旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障診斷

發(fā)布時(shí)間：2020-01-25

大型機(jī)組通常由多個(gè)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子之間用聯(lián)軸器聯(lián)接構(gòu)成軸系，傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。由于機(jī)器的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機(jī)器基礎(chǔ)的不均勻沉降等，有可能會(huì)造成機(jī)器工作時(shí)各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生不對(duì)中。
　　具有不對(duì)中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生一系列于設(shè)備的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如引起機(jī)器聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承早期損壞、油膜失穩(wěn)、軸彎曲變形等，導(dǎo)致機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)，危害。
　　一、轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類型
　　轉(zhuǎn)子不對(duì)中包括軸承不對(duì)中和軸
　　系不對(duì)中兩種情況。軸頸在軸承中偏斜稱為軸承不對(duì)中。軸承不對(duì)中本身不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，它主要影響到油膜性能和阻尼。在轉(zhuǎn)子不平衡情況下，由于軸承不對(duì)中對(duì)不平衡力的反作用，會(huì)出現(xiàn)工頻振動(dòng)。
　　機(jī)組各轉(zhuǎn)子之間用聯(lián)軸節(jié)連接時(shí)，如不處在同一直線上，就稱為軸系不對(duì)中。通常所講的不對(duì)中多指軸系不對(duì)中。造成軸系不對(duì)中的原因有安裝誤差、管道應(yīng)變影響、溫度變化熱變形、基礎(chǔ)沉降不均等。由于不對(duì)中，將導(dǎo)致軸向、徑向交變力，引起軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)。由于不對(duì)中引起的振動(dòng)會(huì)隨不對(duì)中嚴(yán)重程度的增加而增大。不對(duì)中是非常普遍的故障，即使采用自動(dòng)調(diào)位軸承和可調(diào)節(jié)聯(lián)軸器也難以使軸系及軸承對(duì)中。當(dāng)對(duì)中超差過大時(shí)，會(huì)對(duì)設(shè)備造成一系列的影響，如聯(lián)軸節(jié)咬死、軸承碰磨、油膜失穩(wěn)、軸撓曲變形增大等，嚴(yán)重時(shí)將造成災(zāi)難性事故。
　　軸系不對(duì)中一般可分為以下三種情況：
　　(1)軸線平行位移，稱為平行不對(duì)中；
　　(2)軸線交叉成一角度，稱為角度不對(duì)中；
　　(3)軸線位移且交叉，稱為綜合不對(duì)中。
　　1、綜合不對(duì)中
　　在實(shí)際生產(chǎn)中，軸系轉(zhuǎn)子之間的對(duì)中情況往往是既有平行位數(shù)不對(duì)中，又有角度不對(duì)中的綜合移位不對(duì)中，因而轉(zhuǎn)子振動(dòng)的機(jī)位移是兩者的綜合結(jié)果。當(dāng)轉(zhuǎn)子既有平行位移不對(duì)中又有角度不對(duì)中時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性比較復(fù)雜。激振頻率為角頻率的2倍；激振力的大小隨速度而變化，其大小和綜合不對(duì)中量Δy、Δα、安裝距離ΔL以及中間齒套質(zhì)量m等有關(guān)。聯(lián)軸器兩側(cè)同一方向的激振力之間的相位差在0°~180°之間。其他故障物理特性也介于軸線平行不對(duì)中和角度不對(duì)中之間。
　　同時(shí)，齒式聯(lián)軸器由于所產(chǎn)生的附加軸向力以及轉(zhuǎn)子偏角的作用，從動(dòng)轉(zhuǎn)子以每回轉(zhuǎn)一周為周期，在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，因而轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)的頻率與角頻率相同。
　　2、剛性聯(lián)軸器連接轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障機(jī)理
　　剛性聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子對(duì)中不良時(shí)，由于強(qiáng)制連接所產(chǎn)生的力矩，不僅使轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲變形，而且隨轉(zhuǎn)子軸線平行位移或軸線角度位移的狀態(tài)不同，其變形和受力情況也不一樣。
　　用剛性聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子不對(duì)中時(shí)，轉(zhuǎn)子往往是既有軸線平行位移，又有軸角度位移的綜合狀態(tài)，轉(zhuǎn)子所受的力既有徑向交變力，又有軸向交變力。
　　彎曲變形的轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)軸內(nèi)阻現(xiàn)象以及轉(zhuǎn)軸表面與旋轉(zhuǎn)體內(nèi)表面之間的摩擦而產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，而且當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)子按轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生周期性變動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周變動(dòng)兩次，因而其振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的兩倍。
　　二、轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障特征
　　實(shí)際工程中遇到的轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障大多數(shù)為齒式聯(lián)軸器不對(duì)中，在此以齒式聯(lián)軸器不對(duì)中為例介紹其故障特征。
　　由上述分析知，齒式聯(lián)軸器連接不對(duì)中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其振動(dòng)主要特征如下。
　　(1)故障的特征頻率為角頻率的2倍；
　　(2)由不對(duì)中故障產(chǎn)生的對(duì)轉(zhuǎn)子的激勵(lì)力隨轉(zhuǎn)速的升高而加大，因此，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)加注重轉(zhuǎn)子的對(duì)中要求；
　　(3)激勵(lì)力與不對(duì)中量成正比，隨不對(duì)中量的增加，激勵(lì)力呈線性增大；
　　(4)聯(lián)軸器同一側(cè)相互垂直的兩個(gè)方向，2倍頻的相位差是基頻的2倍；聯(lián)軸器兩側(cè)同一方向的相位在平行位移不對(duì)中時(shí)為0°，在角位移不對(duì)中時(shí)為180°，綜合位移不對(duì)中時(shí)為0°~180°；
　　(5)軸系轉(zhuǎn)子在不對(duì)中情況下，中間齒套的軸心線相對(duì)于聯(lián)軸器的軸心線產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在平行位移不對(duì)中時(shí)的回轉(zhuǎn)輪廓為一圓柱體，角位移不對(duì)中時(shí)為一雙錐體，綜合位移不對(duì)中時(shí)是介于二者之間的形狀?；剞D(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)范圍由不對(duì)中量決定。
　　(6)軸系具有過大的不對(duì)中量時(shí)，會(huì)由于聯(lián)軸器不符合其運(yùn)動(dòng)條件而使轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生巨大的附加徑向力和附加軸向力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異常振動(dòng)，軸承過早損壞，對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有較大的破壞性。
　　三、故障原因與治理措施
　　轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障原因與治理措施：
　　1、設(shè)計(jì)原因。①對(duì)工作狀態(tài)下熱膨脹量計(jì)算不準(zhǔn)。②對(duì)介質(zhì)壓力、真空度變化對(duì)即可的影響計(jì)算不準(zhǔn)。③給出的冷態(tài)對(duì)中數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。
　　2、制造原因。材質(zhì)不均，造成熱膨脹不均勻。
　　3、安裝維修。①冷態(tài)對(duì)中數(shù)據(jù)不符合要求。②檢修失誤造成熱膨脹受阻。③機(jī)殼保溫不良，熱膨脹不均勻。
　　4、操作運(yùn)行。①超負(fù)荷運(yùn)行。②介質(zhì)溫度偏離設(shè)計(jì)值。
　　5、狀態(tài)劣化。①機(jī)組基礎(chǔ)或基座沉降不均勻。②基礎(chǔ)滑板銹蝕，熱脹受阻。③機(jī)殼變形。
　　6、治理措施：①核對(duì)設(shè)計(jì)給出的冷態(tài)對(duì)中數(shù)據(jù)。②按技術(shù)要求檢查調(diào)整軸承對(duì)中。③檢查熱態(tài)膨脹是否受限。④檢查保溫是否完好。⑤檢查調(diào)整基礎(chǔ)沉降。