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3分析诊断
3.1排除故障来自转子过临界
从振动特征来看,转子临近某一转速时,振动幅值出现明显的高峰值,同时伴随角度的大幅变化,振动现象似乎吻合转子过临界时的特性。然而仔细分析该瓦振动特征,存在以下疑点:1)转子过临界时两端支撑瓦的轴振会有相同趋势,而该机组2号瓦振动出现十分明显的共振峰时,1号瓦轴振没有相同的趋势;2)虽然机组轴振与瓦振的数值有大小差别,但正常情况下轴振与瓦振的变化规律应当同步,若转子过临界振动大,则轴振和瓦振上都会有表现。该机2号瓦轴振达到500μm以上,已远远超过跳机值,而瓦振却仅1mm/s左右,两者出现明显的矛盾;3)若2号瓦振动尖峰为转子的共振峰,则850r/min和1690r/min就可能为该转子的第一、二阶临界转速,这与转子设计的临界转速相差甚远;4)由于涡流传感器为左上45°及右上45°安装,所以2瓦轴振X、Y方向的一倍频相位应该相差90°左右,而在1690r/min时,2X、2Y相位竟相差180°,理论上说不通。另外在转速850r/min时振动则以二倍频分量为主,更是与转子过临界的特征大相径庭。综上考虑,可以排除2号瓦轴振出现的峰值来自转子过临界。
3.2支架共振引发振动峰值
实测的波特图中,幅频曲线上出现的非临界转速峰值可能会来自下列原因:(1)轴承座结构共振;(2)转子-轴承系统与基础耦合形成共振;(3)传感器安装部件共振(4)测量系统电信号干扰;(5)转子上存在大不平衡量引起的非线性共振[1]。轴承支撑系统在某转速下发生共振,瓦振会出现较高的共振峰,甚至瓦振大于轴振,而2号轴承瓦振在整个启机过程中一直较小,未超过1.5mm/s,如表1所示,可以排除该原因。启机期间现场实测基础、台板、缸体等结构未发现明显的振动突增现象,可排除转子-轴承系统与基础耦合形成共振。机组启机时,振动仅在850r/min及1690r/min时出现两次较明显的尖峰,其它时间振动相对较小,幅值、相位比较稳定,振动信号未出现其它毛刺、突变等异常情况,且振动峰值的出现存在重复性,表明传感器获得的应该是正常的振动信号,仪控检查也未发现测量系统存在故障,可以排除测量系统存在其它信号干扰或故障的可能。BODE图显示,在两次出现振动峰值前,2号瓦轴振仅为60~70μm左右,3000r/min时2X一倍频也没有超过90μm,振动数据显示转子上不存在很大的不平衡量。
出现第一个共振峰时,转速变化30r/min,2号瓦振动增加了300μm以上;出现第二个共振峰时,转速变化90r/min,振动爬升量超过500μm。在很窄的转速范围内振动急剧增大又急剧回落,共振峰很陡,共振区所跨范围远远小于常见的轴系过临界转速时的共振区,这些振动特征完全符合传感器安装支架共振[2]。
从振动数据看,两次发生共振的转速正好成倍数关系,在850r/min时共振频率为二倍频,而1690r/min时是一倍频发生共振,由此可判断是1690r/min对应的激振频率(28.17Hz)激发出了支架的固有频率从而引起共振。而850r/min转速对应的激振频率为14.17Hz,正好是支架固有频率的一半,该转速下的二倍频28.34Hz正好激发出支架的固有频率,使其发生共振,所以该转速下共振表现出以二倍频分量为主。
3.3关于相位差
宏观上,转子1690r/min时的不平衡激振力激发出传感器支架的固有频率引发共振,微观上即是转子旋转一周(周期为T),支架以某一对称振型来回往复运动一次。振动相位实为当键相槽与键相传感器重合时,振动传感器逆转向到转子振动高点的角度,也即当振动传感器与振动高点重合时,键相槽逆转向到键相传感器的角度。当支架发生共振时,振动高点不再是转子上的振动最大值,而是支架在传感器安装位置的振动最大点,于是当转子转到某一角度时,支架X方向的振动达到最大,若此时键相槽逆转向至键相传感器的角度为φ,这时振动输出值就显示2X方向振动角度为φ,而当转子转过半圈(T/2周期)时,支架在Y方向振动将达到最大,而此时的角度已经变化180°,所以2Y方向的振动角度就是φ+180°。所以当该机组2瓦轴承支架发生共振时,X、Y方向的共振频率分量相位差为180°而非90°,这是该故障的关键性判据。
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