih poudarja trenje in toplotne vidike stika, medtem ko drgnjenje rotorja lahko vključuje vse oblike stika, vključno z rahlim strganjem ali udarci.
Mehanika trenja drgnjenja
Coulombov model trenja
Drgnjenje sledi načelom suhega trenja (Coulombovega trenja):
- Sila trenja: F = µ × N, kjer je µ koeficient trenja in N normalna sila
- Smer: Vedno nasprotuje relativnemu gibanju med površinami
- Tipični koeficienti: Jeklo na jeklu µ ≈ 0,3–0,5; jeklo na tesnilnem materialu µ ≈ 0,2–0,4
- Proizvodnja toplote: Vse delo trenja se pretvori v toploto
Tangencialne in normalne sile
Med drgnjenjem:
- Normalna sila: Radialno potiska rotor navznoter
- Sila trenja: Deluje tangencialno, v nasprotni smeri vrtenja
- Rezultantna sila: Kombinacija ponavadi upočasni rotor in ga odbije nazaj
- Povečanje navora: Trenje razprši moč, kar poveča potreben navor pogona
Karakteristični vzorci vibracij
Nazaj vrtinec
Najbolj značilna značilnost drgnjenja je povratno (obratno) vrtenje:
- Sila trenja ustvarja tangencialno komponento, ki poganja povratno orbitalno gibanje
- Gred orbita vrti se v nasprotni smeri vrtenja gredi
- Frekvenca običajno subsinhronska (manj kot 1× hitrost)
- Pogoste frekvence: 0,5×, 0,33×, 0,25× (ulomljeni red)
- Oblika orbite je pogosto nepravilna ali popačena
Značilnosti spektra
- Subsinhroni vrhovi: Več vrhov pod 1×, pogosto pri delnih harmonikih
- Sinhrona komponenta: 1× se lahko poveča zaradi sil drgnjenja
- Višji harmoniki: 2×, 3×, 4× zaradi nelinearnega trenja
- Širokopasovni šum: Povišana raven šuma v celotnem spektru
- Nestabilni spekter: Vrhovi se pojavijo, izginejo ali premaknejo frekvenco
Značilnosti časovne valovne oblike
- Impulzivni dogodki ali skoki ob začetku stika
- Odrezovanje ali sploščenje pri največjih odklonih
- Nepravilna, nesinusoidna valovna oblika
- Prisotni vzorci utripov iz več frekvenc
Toplotni učinki drgnjenja
Proizvodnja toplote
Trenje pretvarja mehansko energijo v toploto:
- Stopnja: Izgubljena moč = sila trenja × hitrost drsenja
- Magnituda: Lahko drgnjenje: 10–100 vatov; močno drgnjenje: kilovati
- Koncentracija: Toplota koncentrirana na majhni kontaktni površini
- Dvig temperature: Lokalne temperature lahko v hujših primerih presežejo 500 °C
Razvoj termičnega loka
Povratna zanka toplotno-vibracijskega sistema:
- Začetno drgnjenje ustvarja toploto na eni strani gredi
- Asimetrično ogrevanje ustvarja termični lok
- Termični lok poveča upogib gredi
- Povečana deformacija povzroči močnejše drgnjenje
- Več drgnjenja ustvarja več toplote
- Pozitivne povratne informacije lahko privedejo do hitrega neuspeha
Sekundarni toplotni učinki
- Ogrevanje ležajev: Toplota, ki se prenaša skozi gred do ležajev
- Razgradnja olja: Previsoke temperature razgrajujejo mazivo
- Spremembe materialov: Fazne transformacije ali metalurške spremembe v toplotno prizadetih območjih
- Toplotni stres: Lahko povzroči razpoke na toplotno obremenjenih območjih
Metode odkrivanja
Spremljanje vibracij
- Subsinhroni alarmi: Opozorilo na vrhove pri hitrosti teka 0,3–0,5 ×
- Spremljanje orbite: Avtomatizirana analiza orbite, ki zaznava povratni vrtinec
- Spektralne spremembe: Algoritmi za zaznavanje nenadnega pojava več harmonikov
- Obrezovanje valovne oblike: Zaznavanje nesinusoidnega popačenja
Spremljanje temperature
- Senzorji temperature ležajev s hitro naraščajočimi alarmi
- Infrardeči nadzor temperature izpostavljenih delov jaška
- Spremljanje temperaturne razlike (zgornji in spodnji ležaj)
- Alarmi za hitrost spremembe (npr. > 5 °C/minuto)
Dodatni kazalniki
- Povečanje navora: Poraba energije se zaradi trenja poveča
- Nihanje hitrosti: Majhne spremembe hitrosti zaradi spreminjajočega se navora trenja
- Akustična emisija: Visokofrekostni zvok zaradi stika
- Vizualni pregled: Ostanki obrabe, razbarvanje, vidne poškodbe
Odzivni ukrepi
Takojšnji ukrepi
- Zmanjšajte resnost: Zmanjšajte hitrost ali obremenitev, če je to varno
- Pozorno spremljajte: Neprekinjeno opazovanje vibracij in temperature
- Pripravite se na izklop: Pripravite si izklop v sili
- Zasilna zaustavitev: Če se vibracije ali temperatura stopnjujejo
- Dovoli ohlajanje: Pred pregledom upravljajte vrtljivo orodje ali pustite naravno hlajenje
Preiskava
- Preverite fizične dokaze stika
- Izmerite razmike na domnevnih mestih drgnjenja
- Preverite toplotni lok ali trajni lok gredi
- Ugotovite vzrok (prekomerne vibracije, premajhen odmik itd.)
Korektivni ukrepi
- Povečajte razdalje: Strojno odstranite poškodovana mesta ali zamenjajte komponente
- Odpravite temeljni vzrok: Uravnoteženje rotorja, pravilna poravnava, odpravljanje težav z ležaji
- Zamenjajte poškodovane dele: Tesnila, ležajne komponente, gredni deli po potrebi
- Preverite dovoljenja: Pred ponovnim zagonom preverite ustrezne razmike na vseh lokacijah
Trenje je ena najresnejših napak, povezanih z vibracijami, v vrtečih se strojih. Njegov potencial za hitro stopnjevanje zaradi toplotne povratne zanke zahteva takojšnje prepoznavanje, hiter odziv in temeljito odpravo, da se preprečijo katastrofalne okvare kritične opreme.
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 