联轴器缺陷引起的振动故障分析

Reginald

　　本文的内容是关于联轴器缺陷引起的振动故障分析，非常实用的基础知识，希望对你的工作和学习有所帮助。

　　联轴器主要用来将多根转子连接起来，形成一根光滑轴系，传递扭矩和轴向力等。

　　旋转机械常用的联轴器有齿式、半挠性和刚性三种。
　　  · 齿式联轴器主要用于小型机组，允许两转子中心有一定偏差。
　　  · 半挠性联轴器主要用于汽轮机转子和发电机转子之间的连接，可以适当补偿联轴器两侧轴承由于低压缸抽真空、发电机充氢、轴承座温差等因素所引起的转子重心变化。
　　  · 刚性联轴器主要用于大型机组，结构简单，加工方便，传递扭矩大。

　　1、齿式联轴器缺陷引发的振动故障分析
　　齿式联轴器的典型结构如图4-9所示。两端齿轮用热套并加键的方法固定在轴端上，套筒两边的内齿分别与两端齿轮相啮合，带动两个转子同步旋转。

　　在旋转状态下，外套筒径向位置由齿尖间隙保证。齿式联轴器运行时间长后，齿轮会因磨损而产生齿厚和齿隙不均、齿面接触不良等缺陷，传递扭矩过程中外套筒有可能偏向一侧，从而产生偏心和不平衡力。齿套径向位置还与机组所带负荷有关。负荷改变后，传递扭矩改变，齿轮啮合位置改变，齿套径向位置和转子平衡状态将有可能因此而改变。

　　对联轴器两侧轴承而言，该缺陷产生的振动为同相。在机组并(解)列、加(减)负荷过程中，振动有可能会发生突变。齿牙磨损后，最好的方法就是更换联轴器。当条件不具备时，也可在外套上尝试加平衡配重，补偿由于外套偏向一侧所引起的不平衡力。实践证明，这种补偿方法在很多情况下是有效的，可以让机组继续运行一段时间。

　　某电厂1台6MW小型汽轮机已运行二十多年。1号、2号轴承为汽轮机两端轴承，3号、4号轴承为发电机两端轴承。最近一年多来，振动和噪声逐渐增大。过大振动突出反映在1号~3号轴承垂直和水平振动几乎同步发生变化。

　　表4-4给出了大、小负荷两种工况下的振动数据。从表中可以看出：
　　  · 低负荷下振动较大，带负荷过程中振动又发生了较大变化;
　　  · 在两种工况下，虽然振动幅值发生了变化，但是1号~3号轴承振动相位变化不大;
　　  · 带负荷过程中，2号、3号轴承垂直(水平)振动变化量的角度相同。初步分析，振动是由于联轴器磨损引起的。转速降至500r/min后，特意监听联轴器附近声音，可以清楚地听到齿轮啮合不平稳所发出的噪声。

　　大修中对联轴器进行了检查，发现齿面磨损较严重，齿隙明显偏大。据此更换了齿式联轴器。大修后启动，不仅2号、3号轴承振动大大减小，1号轴承振动也明显减小。

　　2、刚性联轴器缺陷引发的振动故障分析
　　齿式和半挠性联轴器可在一定范围内补偿转子中心的变化，而刚性联轴器对转子同心度的要求较高。刚性联轴器缺陷引起的振动主要发生在联轴器两侧轴承上，可以分为以下几种情况：

　　  · 联轴器瓢偏
　　如图4-10所示，当联轴器端面与轴中心线不垂直时，螺丝拧紧后，转子将产生变形，轴颈处出现较大晃度。距离联轴器越远，转子晃度越大。转子挠曲变形不仅会产生较大的激振力，还会破坏动静间隙，导致轴承乌金或者汽封等处产生摩擦。

　　  · 联轴器张口或高低差过大导致转轴晃度大
　　一台50MW汽轮机大修前振动较好，通过临界转速时各点振动小于80μm。大修后第一次开机时，1号轴瓦过临界转速时的振动高达240μm，被迫打闸停机。初步认为是平衡问题。在末级叶轮上加重1.3kg后，机组冲过临界转速。但在3000r/min转速下振动明显增大，2号轴瓦达到105μm，而且1号轴瓦振动不稳定。揭开前箱检查，发现汽轮机主轴与主油泵短轴连接联轴器晃度达0.4mm。校正缺陷并去掉所加平衡块后，振动正常。过临界转速，振动小于100μm，定速下振动小于30μm。

　　某台125MW汽轮发电机组励磁机与发电机转子采用波纹节相连。大修前，过临界最大振动为56μm，大修后变为120μm。调查发现，大修中发电机重套了后对轮。进一步检查励发对轮，发现前对轮晃度为1.6mm，后对轮晃度为1.4mm，励磁机轴颈跳动为1.2mm。消缺后开机，振动明显减小。

　　某台汽轮发电机组甩负荷后再次开机时，励磁机振动达到56μm，较甩负荷前明显增大。停机检查发现，励磁机转子轴颈晃度为0.42mm，而甩负荷前轴颈晃度只有0.08mm。检修中对轴颈晃度大的缺陷进行了处理。检修后开机时，轴承振动减小为32μm。

　　早期的国产200MW汽轮发电机组，如图4-11所示，中压和低压转子之间有一段跨距为4m、壁厚为0.04m的空心轴，又称接长轴。该轴段刚性较差，在运行中晃动很大，容易引起3号、4号轴承振动超标，已经成为这类机组的通病。该型机组在运行中应严格防止接长轴承受冲击扭矩如甩负荷、非同期并网等，检修中应尽可能减小接长轴与转子对轮组装后的晃动和瓢偏值。

　　  · 联轴器螺栓连接紧力不同
　　这种缺陷对振动的影响和联轴器票偏相同。检修后，通过调整螺栓连接紧力来调整转子晃度的做法是不可取的。

　　  · 联轴器偏心
　　其产生振动的机理犹如偏心轮激振。当偏心超过一定程度后，引起的振动会更大。

　　上述几种情况都会诱发转轴振动。低转速下的转轴晃度值可以比较好地反映联轴器上述缺陷情况。一般而言，当低转速下转轴晃度值大于50μm，必须引起重视。