离心式压缩机组振动故障分析第一次更新

转子不平衡故障

旋转机械的转动部分称为转子。转子由于加工误差、装配误差、材质不均匀、以及运转中由于腐蚀、磨损、结垢、零部件脱落等原因具有偏心质量。

图2-1
转子力学模型

Fig.2-1 Force model of rotating

设系统质量为M，转子偏心质量为m，偏心距为e（见图2-1【14】所示）。转子以一定角速度ω转动时，偏心质量m产生的离心力F0=meω2，其运动方程为

Mx”+Cx’+Kx=meω2cosωt

My”+Cy’+Ky=meω2sinωt
（2-1）

振幅X=Y= meω2/（K-Mω2）+（Cω）2

其解为x=X cos(ωt-Φ)

y=Y sin(ωt-Φ)
(2-2)

设p= ，λ=ω/p ，ξ=C/2Mp

则
X=Y=

(2-3)

相位差

tgΦ=2ξλ/（1-λ2
）
(2-4)

式（2-3）、（2-4）可用幅频响应图和相频响应图（图2-2【14】）表示

图2-2
幅频响应及相频响应

Fig.2-2 Amplitude-frequency and Phase-frequency curves

当转子以某角速度ω匀速转动具有挠度a时，转子地绕轴线转动的同时，转轴也同时绕转子轴承中心联线转动（即转轴的挠曲线与轴承中心联线所构成的平面转动），这种现象称为转轴的进动。转子的质心运动方程为【14】

Mx”+Cx’+Kx=Meω2cosωt

My”+Cy’+Ky=Meω2sinωt
(2-5)

转轴中心点s的挠度为【14】

(2-6)

由上式可知，当λ＜＜1时，挠度a很小，相角Φ也很低，接近于零；当

λ=1时，如果阻尼很小，挠度a可很大，此时相角Φ=90°；当λ＞＞1时，挠度a值趋近于e，相角Φ趋近于180°，重心G趋于与定点O重合，如图2-3【14】所示。

图2-3
转子重心的相位变化

Fig.2-3 Phase variation of rotator centroid

图中虚线圆表示转子轴心进动轨迹。转子的进动方向可与转子的转动方向相同或相反，进动角速度也可以与轴的转速相等或不相等。从图上看，转子的轴心轨迹为一个圆，但是实际的转子，由于轴的各向弯曲刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对不平衡质量的响应，在x、y方向上不仅振幅不同，而且相位差也不是90°，因而转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆。如图2-4【14】所示：

图2-4
转子不平衡的轴心轨迹

Fig.2-4 Axis orbit when rotor unbalance

转子不平衡的振动识别特征是频谱图上工频具有突出峰值，有时伴有二倍频等高频谐波，在转速不变时相位稳定，振幅与不平衡度成正比，并随工作转速的升降而增减（过临界转速时例外），轴心轨迹为椭圆同步正进动。

内容中图片不知如何上传,是不是非要重新做成单独的图片文件再上传吗?望海友指点.

回复 2# 1357911cw


    一般文字粘贴时，对图片是不起作用的，因此需将图片另行上传，这就需要在高级模式下，进行一下简单的排版。或者将资料直接做成截图的形式，这样包括图片、文字就可以同时出现了，但是这种情况的文件不是很清楚。

那本书啊? 能不能直接告之.

2．2转子不对中故障[8]
压缩机组各转子之间用联轴节联接，以传递运动和扭矩。转子之间由于安装误差以及转子的制造、承载后的变形和环境温度变化的影响等造成对中不良，转子不对中的形式有径向位移、偏角位移和综合位移三种，如图2-5【16】所示。


图2-5   转子不对中的型式
(a) 径向位移        (b) 偏角位移      (c) 综合位移
Fig.2-5 Types of rotor misalignment
(a)Radial displacement   (b)Declination displacement  (c)Comprehensive displacement
转子对中不良的轴系，由于联轴器的受力作用，改变了转子轴颈与轴承的实际工作位置，不仅改变了轴承的工作状态，也降低了转子轴系的固有频率，所以转子不对中是导致转子发生异常振动和轴承早期损坏的重要原因。
联轴器的类型较多，在化工企业中常用的有齿形联轴器及刚性、挠性联轴器，由于它们的结构特点不同，其振动机理也有区别。
1．        齿形联轴器不对中的振动机理
齿形联轴器的不对中形式如图2-6所示【18】。
          图2-6齿式联轴器的不对中形式
（a）径向位移    (b)偏角位移      (c)综合位移
Fig.2-6 Types of gear coupling misalignment
(a)Radial displacement   (b)Declination displacement  (c)Comprehensive displacement
当机组各转子的联接对中超差时，齿珙联轴器内外齿面的接触情况都发生了变化，如图2-7【18】所示。

图2-7    齿式联轴器的受力情况
Fig.2-7 Force condition of gear coupling
齿面的法向力为
P=Mk/dcosα                                        (2-7)
式中  d-----联轴分度圆直径，mm
α-----联轴器齿压力角，度
Mk -----联轴器所传递的扭矩，kgf.cm。
由齿面啮合的磨擦力所产生的磨擦力矩为：
MF=μ.P.d=μMk/cosα                                (2-8)
μ------磨擦系数
中间齿套倾斜力矩MT为：
MT =P.b’=b Mk cosφ/dcosα                          (2-9)
式中φ----中间齿套的倾角
b----外齿宽
若忽略其它因素的影响，设MF 和MT在同一平面内且相互垂直，由这两个力矩所产生的径向分力为
FF=MF /t   及  FT= MT /t                               (2-10)
式中t----联轴器是间齿套两端齿的中心跨距，mm
轴承所受的附加径向力为：
FX=                                        (2-11)
同样，由于磨擦力的影响，最大附加轴向力为
FYmax=μ.p=μMKmax/dcosα                                (2-12)
转子轴线之间有径向位移时，联轴器的中间齿套与半联轴器组成移动副，不能相对转动，但是中间齿套与半联轴器可以滑动而作平面圆周运动，中间齿套的质心便以轴线的径向位移量△y为直径作圆周运动，如图2-8【18】所示。联轴器中间齿套的转支频率为转子旋转频率的两倍，即转子转动一周时，中间齿套以转子径向位移量为直径作两次平面圆周运动。

图2-8    转子径向位移振动
Fig.2-8 Radial displacement vibration of rotor
当两转子的轴线有偏角位移时（如图2-9【18】所示），转子的回转角速度为【18】：
    ω2=ω1cosα/(1-sin2α.cos2φ1)                         (2-13)
传动比：i21= cosα/(1-sin2α.cos2φ1)                       (2-14)
式中ω1----主动转子的回转角速度
    α----从动转子的偏斜角
    φ1----主动转子的转角

图2-9    转子偏角位移振动
Fig.2-9 Declination displacement vibration of rotor
当主动转子的回转角速度ω1为常数时，从动转子的回转角速度ω2并不是常数，而是偏角α和主动转子转角φ1的函数。当φ1=0°或180°时，i21= 1/cosα为最大，当φ1=90°或270°时，i21= cosα为最小，如图2-10所示【18】。

图2-10    速比i21的变化曲线
Fig.2-10 Change curve of transmission ratio i21
由此可知，当机组的转子轴线发生偏角位移时，其传动比不仅是转子每回转一周变动两次，而且其变动的强度随偏角α的增大而增加，因而从动转子由于传动比变化所产生的角加速度激励转子而产生振动，其径向振动频率亦为转子旋转频率的两倍。
在实际生产中机组各转子之间的联接对中情况，往往是既有径向位移又有偏角位移的综合位移，因而转子发生径向振动的机理是两者的综合结果。
另外，由于齿形联轴器所产生的附加轴向力以及转子偏角位移的作用，从动转子以每回转一周为周期，在轴向往复运动一次，因而转子的轴向振动的频率与回转频率相同。
2．        刚性及挠性联轴器不对中的振动机理
用刚性联轴器联接不对中转子时，如图2-11所示，转子由于强制联接而弯曲变形，联轴器接合面在转子每回转一周时，相对移动两周。所以其振动频率为工作转速频率的两倍。而轴向振动频率和工作频率同步。挠性联轴器的振动机理与刚性联轴器相似，只是在每转动一周时，联轴器的每个螺栓拉伸压缩一次，因此，对于螺栓是偶数N的，振动频率是N倍频，对于螺栓是奇数N的，振动频率是2N倍频【1】，实际机器运转情况是，由于弯曲变形量大部分被挠性联接件（如弹性膜片）吸收，从而产生的激振动力较小，对于不对中产生振动相对不太敏感，因此产生的振动烈度相对较小。

图2-11    转子不对中的刚性联轴器联接【14】
Fig.2-11 Connection of rigid coupling when rotor misalignment
转子不对中的振动识别特征是【19】：频谱图上径向振动频谱由基频、二倍频及调制谐波组成，二倍频谐波振幅较大，为特征频率。轴向振动频谱由基频及其谐波组成，基频具有峰值。转速一定时相位稳定不变。在联轴器相邻处的轴承振动较大，轴心轨迹为大圆套小圆，进动为同步正进动，对载荷变化较为敏感，振动随载荷增加而增加。

netcraft 发表于 2012-1-5 15:16

                               
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那本书啊? 能不能直接告之.

不好意思,是我自己写的,本来是不想浪费大家的财富,所以直接在帖子里发出来,结果图不太好发.

1357911cw 发表于 2012-2-1 08:43

                               
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2．2转子不对中故障[8]
压缩机组各转子之间用联轴节联接，以传递运动和扭矩。转子之间由于安装误差以及转子 ...

楼主还是没有上传相应的频谱或者示意图啊，这样一来还真不知道你具体再说什么呢