旋转机械的常见故障很多,包括不平衡、不对中、轴弯曲和热弯曲、油膜涡动和油膜振荡、蒸汽激振、机械松动、转子叶片断裂和脱落、摩擦、轴裂纹、旋转失速和喘振、机械偏差和电气偏差等。
一个
不平衡/失去平衡
不平衡是各种旋转机械中最常见的故障。
转子不平衡的原因很多,如结构设计不合理、加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差等。运转联轴器相对位置的变化;转子零件有缺陷,如腐蚀、磨损、不均匀结垢和运行中介质脱落;由于转子的疲劳应力,转子的零件(如叶轮、叶片、护罩、撑杆等。)部分损坏脱落,导致碎片飞出。
2
错误的
转子不对中通常是指相邻两个转子的轴线与轴承中心线之间的倾斜或偏离程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。联轴器不对中可分为三种:平行不对中、不对中和不对中。出现不对中时,振动频率是转子电源频率的两倍。不对中使联轴器附加弯矩,以尽量减少两轴中心线的不对中。
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轴每旋转一周,弯矩的作用方向就会交替一次。因此,偏转角不对中增加了转子的轴向力,使转子在轴向产生工频振动。平行不对中是上述两种情况的结合,使转子产生径向和轴向振动。轴承不对中实际上反映的是轴承座标高与轴心位置的偏差。
轴承不对中重新分配了轴系的载荷。重负荷的轴承可能发生高次谐波振动,轻负荷的轴承容易失稳,同时会改变轴系的临界转速。
三
轴弯曲和热弯曲
轴弯曲意味着转子的中心线不直。转子弯曲可分为永久弯曲和临时弯曲。
转子永久弯曲是指转子的轴呈永久弓形,这是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而产生永久弯曲变形,或热停车时转子失效或盘车不当,转子热稳定性差,长期运行后轴的自然弯曲增大。
转子暂时弯曲是指转子上的预紧力过大,启动时暖机操作不当,转速增加过快,转轴热变形不均匀等原因。
转子永久弯曲和暂时弯曲是两种不同的故障,但它们的故障机理是相同的。无论转子是永久弯曲还是暂时弯曲,都会产生一个类似于质量偏心的旋转矢量激振力。
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四
油膜涡动和油膜振荡
油膜涡动和油膜振荡是由滑动轴承中油膜的动态特性引起的自激振动。
油膜涡动一般是由于轴承磨损或间隙过大、轴承设计不当、润滑油参数变化等因素造成的。根据振动频谱,很容易识别油膜涡动。出现时,振动频率接近转速频率的一半。随着转速的增加,油膜涡动的故障特征频率与转速频率之比保持恒定在一个恒定值,通常称为半速涡动。
油膜涡动和油膜振荡是两个不同的概念,不仅不同,而且密切相关。
当机器发生油膜涡动,且油膜涡动频率等于系统固有频率时,就会发生油膜振荡。只有当机器的运行速度大于转子临界速度的两倍时,油膜振荡才会发生。当转速上升到临界转速的两倍时,涡动频率非常接近转子的临界转速,因此产生共振,引起很大的振动。通常情况下,一旦发生油膜振荡,无论转速继续升高到多高,涡动频率总是转子的一阶临界转速频率。
当转子发生油膜振荡时,一般有以下特征:
①时间波形失真,呈不规则周期信号,通常是幅值较大的低频信号叠加在工频波形上;
②在频谱图中,转子固有频率ω0处频率分量的幅度最突出;
③工作转速大于一阶临界转速的两倍时发生油膜振荡。之后,即使工作速度继续上升,其振荡的特征频率也基本保持不变。
④油膜振荡的发生和消失是突然的,具有惯性效应,即增速时油膜振荡的转速高于降速时的转速;
⑤油膜振荡时,转子的涡动方向与转子的旋转方向相同,为正进动;
⑥油膜剧烈振荡时,随着油膜的破坏,振荡停止,油膜恢复后,又出现振荡。这样下去,轴颈和轴承会不断摩擦,产生撞击声,轴承内的油膜压力波动很大;
⑦油膜振荡时,其轴心轨迹呈不规则发散状,若有碰摩,轴心轨迹呈花瓣状;
⑧轴承载荷或偏心度越小,越容易发生油膜振荡;
⑨油膜振荡时,转子两端轴承振动相位基本相同。
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五
蒸汽激发
蒸汽激发通常有两个原因。一是由于调节阀的开启顺序,高压蒸汽产生向上托起转子的力,从而降低轴承比压,使轴承不稳定;二是由于叶尖径向间隙不均匀,产生切向分量,气体在端轴封内流动时产生切向分量,使转子产生自激振动。
蒸汽激振一般发生在大功率汽轮机的高压转子上。发生蒸汽振荡时,振动的主要特征是振动对负荷非常敏感,振动频率与转子的一阶临界转速频率一致。在大多数情况下(蒸汽激振不太严重),振动频率主要是半频分量。
当发生蒸汽振荡时,有时改变轴承设计是没有用的。只有改进汽封通流部分的设计,调整安装间隙,大幅度降低负荷或改变主进汽调节阀的开启顺序,才能解决问题。
六
机械松动
通常有三种类型的机械松动。
第一种松动是指机器的底座、台板、基础的结构松动,或假水泥灌浆,结构或基础变形。
第二种松动主要是机座固定螺栓松动或轴承座开裂造成的。
第三种类型的松动是由部件之间的不适当配合引起的。此时,松动通常是由于轴承盖中的轴瓦松动、轴承间隙过大或转轴上的叶轮松动造成的。这种松振相很不稳定,变化范围很大。松开时,振动是有方向的。在松动方向,由于结合力的降低,振幅会增大。
七
转子叶片断裂和脱落
转子叶片断裂、零件或鳞片脱落的故障机理与动平衡相同。其特点如下:
①振动的通频振幅瞬间突然上升;
②振动的特征频率是转子的工作频率;
③工频振动的相位也会发生突变。
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八
困难
旋转机械的转动部件与固定部件接触时,会发生动、静部件的径向摩擦或轴向碰摩。这是一个严重的故障,可能导致机器完全损坏。当摩擦发生时,通常分为两种情况:
第一种是部分摩擦,转子只是偶尔接触静止部分,而保持接触只是在转子整个进动周期的一小部分,通常对整机的破坏性和危险性相对较小。
第二种,尤其是对于机器的破坏作用和危险性,更为严重。这就是整周的环形摩擦力,有时称为“总摩擦力”或“干摩擦力”。大部分都是在海豹中产生的。当发生周向环形摩擦时,转子与密封的接触是连续的,接触处产生的摩擦力可导致转子进动方向发生剧烈变化,由原来的向前进动变为向后的反向进动。
摩擦的危害很大,即使是轴和轴瓦短时间的摩擦,也会造成严重的后果。
九
轴向裂纹
转子裂纹的原因大多是疲劳损伤。如果机械的旋转转子设计不当(包括选材不当或结构不合理)或加工不当,或者是运行时间较长的旧机组,由于应力腐蚀、疲劳和蠕变,在转子原本有感应点的位置会产生微裂纹,在大而多变的扭矩和径向载荷的持续作用下,微裂纹会逐渐扩展,最终发展成宏观裂纹。
原始诱发点通常出现在应力和材料缺陷较高的地方,如轴上的应力集中点、加工时留下的刀痕和划痕、材料中有微小缺陷(如夹渣)的地方等。
转子裂纹初期,其扩展速度相对较慢,径向振动的幅值增幅相对较小。但裂纹扩展速度会随着裂纹深度的加深而加快,幅度也会相应迅速增大。特别是二阶频率的幅值快速上升和相位的变化往往能提供裂纹的诊断信息,因此可以利用二阶频率的幅值和相位的变化趋势来诊断转子裂纹。
一个
0
旋转失速和喘振
旋转失速是压缩机中最常见的不稳定现象。当压气机流量减小时,由于攻角增大,叶栅背面会发生边界层分离,流道部分或完全堵塞。这样,失速区将以一定的速度沿叶栅运动的相反方向传播。
实验表明,失速区的相对速度低于叶栅旋转的绝对速度。因此,我们可以观察到失速区沿转子旋转方向以低于工频的速度运动,因此分离区相对于叶栅的旋转运动称为旋转失速。
旋转失速恶化了压缩机中的流动,降低了压力比,并使流量和压力随时间波动。在一定转速下,当进口流量降低到一定值时,机组会产生强烈的旋转失速。强旋转失速会进一步造成整个压缩机组系统更危险、更不稳定的气动现象,即喘振。此外,当旋转失速时,压缩机叶片受到周期性激振力。如果旋转失速频率与叶片的固有频率重合,就会引起强烈的振动,从而导致叶片疲劳损坏,引发事故。
当旋转失速严重时,会导致喘振,但它们不是一回事。喘振不仅与压缩机内的气体流量有关,还与与之相连的管网系统的工作特性密切相关。
压缩机总是与管网一起工作。为了保证一定的流量通过管网,必须保持一定的压力来克服管网的阻力。机组正常运行时的出口压力与管网阻力平衡。但是,当压缩机的流量降低到一定值时,出口压力会迅速下降。但由于管网容量大,管网中的压力不会马上下降,所以管网中的气体压力要高于压缩机的出口压力。因此,管网中的气体回流到压缩机,直到管网中的压力下降到低于压缩机的出口压力。
此时压缩机又开始向管网供气,压缩机流量增大,恢复正常工作状态。但是,当管网中的压力恢复到原来的压力时,压缩机的流量降低,系统中的流体回流。这种循环产生了强烈的低频气体波动现象。
喘振的识别特征:
①喘振故障的对象是气体压缩机组或其它带有长管道和容器的气体动力机械;
②发生喘振时,机组入口流量小于相应转速下的最小流量;
③喘振时,振动幅度会有较大波动;
④喘振时,振动的特征频率一般在1 ~ 15 Hz以内;与压缩机后部相连的管网和容器的体积成反比;
⑤机组及与之相连的管道、地面等附着物均强烈振动;
⑥出口压力波动大;
⑦压缩机流量波动大;
⑧电动压缩机组的电机电流周期性变化;
⑨喘振伴随着周期性的轰鸣,轰鸣的大小与压缩气体的分子量和压缩比成正比。
一个
一个
机械偏差和电气偏差
在振动信号中会出现机械偏差和电气偏差的问题,这是由非接触式电涡流传感器的工作原理决定的。
加工不完美的轴表面(椭圆形或不同的轴)会产生正弦动态运动的指示,其频率与旋转部件的旋转频率一致。切削面不完善通常是由于最后一台机床的轴承磨损、刀具钝、进给过快或机床其他缺陷,或车床顶针磨损造成的。轴颈表面不光滑或其他缺陷,如划痕、凹坑、毛刺、锈迹等。,也会产生输出偏差。
检查这种错误状态的最简单方法是用千分表检查轴颈的跳动值。千分表的波动值将确认非接触式涡流传感器观察到的被测表面的误差的存在。
轴颈的测量表面应像滑动轴承的轴颈表面一样小心保护。吊装时,使用的电缆应避开传感器测量的表面积,存放转子的支撑架应保证不会在轴颈表面造成划痕和凹痕。
一般来说,只要磁场是均匀的或对称的,电涡流传感器就能在现有的磁场中满意地工作。如果轴的某个表面区域具有高磁性,而其他表面没有磁性或只有低磁性,则可能会发生电气偏差。这是因为当涡流传感器的磁场作用于轴颈表面时,传感器的灵敏度会发生变化。
此外,不均匀的涂层和转子材料也会造成电气偏差,这是百分表无法测量和确认的。
