旋转机械故障诊断不对中幻灯片.ppt

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1、旋转机械故障诊断不对中第1页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断 6.2.16.2.1转转子不子不子不子不对对中故障的特征中故障的特征中故障的特征中故障的特征转转子不子不子不子不对对中中中中类类型型型型1 1、2 2、3 3、44轴轴承承承承编编号号号号第2页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断 转转子不子不子不子不对对中的故障特征中的故障特征中的故障特征中的故障特征(1)(1)故障的特征故障的特征故障的特征故障的特征频频率率率率为为角角角角频频率的率的率的率的2 2倍。倍。倍。倍。(2)(2)由不由不

2、由不由不对对中故障中故障中故障中故障产产生的生的生的生的对转对转子的激励力随子的激励力随子的激励力随子的激励力随转转速的升高而加大，因此，速的升高而加大，因此，速的升高而加大，因此，速的升高而加大，因此，高速旋高速旋高速旋高速旋转转机械机械机械机械应应更加注重更加注重更加注重更加注重转转子的子的子的子的对对中要求。中要求。中要求。中要求。(3)(3)激励力与不激励力与不激励力与不激励力与不对对中量成正比，随不中量成正比，随不中量成正比，随不中量成正比，随不对对中量的增加，激励力中量的增加，激励力中量的增加，激励力中量的增加，激励力呈呈呈呈线线性增大。性增大。性增大。性增大。(4)(4)轴轴系具

3、有系具有系具有系具有过过大的不大的不大的不大的不对对中量中量中量中量时时，会由于，会由于，会由于，会由于联轴联轴器不符合其运器不符合其运器不符合其运器不符合其运动动条件而条件而条件而条件而使使使使转转子在运子在运子在运子在运动动中中中中产产生巨大的附加径向力和附加生巨大的附加径向力和附加生巨大的附加径向力和附加生巨大的附加径向力和附加轴轴向力，使向力，使向力，使向力，使转转子子子子产产生生生生异常振异常振异常振异常振动动，轴轴承承承承过过早早早早损损坏，坏，坏，坏，对转对转子系子系子系子系统统具有具有具有具有较较大的破坏性。大的破坏性。大的破坏性。大的破坏性。第3页，共22页，编辑于2022年

4、，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断 6.2.26.2.26.2.26.2.2联轴节联轴节不不不不对对中的中的中的中的诊诊断断断断频频率率率率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。（1 1 1 1）平行不）平行不）平行不）平行不对对中的振中的振中的振中的振动频动频率率率率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

5、势。对于某个螺栓上的P点，因为旋转半径P O2 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。第4页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断O1O2PweSFyFxFwt第5页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断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

6、 O2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：第6页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断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O1 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。第7页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障

7、诊断断 上述概念上述概念上述概念上述概念简单简单的理解：的理解：的理解：的理解：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。第8页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断（2 2）角度不）角度不）角度不）角度不对对中的振中的振中的振中的振动频动频率率率率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

8、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，由此引引引引起工起工起工起工频频振振振振动动。第9页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断 对对于角度不于角度不于角度不于角度不对对中引起中引起中引起中引起轴轴向振向振向振向振动问题动问题，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，两半联轴节上对应对应的的的的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

9、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。第10页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断（3 3）不）不）不）不对对中引起中引起中引起中引起转转子不平衡子不平衡子不平衡子不平衡联轴节不对中，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

10、就破坏了原始的动平衡状态，产生新的不平衡振动。第11页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断转子不对中故障的振动特征 序序号号特征参量特征参量故障特征故障特征平行不平行不对中中角度不角度不对中中综合不合不对中中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第12页，共22页，编辑

11、于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断转子不对中故障原因与治理措施 第13页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断【实实例例例例1 1】透平透平透平透平压缩压缩机机机机对对中不良中不良中不良中不良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。第14页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断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

12、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。第15页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断第16页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断 压缩压缩机高机高机高机高压压缸主要振缸主要振缸主要振缸主要振动动特征如下：特征如下：特征如下：特征如下：(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

13、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。诊诊断意断意断意断意见见：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。第17页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断生生产验证：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。复复复复查查转子对中情况，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

14、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。第18页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断【实实例例例例2 2】压缩压缩机机机机组对组对中不良中不良中不良中不良（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150m，速度峰值9mm/s，均超过允许值。第19页，共22页，编辑于2022年

15、，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断（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 第20页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断由图可知，2RPM（50Hz）分量幅值很大，甚至超过lRPM，3RPM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6m，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，2RPM和3RPM分量已基本消失。第21页，共22页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 转子不子不对中故障中故障诊断断对对中后中后中后中后8 8 8 8号号号号测测点点点点频谱频谱a a a a位移位移位移位移频谱频谱；b b b b速度速度速度速度频谱频谱 第22页，共22页，编辑于2022年，星期六