旋转机械故障诊断-不对中

6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断： 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 。 初 始 安 装 对 中 超 差 ； 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 ； 轴 承 架 热 膨 胀 不 均 匀 ； 管 道 力 作 用 ； 机 壳 变 形 或 移 位 ； 地 基 不 均 匀 下 沉 ； 基 础 变 形 ； 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 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 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 。 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 O 2 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O 1O2P w eS FyFxF wt 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 纤 维 弹 性 变 形 量 的 计 算 ， 可 在 P O2连 线 上 取 一 点 S， 使 P O1 =PS， 因 为 P O2e， 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 ： 设 联 轴 节 在 P O 2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 ： 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 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 ： （ 1） 水 平 方 向 上 的 分 力 为 ： （ 2） （ 1） 式 中 前 一 项 是 作 用 在 O 1 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 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 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 角 度 不 对 中 意 味 着 两 轴 的 中 心 线 相 交 成 一 定 角 度 ， 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 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 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 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 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 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 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断转 子 不 对 中 故 障 的 振 动 特 征序号 特 征 参 量 故 障 特 征平 行 不 对 中 角 度 不 对 中 综 合 不 对 中1 时 域 波 形 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2 特 征 频 率 2X频 明 显 较 高 2X频 明 显 较 高 2X频 明 显 较 高3 常 伴 频 率 1X频 、 高 次 谐 波 1X频 、 高 次 谐 波 1X频 、 高 次 谐 波4 振 动 稳 定 性 稳 定 稳 定 稳 定5 振 动 方 向 径 向 为 主 径 向 、 轴 向 均 较 大 径 向 、 轴 向 均 较 大6 相 位 特 征 较 稳 定 较 稳 定 较 稳 定7 轴 心 轨 迹 双 环 椭 圆 双 环 椭 圆 双 环 椭 圆 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 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 。 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 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断 (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 。： 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 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 。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 （ 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 150 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 。 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 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 6 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 RPM和 3 RPM分 量 已 基 本 消 失 。 6.2 转 子 不 对 中 故 障 诊 断