單跨轉子系統的不對中故障研究

發布時間：2020-01-18

1895年，Foppl.A首先提出了一個單的轉子模型，它由一根兩端剛支的無質量的軸和在其中部的圓盤組成。Jeffwtt.H.H教授在1919年對這一模型進行了動力學特性的研究，他指出在超臨界運行時，轉子會產生自動定心現象，后來這一模型被命名為Jeffcott轉子。自此以后，基于線性系統理論的轉子動力學獲得了很大的發展，在不平衡響應計算、臨界轉速確定、軸承的偏角不對中故障會提高轉子軸系的臨界轉速和失穩轉速。對于單跨轉子系統，主要研究軸承不對中，目前多使用自位軸承，因此，軸承偏角不對中容易。實際情況下的是軸承位置標高發生變化，使軸承載荷重新分配，從而影響整個軸系的穩定性。對于復雜轉子系統(含多自由度和強非線性的轉子系統)的研究已成為近代轉子動力學的研究熱點。
　　目前，單跨單盤轉子系統的研究已經很充分。單跨多盤轉子系統的研究還比較少，對于單跨多盤轉子系統，采用柔度影響系數法建立動力學方程是比較方便的。因此一般采用柔度影響系數法建立多盤轉子系統的動力學模型。Nikolajsen.J.L指出轉子系統中軸承的對中是不存在的，并介紹了用影響系數法計算軸承不對中的偏心載荷，用有限元法計算討論了軸承不對中對轉子系統穩定性的影響。瞿紅春采用Raccati傳遞矩陣法對旋轉機械的軸系不對中進行了數值計算和理論分析，計算了角度不對中時的振動特性。Jin.W.H和Chung.J利用有限元法推導了具有角度不對中的轉子系統的運動微分方程，結合邊界條件分析了系統的固有特性和動力學響應。李明根據Lagrange方程建立了不對中轉子系統的動力學模型，指出不對中轉子系統是一個具有自激振動特征的強非線性系統，并通過4階Runge-Kutta法進行數值積分，分析了不對中轉子系統的非線性動力學特征。
　　軸承支承標高的變化改變了軸系振動系統的參數，從廣義上講，改變軸系支承條件即改變了轉動軸系的參數，無論是剛性軸還是柔性軸，不平衡響應都會受到影響從而導致振動的改變，但剛性軸和柔性軸的影響程度不同，因為剛性軸主要是力的平衡，而柔性軸則是振型的平衡。軸系振動參數改變后，即改變了柔性轉子的臨界轉速和振型，按柔性轉子平衡理論，如果轉子的平衡狀態良好，平衡加重合理，則支撐標高的改變不會使振動發生變化：如果轉子因殘存不平衡質量大或平衡加重方式不合理而使其存在內力矩，則轉子臨界轉速值和振型的改變，就會使原來殘余平衡狀態所起的作用發生變化，所以支撐標高相對的變化對平衡不良的柔性轉子影響較大。在機組正式沖轉之前，支撐標高并不是一個恒定值，而是一個幅度變化很小的緩變量，其主要是轉速和功率的函數，兩者穩定后。標高變化趨于平穩；軸承溫度的變化會引起標高的下降。
　　軸承不對中造成的設備故障類型主要有：
　　(1)由于軸承不對中造成各軸承負荷分配變化和軸承的動特性變化，從而影響整個轉子一軸承系統的穩定性；
　　(2)由于支撐負荷變化、造成軸系臨界轉速變化，激發結構共振；
　　(3)由于支撐負荷變化造成工作轉速下軸系振型的變化，則在某種振型下重量在變化的振型條件下變得靈敏，或反之；
　　(4)軸承不對中導致高壓汽輪機汽封間隙不均勻誘發間隙激振；
　　(5)不對中的一對軸承，負荷大的軸承油膜呈現較大的非線性，在不平衡擾動力的作用下，在的條件下可導致軸振動出現次諧波響應和高次諧波響應：
　　(6)軸承不對中使軸承受外部預載，這是一種通過聯軸器施加于轉軸的交變力，嚴重時，可使聯軸器截面處產生疲勞裂紋；
　　(7)由于軸承不對中導致轉子產生低頻渦動，軸心的渦動位移與轉子的周期性彎曲產生交變應力，此交變應力的頻率等于轉動頻率與渦動頻率之差，只要變形超過某個值，轉軸應力處就會產生疲勞裂紋。