旋转机械转子不对中的故障诊断

发布时间：2020-01-25

大型机组通常由多个转子组成，各转子之间用联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。
　　具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列于设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳、轴弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害。
　　一、转子不对中的类型
　　转子不对中包括轴承不对中和轴
　　系不对中两种情况。轴颈在轴承中偏斜称为轴承不对中。轴承不对中本身不会产生振动，它主要影响到油膜性能和阻尼。在转子不平衡情况下，由于轴承不对中对不平衡力的反作用，会出现工频振动。
　　机组各转子之间用联轴节连接时，如不处在同一直线上，就称为轴系不对中。通常所讲的不对中多指轴系不对中。造成轴系不对中的原因有安装误差、管道应变影响、温度变化热变形、基础沉降不均等。由于不对中，将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。由于不对中引起的振动会随不对中严重程度的增加而增大。不对中是非常普遍的故障，即使采用自动调位轴承和可调节联轴器也难以使轴系及轴承对中。当对中超差过大时，会对设备造成一系列的影响，如联轴节咬死、轴承碰磨、油膜失稳、轴挠曲变形增大等，严重时将造成灾难性事故。
　　轴系不对中一般可分为以下三种情况：
　　(1)轴线平行位移，称为平行不对中；
　　(2)轴线交叉成一角度，称为角度不对中；
　　(3)轴线位移且交叉，称为综合不对中。
　　1、综合不对中
　　在实际生产中，轴系转子之间的对中情况往往是既有平行位数不对中，又有角度不对中的综合移位不对中，因而转子振动的机位移是两者的综合结果。当转子既有平行位移不对中又有角度不对中时，其动态特性比较复杂。激振频率为角频率的2倍；激振力的大小随速度而变化，其大小和综合不对中量Δy、Δα、安装距离ΔL以及中间齿套质量m等有关。联轴器两侧同一方向的激振力之间的相位差在0°~180°之间。其他故障物理特性也介于轴线平行不对中和角度不对中之间。
　　同时，齿式联轴器由于所产生的附加轴向力以及转子偏角的作用，从动转子以每回转一周为周期，在轴向往复运动一次，因而转子轴向振动的频率与角频率相同。
　　2、刚性联轴器连接转子不对中的故障机理
　　刚性联轴器连接的转子对中不良时，由于强制连接所产生的力矩，不仅使转子发生弯曲变形，而且随转子轴线平行位移或轴线角度位移的状态不同，其变形和受力情况也不一样。
　　用刚性联轴器连接的转子不对中时，转子往往是既有轴线平行位移，又有轴角度位移的综合状态，转子所受的力既有径向交变力，又有轴向交变力。
　　弯曲变形的转子由于转轴内阻现象以及转轴表面与旋转体内表面之间的摩擦而产生的相对滑动，使转子产生自激旋转振动，而且当主动转子按转速旋转时，从动转子的转速会产生周期性变动，每转动一周变动两次，因而其振动频率为转子转动频率的两倍。
　　二、转子不对中的故障特征
　　实际工程中遇到的转子不对中故障大多数为齿式联轴器不对中，在此以齿式联轴器不对中为例介绍其故障特征。
　　由上述分析知，齿式联轴器连接不对中的转子系统，其振动主要特征如下。
　　(1)故障的特征频率为角频率的2倍；
　　(2)由不对中故障产生的对转子的激励力随转速的升高而加大，因此，高速旋转机械应加注重转子的对中要求；
　　(3)激励力与不对中量成正比，随不对中量的增加，激励力呈线性增大；
　　(4)联轴器同一侧相互垂直的两个方向，2倍频的相位差是基频的2倍；联轴器两侧同一方向的相位在平行位移不对中时为0°，在角位移不对中时为180°，综合位移不对中时为0°~180°；
　　(5)轴系转子在不对中情况下，中间齿套的轴心线相对于联轴器的轴心线产生相对运动，在平行位移不对中时的回转轮廓为一圆柱体，角位移不对中时为一双锥体，综合位移不对中时是介于二者之间的形状。回转体的回转范围由不对中量决定。
　　(6)轴系具有过大的不对中量时，会由于联轴器不符合其运动条件而使转子在运动中产生巨大的附加径向力和附加轴向力，使转子产生异常振动，轴承过早损坏，对转子系统具有较大的破坏性。
　　三、故障原因与治理措施
　　转子不对中故障原因与治理措施：
　　1、设计原因。①对工作状态下热膨胀量计算不准。②对介质压力、真空度变化对即可的影响计算不准。③给出的冷态对中数据不准。
　　2、制造原因。材质不均，造成热膨胀不均匀。
　　3、安装维修。①冷态对中数据不符合要求。②检修失误造成热膨胀受阻。③机壳保温不良，热膨胀不均匀。
　　4、操作运行。①超负荷运行。②介质温度偏离设计值。
　　5、状态劣化。①机组基础或基座沉降不均匀。②基础滑板锈蚀，热胀受阻。③机壳变形。
　　6、治理措施：①核对设计给出的冷态对中数据。②按技术要求检查调整轴承对中。③检查热态膨胀是否受限。④检查保温是否完好。⑤检查调整基础沉降。