單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對(duì)中故障研究

發(fā)布時(shí)間：2020-01-18

1895年，F(xiàn)oppl.A首先提出了一個(gè)單的轉(zhuǎn)子模型，它由一根兩端剛支的無質(zhì)量的軸和在其中部的圓盤組成。Jeffwtt.H.H教授在1919年對(duì)這一模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性的研究，他指出在超臨界運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)定心現(xiàn)象，后來這一模型被命名為Jeffcott轉(zhuǎn)子。自此以后，基于線性系統(tǒng)理論的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)獲得了很大的發(fā)展，在不平衡響應(yīng)計(jì)算、臨界轉(zhuǎn)速確定、軸承的偏角不對(duì)中故障會(huì)提高轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。對(duì)于單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，主要研究軸承不對(duì)中，目前多使用自位軸承，因此，軸承偏角不對(duì)中容易。實(shí)際情況下的是軸承位置標(biāo)高發(fā)生變化，使軸承載荷重新分配，從而影響整個(gè)軸系的穩(wěn)定性。對(duì)于復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(含多自由度和強(qiáng)非線性的轉(zhuǎn)子系統(tǒng))的研究已成為近代轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究熱點(diǎn)。
　　目前，單跨單盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究已經(jīng)很充分。單跨多盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究還比較少，對(duì)于單跨多盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，采用柔度影響系數(shù)法建立動(dòng)力學(xué)方程是比較方便的。因此一般采用柔度影響系數(shù)法建立多盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。Nikolajsen.J.L指出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中軸承的對(duì)中是不存在的，并介紹了用影響系數(shù)法計(jì)算軸承不對(duì)中的偏心載荷，用有限元法計(jì)算討論了軸承不對(duì)中對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。瞿紅春采用Raccati傳遞矩陣法對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸系不對(duì)中進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和理論分析，計(jì)算了角度不對(duì)中時(shí)的振動(dòng)特性。Jin.W.H和Chung.J利用有限元法推導(dǎo)了具有角度不對(duì)中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，結(jié)合邊界條件分析了系統(tǒng)的固有特性和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。李明根據(jù)Lagrange方程建立了不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，指出不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是一個(gè)具有自激振動(dòng)特征的強(qiáng)非線性系統(tǒng)，并通過4階Runge-Kutta法進(jìn)行數(shù)值積分，分析了不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特征。
　　軸承支承標(biāo)高的變化改變了軸系振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，從廣義上講，改變軸系支承條件即改變了轉(zhuǎn)動(dòng)軸系的參數(shù)，無論是剛性軸還是柔性軸，不平衡響應(yīng)都會(huì)受到影響從而導(dǎo)致振動(dòng)的改變，但剛性軸和柔性軸的影響程度不同，因?yàn)閯傂暂S主要是力的平衡，而柔性軸則是振型的平衡。軸系振動(dòng)參數(shù)改變后，即改變了柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型，按柔性轉(zhuǎn)子平衡理論，如果轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)良好，平衡加重合理，則支撐標(biāo)高的改變不會(huì)使振動(dòng)發(fā)生變化：如果轉(zhuǎn)子因殘存不平衡質(zhì)量大或平衡加重方式不合理而使其存在內(nèi)力矩，則轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速值和振型的改變，就會(huì)使原來殘余平衡狀態(tài)所起的作用發(fā)生變化，所以支撐標(biāo)高相對(duì)的變化對(duì)平衡不良的柔性轉(zhuǎn)子影響較大。在機(jī)組正式?jīng)_轉(zhuǎn)之前，支撐標(biāo)高并不是一個(gè)恒定值，而是一個(gè)幅度變化很小的緩變量，其主要是轉(zhuǎn)速和功率的函數(shù)，兩者穩(wěn)定后。標(biāo)高變化趨于平穩(wěn)；軸承溫度的變化會(huì)引起標(biāo)高的下降。
　　軸承不對(duì)中造成的設(shè)備故障類型主要有：
　　(1)由于軸承不對(duì)中造成各軸承負(fù)荷分配變化和軸承的動(dòng)特性變化，從而影響整個(gè)轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
　　(2)由于支撐負(fù)荷變化、造成軸系臨界轉(zhuǎn)速變化，激發(fā)結(jié)構(gòu)共振；
　　(3)由于支撐負(fù)荷變化造成工作轉(zhuǎn)速下軸系振型的變化，則在某種振型下重量在變化的振型條件下變得靈敏，或反之；
　　(4)軸承不對(duì)中導(dǎo)致高壓汽輪機(jī)汽封間隙不均勻誘發(fā)間隙激振；
　　(5)不對(duì)中的一對(duì)軸承，負(fù)荷大的軸承油膜呈現(xiàn)較大的非線性，在不平衡擾動(dòng)力的作用下，在的條件下可導(dǎo)致軸振動(dòng)出現(xiàn)次諧波響應(yīng)和高次諧波響應(yīng)：
　　(6)軸承不對(duì)中使軸承受外部預(yù)載，這是一種通過聯(lián)軸器施加于轉(zhuǎn)軸的交變力，嚴(yán)重時(shí)，可使聯(lián)軸器截面處產(chǎn)生疲勞裂紋；
　　(7)由于軸承不對(duì)中導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生低頻渦動(dòng)，軸心的渦動(dòng)位移與轉(zhuǎn)子的周期性彎曲產(chǎn)生交變應(yīng)力，此交變應(yīng)力的頻率等于轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與渦動(dòng)頻率之差，只要變形超過某個(gè)值，轉(zhuǎn)軸應(yīng)力處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。