轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障機理與診斷

轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障機理與診斷也雙圜高速旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的葉輪、軸套等旋轉(zhuǎn)體通常是采用熱壓配合的方式安裝在轉(zhuǎn)軸上，其配合面要求為過盈配合。當(dāng)過盈量不足而發(fā)生松動時，轉(zhuǎn)子在高速運行中由于動撓度以及交變激振力的作用，轉(zhuǎn)軸材料內(nèi)部以及轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)體配合面之間會發(fā)生摩擦而影響轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。一、振動機理高速運行的轉(zhuǎn)子，如果一旦葉輪、軸套等旋轉(zhuǎn)體與配合面之間的配合過盈量不足，當(dāng)轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量不平衡或彎曲等原因撓度增大時，轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)體配合面之間將產(chǎn)生相對滑動，如圖1所示。轉(zhuǎn)軸凸面在縱向伸長，配合面就受到剪切力T的作用，圓盤對轉(zhuǎn)軸的摩擦力的方向朝內(nèi)；轉(zhuǎn)軸凹面的摩擦力方向朝外，摩擦力形成兩個力偶，力偶矩以Mt表示。圖1轉(zhuǎn)軸配合面受力情況將力偶矩轉(zhuǎn)化為作用于軸心的等效橫向力Fp，則（1-1）Fp的方向與轉(zhuǎn)軸圓盤中心的位移方向相反。由于摩擦力的大小與配合面的正壓力成正比，轉(zhuǎn)軸曲率正比于撓度，因此相對滑動速度正比于該處的相對速度x。轉(zhuǎn)子在頻率為④的簡諧干擾力（1-2）（1-3）h= 一中）（1-2）（1-3）作用下，速度為±=acos（＜w￡一平）摩擦力為非線性時，轉(zhuǎn)子的運動方程為

- (1-4)式中F一摩擦力。由非線性振動的特點可知，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受干擾力作用時，有低頻諧波及高頻諧波響應(yīng)。另一方面，轉(zhuǎn)軸受力時，對于理想材料，應(yīng)力。與應(yīng)變e之間呈線性關(guān)系。但是，由于真實材料分子間有內(nèi)摩擦存在，在加載、卸載過程中，應(yīng)變總是稍稍滯后于應(yīng)力，形成遲滯曲線，如圖2所示。如某點1經(jīng)Ai,B2點，卸載并逆向加載達A2點時，應(yīng)力為零，但應(yīng)變還有一定值，只有當(dāng)反向加載到達B1點時，應(yīng)變才等于零。圖2轉(zhuǎn)子配合表面受力情況假定一個轉(zhuǎn)子的軸承中心為O,軸的中心為O，，當(dāng)軸作穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)動時，其軸心的O,渦動軌跡為一圓，設(shè)6=00,為其半徑，Q為00,的旋轉(zhuǎn)角速度(即軸的進動角速度)，①為軸相對于00,的角速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子彎曲繞回轉(zhuǎn)軸心線回轉(zhuǎn)時的渦動頻率Q與其轉(zhuǎn)動頻率①不相等時，轉(zhuǎn)軸由于內(nèi)摩擦作用，應(yīng)變滯后于應(yīng)力的變化，其彈性力的分力Pt=Psina，使轉(zhuǎn)子的渦動速度加劇促使轉(zhuǎn)子運動失穩(wěn)，轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的渦動頻率Qt為(1-5)式中①n一轉(zhuǎn)子的固有頻率;Cc一外阻尼系數(shù)；Ci一內(nèi)阻尼系數(shù)。由于Qt<0是不會出現(xiàn)的，所以轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時只能是正進動。

二、診斷方法轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的診斷依據(jù)如表1和表2所示。表1轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足振動癥兆特帝.搓就故障特植德&一2特統(tǒng)甑軍不懾定3a遣求*間4供■區(qū)嫉5"弁向役向表2轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的振動敏感參數(shù)序號瞰感參數(shù)隨敏感參數(shù)變化情況番注1振動隨轉(zhuǎn)速變化明顯與轉(zhuǎn)速、反荷標(biāo)時作用有關(guān)2振劫隨油溫變化不變3振劫隨介質(zhì)溫度變化有影響4振動隨壓力變化不變5振動隨流量變化變化6振動隨負荷變化明顯與轉(zhuǎn)速、負荷同時作用有關(guān)其他診斷方法振動與不平衡量有關(guān)，二者成正比關(guān)系轉(zhuǎn)子渦動腹率捉i>3n三、故障原因與對策轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障原因與治理措施見表3。表3轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障原因與治理措施坂閔命英臉慚甌因1設(shè)計胞W匕設(shè)計過翠不足①?整配含過她餐投燃程BtH?、不居閉通i*既距因②②工跋惡.導(dǎo)也過曲術(shù)是3曜護松修字吹折變.導(dǎo)致過史慕足酗裝為跋不正豪4提摳遠行5①！E5甘料略蛙丟迎戳四、診斷實例例1：某壓縮機年度大檢修時，更換新轉(zhuǎn)子后，在正常工作條件下運行時，各項工藝參數(shù)與檢修前相同，但軸振動的振幅逐漸增大，最終達到設(shè)計值的三倍左右，機組處于臨界狀態(tài)運行。壓縮機發(fā)生異常振動時，轉(zhuǎn)子兩端軸承處的徑向振動較大，振動信號的時域波形及頻譜如圖3所示，其相位不穩(wěn)定，軸心軌跡波動較大；若降低工作轉(zhuǎn)速，異常振動明顯減低。圖3異常振動時的波形與頻譜診斷意見：根據(jù)壓縮機發(fā)生異常振動的現(xiàn)象和規(guī)律，初步懷疑是由于轉(zhuǎn)子熱套配合件過盈不足造成的。由于是新更換的轉(zhuǎn)子，若真的發(fā)生了過盈不足故障，處理比較困難，為慎重期間，必須排除其他的因素的影響。首先排除不平衡的可能性，檢查轉(zhuǎn)子動平衡記錄和合格證，對照頻譜圖，可以排除這個因素的影響。對照頻譜圖和振動特征，參考工藝參數(shù)變化情況，又逐項排除了其他原因，最終確認振動是由于轉(zhuǎn)子的制造缺陷，葉輪與轉(zhuǎn)軸配合面過盈不足造成的，需停機拆卸轉(zhuǎn)子處理。生產(chǎn)驗證：停機后檢查轉(zhuǎn)子動平衡，未發(fā)現(xiàn)問題。進一步拆卸轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)葉輪可以很容易地從轉(zhuǎn)軸上拆卸下來，從而證實了轉(zhuǎn)軸與葉輪配合面過盈量不足。更換合格的轉(zhuǎn)子后，在原先的工藝條件下機組運行正常。二、診斷方法轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的診斷依據(jù)如表1和表2所示。表1轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足振動癥兆序哆! 特帝?擇就故障肪挫時觸技尊6德&一2特統(tǒng)甄率7本機定3送承*間4振動蜷定博9撫映區(qū)嫉5電感亦向役向表2轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的振動敏感參數(shù)

序號蛾感參數(shù)雕敏感參數(shù)變化情況備注1振動隨轉(zhuǎn)速變化明顯與轉(zhuǎn)速、負荷同時作用有關(guān)2振動隨油溫變化不變3振動隨介質(zhì)溫度變化有影響4振動隨壓力變化不變5振動隨流承變化變化6振動隨負荷變化明顯與轉(zhuǎn)速、負荷同時作用有關(guān)7其他診斷方法振動與不平衡量有關(guān)，二者成正比關(guān)系轉(zhuǎn)子渦動腹率三、故障原因與對策轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障原因與治理措施見表3。表3轉(zhuǎn)子熱套配合過盈不足的故障原因與治理措施序號奉我導(dǎo)英4tnM1設(shè)計能山①設(shè)計mas不足■■配合過歆按It木要事亞新泡地學(xué)?按腹程BtHr不電超if13韁護荷炸少瘙次1HR.導(dǎo)致過畦不星②SL"阪不止斑4①起健話行_上_①!E皆件甘料*堅欠喪M就四、診斷實例例1：某壓縮機年度大檢修時，更換新轉(zhuǎn)子后，在正常工作條件下運行時，各項工藝參數(shù)與檢修前相同，但軸振動的振幅逐漸增大，最終達到設(shè)計值的三倍左右，機組處于臨界狀態(tài)運行。壓縮機發(fā)生異常振動時，轉(zhuǎn)子兩端軸承處的徑向振動較大，振動信號的時域波形及頻譜如圖3所示，其相位不穩(wěn)定，軸心軌跡波動較大；若降低工作轉(zhuǎn)速，異常振動明顯減低。圖3異常振動時的波形與頻譜診斷意見：根據(jù)壓縮機發(fā)生異常振動的現(xiàn)象和規(guī)律，初步懷疑是由于轉(zhuǎn)子熱套配合件過盈不足造成的。由于是新更換的轉(zhuǎn)子，若真的發(fā)生了過盈不足故障，處理比較困難，為慎重期間，必須排除其他的因素的影響。首先排除不平衡的可能性，檢查轉(zhuǎn)子動平衡記錄和合格證，對照頻譜圖，可以排除這個因素的影響。對照頻譜圖和振動特征，參考工藝參數(shù)變化情況，又逐項排除了其他原因，最