我们天硕在工作中发现转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。转子不对中较为常见的是
联轴器不对中,
联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况,其结果是在联轴节处产生附加弯矩。
联轴器产生不对中的原因:
(1) 制造误差
在联轴节加工过程中,由于工艺或测量等原因造成端面与轴心线不垂直或端面螺栓孔的圆心线与轴颈不同心。这种情况的联轴节处会产生一个附加弯矩,但这个弯矩的大小和方向不随时间及运行条件的变化而变化,只相当于在联轴节处施加了一个不平衡力,其结果是在联轴节附近产生较大的1阶振动,通过加平衡块的方法容易消除。
(2) 安装及其他影响
在排除了加工误差引起的不对中后,实际可以将不对中分为冷态不对中和热态不对中两种情况。其中冷态不对中主要是指在室温下由于安装误差造成的对中不良;热态不对中指机组在运行过程中由于高温等因素造成的不对中。
热态不对中的主要原因有:
a.基础受热不均;
b.机组各部件的热膨胀变形和扭曲变形;
c.机组热膨胀时由于滑动表面的摩擦力及导向健磨损引起轴承座倾斜和侧行;
d.由于转子的挠性和重量分配不均匀,转子在安装之后产生原始弯曲,进而影响对中;
e.地基下沉不均。
上述热变形的影响,导致转子轴颈中心在轴承中的位置发生变化,一旦轴颈与轴承的相对位置发生改变,轴承油膜的动特性会随之发生改变,而且会因此在联轴节处产生附加弯矩。
联轴器不对中的机理分析
根据联轴器的结构,可以分为齿式联轴器、Hooke联轴器(万向接头)和凸缘联轴器三种情况进行分析。
1.齿式联轴器不对中
该类不对中故障可以从频谱机理和运动及动力学方面进行论证。
(1) 径向振动的频谱机理
a.平行不对中
当转子轴线之间存在径向位移时,联轴器的中间齿套与半联轴器组成移动副, 不能相对移动,但中间齿套却与半联轴器产生滑动而作平面圆周运动,即中间齿套的中心是沿着以径向位移为直径作圆周运动,中间齿套的轴心绕圆周中心运动的角速度 为:(1)其中: 为工频。由式(1)可知,中间齿套的转动为转子转动角速度的两倍,因此当转子高速运转时,_会产生很大的离心力,激励转子产生径向振动,其振动频率为转子工频的两倍。
b.偏角不对中
当转子轴线之间存在偏角位移时,从动转子与主动转子的角速度是不同的。 从动转子的角速度与主动转子角速度关系为:
其中: 和 分别为主动转子和动转子的角速度;α为从动转子的偏斜角。
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的增加而增大,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发生振动,其径向振动频率亦为转子工频的两倍。
c.平行偏角不对中
实际旋转机械各转子联轴节处既有平行不对中又有偏角不对中,即为两种情况的综合,因而转子发生径向振动的频谱机理是两者的综合结果,其径向振动频率为转子工频的两倍。
(2) 轴向振动的频谱机理
当机组各转子之间的联轴节对中不良时,联轴器内外齿面的接触情况都发生了变化。由于附加轴向力的作用,机组运行时的主动转子往往是轴向稳定的,而从动转子却以转子每回转一周为周期在轴向往复运动一次,因而转子轴向振动的频率与其回转频率相同。附加径向力作用于靠近联轴器的轴承上,附加轴向力作用于转子的止推轴承上,这是导致转子发生强烈振动和轴承损坏的重要原因。
(3) 动态响应分析
文献中提出,联轴器联结的两转子轴线之间发生不对中故障时具有平行位移或角度位移, 在运动传递过程中,联轴器中间齿套的运动要同时满足两半联轴器的需要,即中间齿套轴线作平面运动,且轴心线的运动频率与转子的运行频率不一致。 并得出产生平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况下,中间齿套对转子系统所施加的激振力。
2.Hooke联轴器不对中
Hooke联轴器(万向接头)用来联接两轴有较大的偏角不对中的情况。Hooke 联轴器通常成对使用,以避免速度和角加速度的波动现象。
设两轴夹角为α,主动轴角速度为 ,从动轴角速度为 ,两轴用Hooke联轴器联接,进行运动学分析可知: (3)
其中: , , , …都是与夹角α有关的系数; 为主动转子的转角。(3)充分反映了Hooke联轴器不对中的二倍转频振特性。
3.凸缘联轴器不对中故障的动力学分析
大型旋转机械的转子通常采用刚性联轴器——凸缘联轴器。这种联轴器利用凸缘(法兰盘)螺栓联接两轴,具有结构简单、加工方便、能传递大功率的优点。但它对两轴的对中要求较高。当发生不对中故障时,将使螺栓、凸缘、转子受力而变形,其本质属于动力学问题。
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