旋轉機械的常見故障有很多,包括不平衡、不對中、軸彎曲和熱彎曲、油膜渦動和油膜振蕩、蒸汽激振、機械松動、轉子斷葉片與脫落、摩擦、軸裂紋、旋轉失速與喘振、機械偏差和電氣偏差等。
1不平衡
不平衡是各種旋轉機械中最普遍存在的故障。引起轉子不平衡的原因是多方面的,如轉子的結構設計不合理、機械加工質量偏差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差;運行中聯軸器相對位置的改變;轉子部件缺損,如:運行中由于腐蝕、磨損、介質不均勻結垢、脫落;轉子受疲勞應力作用造成轉子的零部件(如葉輪、葉片、圍帶、拉筋等)局部損壞、脫落,產生碎塊飛出等。
2不對中
轉子不對中通常是指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。
轉子不對中可分為聯軸器不對中和軸承不對中。聯軸器不對中又可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。平行不對中時振動頻率為轉子工頻的兩倍。偏角不對中使聯軸器附加一個彎矩,以力圖減小兩個軸中心線的偏角。
軸每旋轉一周,彎矩作用方向就交變一次,因此,偏角不對中增加了轉子的軸向力,使轉子在軸向產生工頻振動。平行偏角不對中是以上兩種情況的綜合,使轉子發生徑向和軸向振動。軸承不對中實際上反映的是軸承座標高和軸中心位置的偏差。
軸承不對中使軸系的載荷重新分配。負荷較大的軸承可能會出現高次諧波振動,負荷較輕的軸承容易失穩,同時還會使軸系的臨界轉速發生改變。
3軸彎曲和熱彎曲
軸彎曲是指轉子的中心線處于不直狀態。轉子彎曲分為永久性彎曲和臨時性彎曲兩種類型。
轉子永久性彎曲是指轉子的軸呈永久性的弓形,它是由于轉子結構不合理、制造誤差大、材質不均勻、轉子長期存放不當而發生永久性的彎曲變形,或是熱態停車時未及時盤車或盤車不當、轉子的熱穩定性差、長期運行后軸的自然彎曲加大等原因所造成。
轉子臨時性彎曲是指轉子上有較大預負荷、開機運行時的暖機操作不當、升速過快、轉軸熱變形不均勻等原因造成。
轉子永久性彎曲與臨時性彎曲是兩種不同的故障,但其故障的機理是相同的。轉子不論發生永久性彎曲還是臨時性彎曲,都會產生與質量偏心情況相類似的旋轉矢量激振力。
4油膜渦動和油膜振蕩
油膜渦動和油膜振蕩是滑動軸承中由于油膜的動力學特性而引起的一種自激振動。
油膜渦動一般是由于過大的軸承磨損或間隙、不合適的軸承設計、潤滑油參數的改變等因素引起的。根據振動頻譜很容易識別油膜渦動,其出現時的振動頻率接近轉速頻率的一半,隨著轉速的提高,油膜渦動的故障特征頻率與轉速頻率之比也保持在一個定值上始終不變,常稱為半速渦動。
油膜渦動和油膜振蕩是兩個不同的概念,它們之間既有區別,又有著密切的聯系。
當機器出現油膜渦動,而且油膜渦動頻率等于系統的固有頻率時就會發生油膜振蕩。油膜振蕩只有在機器運行轉速大于二倍轉子臨界轉速的情況下才可能發生。當轉速升至二倍臨界轉速時,渦動頻率非常接近轉子臨界轉速,因此產生共振而引起很大的振動。通常一旦發生油膜振蕩,無論轉速繼續升至多少,渦動頻率將總保持為轉子一階臨界轉速頻率。
轉子發生油膜振蕩時一般具有以下特征:
①時間波形發生畸變,表現為不規則的周期信號,通常是在工頻的波形上面疊加了幅值很大的低頻信號;
②在頻譜圖中,轉子的固有頻率ω0處的頻率分量的幅值最為突出;
③油膜振蕩發生在工作轉速大于二倍一階臨界轉速的時候,在這之后,即使工作轉速繼續升高,其振蕩的特征頻率基本不變;
④油膜振蕩的發生和消失具有突然性,并帶有慣性效應,也就是說,升速時產生油膜振蕩的轉速要高于降速時油膜振蕩消失的轉速;
⑤油膜振蕩時,轉子的渦動方向與轉子轉動的方向相同,為正進動;
⑥油膜振蕩劇烈時,隨著油膜的破壞,振蕩停止,油膜恢復后,振蕩又再次發生。如此持續下去,軸頸與軸承會不斷碰摩,產生撞擊聲,軸承內的油膜壓力有較大的波動;
⑦油膜振蕩時,其軸心軌跡呈不規則的發散狀態,若發生碰摩,則軸心軌跡呈花瓣狀;
⑧軸承載荷越小或偏心率越小,就越容易發生油膜振蕩;
⑨油膜振蕩時,轉子兩端軸承振動相位基本相同。
5蒸汽激振
蒸汽激振產生的原因通常有兩個,一是由于調節閥開啟順序的原因,高壓蒸汽產生了一個向上抬起轉子的力,從而減少了軸承比壓,因而使軸承失穩;二是由于葉頂徑向間隙不均勻,產生切向分力,以及端部軸封內氣體流動時所產生的切向分力,使轉子產生了自激振動。
蒸汽激振一般發生在大功率汽輪機的高壓轉子上,當發生蒸汽振蕩時,振動的主要特點是振動對負荷非常敏感,而且振動的頻?與轉子一階臨界轉速頻率相吻合。在絕大多數情況下(蒸汽激振不太嚴重)振動頻率以半頻分量為主。
在發生蒸汽振蕩時,有時改變軸承設計是沒有用的,只有改進汽封通流部分的設計、調整安裝間隙、較大幅度地降低負荷或改變主蒸汽進汽調節汽閥的開啟順序等才能解決問題。
6機械松動