Розуміння тертя в обертових машинах
Визначення: Що таке тертя?
Розтирання – це тертя, контакт та відносний ковзний рух між обертовими та нерухомими компонентами в машинах. Цей термін підкреслює аспект безперервного тертя контакт ротора зі статором, що відрізняє його від легкого періодичного контакту або ударів. Тертя генерує сили тертя, виробляє значне тепло через роботу тертя та створює характерні вібрація патерни, що характеризуються зворотним вихом, субсинхронними компонентами та тепловими ефектами.
Термін “тертя” часто використовується як взаємозамінний з “тертям ротора”, хоча тертя іноді підкреслює тертя та теплові аспекти контакту, тоді як тертя ротора може включати всі форми контакту, включаючи легке шкрябання або удари.
Механіка тертя при терті
Модель тертя Кулона
Тертя відбувається за принципами сухого тертя (тертя Кулона):
- Сила тертя: F = µ × N, де µ – коефіцієнт тертя, а N – нормальна сила
- Напрямок: Завжди протидіє відносному руху між поверхнями
- Типові коефіцієнти: Сталь по сталі µ ≈ 0,3-0,5; сталь по матеріалу ущільнення µ ≈ 0,2-0,4
- Генерація тепла: Вся робота тертя перетворюється на тепло
Тангенціальні та нормальні сили
Під час розтирання:
- Звичайна сила: Радіально тисне на ротор всередину
- Сила тертя: Діє тангенціально, протилежно обертанню
- Результуюча сила: Комбінація має тенденцію уповільнювати ротор та відхиляти його назад
- Збільшення крутного моменту: Тертя розсіює потужність, збільшуючи необхідний крутний момент приводу
Характерні вібраційні патерни
Зворотний вихор
Найбільш відмітною рисою тертя є зворотний (реверсивний) вихор:
- Сила тертя створює тангенціальну складову, яка рухає назад по орбіті.
- Вал орбіта обертається протилежно напрямку обертання вала
- Частота зазвичай субсинхронна (менше 1× швидкість)
- Загальні частоти: 0,5×, 0,33×, 0,25× (дробові порядки)
- Форма орбіти часто неправильна або спотворена
Характеристики спектру
- Субсинхронні піки: Кілька піків нижче 1×, часто на дробових гармоніках
- Синхронний компонент: 1× може збільшитися від сил тертя
- Вищі гармоніки: 2×, 3×, 4× від нелінійного тертя
- Широкосмуговий шум: Підвищений рівень шуму по всьому спектру
- Нестабільний спектр: Піки з'являються, зникають або зміщують частоту
Особливості форми часової хвилі
- Імпульсивні події або сплески при початку контакту
- Відсікання або сплющення при пікових прогинах
- Нерегулярна, несинусоїдальна форма хвилі
- Присутні ритмічні патерни з кількох частот
Термічний вплив тертя
Генерація тепла
Тертя перетворює механічну енергію на тепло:
- Оцінка: Розсіювана потужність = Сила тертя × Швидкість ковзання
- Величина: Легке тертя: 10-100 Вт; сильне тертя: кіловати
- Концентрація: Тепло зосереджене на малій площі контакту
- Підвищення температури: У важких випадках місцева температура може перевищувати 500°C
Розробка теплового лука
Зворотний зв'язок по нагріву та вібрації:
- Початкове тертя генерує тепло з одного боку вала
- Асиметричне нагрівання створює тепловий лук
- Термічний вигин збільшує прогин вала
- Збільшений прогин призводить до сильнішого тертя
- Більше тертя генерує більше тепла
- Позитивний зворотний зв'язок може призвести до швидкої невдачі
Вторинні теплові ефекти
- Підігрів підшипника: Тепло, що передається через вал до підшипників
- Деградація нафти: Надмірні температури руйнують мастило
- Зміни матеріалів: Фазові перетворення або металургійні зміни в зонах термічного впливу
- Термічний стрес: Може ініціювати тріщини в термічно напружених зонах
Методи виявлення
Моніторинг вібрації
- Субсинхронні сигналізації: Оповіщення про піки на швидкості бігу 0,3-0,5×
- Моніторинг орбіти: Автоматизований аналіз орбіти, що виявляє зворотний вир
- Спектральні зміни: Алгоритми виявлення раптової появи кількох гармонік
- Відсікання форми хвилі: Виявлення несинусоїдальних спотворень
Моніторинг температури
- Датчики температури підшипників із швидкозростаючими сигналами тривоги
- Інфрачервоний моніторинг температури відкритих ділянок шахти
- Моніторинг різниці температур (верхній та нижній підшипники)
- Сигналізація швидкості зміни (наприклад, > 5°C/хвилину)
Додаткові показники
- Збільшення крутного моменту: Споживання енергії зростає через тертя
- Коливання швидкості: Невеликі коливання швидкості від зміни моменту тертя
- Акустична емісія: Високочастотний звук від контакту
- Візуальний огляд: Знос, забруднення, видимі пошкодження
Дії реагування
Негайні дії
- Зменшити тяжкість: Зменште швидкість або навантаження, якщо це безпечно
- Уважно стежте: Безперервне спостереження за вібрацією та температурою
- Підготовка до вимкнення: Підготуйте аварійне відключення
- Аварійна зупинка: Якщо вібрація або підвищення температури
- Дозволити перезарядку: Увімкніть поворотний механізм або дайте йому природно охолонути перед перевіркою
Розслідування
- Перевірте наявність фізичних ознак контакту
- Виміряйте зазори в місцях підозрілого тертя
- Перевірте наявність термічного вигину або постійного вигину вала
- Визначте першопричину (надмірна вібрація, недостатній зазор тощо)
Коригувальні дії
- Збільшення зазорів: Видаліть пошкоджені ділянки або замініть компоненти
- Звернення до першопричини: Балансування ротора, правильне вирівнювання, усунення проблем з підшипниками
- Заміна пошкоджених деталей: Ущільнення, компоненти підшипників, секції валів за потреби
- Перевірити дозволи: Перед перезапуском перевірте достатні відстані у всіх місцях
Тертя є однією з найсерйозніших несправностей, пов'язаних з вібрацією, в обертових механізмах. Його потенціал для швидкого посилення через тепловий зворотний зв'язок вимагає негайного розпізнавання, оперативного реагування та ретельного виправлення, щоб запобігти катастрофічним збоям у критично важливому обладнанні.
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 