了解旋转机械中的摩擦
定义：什么是摩擦？
擦 摩擦是指机械中旋转部件与静止部件之间的摩擦接触和相对滑动运动。该术语强调了摩擦的连续性。 转子与定子接触, 这与轻微的间歇性接触或冲击截然不同。摩擦会产生摩擦力，通过摩擦做功产生大量热量，并形成独特的痕迹。 振动 具有反向旋转、亚同步成分和热效应等特征的模式。.
“摩擦”一词经常与“转子摩擦”互换使用，尽管摩擦有时强调接触的摩擦和热效应，而转子摩擦可能包括所有形式的接触，包括轻微刮擦或冲击。.
摩擦力学
库仑摩擦模型
摩擦遵循干摩擦（库仑摩擦）原理：
- 摩擦力： F = µ × N，其中 µ 为摩擦系数，N 为正压力。
- 方向： 始终阻碍表面间的相对运动
- 典型系数： 钢对钢的摩擦系数 µ ≈ 0.3-0.5；钢对密封材料的摩擦系数 µ ≈ 0.2-0.4
- 产热量： 所有摩擦功都转化为热量
切向力和法向力
摩擦过程中：
- 正压力： 对转子施加径向向内的压力
- 摩擦力： 作用方向与旋转方向相反
- 合力： 这种组合往往会减慢转子速度并使其向后偏转。
- 扭矩增加： 摩擦会耗散功率，从而增加驱动扭矩需求。
特征振动模式
向后旋转
摩擦最显著的特征是向后（反向）旋转：
- 摩擦力产生切向分量，驱动轨道向后运动。
- 轴 轨道 与轴旋转方向相反的旋转方向
- 频率通常低于同步频率（低于1倍速）
- 常用频率：0.5×、0.33×、0.25×（分数阶）
- 轨道形状通常不规则或扭曲
光谱特征
- 次同步峰值： 低于 1× 的多个峰值，通常出现在分数谐波处
- 同步组件： 摩擦力可能导致倍数增加。
- 高次谐波： 非线性摩擦的2倍、3倍、4倍
- 宽带噪声： 全频段噪声基底升高
- 不稳定的频谱： 峰值出现、消失或频率发生变化
时间波形特征
- 接触开始时的冲动事件或尖峰
- 峰值挠度处的削波或压平
- 不规则的非正弦波形
- 来自多个频率的拍频模式
摩擦的热效应
热量产生
摩擦将机械能转化为热能：
- 速度： 耗散功率 = 摩擦力 × 滑动速度
- 震级： 轻度摩擦：10-100瓦；重度摩擦：千瓦
- 专注： 热量集中在小接触区域
- 气温上升： 严重情况下，局部温度可能超过500摄氏度。
热弓发展
热振动反馈回路：
- 初始摩擦会在轴的一侧产生热量。
- 不对称加热会造成 热弓
- 热弓形增大轴挠度
- 偏转加剧会导致摩擦更加严重
- 摩擦越多，产生的热量就越多。
- 正反馈可能导致快速失败
二次热效应
- 轴承加热： 热量通过轴传导至轴承。
- 石油劣化： 过高的温度会破坏润滑剂。
- 材料变化： 热影响区的相变或冶金变化
- 热应力： 可能在热应力区域引发裂纹
检测方法
振动监测
- 次同步报警： 峰值达到跑步速度的 0.3-0.5 倍时发出警报
- 轨道监测： 自动轨道分析检测后旋
- 光谱变化： 检测多个谐波突然出现的算法
- 波形削波： 非正弦失真检测
温度监测
- 带快速上升报警功能的轴承温度传感器
- 对裸露轴段进行红外温度监测
- 温差监测（上轴承与下轴承）
- 变化率报警（例如，> 5°C/分钟）
其他指标
- 扭矩增加： 摩擦导致能耗增加。
- 速度波动： 摩擦扭矩变化引起的速度微小波动
- 声发射： 接触产生的高频声音
- 目视检查： 磨损痕迹、变色、可见损伤
响应行动
立即行动
- 减轻严重程度： 如果安全，请降低速度或负载。
- 密切监控： 持续监测振动和温度
- 做好停工准备： 做好紧急停机准备
- 紧急停止： 如果振动或温度升高
- 允许冷却时间： 检查前，请操作旋转装置或进行自然冷却。
调查
- 检查是否有接触的物理痕迹。
- 测量疑似摩擦部位的间隙
- 检查是否存在热弯或永久轴弯
- 找出根本原因（振动过大、间隙不足等）
纠正措施
- 增加清关通道： 机械加工去除损坏区域或更换部件
- 找出根本原因： 平衡转子，校正对准，修复轴承问题
- 更换损坏部件： 密封件、轴承组件、轴段等
- 核实许可： 重启前，请确认所有地点都有足够的安全距离。
摩擦是旋转机械中最严重的振动相关故障之一。它极易通过热反馈迅速恶化，因此必须立即识别、快速响应并彻底纠正，以防止关键设备发生灾难性故障。.
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