大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断
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大型旋转机组常见振动故障的机理与诊断 三三、不对中
不对中是旋转机械十分常见的故障之一。
1. 不对中的类型
不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。
轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。它主要会影响轴承的承载状况和油膜压力，严重时会出现局部摩擦，同时也会产生一定的轴向振动。引起轴承不对中的原因，除了轴承安装误差以外，轴弯曲、轴系不对中、悬臂转子外伸段振动大等其它故障也都会引起轴承的不对中。
轴系不对中是指转子联结后各转子的轴线不在同一条线上。
冷态不对中是指由于轴承位置初始安装误差而产生的轴系不对中;热态不对中是指转子在运转状态下的不对中，其既与冷态不对中有关，更与转子在实际运转下的相关状态、特别是支座的不均匀膨胀有关。
通常所讲的不对中多指轴系不对中，而且是热态不对中。
轴系不对中又有三种情况：
a) 两转子的轴线相互平行位移，称为平行不对中;
b) 两转子的轴线交叉成一角度，称为角度不对中;
c) 两转子的轴线相互交叉和平行，称为平行交叉综合不对中。
轴系不对中除了会影响轴承不对中外，主要会在联轴器和轴承处对转子产生周期性的附加作用力，从而引起转子的振动以及加速联轴器和轴承的非正常早期损坏。此外，还可能使转子的临界转速有所改变。造成轴系不对中的原因有安装误差、支座的不均匀膨胀、管道应变、机壳变形或移位、基础沉降不均等。
2. 不对中振动的机理
轴系不对中会因为使用不同类型的联轴器以及不对中的具体情况，而产生不同特征频率，需要分别说明。
2.1 刚性联轴器的振动机理
刚性联轴器平行不对中时，两转子分别绕着各自的旋转中心O1、O2旋转，但在联结螺栓的强制作用下，存在着把偏移的两轴心拉到一起的趋势。在不对中的方向上，一个螺孔的旋转半径受到压缩，如右图中转子1的PO1，另一个则受到拉伸，如转子2的PO2。每转动180°，各螺孔旋转半径拉伸和压缩交变一次，作用在半联轴器上的力也交变一次;每旋转一周，则交变两次，使转子在径向产生二倍频振动，联轴器两侧径向振动的相位差为180°、是反相的。
刚性联轴器角度不对中时，两轴线相交成一定的角度α，半联轴器端面之间存在一定的张口δ。在联结螺栓拉力的强制作用下，两轴存在一个弯矩。转子每旋转一周，弯矩的作用方向交变一次，弯矩所引起的轴的弯曲变形也变化一次，从而使转子在径向产生工频振动，联轴器两侧径向工频振动是同相位的。此外，每旋转一周，在螺栓拉力的作用下，半联轴器还要带着转子沿轴向窜动一次，使转子还要产生轴向工频振动，联轴器两侧轴向工频振动的相位反相。
轴系不对中的实际情况，几乎不存在单一的平行不对中或单一的角度不对中，往往是两者同时存在的综合不对中，因此刚性联轴器不对中时，表现为既有二倍频振动，又有工频振动。
2.2 齿式联轴器的振动机理
齿式联轴器平行不对中时，会在径向产生二倍频振动，而相位是基频的两倍。
齿式联轴器角度不对中时，在旋转过程中齿面会发生相对滑动，并产生相应的摩擦力和摩擦力矩。通过上图可以看到角度不对中状态下的啮合点滑动变化：若角度不对中最大方向为0°，齿圈与齿套的啮合点为A点;旋转90°后，齿圈向左滑动，啮合点移动到齿套上的B'点;继续旋转到180°,齿圈仍向左滑动至最大点，啮合点移到C'点;在旋转到180°以后，齿圈的滑动方向发生突变，啮合点由C'点向右移动;在旋转到360°以后，滑动方向再次发生突变，改为向左。由此可知，每旋转一周，齿面滑动方向发生二次突变，也就是摩擦力和摩擦力矩的方向发生了二次突变，从而形成二次冲击性振动;同时，也沿轴向窜动一次。因此，齿式联轴器角度不对中时，会在径向产生二倍频振动，联轴器两侧轴承径向振动的相位差为180°;同时也会在轴向产生较大的一倍频振动。
由于齿式联轴器在结构上几乎都设有中间轴(齿套、短接)，即使两转子为平行不对中，中间轴总要产生偏斜，因此表现在半联轴器与中间轴之间仍然是角度不对中。也就是说，对于齿式联轴器不论是哪种情况的不对中，都会产生径向二倍频振动，联轴器两侧轴承径向振动的相位差为180°。
2.3 膜片联轴器的振动机理
膜片联轴器为金属挠性联轴器，具体又分为膜盘式和叠片式，其补偿不对中和隔振能力很强，近年来在旋转机械中得到了广泛的应用。
由于结构上几乎都设有中间轴，因此挠性膜片的受力主要为角度不对中所引起的力矩变化。
在右图所示的二进二出4个螺栓的膜片联轴器中，在最大角度不对中位置0°时，螺栓1和4受力最大;转过45°，因为不在最大角度不对中位置，各螺栓的受力降至最小;转过90°,螺栓2和4受力最大;同样，在转过180°、270°、360°时，各发生一次最大受力。转子每旋转一周，联轴器有四个联结螺栓时，力矩脉动四次。因此，对于具有n个螺栓的联轴器，会产生n倍频的振动(这里n为偶数，n为奇数时，为2n倍频振动)。
由于要传递动力和满足自身的强度，挠性膜片并非呈百分之百的弹性，因此，膜片联轴器仍然具有一定的刚性联轴器的特性，仍然会产生二倍频、工频振动。
通过以上分析，了解了不对中时各类型联轴器各自的振动特点，同时还看到，不论使用哪种类型的联轴器，只要是轴系不对中，都会在径向产生二倍频、工频振动，或者说二倍频是不对中的主要特征频率。
[ 本帖最后由 szdlliuzm 于 2009-6-24 23:56 编辑 ]
多谢楼主的分享，辛苦了 经典著作分析,利用下. 很好的总结分析
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