Förstå friktion i roterande maskiner
Definition: Vad är gnuggning?
Gnuggning är friktionskontakten och den relativa glidrörelsen mellan roterande och stationära komponenter i maskiner. Denna term betonar den kontinuerliga friktionsaspekten av rotor-till-stator-kontakt, vilket skiljer det från lätt intermittent kontakt eller stötar. Gnuggning genererar friktionskrafter, producerar betydande värme genom friktionsarbete och skapar distinkta vibration mönster som kännetecknas av bakåtvirvel, subsynkrona komponenter och termiska effekter.
Termen "gnidning" används ofta synonymt med "rotorgnidning", även om gnidning ibland betonar friktionen och de termiska aspekterna av kontakten, medan rotorgnidning kan omfatta alla former av kontakt inklusive lätt skrapning eller stötar.
Friktionsmekanik för gnidning
Coulomb-friktionsmodell
Gnuggning följer principerna för torrfriktion (Coulomb-friktion):
- Friktionskraft: F = µ × N, där µ är friktionskoefficienten och N är normalkraften
- Riktning: Motverkar alltid relativ rörelse mellan ytor
- Typiska koefficienter: Stål på stål µ ≈ 0,3–0,5; stål på tätningsmaterial µ ≈ 0,2–0,4
- Värmegenerering: Allt friktionsarbete omvandlas till värme
Tangentiella och normala krafter
Under gnidning:
- Normalkraft: Trycker radiellt inåt på rotorn
- Friktionskraft: Verkar tangentiellt, motsatt rotation
- Resulterande kraft: Kombinationen tenderar att sakta ner rotorn och böja den bakåt
- Momentökning: Friktion avger kraft, vilket ökar kravet på drivmoment
Karakteristiska vibrationsmönster
Bakåtvirvel
Det mest utmärkande kännetecknet för gnidning är bakåtriktad (omvänd) virvel:
- Friktionskraften skapar en tangentiell komponent som driver en bakåtriktad orbital rörelse.
- Axel bana roterar motsatt axelns rotationsriktning
- Frekvens vanligtvis subsynkron (mindre än 1× hastighet)
- Vanliga frekvenser: 0,5×, 0,33×, 0,25× (bråkordningar)
- Orbitformen är ofta oregelbunden eller förvrängd
Spektrumegenskaper
- Subsynkrona toppar: Flera toppar under 1×, ofta vid fraktionerade övertoner
- Synkron komponent: 1× kan öka från gnidningskrafter
- Högre övertoner: 2×, 3×, 4× från ickelinjär friktion
- Bredbandsbrus: Förhöjt brusgolv över hela spektrumet
- Instabilt spektrum: Toppar uppträder, försvinner eller ändrar frekvens
Funktioner i tidsvågformen
- Impulsiva händelser eller toppar när kontakten initieras
- Klippning eller utplattning vid toppavböjningar
- Oregelbunden, icke-sinusformad vågform
- Slagmönster från flera frekvenser finns
Termiska effekter av gnidning
Värmegenerering
Friktion omvandlar mekanisk energi till värme:
- Hastighet: Förbrukad effekt = Friktionskraft × Glidhastighet
- Storlek: Lätt gnidning: 10–100 watt; kraftig gnidning: kilowatt
- Koncentration: Värmekoncentrerad vid liten kontaktyta
- Temperaturökning: Lokala temperaturer kan i svåra fall överstiga 500 °C
Termisk bågutveckling
Värme-vibrationsåterkopplingsslingan:
- Initial gnidning genererar värme på ena sidan av axeln
- Asymmetrisk uppvärmning skapar termisk rosett
- Termisk böjning ökar axelavböjningen
- Ökad nedböjning orsakar kraftigare friktion
- Mer gnidning genererar mer värme
- Positiv feedback kan leda till snabba misslyckanden
Sekundära termiska effekter
- Lageruppvärmning: Värme som leds genom axeln till lagren
- Oljenedbrytning: För höga temperaturer bryter ner smörjmedel
- Väsentliga förändringar: Fasomvandlingar eller metallurgiska förändringar i värmepåverkade zoner
- Termisk stress: Kan orsaka sprickor i termiskt belastade områden
Detektionsmetoder
Vibrationsövervakning
- Subsynkrona larm: Varning vid toppar vid 0,3–0,5× körhastighet
- Omloppsbanaövervakning: Automatiserad bananalys som detekterar bakåtriktad virvel
- Spektrala förändringar: Algoritmer som detekterar plötsligt uppträdande av flera övertoner
- Vågformsklippning: Detektering av icke-sinusformad distorsion
Temperaturövervakning
- Lagertemperatursensorer med snabba larm
- Infraröd temperaturövervakning av exponerade axelsektioner
- Temperaturdifferensövervakning (övre vs. nedre lager)
- Larm för förändringshastighet (t.ex. > 5 °C/minut)
Ytterligare indikatorer
- Momentökning: Strömförbrukningen ökar på grund av friktion
- Hastighetsfluktuation: Små hastighetsvariationer från varierande friktionsmoment
- Akustisk emission: Högfrekvent ljud från kontakt
- Visuell inspektion: Slitageskräp, missfärgningar, synliga skador
Svarsåtgärder
Omedelbara åtgärder
- Minska svårighetsgraden: Minska hastigheten eller belastningen om det är säkert att göra det
- Övervaka noggrant: Kontinuerlig observation av vibrationer och temperatur
- Förbered dig för avstängning: Ha nödavstängning redo
- Nödstopp: Om vibrationer eller temperaturen stiger
- Tillåt nedkylning: Manövrera vridmekanismen eller låt naturlig kylning ske före inspektion
Undersökning
- Kontrollera fysiska tecken på kontakt
- Mät avståndet vid misstänkta nötningspunkter
- Kontrollera om det finns termisk böjning eller permanent axelböjning
- Identifiera grundorsaken (för hög vibration, otillräckligt utrymme etc.)
Korrigerande åtgärder
- Öka markfrigångar: Maskinbearbeta skadade områden eller byt ut komponenter
- Adressera grundorsaken: Balansera rotorn, korrigera uppriktningen, åtgärda lagerproblem
- Byt ut skadade delar: Tätningar, lagerkomponenter, axelsektioner efter behov
- Verifiera godkännanden: Bekräfta tillräckliga utrymmen på alla platser innan omstart
Friktion är ett av de allvarligaste vibrationsrelaterade felen i roterande maskiner. Dess potential för snabb eskalering genom termisk återkoppling kräver omedelbar upptäckt, snabb respons och grundlig korrigering för att förhindra katastrofala fel i kritisk utrustning.
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 