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1、 ,*,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,轉(zhuǎn)子不對中故障,：指機器在運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的連接對中超出正常范圍，或者轉(zhuǎn)子軸頸在軸承中的相對位置不良，不能形成良好的油膜和適當?shù)妮S承負荷，從而引發(fā)機器振動或聯(lián)軸節(jié)、軸承損壞的現(xiàn)象。,旋轉(zhuǎn)機械故障的,60%,是由轉(zhuǎn)子不對中引起。,引起轉(zhuǎn)子不對中故障的原因有：,初始安裝對中超差；冷態(tài)對中時沒有正確估計各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子動態(tài)對中不良；軸承架熱膨脹不均勻；管道力作用；機殼變形或移位；地基不均勻下沉；基礎(chǔ)變形；轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。,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、,、,2,、,3,、,4,軸承編號,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。,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，

3、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,O,1,為軸,1,的旋轉(zhuǎn)中心，,O,2,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,P O,2,P O,1,螺栓上的拉力使軸,1,半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑,P O,1,的金屬纖維受壓縮，軸,2,半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)半徑，,P O,2,的金屬纖維受拉伸。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,O,

4、1,O,2,P,w,e,S,F,y,F,x,F,wt,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,纖維彈性變形量的計算，可在,P O,2,連線上取一點,S,，使,P O,1,=P,S,，因為,P O,2,e,，可近似的看作,O,1,S,與,P O,2,垂直。則：,如果兩半聯(lián)軸節(jié)尺寸和材料相同，則,P O,1,受壓縮，,P O,2,受拉伸，兩者變形量近似相等，均為：,設(shè)聯(lián)軸節(jié)在,P O,2,方向上的剛度為,K,，則,P O,2,方向上存在一個拉伸力；,P O,1,方向上同樣存在一個壓縮力。力的大小為：,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,F,在,O,1,O,2,方向上的投影就是它在垂直方向上的分力，其值為：,（,1,）

5、,水平方向上的分力為：,（,2,）,（,1,）式中前一項是作用在,O,1,O,2,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,F,x,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。,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),3

6、60,，則力交變,2,次，使軸在徑向方向上產(chǎn)生,2,倍頻振動。,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,，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,。,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)上各螺栓在靜止狀態(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

7、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。,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。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,

8、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,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,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,【,

9、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。,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)。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診

10、斷,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。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,生產(chǎn)驗證：,檢修人員做好準備工作后，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

11、況，發(fā)現(xiàn)對中嚴重超差，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。,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,150m,，速度峰值,9mm/s,，均超過允許值。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故

12、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,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,由圖可知，,2RPM,（,50Hz,）分量幅值很大，甚至超過,lRPM,，,3RPM,幅值也較大，說明該軸承座振動異常。考慮到,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,，電機中心較高。降低電機中心后開機，,3,號點位移減為,6m,，速度峰值減為,3mm/s,，其他各點振幅也平均降低,25%,。,8,號測點對中以后的位移和速度頻譜如圖所示，可以看到，,2RPM,和,3RPM,分量已基本消失。,6.2,轉(zhuǎn)子不對中故障診斷,對中后,8,號測點頻譜,a,位移頻譜；,b,速度頻譜,