大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断-仪表展览网
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大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断
2011/12/7 9:03:32
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转子弯曲
转子弯曲故障的概率不算高,但也是旋转机械时有发生的振动故障。
1.转子弯曲的种类
转子弯曲有两种情况:永久性弯曲和暂时性弯曲。
永久性弯曲是指转子的轴呈永久性弓形。造成永久性弯曲的原因有转子结构不合理、材质不均匀、长期停放不当、长期运行逐渐增大的弯曲等。永久性弯曲的转子启动后在慢转速下振动值就大,随着转速升高振动值急剧增大,一般难以通过临界转速升速到工作转速。
临时性弯曲是指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲的原因有开机时暖机不充分、停机后盘车不及时、升速或加载过快、转子受热不均匀以及动静局部摩擦等。临时性弯曲慢转速下振动值并不大,而是在开车过程中(并非为转速变化时)的某个时间段振动值逐步变大,然后随转速升高急剧增大,多数情况下也是难以升速到工作转速。临时性弯曲严重时或处置不当均会转化成永久性弯曲。
不论转子发生哪种情况的弯曲变形,都不能采用动平衡方法加以校正,因为动平衡解决不了塑性变形。首先需要的是把转子调直,临时性弯曲经过热跑调直可使弯曲基本消失,永久性弯曲可采用热处理或精加工方法来消除弯曲。只有在弯曲变形较小的情况下,进行工作转速下的动平衡(如现场动平衡、高速动平衡)才能获得满意的效果。
2. 弯曲振动的机理
弯曲振动的机理与转子质量偏心的振动机理相同。
转子弯曲后,轴线以某一径向变形l呈弯曲弓状偏离两支点间的几何中心线,旋转状态下旋转矢量l会产生很大的激振力,这与转子不平衡中旋转矢量质量偏心e—所产生的离心激振力相类似。所以,弯曲故障的振动频率为工频。
与不平衡质心偏离的不同之处是,弯曲还会使转子两端产生锥形振动,因此还会在轴向产生较大的工频振动。
由质量偏心e所引起的挠度y为弹性变形,其相位随转速而变。而弯曲变形l为塑性变形,其相位不随转速而变。由于弯曲变形l往往大于ey至少一个数量级以上,因此它们合成后的相位主要由弯曲变形l来确定。所以,发生弯曲后,工频的振动值随转速变化而显著变化,但工频的相位随转速变化不明显。
3. 弯曲故障的诊断
3.1 信号特征
转子弯曲故障的振动信号与不平衡基本相同。
① 通频时域波形图为近似的等幅正弦波;
② 频谱图上,工频成分为主,并伴有一定的谐波成分;
③ 轴心轨迹图为一个长、短轴相差不大的椭圆;
④ 由于轴弯曲常伴随某种程度的轴瓦摩擦,因此波形、频谱、轨迹有时还会有摩擦的特征;
⑤ 全息谱图上,工频的椭圆较大、较圆,其它成分均相对较小;
⑥ 趋势图上,临时性弯曲的形成过程为渐变,并滞后于热负荷的变化过程;
⑦ 转子的涡动方向为同步正进动;
⑧ 转子(特别是悬臂式)外伸段弯曲时,可能有较大的2倍频振动分量;
⑨ 波德图上,会出现水平线或垂直线,这是其它故障所没有的;
(永久性弯曲时,不论转速如何变化,相位始终不变,所以相位为水平线;临时性弯曲形成过程中,振幅和相位自然要明显变化,此时转速往往是稳定的,所以振幅和相位曲线都会出现垂直线;临时性弯曲形成后,弯曲变形起主导作用,相位不易再变,所以相位曲线为水平线。)
⑩ 奈奎斯特图上,始终为直线(永久性弯曲),或变为直线(临时性弯曲)。
3.2 方向性
径向振动大,轴向同时也有较大的工频振动。
3.3 敏感参数
弯曲振动对转速很敏感,其中又存在多种关系,具体如下:
① 振幅对转速十分敏感,转速升高、振值显著增大,转速降低、振值变小;
② 多数情况下,因升速过程中振动值急剧增大而难以启动到工作转速;
③ 有时在某一转速下振值会降低(由弯曲变形与质量偏心产生的振动正好反相),或在较高转速下运行一段时间后振值有所减小(热变形均匀了);
④ 临时性弯曲的发生与转速无关(升速快的实质是受热不匀);
⑤ 相位对转速不太敏感,永久性弯曲振动时相位不随转速而变,不论转速如何变化,相位始终保持原来的角度;临时性弯曲振动发生过程中相位自然会变,即使转速不变,相位也要变,但是弯曲一旦形成后,即使转速或振动值有较大变化相位变化也不明显,只是在转速大幅度降到很低后会出现不大的相位变化。
3.4 故障甄别
① 同时存在轴向工频振动,是弯曲与其它同为工频振动故障的主要区别点(轴承不对中、悬臂转子不平衡故障除外);
② 相位几乎不随转速而变,是弯曲与不平衡故障的主要区别点;
③ 相位自启动后几乎始终不变,是永久性弯曲与临时性弯曲的主要区别点。

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