单跨转子系统的不对中故障研究

发布时间：2020-01-18

1895年，Foppl.A首先提出了一个单的转子模型，它由一根两端刚支的无质量的轴和在其中部的圆盘组成。Jeffwtt.H.H教授在1919年对这一模型进行了动力学特性的研究，他指出在超临界运行时，转子会产生自动定心现象，后来这一模型被命名为Jeffcott转子。自此以后，基于线性系统理论的转子动力学获得了很大的发展，在不平衡响应计算、临界转速确定、轴承的偏角不对中故障会提高转子轴系的临界转速和失稳转速。对于单跨转子系统，主要研究轴承不对中，目前多使用自位轴承，因此，轴承偏角不对中容易。实际情况下的是轴承位置标高发生变化，使轴承载荷重新分配，从而影响整个轴系的稳定性。对于复杂转子系统(含多自由度和强非线性的转子系统)的研究已成为近代转子动力学的研究热点。
　　目前，单跨单盘转子系统的研究已经很充分。单跨多盘转子系统的研究还比较少，对于单跨多盘转子系统，采用柔度影响系数法建立动力学方程是比较方便的。因此一般采用柔度影响系数法建立多盘转子系统的动力学模型。Nikolajsen.J.L指出转子系统中轴承的对中是不存在的，并介绍了用影响系数法计算轴承不对中的偏心载荷，用有限元法计算讨论了轴承不对中对转子系统稳定性的影响。瞿红春采用Raccati传递矩阵法对旋转机械的轴系不对中进行了数值计算和理论分析，计算了角度不对中时的振动特性。Jin.W.H和Chung.J利用有限元法推导了具有角度不对中的转子系统的运动微分方程，结合边界条件分析了系统的固有特性和动力学响应。李明根据Lagrange方程建立了不对中转子系统的动力学模型，指出不对中转子系统是一个具有自激振动特征的强非线性系统，并通过4阶Runge-Kutta法进行数值积分，分析了不对中转子系统的非线性动力学特征。
　　轴承支承标高的变化改变了轴系振动系统的参数，从广义上讲，改变轴系支承条件即改变了转动轴系的参数，无论是刚性轴还是柔性轴，不平衡响应都会受到影响从而导致振动的改变，但刚性轴和柔性轴的影响程度不同，因为刚性轴主要是力的平衡，而柔性轴则是振型的平衡。轴系振动参数改变后，即改变了柔性转子的临界转速和振型，按柔性转子平衡理论，如果转子的平衡状态良好，平衡加重合理，则支撑标高的改变不会使振动发生变化：如果转子因残存不平衡质量大或平衡加重方式不合理而使其存在内力矩，则转子临界转速值和振型的改变，就会使原来残余平衡状态所起的作用发生变化，所以支撑标高相对的变化对平衡不良的柔性转子影响较大。在机组正式冲转之前，支撑标高并不是一个恒定值，而是一个幅度变化很小的缓变量，其主要是转速和功率的函数，两者稳定后。标高变化趋于平稳；轴承温度的变化会引起标高的下降。
　　轴承不对中造成的设备故障类型主要有：
　　(1)由于轴承不对中造成各轴承负荷分配变化和轴承的动特性变化，从而影响整个转子一轴承系统的稳定性；
　　(2)由于支撑负荷变化、造成轴系临界转速变化，激发结构共振；
　　(3)由于支撑负荷变化造成工作转速下轴系振型的变化，则在某种振型下重量在变化的振型条件下变得灵敏，或反之；
　　(4)轴承不对中导致高压汽轮机汽封间隙不均匀诱发间隙激振；
　　(5)不对中的一对轴承，负荷大的轴承油膜呈现较大的非线性，在不平衡扰动力的作用下，在的条件下可导致轴振动出现次谐波响应和高次谐波响应：
　　(6)轴承不对中使轴承受外部预载，这是一种通过联轴器施加于转轴的交变力，严重时，可使联轴器截面处产生疲劳裂纹；
　　(7)由于轴承不对中导致转子产生低频涡动，轴心的涡动位移与转子的周期性弯曲产生交变应力，此交变应力的频率等于转动频率与涡动频率之差，只要变形超过某个值，转轴应力处就会产生疲劳裂纹。