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05/03/2018

 

联轴器缺陷引起的振动故障分析

联轴器缺陷引起的振动

故障分析

本文的内容是关于联轴器缺陷引起的振动故障分析,非常实用的基础知识,希望对你的工作和学习有所帮助。

联轴器主要用来将多根转子连接起来,形成一根光滑轴系,传递扭矩和轴向力等。旋转机械常用的联轴器有齿式、半挠性和刚性三种。齿式联轴器主要用于小型机组,允许两转子中心有一定偏差。半挠性联轴器主要用于汽轮机转子和发电机转子之间的连接,可以适当补偿联轴器两侧轴承由于低压缸抽真空、发电机充氢、轴承座温差等因素所引起的转子重心变化。刚性联轴器主要用于大型机组,结构简单,加工方便,传递扭矩大。

齿式联轴器缺陷引发的振动故障分析

齿式联轴器的典型结构如图4-9所示。两端齿轮用热套并加键的方法固定在轴端上,套筒两边的内齿分别与两端齿轮相啮合,带动两个转子同步旋转。

在旋转状态下,外套筒径向位置由齿尖间隙保证。齿式联轴器运行时间长后,齿轮会因磨损而产生齿厚和齿隙不均、齿面接触不良等缺陷,传递扭矩过程中外套筒有可能偏向一侧,从而产生偏心和不平衡力。齿套径向位置还与机组所带负荷有关。负荷改变后,传递扭矩改变,齿轮啮合位置改变,齿套径向位置和转子平衡状态将有可能因此而改变。

对联轴器两侧轴承而言,该缺陷产生的振动为同相。在机组并(解)列、加(减)负荷过程中,振动有可能会发生突变。齿牙磨损后,最好的方法就是更换 联轴器。当条件不具备时,也可在外套上尝试加平衡配重,补偿由于外套偏向一侧所引起的不平衡力。实践证明,这种补偿方法在很多情况下是有效的,可以让机组继续运行一段时间。

某电厂1台6MW小型汽轮机已运行二十多年。1号、2号轴承为汽轮机两端轴承,3号、4号轴承为发电机两端轴承。最近一年多来,振动和噪声逐渐增大。过大振动突出反映在1号~3号轴承垂直和水平振动几乎同步发生变化。表4-4给出了大、小负荷两种工况下的振动数据。从表中可以看出:

1)低负荷下振动较大,带负荷过程中振动又发生了较大变化;

2)在两种工况下,虽然振动幅值发生了变化,但是1号~3号轴承振动相位变化不大;

3)带负荷过程中,2号、3号轴承垂直(水平)振动变化量的角度相同。初步分析,振动是由于联轴器磨损引起的。转速降至500r/min后,特意监听联轴器附近声音,可以清楚地听到齿轮啮合不平稳所发出的噪声。


大修中对联轴器进行了检查,发现齿面磨损较严重,齿隙明显偏大。据此更换了齿式联轴器。大修后启动,不仅2号、3号轴承振动大大减小,1号轴承振动也明显减小。

刚性联轴器缺陷引发的振动故障分析

齿式和半挠性联轴器可在一定范围内补偿转子中心的变化,而刚性联轴器对转子同心度的要求较高。刚性联轴器缺陷引起的振动主要发生在联轴器两侧轴承上,可以分为以下几种情况:

1)联轴器瓢偏。如图4-10所示,当联轴器端面与轴中心线不垂直时,螺丝拧紧后,转子将产生变形,轴颈处出现较大晃度。距离联轴器越远,转子晃度越大。转子挠曲变形不仅会产生较大的激振力,还会破坏动静间隙,导致轴承乌金或者汽封等处产生摩擦。


2)联轴器张口或高低差过大导致转轴晃度大。一台50MW汽轮机大修前振动较好,通过临界转速时各点振动小于80µm。大修后第一次开机时,1号轴瓦过临界转速时的振动高达240µm,被迫打闸停机。初步认为是平衡问题。在末级叶轮上加重1.3kg后,机组冲过临界转速。但在3000r/min转速下振动明显增大,2号轴瓦达到105µm,而且1号轴瓦振动不稳定。揭开前箱检查,发现汽轮机主轴与主油泵短轴连接联轴器晃度达0.4mm。校正缺陷并去掉所加平衡块后,振动正常。过临界转速,振动小于100µm,定速下振动小于30µm。

某台125MW汽轮发电机组励磁机与发电机转子采用波纹节相连。大修前,过临界最大振动为56µm,大修后变为120µm。调查发现,大修中发电机重套了后对轮。进一步检查励发对轮,发现前对轮晃度为1.6mm,后对轮晃度为1.4mm,励磁机轴颈跳动为1.2mm。消缺后开机,振动明显减小。

某台汽轮发电机组甩负荷后再次开机时,励磁机振动达到56µm,较甩负荷前明显增大。停机检查发现,励磁机转子轴颈晃度为0.42mm,而甩负荷前轴颈晃度只有0.08mm。检修中对轴颈晃度大的缺陷进行了处理。检修后开机时,轴承振动减小为32µm。

早期的国产200MW汽轮发电机组,如图4-11所示,中压和低压转子之间有一段跨距为4m、壁厚为0.04m的空心轴,又称接长轴。该轴段刚性较差,在运行中晃动很大,容易引起3号、4号轴承振动超标,已经成为这类机组的通病。该型机组在运行中应严格防止接长轴承受冲击扭矩如甩负荷、非同期并网等,检修中应尽可能减小接长轴与转子对轮组装后的晃动和瓢偏值。


1)联轴器螺栓连接紧力不同。这种缺陷对振动的影响和联轴器票偏相同。检修后,通过调整螺栓连接紧力来调整转子晃度的做法是不可取的。

2)联轴器偏心。其产生振动的机理犹如偏心轮激振。当偏心超过一定程度后,引起的振动会更大。

上述几种情况都会诱发转轴振动。低转速下的转轴晃度值可以比较好地反映联轴器上述缺陷情况。一般而言,当低转速下转轴晃度值大于50µm,必须引起重视。