聯軸器異常引起的振動與低速和高速軸故障分析

　　其一、聯軸器異常引起的振動

　　由于引風機和電機軸不同心，或者引風機和電機聯軸器之間未預留間隙，也會引起軸承座和電機的劇烈振動。其振動特征為：

　　(1)振動不穩定，隨著負荷變化，振幅在空轉時較小，滿載時較大，軸心偏差越大，振動越大;

　　(2)電機輸出軸側也有明顯振動，將引風機和電機聯軸器脫開，電機單獨運行，振動消失。處理此類振動的方法：重新找正梅花形聯軸器中心并進行調整，降低引風機和電機軸不同心度;合理預留引風機和電機聯軸器之間的間隙。

　　剛性聯軸器的裝配，兩軸心徑向位移不得大于0.03mm，兩個半聯軸器端面的接觸應緊密。

　　風機在起動升速過程中，達到某一轉速時，風機會突然產生劇烈振動，而通過這一轉速后，再繼續升速，振動反而會逐漸減小，在停機過程中，同樣也會出現這一現象，這一風機固有頻率相對應的轉速稱為風機臨界轉速。軸的質量越大，剛度越小(軸細長)，其臨界轉速越低，反之則越高。當風機的工作轉速高于臨界轉速時，容易出現振動。其振動特征為：該物件共振處的相對振動較大;振動頻率與旋轉頻率相同或接近。

　　由于風道系統中氣流的壓力脈動與擾動引起的振動，主要包括風箱渦流脈動造成的振動，風道局部渦流引起的振動，風機機殼和風道壁剛度不夠引起振動，旋轉失速。其振動特征為：壓力波常常沒有規律，振幅隨流量增加而增大，振動無規律性，振幅隨負荷的增加而增大。

　　處理此類振動主要是緊固螺絲、加固蝸殼和風道或加固底座。

　　以上故障不是常見故障，據統計旋轉機械70%的故障與轉子不平衡有關，因此處理主要故障是轉子不平衡，需要作機上平衡和現場機上動平衡來解決。

　　針對起重機在工作過程中可能出現的情況將分別進行分析：其一，當起升機構滿載貨物，由于電機與減速器之間的聯軸器脫落，起升機構失去動力，貨物從較高點自由落下時，制動器均未起作用，模型中右邊制動輪在貨物帶動下高速轉動，此時制動輪產生的慣性力可能使得高速軸失效；其二，整機正常運轉，但是由于安裝誤差聯軸器或者電機軸和減速器軸的不對中，使得在減速器高速軸左端產生一個附件的力，并且隨著軸的轉動，此力方向是交變的，若使用時間較長將會產生疲勞斷裂，在此不對疲勞失效分析，從彎、扭組合的方面對其進行研究；其三，整機正常工作，因為突發事件，兩個高速軸制動器同時制動，加于制動輪上的轉矩非常大，減速器高速軸可能因扭轉強度不夠而失效；其四，當不對中與兩個制動器同時制動時，高速軸也有可能失效。

　　其二、低速和高速軸故障分析

　　　　風電機組通常具有很高的實用性，但這并不是因為其質量穩定，而是因為經常進行維護。實際上，風機的工作環境惡劣，風速有很高的不穩定性，而暴雨、閃電、冰雪等惡劣天氣又嚴重考驗著風機的運行質量。在交變負載的作用下，風機葉片等容易出現疲勞損傷，塔架系統容易損壞。實際上所有的機械部件都受到損傷的影響，大多數風電機組的子系統在風機中的都可能在操作時失效，包括轉子和葉片、開關控制系統、齒輪箱和軸承、偏航系統、發電機、電力控制系統和剎車片等，再加上風機的電能轉換系統，其損壞較其他旋轉機械為嚴重。但是風電機組是一種相對不太容易接近的結構，因為它安裝在較偏遠的區域，并且機艙本身離地面也有幾十米、甚百米的高度，上到機艙很困難。另外，風機的維修和護理需要額外的起重機、升降機等設備，甚至有通過直升機進入到機艙的方式，這又產生了多余的費用。

　　風電機組屬于旋轉機械，不論加工工藝有多高，齒輪箱里的軸都會或多或少地存在不平衡等問題，但只要這些不平衡的量在允許的范圍內都是不會對正常的風電機組運行產生影響的。但是，在風電機組的長期運行過程中，這些不平衡量會逐漸增大，引起故障的產生，影響風電機組的正常運行。風電機組低速軸和高速軸在惡劣的工作環境下常見有軸不平衡、不對中、彎曲等典型故障。

　　(1)軸不平衡

　　不平衡是旋轉機械的典型故障，多是由于軸的部件質量偏心或者部件出現缺陷引起的故障，據統計大約70%的故障和軸的不平衡有關。引起軸不平衡的主要原因多是由于存在偏心質量和偏心距引起的離心力離心力矩，并且交變的力會引起振動，當軸旋轉一周，離心力方向變化一個周期，不平衡振動的頻率和轉速是一致的。軸不平衡故障的主要振動特征是：1)振動時域波形近似于正弦波：2)頻譜中諧波能量集中于基頻，且出現較小的高次諧波，是整個頻譜呈所謂的“樅樹形”；3)在臨界轉速以下振幅隨著轉速的增加而增大，在臨界轉速以上轉速增加時振幅趨于一個較小的穩定值，在轉速接近臨界轉速時，多會引發共振，振幅具有較大的峰值。4)工作轉速的時候，相位相對穩定；5)轉子的軸心軌跡一般體現為橢圓的形狀。

　　(2)軸不對中

　　齒輪箱里面軸的不對中故障主要出現在齒輪箱和其他部件相連接的鼓形齒式聯軸器部位，多是在裝配的時候條件的限制或者長期運行后引起這些故障。其振動特點是測得的齒輪箱振動信號表現為一個頻率非常低的振動信號，其加速度信號一般不容易測出來，速度信號和位移信號一般比較靈敏。軸不對中的主要故障可以總結為：1)以齒輪所在軸轉頻及其倍頻為調制頻率，以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率的嚙合調制，其中的調制頻率的2倍頻成分的幅值是較大的；2)齒輪的嚙合頻率及其諧波的幅值是較大的；3)振動能量有程度的增大；4)包絡能量有程度的增加；5)不對中故障產生的對轉子的激勵力隨著轉速的升高而加大，且呈線性增大。

　　(3)軸彎曲

　　當齒輪箱里面的軸在運行時發生故障時，很容易會引起整個齒輪箱的故障，當軸彎曲時，會直接影響軸上的部件如齒輪和軸承的正常運行。當軸彎曲的主要故障可以總結為：1)以齒輪所在軸轉頻及其倍頻為調制頻率，以齒輪嚙合頻率及其諧波為載波頻率的嚙合調制，其調制邊頻帶數量；2)如果彎曲軸上有多對齒輪嚙合，則會出現多對嚙合頻率調制；3)振動能量有程度的增加，特別是軸向振動能量有較大的增加；4)包絡能量有程度的增加。