了解旋转机械中的转子摩擦
定义：什么是转子摩擦？
转子摩擦 摩擦（也称为转子与定子接触）是指机器的旋转部件与密封件、轴承座或机壳壁等固定部件之间发生间歇性或连续性接触的现象。这种接触会产生摩擦力、热量，并产生独特的噪音。 振动 如果不立即解决，这些模式可能会迅速升级为灾难性故障。.
转子摩擦尤其危险，因为这种接触会形成正反馈回路：振动导致摩擦，摩擦产生热量，热量导致 热弓, 热胀冷缩会加剧振动，从而导致更严重的摩擦。如果不加以制止，这种螺旋式摩擦可在几分钟内摧毁机器。.
转子摩擦的类型
1. 轻微摩擦（间歇性接触）
- 在峰值偏转周期内短暂、偶尔的接触
- 可能仅在特定速度或运行条件下发生
- 产生不规则的、间歇性的振动尖峰
- 通常在海豹或迷宫间隙处
- 可以暂时容忍，但表明存在需要纠正的问题。
2. 局部摩擦（持续轻微接触）
- 持续接触，但摩擦力较小
- 转子在刮擦静止表面时保持旋转
- 产生连续的次同步或同步振动
- 产生热量和磨损碎屑
- 如果不加以纠正，可能会发展成严重的摩擦。
3. 重度摩擦（全环接触）
- 转子与定子接触的周长约为圆周的整个或大部分。
- 极高的摩擦力
- 温度迅速升高（几分钟内升高数百度）
- 剧烈震动，往往混乱不堪
- 可能导致转子卡死或灾难性故障
- 需要立即紧急关机
常见摩擦部位
- 迷宫封印： 间隙过小容易导致密封件摩擦。
- 保持架轴承： 应急轴承设计用于在严重事件中保护轴。
- 平衡活塞密封件： 在多级压缩机和泵中
- 级间隔膜： 在涡轮机中
- 轴承座： 轴与轴承盖接触的严重情况
- 轴套： 密封位置的保护套管
转子摩擦的原因
过度振动
安全许可不足
- 装配不当导致径向间隙不足
- 热膨胀导致暖机期间间隙减小
- 轴承磨损导致轴过度运动
- 地基沉降导致固定部件更靠近转子
瞬态事件
- 启动/滑行过程中经过临界速度
- 载荷变化导致轴突然挠曲
- 行程事件或紧急停车
- 超速情况
转子摩擦的振动特征
特征模式
- 次同步组件： 摩擦过程中向后旋转的频率低于 1 倍（通常为 1/2 倍、1/3 倍、1/4 倍）。
- 多重谐波： 由于非线性摩擦力，1×、2×、3×、4×
- 行为异常： 突然的变化 振幅 和频率
- 宽带噪声： 摩擦和冲击产生的随机高频成分
- 相不稳定性： 相位角 变化无常
光谱特征
- 在分数阶和多阶衍射中出现多个峰。
- 随机冲击造成的高噪声基底
- 频谱变化迅速且不可预测
- 瀑布图 显示出现和消失的频率分量
轨道分析
轴轨道 摩擦过程中形成的纹路非常独特：
- 不规则、扭曲的眼眶形状
- 接触点处的尖角或平坦区域
- 随着摩擦程度的变化，眼眶形状也会发生变化。
- 通常显示反向（向后）进动分量
后果和损害
直接影响
- 摩擦生热： 接触会产生强烈的局部热量（可能达到300-600°C）
- 热弓： 不对称加热会导致轴弯曲，加剧摩擦。
- 穿： 从轴和定子表面去除的材料
- 垃圾产生： 磨损颗粒会污染轴承和密封件。
二次伤害
- 封印破坏： 迷路海豹的牙齿磨损或断裂
- 轴承过载： 摩擦力导致负载增加和发热
- 永久轴弓： 剧烈加热会导致塑性变形。
- 轴得分： 轴表面磨损出的沟槽
灾难性故障
- 轴卡死： 因剧烈摩擦而完全锁死
- 轴断裂： 热影响区会引发裂纹萌生
- 转子下降： 轴承过热失效会导致转子掉落到保持架轴承或壳体上。
- 火灾隐患： 高温碎片或火花会引燃易燃材料
检测与诊断
振动分析指标
- 多个亚同步组件的突然出现
- 不稳定的、不可重复的振动模式
- 整体振动水平急剧上升
- 速度变化后振动立即发生变化
- 具有尖锐特征的异常轨道模式
物证
- 轴承座内的金属粉尘或颗粒
- 裸露的轴表面上可见磨损痕迹或划痕
- 密封件损坏或磨损
- 轴承温度升高
- 可听见的刮擦或研磨声
紧急响应
如果在运行过程中怀疑转子摩擦：
- 评估严重程度： 轻微摩擦可能允许可控关闭；剧烈摩擦则需要立即紧急停止。
- 降低速度： 如果可能，在监测振动的同时缓慢降低速度。
- 监测温度： 轴承温度升高表明情况正在恶化。
- 紧急关机： 如果振动持续加剧或温度快速升高
- 请勿重启： 直到确认间隙并确定摩擦位置为止
- 文档事件： 记录振动数据、温度和速度以进行分析。
预防和缓解
设计措施
- 所有潜在摩擦位置均应留有足够的径向间隙
- 在间隙设计中考虑热膨胀
- 在密封部位使用耐磨涂层，以最大程度地减少轻微摩擦造成的损伤。
- 安装保持架轴承以限制剧烈事件期间的挠度
操作措施
- 保持良好 平衡 尽量减少轴的挠度
- 确保精确对准
- 遵循正确的预热程序以控制热生长
- 避免在临界速度下运行
- 持续监测关键设备的振动情况
监控与保护
- 安装振动报警器，设置振动阈值低于摩擦阈值
- 监测轴承和密封件温度
- 使用接近式探头跟踪轴的位置和间隙
- 振动过大时自动关机
转子摩擦是一种紧急情况，需要立即处理。了解其成因、识别其独特的振动特征并实施适当的预防和保护措施，对于旋转机械的安全运行至关重要，尤其是在高速或间隙较小的设备（如涡轮机和压缩机）中。.
类别
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