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旋轉(zhuǎn)機械故障產(chǎn)生的原因分析

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介紹旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、渦動故障振動特征，以及故障原因分析。

旋轉(zhuǎn)機械；故障診斷

旋轉(zhuǎn)機械的種類繁多，有發(fā)電機、汽輪機、離心式壓縮機、水泵、通風機以及電動機等，這類機械的主要功能都是由旋轉(zhuǎn)機械動作完成的，統(tǒng)稱為旋轉(zhuǎn)機械。旋轉(zhuǎn)機械故障是指機器的功能失常，即其動態(tài)性能劣化，不符合技術(shù)要求。例如機器運行失穩(wěn)，機器發(fā)生異常振動和噪聲，機器的工作轉(zhuǎn)速、輸出功率發(fā)生變化、以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。機器發(fā)生故障的原因不同，所產(chǎn)生的信息也不一樣，根據(jù)機器特有的信息，可以對機器故障進行診斷。但是，機器發(fā)生故障的原因往往不是單一的因素，特別是對于機器系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機械故障，往往都是多種故障因素的組合結(jié)果，所以對旋轉(zhuǎn)機械進行故障診斷，必須進行全面的綜合分析研究。

1 不平衡故障

質(zhì)量不平衡是大型旋轉(zhuǎn)機械最為常見的故障。眾所周知，旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子由于受材料質(zhì)量和加工技術(shù)等各方面的影響，轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量分布相對于旋轉(zhuǎn)中心線不可能做到“絕對平衡”，這就使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時形成周期性的離心力的干擾，在軸承上產(chǎn)生動載荷，使機器發(fā)生振動。機組不平衡按發(fā)生過程可分為原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡等幾種情況。其中原始不平衡是由于轉(zhuǎn)子制造誤差、裝配誤差及材質(zhì)不均勻等原因造成的；漸發(fā)性不平衡是由于不均勻積灰造成的；突發(fā)性不平衡是由于轉(zhuǎn)子上零件脫落造成的，機組振幅突然增大后穩(wěn)定在一定水平上。

2 轉(zhuǎn)子不對中故障

不對中是旋轉(zhuǎn)機械最常見的故障之一。是由于設(shè)備安裝或運轉(zhuǎn)過程中多種原因引起的，不對中故障表現(xiàn)出的結(jié)果為機器的振動、聯(lián)軸節(jié)的偏轉(zhuǎn)、軸承的摩擦損傷、油膜失穩(wěn)和軸的撓曲變形等故障問題。美國MONSANTO石油化工公司統(tǒng)計得到:機械故障的60%是由轉(zhuǎn)子的不對中引起，因此需要重視這方面的故障分析。其主要原因有以下幾點：一是設(shè)計對中考慮不夠及計算偏差；二是安裝找正誤差和對熱態(tài)轉(zhuǎn)子不對中量考慮欠佳；三是運行操作上超負荷運行和機組保溫不良，軸系各轉(zhuǎn)子熱變形不一；四是機器基礎(chǔ)、底座沉降不均使對中超差和軟地基造成對中不良；五是環(huán)境溫度變化大，機器熱變形不同。

3 渦動故障

渦動是軸旋轉(zhuǎn)時發(fā)生的一種自激振動，它既不具有自由振動的特征也不屬于受迫振動的類型，它的特征是軸在軸承間表面為回轉(zhuǎn)運動，這種振動并不是在轉(zhuǎn)軸達到臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生，而是在較大范圍內(nèi)發(fā)生并且與轉(zhuǎn)軸本身的轉(zhuǎn)速關(guān)系較少。以圓柱滑動軸承為例，由于交叉剛度系數(shù)不等于零，油膜彈性力有使軸頸失穩(wěn)的因素。在不同的工作轉(zhuǎn)速下，其位置隨載荷大小而變，軌跡近似為一個半圓弧，稱為平衡半圓，即軸承中軸頸中心的位置并不是沿著載荷作用方向移動，其位置與工作轉(zhuǎn)速及載荷大小有關(guān)。對于受載條件一定的滑動軸承，當軸頸轉(zhuǎn)速不太高時，即使受到一個偶然的外部干擾力的作用，軸頸仍回到平衡位置；軸頸轉(zhuǎn)速升高達到一定數(shù)值后，一旦受到外部干擾力作用，軸頸便不能回到初始位置，而沿一近似橢圓的封閉軌跡渦動，或者沿某一極不規(guī)則的擴散曲線振蕩，這就形成了軸承的失穩(wěn)狀態(tài)。

總結(jié)

隨著故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，所監(jiān)測的參數(shù)不再只局限于振動、軸位移等，而是進一步擴展到了影響機械運行狀態(tài)的主要工藝過程量，如流量、溫度、壓力以及一些主要開關(guān)量，對于機械設(shè)備運行狀態(tài)的把握更及時、更全面、更準確。

2010-11-16