旋转机械故障诊断-不对中

6.2 转子不对中故障诊断
• （3）不对中引起转子不平衡 • 联轴节不对中，相当于在联轴节上附加一个不平衡质量， 会产生类似于质量不平衡一样的振动，尤其是转子悬臂端 较长的联轴节，由于不对中引起像不平衡那样的振动现象， 可能会表现得十分明显。 • 质量较小的转子，不对中的联轴节用螺栓拉紧后，转子就 被强制弯曲，产生初始变形，转子在工作时就破坏了原始 的动平衡状态，产生新的不平衡振动。
8号测点频谱 a—位移频谱；b—速度频谱
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• 由图可知，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超过l×RPM ，3 ×RPM幅值也较大，说明该轴承座振动异常。考虑到8号测点前面 有联轴节，故诊断为电机与齿轮箱的联轴节对中不良。
• （3）验证：
• 停机后对联轴节测量发现，对中超差甚大，垂直方向两轴中心偏 移达0.15mm，电机中心较高。降低电机中心后开机，3号点位移 减为6μ m，速度峰值减为3mm/s，其他各点振幅也平均降低25%。 8号测点对中以后的位移和速度频谱如图所示，可以看到，2×RP M和3×RPM分量已基本消失。
• 设联轴节在P O2方向上的刚度为K，则P O2方向上存在一个拉 伸力； P O1方向上同样存在一个压缩力。力的大小为：
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• F在 O1 O2方向上的投影就是它在垂直方向上的分力，其值为： • • 水平方向上的分力为： • （1）
（2）
• （1）式中前一项是作用在O1 O2之间的拉力，该力不随时间变化， 它力图把两个半联轴节的不对中量缩小；后一项与式（2）的分力 Fx相同，是随转速而变化的两倍频激振力，也就是联轴节每旋转 一周，径向力交变2次，转子径向方向上就有2次力的脉动。
6.2 转子不对中故障诊断
Fra Baidu bibliotek
对中后8号测点频谱 a—位移频谱；b—速度频谱
6.2 转子不对中故障诊断
轴1 P O1 e O2
P
轴2
w
wt O1 S F Fy e
Fx
O2
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• 纤维弹性变形量的计算，可在P O2连线上取一点S，使P O1 =P S，因为P O2>>e，可近似的看作O1 S与P O2垂直。则：
• 如果两半联轴节尺寸和材料相同，则P O1受压缩， P O2受拉 伸，两者变形量近似相等，均为：
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转子不对中故障的振动特征
序 特征参量 号 1 时域波形 2 特征频率 3 常伴频率 4 振动稳定性 5 振动方向 故障特征 平行不对中
2X频明显较高 1X频、高次谐波 稳定
角度不对中
2X频明显较高 1X频、高次谐波 稳定
综合不对中
2X频明显较高 1X频、高次谐波 稳定
1X频与2X频叠加波形 1X频与2X频叠加波形 1X频与2X频叠加波形
6.2 转子不对中故障诊断
6.2 转子不对中故障诊断
• 压缩机高压缸主要振动特征如下： • (1)连接压缩机高、低压缸之间的联轴器两端振动较大； • (2)测点5的振动波形畸变为基频与倍频的叠加波，频谱中2 频谐波具有较大峰值； • (3)轴心轨迹为双椭圆复合轨迹； • (4)轴向振动较大。 • 诊断意见：压缩机高压缸与低压缸之间转子对中不良，联 轴器发生故障，必须紧急停机检修。
6.2 转子不对中故障诊断
• 对于角度不对中引起轴向振动问题， • 假如联轴节上各螺栓在静止状态时初始拉紧力相同，由于角 度不对中，两半联轴节上对应的一对螺孔轴向距离不相等。 • 轴在旋转过程中螺孔距离将发生周期性变化，上侧螺孔原始 距离最近的链接螺栓在旋转到下侧时，由于螺孔距离增大， 就好承受很大的拉伸力，轴每旋转一周，拉伸力变化一次。 如果螺栓不变形，则半联轴节就要带着轴沿轴向攒动一次， 引起转子轴向振动，振动频率正是转速频率。
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• 生产验证：检修人员做好准备工作后，操作人员按正常停 机处理。根据诊断结论，重点对机组联轴器局部解体检查 发现，连接压缩机高压缸与低压缸之间的联轴器（半刚性 联轴器）固定法兰与内齿套的连接螺栓已断掉三只。 • 复查转子对中情况，发现对中严重超差，不对中量大于设 计要求16倍。 • 同时发现连接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求， 螺纹根部应力集中，且热处理后未进行正火处理，金相组 织为淬火马氏体，螺栓在拉应力作用下脆性断裂。 • 根据诊断意见及分析检查结果，重新对中找正高压缸转子， 并更换上符合技术要求的连接螺栓，重新启动后，机组运 行正常，避免了一次恶性事故。
6.2 转子不对中故障诊断
• 上述概念简单的理解： • 轴1和轴2半联轴节发生平行不对中时，则在不对中方向上 有一对用螺钉连接的螺孔，当螺钉拉紧时，一个螺孔的旋 转半径受拉伸，另一个受压缩。它们在轴旋转过程中，每 转180°，各螺孔旋转半径拉伸和压缩交变一次，作用在半 联轴节上的力也交变一次；旋转360°，则力交变2次，使 轴在径向方向上产生2倍频振动。
• ①初始安装对中超差；②冷态对中时没有正确估计各个转子 中心线的热态升高量，工作时出现主动转子与从动转子动态 对中不良；③轴承架热膨胀不均匀；④管道力作用；⑤机壳 变形或移位；⑥地基不均匀下沉；⑦基础变形；⑧转子弯曲， 同时产生不平衡和不对中故障。
6.2 转子不对中故障诊断
• 6.2.1转子不对中故障的特征
6.2 转子不对中故障诊断
• 【实例2】压缩机组对中不良 • （1）故障情况
• 某化工厂压缩机组如图所示。电动机转速1500r/min，压缩机 转速7758r/min。3号测点位移150μ m，速度峰值9mm/s，均超 过允许值。
6.2 转子不对中故障诊断
• （2）诊断：
• 3号测点位于齿轮箱 顶盖上，由于顶盖不 直接压在轴承盖上， 而且箱盖刚度不很高， 所以传递途径对振动 影响较大。为此，将 测点调整到轴承座的 基座8号测点位置。8 号测点的位移和速度 频谱图如图所示。
6.2 转子不对中故障诊断
• 6.2.2联轴节不对中的诊断频率
• 联轴器的结构种类较多，大型高速旋转机械常用齿式联轴器，中 小设备多用固定式刚性联轴器。
• （1）平行不对中的振动频率
• 下图表示两个半联轴节存在平行不对中时的受力情况。图中O1为 轴1的旋转中心， O2为轴2的旋转中心，e为两个半联轴节的偏心距， P为连接螺柱在结合处的某一点，w为轴的旋转角速度，wt为P点在 偏心方向上的转角。 • 两半联轴节旋转时，在螺栓力作用下有把偏移的两轴中心拉到一 起的趋势。对于某个螺栓上的P点，因为旋转半径P O2 >P O1 螺栓 上的拉力使轴1半联轴节旋转半径P O1的金属纤维受压缩，轴2半联 轴节旋转半径， P O2 的金属纤维受拉伸。
6.2 转子不对中故障诊断
• 转子不对中故障：指机器在运行状态下，转子与转子之间 的连接对中超出正常范围，或者转子轴颈在轴承中的相对 位置不良，不能形成良好的油膜和适当的轴承负荷，从而 引发机器振动或联轴节、轴承损坏的现象。 • 旋转机械故障的60%是由转子不对中引起。 • 引起转子不对中故障的原因有：
6.2 转子不对中故障诊断
• （2）角度不对中的振动频率 • 角度不对中意味着两轴的中心线相交成一定角度α，在螺栓 拉力作用下两半联轴节中存在一个弯矩，弯矩的作用方向 是力图减小两轴中心线的交角。 • 从联轴节某一点上观察，轴旋转一周，弯矩的作用方向交 变一次，弯矩施加于轴的弯曲变形也是每周变化一次，由 此引起工频振动。
6.2 转子不对中故障诊断
• 检修后启动机组时，透平和压缩机低压缸运行正常， 而压缩机高压缸振动较大（在允许范围内）；机组 运行一周后压缩机高压缸振动突然加剧，测点4、5 的径向振动增大，其中测点5振动值增加两倍，测 点6的轴向振动加大，透平和压缩机低压缸的振动 无明显变化；机组运行两周后，高压缸测点5的振 动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈， 危及生产。
转子不对中类型
1、2、3、4——轴承编号
6.2 转子不对中故障诊断
• 转子不对中的故障特征 • (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，高速旋转机械应更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)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。
径向为主
较稳定 双环椭圆
径向、轴向均较大
较稳定 双环椭圆
径向、轴向均较大
较稳定 双环椭圆
6 相位特征
7 轴心轨迹
6.2 转子不对中故障诊断
转子不对中故障原因与治理措施
6.2 转子不对中故障诊断
• 【实例1】透平压缩机对中不良
• 某厂一台透平压缩机组整体布置如图所示。机组年度检修时，除 正常检查、调整工作外，还更换了连接压缩机高压缸和低压缸之 间的联轴器的连接螺栓，对轴系的转子对中情况进行了调整等。