旋轉(zhuǎn)機械故障診斷不對中

旋轉(zhuǎn)機械故障診斷不對中第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷6.2.1轉(zhuǎn)子不對中故障的特征轉(zhuǎn)子不對中類型1、2、3、4——軸承編號第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷轉(zhuǎn)子不對中的故障特征(1)故障的特征頻率為角頻率的2倍。(2)由不對中故障產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子的激勵力隨轉(zhuǎn)速的升高而加大，因此，高速旋轉(zhuǎn)機械應(yīng)更加注重轉(zhuǎn)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)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(zhuǎn)子在運動中產(chǎn)生巨大的附加徑向力和附加軸向力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異常振動，軸承過早損壞，對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有較大的破壞性。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷6.2.2聯(lián)軸節(jié)不對中的診斷頻率聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)種類較多，大型高速旋轉(zhuǎn)機械常用齒式聯(lián)軸器，中小設(shè)備多用固定式剛性聯(lián)軸器。（1）平行不對中的振動頻率下圖表示兩個半聯(lián)軸節(jié)存在平行不對中時的受力情況。圖中O1為軸1的旋轉(zhuǎn)中心，O2為軸2的旋轉(zhuǎn)中心，e為兩個半聯(lián)軸節(jié)的偏心距，P為連接螺柱在結(jié)合處的某一點，w為軸的旋轉(zhuǎn)角速度，wt為P點在偏心方向上的轉(zhuǎn)角。兩半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)時，在螺栓力作用下有把偏移的兩軸中心拉到一起的趨勢。對于某個螺栓上的P點，因為旋轉(zhuǎn)半徑PO2>PO1

螺栓上的拉力使軸1半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑PO1的金屬纖維受壓縮，軸2半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，PO2

的金屬纖維受拉伸。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷O1O2PweSFyFxFwt第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷纖維彈性變形量的計算，可在PO2連線上取一點S，使PO1=PS，因為PO2>>e，可近似的看作O1

S與PO2垂直。則：如果兩半聯(lián)軸節(jié)尺寸和材料相同，則PO1受壓縮，PO2受拉伸，兩者變形量近似相等，均為：設(shè)聯(lián)軸節(jié)在PO2方向上的剛度為K，則PO2方向上存在一個拉伸力；PO1方向上同樣存在一個壓縮力。力的大小為：第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷F在O1O2方向上的投影就是它在垂直方向上的分力，其值為：（1）水平方向上的分力為：（2）（1）式中前一項是作用在O1O2之間的拉力，該力不隨時間變化，它力圖把兩個半聯(lián)軸節(jié)的不對中量縮??；后一項與式（2）的分力Fx相同，是隨轉(zhuǎn)速而變化的兩倍頻激振力，也就是聯(lián)軸節(jié)每旋轉(zhuǎn)一周，徑向力交變2次，轉(zhuǎn)子徑向方向上就有2次力的脈動。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷上述概念簡單的理解：軸1和軸2半聯(lián)軸節(jié)發(fā)生平行不對中時，則在不對中方向上有一對用螺釘連接的螺孔，當(dāng)螺釘拉緊時，一個螺孔的旋轉(zhuǎn)半徑受拉伸，另一個受壓縮。它們在軸旋轉(zhuǎn)過程中，每轉(zhuǎn)180°，各螺孔旋轉(zhuǎn)半徑拉伸和壓縮交變一次，作用在半聯(lián)軸節(jié)上的力也交變一次；旋轉(zhuǎn)360°，則力交變2次，使軸在徑向方向上產(chǎn)生2倍頻振動。第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷（2）角度不對中的振動頻率角度不對中意味著兩軸的中心線相交成一定角度α，在螺栓拉力作用下兩半聯(lián)軸節(jié)中存在一個彎矩，彎矩的作用方向是力圖減小兩軸中心線的交角。從聯(lián)軸節(jié)某一點上觀察，軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩的作用方向交變一次，彎矩施加于軸的彎曲變形也是每周變化一次，由此引起工頻振動。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷對于角度不對中引起軸向振動問題，假如聯(lián)軸節(jié)上各螺栓在靜止?fàn)顟B(tài)時初始拉緊力相同，由于角度不對中，兩半聯(lián)軸節(jié)上對應(yīng)的一對螺孔軸向距離不相等。軸在旋轉(zhuǎn)過程中螺孔距離將發(fā)生周期性變化，上側(cè)螺孔原始距離最近的鏈接螺栓在旋轉(zhuǎn)到下側(cè)時，由于螺孔距離增大，就好承受很大的拉伸力，軸每旋轉(zhuǎn)一周，拉伸力變化一次。如果螺栓不變形，則半聯(lián)軸節(jié)就要帶著軸沿軸向攢動一次，引起轉(zhuǎn)子軸向振動，振動頻率正是轉(zhuǎn)速頻率。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷（3）不對中引起轉(zhuǎn)子不平衡聯(lián)軸節(jié)不對中，相當(dāng)于在聯(lián)軸節(jié)上附加一個不平衡質(zhì)量，會產(chǎn)生類似于質(zhì)量不平衡一樣的振動，尤其是轉(zhuǎn)子懸臂端較長的聯(lián)軸節(jié)，由于不對中引起像不平衡那樣的振動現(xiàn)象，可能會表現(xiàn)得十分明顯。質(zhì)量較小的轉(zhuǎn)子，不對中的聯(lián)軸節(jié)用螺栓拉緊后，轉(zhuǎn)子就被強制彎曲，產(chǎn)生初始變形，轉(zhuǎn)子在工作時就破壞了原始的動平衡狀態(tài)，產(chǎn)生新的不平衡振動。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷轉(zhuǎn)子不對中故障的振動特征

序號特征參量故障特征平行不對中角度不對中綜合不對中1時域波形1X頻與2X頻疊加波形1X頻與2X頻疊加波形1X頻與2X頻疊加波形2特征頻率2X頻明顯較高2X頻明顯較高2X頻明顯較高3常伴頻率1X頻、高次諧波1X頻、高次諧波1X頻、高次諧波4振動穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定5振動方向徑向為主徑向、軸向均較大徑向、軸向均較大6相位特征較穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定7軸心軌跡雙環(huán)橢圓雙環(huán)橢圓雙環(huán)橢圓第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷轉(zhuǎn)子不對中故障原因與治理措施

第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷【實例1】透平壓縮機對中不良某廠一臺透平壓縮機組整體布置如圖所示。機組年度檢修時，除正常檢查、調(diào)整工作外，還更換了連接壓縮機高壓缸和低壓缸之間的聯(lián)軸器的連接螺栓，對軸系的轉(zhuǎn)子對中情況進行了調(diào)整等。

第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷檢修后啟動機組時，透平和壓縮機低壓缸運行正常，而壓縮機高壓缸振動較大（在允許范圍內(nèi)）；機組運行一周后壓縮機高壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振動增大，其中測點5振動值增加兩倍，測點6的軸向振動加大，透平和壓縮機低壓缸的振動無明顯變化；機組運行兩周后，高壓缸測點5的振動值又突然增加一倍，超過設(shè)計允許值，振動劇烈，危及生產(chǎn)。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷壓縮機高壓缸主要振動特征如下：(1)連接壓縮機高、低壓缸之間的聯(lián)軸器兩端振動較大；(2)測點5的振動波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波，頻譜中2頻諧波具有較大峰值；(3)軸心軌跡為雙橢圓復(fù)合軌跡；(4)軸向振動較大。診斷意見：壓縮機高壓缸與低壓缸之間轉(zhuǎn)子對中不良，聯(lián)軸器發(fā)生故障，必須緊急停機檢修。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷生產(chǎn)驗證：檢修人員做好準(zhǔn)備工作后，操作人員按正常停機處理。根據(jù)診斷結(jié)論，重點對機組聯(lián)軸器局部解體檢查發(fā)現(xiàn)，連接壓縮機高壓缸與低壓缸之間的聯(lián)軸器（半剛性聯(lián)軸器）固定法蘭與內(nèi)齒套的連接螺栓已斷掉三只。復(fù)查轉(zhuǎn)子對中情況，發(fā)現(xiàn)對中嚴(yán)重超差，不對中量大于設(shè)計要求16倍。同時發(fā)現(xiàn)連接螺栓的機械加工和熱處理工藝不符合要求，螺紋根部應(yīng)力集中，且熱處理后未進行正火處理，金相組織為淬火馬氏體，螺栓在拉應(yīng)力作用下脆性斷裂。根據(jù)診斷意見及分析檢查結(jié)果，重新對中找正高壓缸轉(zhuǎn)子，并更換上符合技術(shù)要求的連接螺栓，重新啟動后，機組運行正常，避免了一次惡性事故。

第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷【實例2】壓縮機組對中不良

（1）故障情況某化工廠壓縮機組如圖所示。電動機轉(zhuǎn)速1500r/min，壓縮機轉(zhuǎn)速7758r/min。3號測點位移150μm，速度峰值9mm/s，均超過允許值。第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷（2）診斷：3號測點位于齒輪箱頂蓋上，由于頂蓋不直接壓在軸承蓋上，而且箱蓋剛度不很高，所以傳遞途徑對振動影響較大。為此，將測點調(diào)整到軸承座的基座8號測點位置。8號測點的位移和速度頻譜圖如圖所示。8號測點頻譜a—位移頻譜；b—速度頻譜

第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷由圖可知，2×RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超過l×RPM，3×RPM幅值也較大，說明該軸承座振動異常?？紤]到8號測點前面有聯(lián)軸節(jié)，故診斷為電機與齒輪箱的聯(lián)軸節(jié)對中不良。（3）驗證：停機后對聯(lián)軸節(jié)測量發(fā)現(xiàn)，對中超差甚大，垂直方向兩軸中心偏移達0.15mm