设备维修 -“不对中”故障机理与诊断(二)

三、转子不对中的故障特征

实际工程中遇到的转子不对中故障大多数为齿式联轴器不对中，在此以齿式联轴器不对中为例介绍其故障特征。

由上述分析知，齿式联轴器连接不对中的转子系统，其振动主要特征如下。

故障的特征频率为角频率的2倍。

(2)由不对中故障产生的对转子的激励力随转速的升高而加大，因此，高速旋转机械应更加注重转子的对中要求。

(3)激励力与不对中量成正比，随不对中量的增加，激励力呈线性增大。

(4)联轴器同一侧相互垂直的两个方向，2倍频的相位差是基频的2倍；联轴器两侧同一方向的相位在平行位移不对中时为0°，在角位移不对中时为180°，综合位移不对中时为0°～180°。

(5)轴系转子在不对中情况下，中间齿套的轴心线相对于联轴器的轴心线产生相对运动，在平行位移不对中时的回转轮廓为一圆柱体，角位移不对中时为一双锥体，综合位移不对中时是介于二者之间的形状。回转体的回转范围由不对中量决定。

(6)轴系具有过大的不对中量时，会由于联轴器不符合其运动条件而使转子在运动中产生巨大的附加径向力和附加轴向力，使转子产生异常振动，轴承过早损坏，对转子系统具有较大的破坏性。

四、转子不对中的故障诊断

转子不对中的故障诊断依据主要见图9和图10.

图9 转子不对中故障的振动特征

图10 转子不对中故障振动敏感参数

故障原因与治理措施

转子不对中故障原因与治理措施图11。

图11 转子不对中故障原因与治理措施

诊断实例

某厂一台透平压缩机组整体布置如图12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。

图12 机组布置示意图

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。如图13所示。

图13 异常振动特征

压缩机高压缸主要振动特征如下：

连接压缩机高、低压缸之间的联轴器两端振动较大；
测点5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；
轴心轨迹为双椭圆复合轨迹；
轴向振动较大。

诊断意见：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。

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。