09.05 聯軸器不對中時振動不一定就表現在聯軸器兩端

轉子不對中故障診斷

關於轉子不對中的振動問題，不在於不對中的偏移量是多少，而是取決於系統對不對中的適應能力。不對中引起的不同徵兆，除了作為對中偏移量的函數外，還會受到速度、力矩等其它狀態的影響。由於受到對中角度的問題，長襯套要比短襯套對不對中的適應能力高，但對於高速機器來說，長襯套的懸臂問題容易引起動力學方面的問題，因此聯軸套長度很少超過45cm。按照一般經驗，每一釐米聯軸套長度的偏移量在5微米之內為安全值，不超過此值可允許連續運行。

存在較大不對中時，其故障形式最可能表現為彈性元件的損壞，如膜片或彈性柱銷等，但也有一些其它類型的聯軸器，其強度高於鄰近軸承，因此，當造成軸承損壞時，聯軸器卻只有輕微損傷。有時聯結力能夠強大到足以使聯軸器鄰近系統達到穩定，從而消除不對中徵兆。當發生這種情況時不對中的強烈反應不發生在聯軸器處，而時表現在軸承的自由端。

1.轉子不對中形成原因

不對中的原因除設計、加工誤差外，運行中很多因素也會形成新的不對中。可分為冷態不對中和熱態不對中兩種情況。其中冷態不對中主要是指在室溫下由於安裝誤差造成的對中不良；熱態不對中指機組在運行過程中由於溫度等因素造成的不對中，其主要原因有：

1.1 聯軸器自身的影響

1.1.1對輪平面瓢偏，當擰緊靠背輪螺絲後，轉子將產生靜變形（即撓度），在軸頸上會呈現較大的晃擺，在旋轉狀態處，靜變形將產生旋轉的強迫振動。

1.1.2對輪連接螺栓有緊力差別，其產生的後果將會像瓢偏一樣。

1.1.3兩個對輪止口或連接螺栓節圓不同心，當擰緊靠背螺絲後，兩個轉子會產生偏心，這種偏心在旋轉狀態下直接產生激振力，而且以力偶形式作用在兩個相鄰的軸承上。靠背輪本身及連接缺陷所造成振動的特點是：振動的主要分量與轉速相符，但包含有一定的非基波分量，因此在激起普通強迫振動的同時，可能還會激起高次諧波和分諧波共振。

1.2 其它因素的影響

1.2.1設備保溫不良受熱不均使機座產生熱變形。

1.2.2設備超負荷運行改變了設備受力狀態。

1.2.3機器基礎、底座沉降不均使對中超差和軟地腳造成對中不良。

1.2.4由於轉子的撓性和重量分配不均勻，轉子在安裝之後產生原始彎曲，進而影響對中。

1.2.5因管道系統的壓力造成的扭曲變形

2. 轉子不對中種類

現場設備存在兩種不對中形式，聯軸器不對中和軸承不對中。聯軸器不對中又分為平行不對中、角度不對中，以及兩種形式同時存在的綜合不對中，如圖3-3所示。現場遇到的通常是綜合不對中，即有平行不對中也有角度不對中，但是一般情況下，其中一種為主因另一種為次因。

3. 轉子不對中振動機理

3.1 剛性聯軸器不對中

剛性聯軸器平行不對中時，兩轉子分別繞著各自的旋轉中心旋轉，但在聯結螺栓的強制作用下，存在著把偏移的兩軸心拉到一起的趨勢。在不對中的方向上，一個螺孔的旋轉半徑受到壓縮，另一個則受到拉伸，每轉動 180°，各螺孔旋轉半徑拉伸和壓縮交變一次，作用在半聯軸器上的力也交變一次；每旋轉一週，則交變兩次，使轉子在徑向產生二倍頻振動，聯軸器兩側徑向振動的相位差為 180°、是反相的。

剛性聯軸器角度不對中時，兩軸線相交成一定的角度，半聯軸器端面之間存在一定的張口。在聯結螺栓拉力的強制作用下，兩軸存在一個彎矩。轉子每旋轉一週，彎矩的作用方向交變一次，彎矩所引起的軸的彎曲變形也變化一次，從而使轉子在徑向產生工頻振動，聯軸器兩側徑向工頻振動是同相位的。此外，每旋轉一週，在螺栓拉力的作用下，半聯軸器還要帶著轉子沿軸向竄動一次，使轉子還要產生軸向工頻振動，聯軸器兩側軸向工頻振動的相位反相。

軸系不對中的實際情況，幾乎不存在單一的平行不對中或單一的角度不對中，往往是兩者同時存在的綜合不對中，因此剛性聯軸器不對中時，表現為既有二倍頻振動，又有工頻振動。

3.2 齒式聯軸器不對中

齒式聯軸器平行不對中時，會在徑向產生二倍頻振動，而相位是基頻的兩倍。

齒式聯軸器角度不對中時，在旋轉過程中齒面會發生相對滑動，併產生相應的摩擦力和摩擦力矩。角度不對中狀態下的齧合點產生滑動變化，每旋轉一週，齒面滑動方向發生二次突變，也就是摩擦力和摩擦力矩的方向發生了二次突變，從而形成二次衝擊性振動；同時，也沿軸向竄動一次。因此，齒式聯軸器角度不對中時，會在徑向產生二倍頻振動，聯軸器兩側軸承徑向振動的相位差為180°；同時也會在軸向產生較大的一倍頻振動。由於齒式聯軸器在結構上幾乎都設有中間軸（齒套、短接），即使兩轉子為平行不對中，中間軸總要產生偏斜，因此表現在半聯軸器與中間軸之間仍然是角度不對中。也就是說，對於齒式聯軸器不論是哪種情況的不對中，都會產生徑向二倍頻振動，聯軸器兩側軸承徑向振動的相位差為180°。

3.3 膜片聯軸器不對中

膜片聯軸器為金屬撓性聯軸器，具體又分為膜盤式和疊片式，其補償不對中和隔振能力很強，近年來在旋轉機械中得到了廣泛的應用。

由於結構上幾乎都設有中間軸，因此撓性膜片的受力主要為角度不對中所引起的力矩變化。例如4個螺栓的膜片聯軸器中，假如最大角度不對中位置在0°時，螺栓1和4受力最大；那麼轉過45°，因為不在最大角度不對中位置，各螺栓的受力降至最小；轉過90°,螺栓2和4 受力最大；同樣，在轉過180°、270°、360°時，各發生一次最大受力。轉子每旋轉一週，聯軸器有四個聯結螺栓時，力矩脈動四次。因此，對於具有n個螺栓的聯軸器，會產生n倍頻的振動（這裡n為偶數，n為奇數時，為2n倍頻振動）。由於要傳遞動力和滿足自身的強度，撓性膜片並非呈百分之百的彈性，因此，膜片聯軸器仍然具有一定的剛性聯軸器的特性，仍然會產生二倍頻、工頻振動。

當存在轉子不對中時，會引起轉子、軸承、聯軸器等部件的附加載荷，從而改變轉子系統正常的動態特性，如振動增大、軸承磨損、轉子撓曲等等。