Förstå rotorns friktion i roterande maskiner
Definition: Vad är rotorrub?
Rotorgnidning (även kallad friktion eller rotor-stator-kontakt) är ett tillstånd där de roterande komponenterna i en maskin har intermittent eller kontinuerlig kontakt med stationära delar såsom tätningar, lagerhus eller höljesväggar. Denna kontakt skapar friktionskrafter, genererar värme och producerar distinkta vibration mönster som snabbt kan eskalera till katastrofala misslyckanden om de inte omedelbart åtgärdas.
Rotorns gnidning är särskilt farlig eftersom kontakten kan skapa en positiv återkopplingsslinga: vibrationer orsakar gnidning, gnidning genererar värme, värme orsakar termisk rosett, ökar termisk båge vibrationer, vilket orsakar kraftigare friktion. Denna spiral kan förstöra en maskin på några minuter om den inte stoppas.
Typer av rotorgnidning
1. Lätt gnidning (intermittent kontakt)
- Kort, sporadisk kontakt under toppavböjningscykler
- Kan endast inträffa vid vissa hastigheter eller driftsförhållanden
- Producerar oregelbundna, intermittenta vibrationspikar
- Ofta vid tätningar eller labyrintspel
- Kan tolereras kortvarigt men indikerar ett problem som kräver korrigering
2. Delvis gnidning (kontinuerlig ljuskontakt)
- Kontinuerlig kontakt men med lätt friktionskraft
- Rotorn bibehåller rotationen medan den skrapar på en stationär yta
- Genererar kontinuerlig subsynkron eller synkron vibration
- Producerar värme och slitageavfall
- Kan utvecklas till kraftig skav om den inte korrigeras
3. Kraftig gnidning (fullständig ringformad kontakt)
- Rotorn har kontakt med statorn runt hela eller stora delar av omkretsen
- Mycket höga friktionskrafter
- Snabb temperaturökning (hundratals grader i minuter)
- Kraftiga vibrationer, ofta kaotiska
- Kan leda till rotorkärvning eller katastrofalt fel
- Kräver omedelbar nödavstängning
Vanliga platser för rubbningar
- Labyrinttätningar: Snäva spelrum gör tätningsskavningar vanliga
- Hållarlager: Nödlager utformade för att fånga axeln vid svåra händelser
- Balanserande kolvtätningar: I flerstegskompressorer och pumpar
- Mellanstegsmembran: I turbiner
- Lagerhus: Allvarliga fall där axeln kommer i kontakt med lageröverfallet
- Axelhylsor: Skyddshylsor vid tätningsplatser
Orsaker till rotorns gnuggning
Överdriven vibration
- Svår obalans orsakar stor axelavböjning
- Feljustering skapar axelrörelse
- Verksam på kritisk hastighet med resonansförstärkning
- Rotorns instabilitet (oljevisp, ångvirvel)
Otillräcklig markfrigång
- Felaktig montering vilket ger otillräckligt radiellt spelrum
- Termisk tillväxt som minskar avståndet under uppvärmning
- Lagerslitage som möjliggör överdriven axelrörelse
- Fundamentssättning för stationära delar närmare rotorn
Tillfälliga händelser
- Passage genom kritisk hastighet under start/utrullning
- Belastningsförändringar som orsakar plötslig axelböjning
- Resehändelser eller nödstopp
- Överhastighetsförhållanden
Vibrationssignaturer av rotorns rubbning
Karaktäristiska mönster
- Subsynkrona komponenter: Frekvenser under 1× (ofta 1/2×, 1/3×, 1/4×) från bakåtriktad virvel under gnidning
- Flera övertoner: 1×, 2×, 3×, 4× på grund av icke-linjära friktionskrafter
- Oregelbundet beteende: Plötsliga förändringar i amplitud och frekvens
- Bredbandsbrus: Slumpmässiga, högfrekventa komponenter från friktion och stötar
- Fasinstabilitet: Fasvinklar variera oregelbundet
Spektrumegenskaper
- Många toppar vid fraktionerade och multipla ordningar
- Högt bullergolv från slumpmässiga stötar
- Spektrum förändras snabbt och oförutsägbart
- Vattenfallstomter visa frekvenskomponenter som uppträder och försvinner
Omloppsbana-analys
Axelomloppsbana mönstren under gnidning är mycket tydliga:
- Oregelbundna, förvrängda omloppsbanor
- Skarpa hörn eller plana fläckar där kontakt uppstår
- Omloppsbanan förändras när gnidningsgraden varierar
- Visar ofta omvända (bakåtgående) precessionskomponenter
Konsekvenser och skador
Omedelbara effekter
- Friktionsvärme: Kontakt genererar intensiv lokal värme (300-600 °C möjlig)
- Termisk rosett: Asymmetrisk uppvärmning orsakar axelböjning, vilket ökar skavgraden
- Bära: Material borttaget från axel- och statorytor
- Generering av skräp: Slitpartiklar förorenar lager och tätningar
Sekundär skada
- Förstöring av tätningar: Labyrinttätningständer slitna eller avbrutna
- Överbelastning av lager: Ökad belastning och uppvärmning från gnidningskrafter
- Permanent axelbåge: Kraftig uppvärmning kan orsaka plastisk deformation
- Skaftpoängsättning: Spår slitna in i axelns yta
Katastrofala misslyckanden
- Axelbeslag: Fullständig låsning från kraftigt nötning
- Skaftfraktur: Värmepåverkad zon skapar sprickinitiering
- Rotorfall: Lagerfel på grund av överhettning gör att rotorn faller ner på hållarlager eller hölje
- Brandrisk: Hett skräp eller gnistor kan antända brandfarliga material
Detektion och diagnos
Indikatorer för vibrationsanalys
- Plötsligt uppträdande av flera subsynkrona komponenter
- Oregelbundna, icke-upprepningsbara vibrationsmönster
- Kraftiga ökningar av den totala vibrationsnivån
- Vibrationsförändringar omedelbart efter hastighetsändringar
- Ovanliga omloppsbanmönster med skarpa drag
Fysiska bevis
- Metalldamm eller partiklar i lagerhus
- Synliga slitagemärken eller repor på exponerade axelytor
- Skadade eller slitna tätningskomponenter
- Lagertemperaturen ökar
- Hörbara skrapande eller malande ljud
Nödinsatser
Om rotorn misstänks vara friktionsfri under drift:
- Bedöm svårighetsgrad: Lätt gnidning kan möjliggöra kontrollerad avstängning; kraftig gnidning kräver omedelbart nödstopp
- Minska hastigheten: Om möjligt, minska hastigheten långsamt medan du övervakar vibrationerna
- Övervaka temperaturer: Stigande lagertemperaturer indikerar försämrat tillstånd
- Nödavstängning: Om vibrationerna fortsätter att öka eller temperaturerna stiger snabbt
- Starta inte om: Tills avståndet är verifierat och gnidningsstället har identifierats
- Dokumenthändelse: Registrera vibrationsdata, temperaturer och hastigheter för analys
Förebyggande och begränsning
Designåtgärder
- Tillräckliga radiella spel vid alla potentiella gnidningsställen
- Ta hänsyn till termisk tillväxt i frigångsdimensionering
- Använd slipbara beläggningar på tätningsställena för att minimera skador från lätt skav
- Installera låslager för att begränsa nedböjning vid svåra händelser
Operativa åtgärder
- Håll goda balans för att minimera axelns nedböjning
- Säkerställ precisionsjustering
- Följ korrekta uppvärmningsprocedurer för att hantera termisk tillväxt
- Undvik drift vid kritiska hastigheter
- Övervaka vibrationer kontinuerligt på kritisk utrustning
Övervakning och skydd
- Installera vibrationslarm inställda under tröskelvärdena för gnidning
- Övervaka lager- och tätningstemperaturer
- Använd närhetsprober för att spåra axelposition och spel
- Implementera automatisk avstängning vid kraftiga vibrationer
Rotorns friktion representerar ett nödläge som kräver omedelbar uppmärksamhet. Att förstå dess orsaker, känna igen dess distinkta vibrationssignaturer och implementera lämpliga förebyggande och skyddsåtgärder är avgörande för säker drift av roterande maskiner, särskilt i höghastighets- eller trångt placerade maskiner som turbiner och kompressorer.
Kategorier:
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 