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转子不对中振动分析

2019-09-16  dongchang


关于设备的不对中的诊断,各种培训资料及论文讲述了很多,综合起来包括以下两个方面:

1、平行不对中:径向振动大,2X频占主导,联轴器两侧轴承径向同方向相位差180度。

2、角向不对中:轴向振动大,1X频占主导,有时2X频大,联轴器两侧轴承轴向方向相位差为180°。

不对中严重时,还可能出现类似松动的频谱。

以上是目前大多数资料、论文、和故障诊断设备厂家的培训资料。经过多年的实践和对不对中机理的认识、研究,个人认为上述论断只能在部分条件下成立。该论断还能对振动工作者形成误导,导致故障诊断率低,使故障诊断工作陷入困境。

 上述论断成立的条件:

1、轴承为滚动轴承

2、联轴器为非刚性联轴器。比如对使用橡胶弹性圈连接的联轴器。比如引风机、送风机等设备。

对于刚性联轴器,使用滑动轴承的轴系不成立。比如汽轮发电机组、透平机组等设备。下面谈谈这类设备的不对中。
国内对这类设备的不对中的概念产生了误解。一般找中心是这样做的:把联轴器脱开,测量外圆和端面偏差。认为外圆和端面的偏差就是轴系的不对中。其实这样做是一种误解。轴系同心度和平直度偏差才是轴系不对中的度量。
轴系同心度和平直度偏差不是国内所讲的联轴器脱开后打出的外圆和端面偏差(国内所说的不对中),国内所讲的不对中不引入激振力,但影响轴承的负荷分配,也可能使某个轴瓦有过大的预应力。

轴系同心度和平直度偏差指的是: 

轴系同心度:两半联轴器止口或联轴器节圆是否同心;或联轴器节圆与轴颈是否同心。   

轴系连接平直度:联轴器端面与轴线是否垂直既端面是否瓢偏决定。

机组正确的对中心包括以下三个方面:    

(1)转子与汽缸或静子的同心度     

(2)轴系连接同心度和平直度     

(3)各轴承座标高及左右位置

而在一般的检修中只做(1)、(3)项,而第二项的超标才会引入激振力。(1)、(3)项不会引入激振力,(1)、(3)项是在联轴器螺栓松开的情况下进行的,是对不对中错误的理解,这种把联轴器两半脱开所呈现的外圆和端口偏差是影响轴瓦载荷和轴颈在轴瓦中的位置,并不直接引起产生普通强迫振动的激振力。

 轴系连接同心度和平直度,在现场一般大修中都不做检测,而且目前这种故障引起的振动还没引起关注,即使一些机组振动问题长期未解决,也没对轴系连接同心度和平直度偏差产生怀疑。相反,在目前振动故障诊断中经大量的实践证明,所谓转子中心(轴承座标高)对普通强迫振动影响实际并不大,却被误认为是引起机组振动最重要的故障之一,并对此进行研究和发表论文,不仅误导了现场技术人员,而且误导了不少振动专家,使振动故障诊断走了不少歪路。


轴系连接同心度和平直度偏差产生振动的机理: 

轴系连接同心度和平直度偏差产生振动的机理与偏心轮激振原理相似,因此,除因转子连接偏心,旋转状态下会产生不平衡离心力(1X)外,还因偏心对轴瓦会产生脉冲激振力。这种脉冲激振力,以傅里叶级数展开,除主要含1X外,还会有2X、3X等高阶激振力,其激振力形式与轴歪曲相似。正因为如此,所以目前许多振动资料、教科书及国外的一些故障文章指出,转子不对中的一个重要特征是含2X振动分量。这种说法从产生振动的机理上是正确的,但是在诊断步骤、方法和对不对中的正确含义上是错误的,从而得出了错误的诊断结果。


机组中心不正与振动的关系
 再次明确两个概念:轴系不对中:两半联轴器止口或联轴器节圆是否同心;或联轴器节圆与轴颈是否同心,联轴器端面与轴线是否垂直既端面是否瓢偏。
 机组中心不正:转子与汽缸或静子的同心度;各轴承座标高及左右位置。
 下面论述机组中心不正和振动的关系; 传统概念将机组中心不正一直作为引起机组振动最主要的故障之一,由于外来语“不对中”的引入,进一步加深了这一传统概念。据初步统计,因机组中心不正或不对中与振动的关系造成的误诊断,占振动故障总的误诊断的80%以上。所以为了避免误诊断,提高故障诊断准确率,除应正确理解机组中心不正和不对中的实际含义外,还应明白传统的机组不正和振动的关系,即机组一般大修中转子找正和振动的关系。
一般机组大修中转子找正的内容,只是对轴承座标高和左右位置进行调整,转子与汽缸的同心度也需要考虑,但由于在实际操作中一般难于调整,轴系连接同心度和平直度均被忽略。现场找正是将联轴器断开,检查联轴器开口和圆周偏差,传统概念将这种偏差认为是轴系的不对中,上述已指出,这是一种误解。在联轴器节圆与止口(轴颈)、联轴器端面瓢偏偏差合格的情况下,端面和圆周间即使存在再大的偏差,只要联轴器连接螺栓拧紧之后,轴系就自然平直和同心,它不会引入直接产生振动的激振力,但由此会产生下列后果:
1、改变了各轴瓦载荷分配
当端面下开口时,会使联轴器相邻的两轴瓦载荷减小,圆周差会使较低的相邻轴瓦载荷减小,反之相反。当载荷过大时,会使轴瓦温度升高,载荷过小,会使转子失稳,产生轴瓦自激振动。
2、改变动静间隙
轴承座标高和左右位置的变化,不仅直接改变了动静间隙,会使转子挠性曲线发生一定变化,严重的产生动静碰磨,使轴产生热弯曲引起不稳定普通强迫振动。
3、影响转子振型曲线
由于轴瓦载荷的改变,影响转子支撑状态,使转子振型曲线发生变化。但大量运行和消振经验表明,对于不平衡响应正常的轴系,当两转子联轴器中心偏差1mm之内、端面开口在0.60mm之内时,对轴系的影响可以忽略。
4、轴承承受预载荷
预载荷直接的影响是使轴承承受额外的应力,并使轴颈压向轴瓦的一侧,由此产生非线性压束,激起2X振动。可能会引起轴瓦温度升高。预载荷未必有害,有些因素引起的预载荷会使轴瓦趋于稳定。例如目前消除轴瓦自激振动,方法是有意将该瓦抬高,对该瓦加一个预载荷。















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