轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及不對中故障

1、航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子支承方案與轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)等三部分。轉(zhuǎn)子是發(fā)動機(jī)的重要部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計很大程度上影響發(fā)動機(jī)的重量、可靠性和振動特性等。在上個世紀(jì)六十年代研制的斯貝發(fā)動機(jī)中那種復(fù)雜的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和支承方案的布局，在現(xiàn)今的發(fā)動機(jī)中已見不到了，取而代之的是簡單、緊湊的焊接轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與支點(diǎn)數(shù)目較少的支承方案。1. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子可分為三種基本結(jié)構(gòu)形式：鼓式、盤式和混合式。鼓式轉(zhuǎn)子：鼓式轉(zhuǎn)子的基本構(gòu)件是一圓柱形或圓錐形鼓筒，借安裝邊和螺栓等與前后軸頸連成一體。鼓筒外表面加工有環(huán)向或縱向燕尾形槽，用來安裝工作葉片。圖示為一種渦扇式發(fā)動機(jī)的低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，是典型的鼓式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。鼓筒分為前后兩

2、段，每段又由三段通過氬弧焊對接焊成。前段帶有前軸頸，后段帶有后軸頸。前后兩段用24個精密螺栓連接，其中3個是圓柱形螺栓，起裝配定心作用，其余為錐形螺栓，工作時定心傳扭。盤式轉(zhuǎn)子：盤式轉(zhuǎn)子由一組輪盤和中心軸組成，扭矩通過盤軸傳遞。與鼓式轉(zhuǎn)子相比，盤式轉(zhuǎn)子強(qiáng)度好；主要缺點(diǎn)是抗彎剛性差，并容易產(chǎn)生振動?；旌鲜睫D(zhuǎn)子：混合式轉(zhuǎn)子由盤、鼓筒和軸等部件組成。鼓筒和輪盤做成一體或者單獨(dú)制成。扭矩由軸、盤或軸、鼓、盤逐級傳遞?；旌鲜睫D(zhuǎn)子兼有鼓式轉(zhuǎn)子抗彎剛性好久盤式轉(zhuǎn)子強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)。如圖為某發(fā)動機(jī)的核心機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖，是一典型的混合式轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)部分共九級，由一級渦輪帶動，壓氣機(jī)與渦輪通過鼓筒軸用短螺栓連接。

3、壓氣機(jī)的第三級盤處與前軸頸連接，后軸與壓氣機(jī)后封嚴(yán)*齒盤相連接。這幾處的連接均采用帶自鎖螺母的短螺栓。壓氣機(jī)后與渦輪盤前均設(shè)有*齒封壓盤。壓氣機(jī)的前兩級鈦合金盤焊成一體，49級鎳基合金盤焊成一體，焊接方式均采用摩擦焊。該轉(zhuǎn)子的兩處*齒環(huán)均帶有盤，這是由于該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速較高，其產(chǎn)生的離心符合較大。*齒盤的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)的核心機(jī)轉(zhuǎn)子上被廣泛采用。旋轉(zhuǎn)機(jī)器一般是多轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng),轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間需要用聯(lián)軸器連接,轉(zhuǎn)子本身又由軸承支承。機(jī)器在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)中因多種原因而可能發(fā)生轉(zhuǎn)子不對中,從而引起機(jī)器的振動、聯(lián)軸器的偏轉(zhuǎn)、軸承的摩擦損傷、油膜失穩(wěn)和軸的撓曲變形等故障問題。轉(zhuǎn)子對中包括兩個方面的含義:一是

4、轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的連接對中,這主要反映在聯(lián)軸器的對中程度上面;二是轉(zhuǎn)子軸頸在軸承中的安裝對中,這與是否形成良好的油膜和適當(dāng)?shù)妮S承負(fù)荷直接有關(guān)。兩種對中問題是相互聯(lián)系的,任何一種形式的靜態(tài)或動態(tài)對中不良均會引起機(jī)器的振動。1故障原因轉(zhuǎn)子對中不良的一個主要原因是由初始安裝誤差引起的。轉(zhuǎn)子對中不良還可能是由于支承軸架的不均勻膨脹、管道力作用及轉(zhuǎn)子自重引起,或負(fù)載作用使轉(zhuǎn)子彎曲、機(jī)殼變形或移位、地基的不均勻下沉以及地震影響所產(chǎn)生的基礎(chǔ)變形等因素所致。尤其是支承軸架的熱膨脹作用,常會使熱態(tài)工作下的轉(zhuǎn)子發(fā)生對中問題。2.轉(zhuǎn)子不對中引發(fā)的故障,表現(xiàn)出下述幾方面的主要特征。2.1軸承油膜壓力失穩(wěn)不對中使聯(lián)軸器兩

5、側(cè)軸承的支承負(fù)荷出現(xiàn)較大變化,負(fù)荷減小的軸承在某些情況下引起油膜失穩(wěn)。因此,不對中引起的最大振動往往表現(xiàn)在緊靠聯(lián)軸器兩端的軸承上。2.2轉(zhuǎn)子負(fù)荷增加圖2表示緊靠剛性聯(lián)軸器兩側(cè)的軸承在平行不對中時的測試結(jié)果。隨著負(fù)荷的增加,軸承振動幅值呈增大的趨勢,且位置低的軸承比位置高的軸承的振動幅值大。這是因為低位置軸承被高位置軸承架空,油膜穩(wěn)定性下降之故。2.3徑向振動當(dāng)軸承架在水平和垂直方向上的剛度基本相等時,對軸承的兩個方向進(jìn)行振動測量,那么,顯示出振動幅值大的方向即為原始不對中方向。當(dāng)剛度在兩個方向上不相同時,不對中方向則需通過測量和計算分析來確定。角度不對中主要引起軸向振動,對于剛性聯(lián)軸器,軸向振

6、幅要大于徑向振幅。2.4轉(zhuǎn)子振動產(chǎn)生相位差剛性聯(lián)軸器在平行不對中時,兩側(cè)軸承徑向振動相位差基本上為180°，角度不對中使聯(lián)軸器兩側(cè)軸承軸向振動相位差為180°,而徑向振動是同相位的。2.5振動頻率不相同對于剛性聯(lián)軸器,平行不對中易激起兩倍旋轉(zhuǎn)頻率的振動,同時有工頻(轉(zhuǎn)速頻率)和多倍頻的振動成分。角度不對中易激起工頻振動,同時也存在多倍頻振動。診斷方法轉(zhuǎn)子不對中的診斷方法有多種,對于大型多轉(zhuǎn)子系統(tǒng),因為振動情況比較復(fù)雜,同樣的不對中量在各種機(jī)組上的反應(yīng)是不相同的。因此對不同對象需要用不同的診斷方法,并對獲得的結(jié)果進(jìn)行綜合分析與判斷,才能得到比較符合實際的結(jié)論。3.1振動測試法利用振動信號診斷不對中狀況是目前最常用的方法,頻率分析需要觀察工頻、兩倍頻和多倍頻的幅值增長情況,以及這些頻率成分隨負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。對于剛性聯(lián)軸器,兩倍頻幅值增高意味著存在平行不對中,工頻成分幅值增高有可能是角度不對中的一種情況。但對于撓性聯(lián)軸器,這個規(guī)律就不一定適用。實際情況比較復(fù)雜,機(jī)器的振動帶有多種因素,除了要檢測轉(zhuǎn)子或軸承的徑向振動之外,還要檢測軸向振動并進(jìn)行相位分析,通過多方面的信息了解,才能作出正確的診斷結(jié)論。3.2油膜壓力法觀察軸承油膜壓力隨負(fù)荷的變化量。軸承的油膜壓力對軸承標(biāo)高的變化反應(yīng)很敏感,如果油膜壓力增大,意味著軸頸下半側(cè)與軸承內(nèi)表面間隙減