摘要：某台密封风机在检修后，带负荷期间振动出现了超标。通过振动分析发现是由于联轴器导致的动态转子不对中。通过对联轴器中弹性销柱进行处理后，振动问题得以解决。
关键词：联轴器；弹性销柱；不对中
联轴器主要用于连接多根转子，形成一个光滑的轴系，同时传递扭矩以及轴向力[1]。电厂使用的联轴器种类众多，弹性柱销联轴器就是一种常见的挠性联轴器。弹性柱销联轴器将若干非金属弹性材料（如：尼龙）制成的柱销，置于两半联轴器孔中，通过柱销实现两半联轴器联接。其结构简单，制造加工容易，装拆更换弹性元件比较方便，不用移动联轴器。弹性销柱联轴器具有缓冲减振性能和一定的中心偏移补偿能力，其广泛应用于各种风机、水泵等旋转设备的连接传动中[2]。某电厂某密封风机在更换了联轴器后，空载期间振动良好，随着带负荷的深入，联轴器两端的振动出现异常。通过对振动特性的分析以及现场进行多项检查，最终查出了振动的原因是由于联轴器中弹性柱销材质异常，导致中心补偿能力减弱，系统发生了动态不对中故障。在更换了弹性柱销后，风机系统振动达到优良。
1风机系统振动简介
1.1系统简介
某电厂配备的密封风机为上海泽和机电控制工程有限公司生产的M600-2型集中供风式密封风机。电机型号为Y2-315L2-4-185KW，额定转速为1490r/min。风机与电机通过弹性柱销联轴器连接。风机轴承为稀油润滑滚动轴承电机轴承为脂润滑滚动轴承。风机系统示意图如图1所示。该风机在检修期间更换了联轴器，检修后空载期间，振动都良好，在带负荷后振动逐步爬升，负荷越高，振动越大。其中#2轴承垂直方向以及轴向的振动超过了80μm，超过了标准[3]，不满足系统长期运行的要求。
1.2现场振动测试
为了找到振动异常的原因以便根治故障，电科院特对密封风机进行了振动测试。现场采用东南大学生产的EVM-8振动测试仪进行测试，在轴系裸露的转轴上贴反光带，用光电传感器进行转速的测试，用速度探头进行#1～#4轴承的水平、垂直方向的振动测试。同时借助手持式振动测试仪测试轴向，地脚和水泥台板的振动。现场分别测试了系统空载以及带负荷阶段的振动情况，测试的结果如表1所示。测试显示风机系统的转速为1491r/min。从现场测试数据可以看出，该风机系统在空载时振动良好。带负荷后，系统#2、#3轴承的振动迅速爬升且超过了标准。空载时#2、#3轴承振动主要是工频和二倍频。相较于空载期间，带负荷运行后，风机系统的振动变化主要以工频为主，稳定后振动也以工频为主，现场测试频谱图见图2（由于#2轴承和#3轴承频谱特征类似，故以#2轴承举例）。
2振动分析以及处理
2.1振动分析
从现场采集的数据可知，系统空载时整个轴系的振动均在标准范围内，振动主要以工频以及二倍频为主。保持系统空载运行一段时间，测试发现振动保持相对稳定，同时电机以及轴承座的驱动端以及非驱动端振动水平相近。带负荷后，电机以及轴承座的驱动端以及非驱动的振动出现明显差异，#2、#3轴承振动爬升较快，振动稳定后#2、#3轴承振动以工频为主，相位较空载变化不大，相位呈现反相关系，同时振动保持相对稳定。由于系统空载期间振动良好，这表明系统的平衡状态良好。现场测试时进行3次空载以及带负荷期间的振动测试，测试发现空载期间振动良好，保持相对稳定。带负荷后#2、#3轴承的振动超过80μm，相位有20～30度的变化。在空载以及带负荷期间还使用手持式振动测试仪对地脚的螺栓以及基础进行了测试，排除了由于系统连接状态异常导致的差别振动的可能。进一步分析发现，带负荷前后振动变化主要以#2、#3轴承的工频振动变化为主，同时对系统的轴向振动进行测试，发现#2、#3轴承的轴向振动也超过了80μm，而#1和#4轴承轴向振动低于40μm。现场曾经怀疑轴承异常，但在频谱图上却没有明显的轴承故障频谱，现场轴承也没有杂音出现，暂不支持轴承故障的可能。鉴于系统空载振动良好，而带负荷后振动恶化，初步分析异常发生在是#2、#3轴承之间的联轴器。
2.2振动的治理
现场解开联轴器，对联轴器的连接状态进行复查，发现各项安装参数都在标准范围内，这表明系统静态对中良好。单转电机发现数据结果与电厂检修记录接近，各轴承振动均低于20μm，这表明电机平衡状态良好。将联轴器原位置安装回去后，再次测试系统，发现带负荷后，系统振动没有改善。在现场故障处理时对于某些挠性联轴器连接的设备，在找不到具体原因时，有时将两半联轴器中一个旋转180°后，振动会明显改善[4]。故将其中一半联轴器对调后再次进行振动测试，测试结果如表2所示。测试结果显示对调后，振动幅值与之前差距不大，相位发生了变化，但是相位之间分布关系没有变化，#2、#3轴承依然呈现为反相关系，振动相位的改变在一定程度上验证了不对中的猜测。现场检查发现，该密封风机采用的是弹性柱销联轴器。对于该类型的联轴器造成不对中故障的常见原因有：制造偏差导致柱销孔偏差大，安装时销孔配合错；柱销磨损卡涩或者质地原因导致弹性差异大；弹性柱销上的垫圈偏大等[5]。通过测量联轴器柱销孔孔径、相邻柱销孔之间距离以及柱销孔与联轴器外圆距离，发现差值小于30μm表明孔位偏差在合格范围内；测量弹性柱销上的垫圈，大小满足要求。检查各弹性柱销时发现其中一颗柱销比其他柱销明显的偏软，故将该柱销进行更换，同时在安装柱销过程中确保系统对中良好。再次启动系统，系统在空载以及带负荷期间轴系振动均小于40μm，满足长期运行的要求。弹性柱销联轴传递扭矩时工作时弹性元件主要承受剪切应力，由于工作元件的弹性变形，弹性柱销联轴具有一定的补偿中心偏移的能力。当弹性柱销联轴器中有销子出现异常时（如有材质异常、磨损或断裂现象时），该销子在传递转矩时弹性变形就会异常，最终影响系统的补偿对中变化的能力。本案例中由于某根弹性柱销偏软，当系统空转时，联轴器传递的扭矩较小，弹性柱销的变形可以抵消系统的对中偏移。当系统带负荷后，联轴器上传递的扭矩变大，导致弹性柱销的变形不足以补偿系统的对中偏移，导致系统对中状态的变化，最终体现在系统振动的变化。这也解释了轴系为什么在空载时振动良好，而带负荷后振动超标的现象。
3小结
(1)弹性柱销选用的材料有微量补偿两轴线偏移能力，弹性件工作时受剪切。如果由于各种原因(如：材质异常、弹性元件磨损等）原因，发生的变形和需要补偿对中偏移不一致，就可能导致系统的对中状态的变化，应发动态不对中。(2)本案例中由于某根弹性柱销偏软，当系统空转时，联轴器传递的扭矩较小，弹性柱销的变形可以抵消系统的对中偏移。当系统带负荷后，联轴器上传递的扭矩变大，弹性柱销的变形不足以补偿系统的对中偏移，导致系统对中状态的变化，最终体现在系统振动的变化。(3)在本案例中，系统动态不对中改变表现为振动工频分量的变化，这也在一定程度上说明验证了不对中故障的特征：当系统不对中量较小的时候，振动的频谱特征仍然以工频特征为主。
作者：郭嘉 何新荣 谭锐 于强 单位：国家能源集团科学技术研究院有限公司
