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 A*s 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。

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