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    旋轉機組支承系統松動的振動機理與故障診斷

    2022-11-09

    旋轉類設備的振動故障類型很多,如不平衡、轉子彎曲、不對中、軸橫向裂紋以及今天跟你討論的支承系統連接松動的問題。

    首先,讓我們來了解到底什么是支承系統連接松動?

    支承系統連接松動,是指由于配合間隙誤差過大或結合面螺栓松動,使支承系統連接剛度降低,從而引起振動異常的一種故障類型。如配合面間隙過大、緊力不足,連接螺栓斷裂或松動、基礎松動、支座變形或出現裂紋等。

    由于松動,極小的不平衡或不對中等都會導致支承系統產生很大的振動。

    了解概念之后,需要進一步掌握它的振動機理。

    支承系統連接松動故障的振動機理

    我們先了解一下振動幅值的來源,振動幅值的大小是由激振力和機械阻抗(由系統剛度及阻尼組成的抵抗振動的能力)兩個方面共同決定的。松動使連接剛度下降,這是松動導致振動異常的基本原因。由于松動部位的不同,松動故障的振動機理可從不同側面加以說明。

    基礎松動

    基礎松動是指機器的底座、臺板和基礎存在結構松動,或水泥灌漿不實以及結構或基礎的變形。發生此類振動時,是機器的整體都在振動,因此,測量轉子相對于軸承振動的渦流傳感器對此反應不夠敏感,往往還需要使用式傳感器來進行測量。一般在垂直方向上的振動值會相對更大一些。

    結合面緊固螺栓松動

    結合面緊固螺栓松動是指軸承座、支座、底座、臺板、基礎之間結合面上的緊固螺栓強度不足、斷裂或松動,以及支座變形或出現裂紋等。此類振動是由于結合面上存在間隙,導致支承系統產生不連續位移。

    軸承套松動

    軸承套松動是指軸承套或可傾瓦的襯套與軸承座的配合間隙誤差過大,形成間隙過大或軸承緊力不足。軸承套松動時,在轉子離心力的作用下,軸承套沿圓周方向產生周期性變形,剖分形式的襯套則是沿剖分方面垂直方向產生松動位移,從而改變了軸承的幾何參數,進而影響到油膜的穩定性。

    上述三種松動,都是支承系統的剛度發生了改變,變化的程度與激振力相關。由于松動的方向性,還造成了支承系統剛度的不對稱,因而使松動引起的振動顯示非線性特征。

    支承系統松動的頻譜特征是,除了包含有1倍頻外,還有2和3倍頻···等高次諧波及1/2、1/3、…等分數諧波。另外,理論分析表明,在軸承偏心率及轉速偏低時,即ω/ωk<0.75 時(ω為實際運行轉速,ωk為臨界轉速),轉子振動響應小于靜變形,此時松動對轉子運行的影響較小。當ω/ωk=0.75~2時,轉子支承系統為非線性系統,振動響應除1倍頻外還有2倍頻、3倍頻、…等高次諧波及1/2、1/3、…等分數諧波,且1倍頻幅值隨速比ω/ωk而變化;其中,過臨界轉速前,松動引起的振動較大,系統穩定性較差,過臨界后,松動所引起振幅反而相對減小。

    支承系統連接松動故障的診斷

    振動特征

    頻率成分,除工頻外,還有2倍頻、3倍頻等高次諧波及1/2、1/3 等分數諧波,其中,基礎松動時,主要為工頻,同時還會出現某些極低的頻率成分,而軸承套松動時,1/2、1/3、…等分數諧波分量相對更為活躍。

    波形的重復性差,振動本身具有跳動性,各頻率分量時大時小。

    軸心軌跡混亂,重心漂移。

    高次諧波的振幅值大于工頻的一半時,應懷疑是否有松動現象。

    方向性

    松動振動的方向性十分明顯,松動方向振動大。

    敏感參數

    松動振動對轉速的變化很敏感,在增速或減速的過程中,振動值會突然變大或變??;此外,對負荷的變化也有一定的敏感性。

    (來源:優感設備診斷中心微信公眾號)

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