旋轉機械轉子不對中的故障診斷

發(fā)布時間：2020-01-25

大型機組通常由多個轉子組成，各轉子之間用聯(lián)軸器聯(lián)接構成軸系，傳遞運動和轉矩。由于機器的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機器基礎的不均勻沉降等，有可能會造成機器工作時各轉子軸線之間產生不對中。
　　具有不對中故障的轉子系統(tǒng)在其運轉過程中將產生一系列于設備的動態(tài)效應，如引起機器聯(lián)軸器偏轉、軸承早期損壞、油膜失穩(wěn)、軸彎曲變形等，導致機器發(fā)生異常振動，危害。
　　一、轉子不對中的類型
　　轉子不對中包括軸承不對中和軸
　　系不對中兩種情況。軸頸在軸承中偏斜稱為軸承不對中。軸承不對中本身不會產生振動，它主要影響到油膜性能和阻尼。在轉子不平衡情況下，由于軸承不對中對不平衡力的反作用，會出現(xiàn)工頻振動。
　　機組各轉子之間用聯(lián)軸節(jié)連接時，如不處在同一直線上，就稱為軸系不對中。通常所講的不對中多指軸系不對中。造成軸系不對中的原因有安裝誤差、管道應變影響、溫度變化熱變形、基礎沉降不均等。由于不對中，將導致軸向、徑向交變力，引起軸向振動和徑向振動。由于不對中引起的振動會隨不對中嚴重程度的增加而增大。不對中是非常普遍的故障，即使采用自動調位軸承和可調節(jié)聯(lián)軸器也難以使軸系及軸承對中。當對中超差過大時，會對設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，嚴重時將造成災難性事故。
　　軸系不對中一般可分為以下三種情況：
　　(1)軸線平行位移，稱為平行不對中；
　　(2)軸線交叉成一角度，稱為角度不對中；
　　(3)軸線位移且交叉，稱為綜合不對中。
　　1、綜合不對中
　　在實際生產中，軸系轉子之間的對中情況往往是既有平行位數(shù)不對中，又有角度不對中的綜合移位不對中，因而轉子振動的機位移是兩者的綜合結果。當轉子既有平行位移不對中又有角度不對中時，其動態(tài)特性比較復雜。激振頻率為角頻率的2倍；激振力的大小隨速度而變化，其大小和綜合不對中量Δy、Δα、安裝距離ΔL以及中間齒套質量m等有關。聯(lián)軸器兩側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中和角度不對中之間。
　　同時，齒式聯(lián)軸器由于所產生的附加軸向力以及轉子偏角的作用，從動轉子以每回轉一周為周期，在軸向往復運動一次，因而轉子軸向振動的頻率與角頻率相同。
　　2、剛性聯(lián)軸器連接轉子不對中的故障機理
　　剛性聯(lián)軸器連接的轉子對中不良時，由于強制連接所產生的力矩，不僅使轉子發(fā)生彎曲變形，而且隨轉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)軸器連接的轉子不對中時，轉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。
　　彎曲變形的轉子由于轉軸內阻現(xiàn)象以及轉軸表面與旋轉體內表面之間的摩擦而產生的相對滑動，使轉子產生自激旋轉振動，而且當主動轉子按轉速旋轉時，從動轉子的轉速會產生周期性變動，每轉動一周變動兩次，因而其振動頻率為轉子轉動頻率的兩倍。
　　二、轉子不對中的故障特征
　　實際工程中遇到的轉子不對中故障大多數(shù)為齒式聯(lián)軸器不對中，在此以齒式聯(lián)軸器不對中為例介紹其故障特征。
　　由上述分析知，齒式聯(lián)軸器連接不對中的轉子系統(tǒng)，其振動主要特征如下。
　　(1)故障的特征頻率為角頻率的2倍；
　　(2)由不對中故障產生的對轉子的激勵力隨轉速的升高而加大，因此，高速旋轉機械應加注重轉子的對中要求；
　　(3)激勵力與不對中量成正比，隨不對中量的增加，激勵力呈線性增大；
　　(4)聯(lián)軸器同一側相互垂直的兩個方向，2倍頻的相位差是基頻的2倍；聯(lián)軸器兩側同一方向的相位在平行位移不對中時為0°，在角位移不對中時為180°，綜合位移不對中時為0°~180°；
　　(5)軸系轉子在不對中情況下，中間齒套的軸心線相對于聯(lián)軸器的軸心線產生相對運動，在平行位移不對中時的回轉輪廓為一圓柱體，角位移不對中時為一雙錐體，綜合位移不對中時是介于二者之間的形狀。回轉體的回轉范圍由不對中量決定。
　　(6)軸系具有過大的不對中量時，會由于聯(lián)軸器不符合其運動條件而使轉子在運動中產生巨大的附加徑向力和附加軸向力，使轉子產生異常振動，軸承過早損壞，對轉子系統(tǒng)具有較大的破壞性。
　　三、故障原因與治理措施
　　轉子不對中故障原因與治理措施：
　　1、設計原因。①對工作狀態(tài)下熱膨脹量計算不準。②對介質壓力、真空度變化對即可的影響計算不準。③給出的冷態(tài)對中數(shù)據(jù)不準。
　　2、制造原因。材質不均，造成熱膨脹不均勻。
　　3、安裝維修。①冷態(tài)對中數(shù)據(jù)不符合要求。②檢修失誤造成熱膨脹受阻。③機殼保溫不良，熱膨脹不均勻。
　　4、操作運行。①超負荷運行。②介質溫度偏離設計值。
　　5、狀態(tài)劣化。①機組基礎或基座沉降不均勻。②基礎滑板銹蝕，熱脹受阻。③機殼變形。
　　6、治理措施：①核對設計給出的冷態(tài)對中數(shù)據(jù)。②按技術要求檢查調整軸承對中。③檢查熱態(tài)膨脹是否受限。④檢查保溫是否完好。⑤檢查調整基礎沉降。