转子系统及不对中故障

1、航空发动机转子系统的结构包括：转子结构、转子支承方案与转子支承结构等三部分。转子是发动机的重要部件，其结构设计很大程度上影响发动机的重量、可靠性和振动特性等。在上个世纪六十年代研制的斯贝发动机中那种复杂的转子结构和支承方案的布局，在现今的发动机中已见不到了，取而代之的是简单、紧凑的焊接转子结构与支点数目较少的支承方案。1. 转子结构转子可分为三种基本结构形式：鼓式、盘式和混合式。鼓式转子：鼓式转子的基本构件是一圆柱形或圆锥形鼓筒，借安装边和螺栓等与前后轴颈连成一体。鼓筒外表面加工有环向或纵向燕尾形槽，用来安装工作叶片。图示为一种涡扇式发动机的低压压气机转子，是典型的鼓式转子结构。鼓筒分为前后两

2、段，每段又由三段通过氩弧焊对接焊成。前段带有前轴颈，后段带有后轴颈。前后两段用24个精密螺栓连接，其中3个是圆柱形螺栓，起装配定心作用，其余为锥形螺栓，工作时定心传扭。盘式转子：盘式转子由一组轮盘和中心轴组成，扭矩通过盘轴传递。与鼓式转子相比，盘式转子强度好；主要缺点是抗弯刚性差，并容易产生振动。混合式转子：混合式转子由盘、鼓筒和轴等部件组成。鼓筒和轮盘做成一体或者单独制成。扭矩由轴、盘或轴、鼓、盘逐级传递。混合式转子兼有鼓式转子抗弯刚性好久盘式转子强度好的优点。如图为某发动机的核心机转子结构图，是一典型的混合式转子。该转子压气机部分共九级，由一级涡轮带动，压气机与涡轮通过鼓筒轴用短螺栓连接。

3、压气机的第三级盘处与前轴颈连接，后轴与压气机后封严*齿盘相连接。这几处的连接均采用带自锁螺母的短螺栓。压气机后与涡轮盘前均设有*齿封压盘。压气机的前两级钛合金盘焊成一体，49级镍基合金盘焊成一体，焊接方式均采用摩擦焊。该转子的两处*齿环均带有盘，这是由于该转子的转速较高，其产生的离心符合较大。*齿盘的结构在现代高转速发动机的核心机转子上被广泛采用。旋转机器一般是多转子轴承系统,转子与转子之间需要用联轴器连接,转子本身又由轴承支承。机器在安装和运转中因多种原因而可能发生转子不对中,从而引起机器的振动、联轴器的偏转、轴承的摩擦损伤、油膜失稳和轴的挠曲变形等故障问题。转子对中包括两个方面的含义:一是

4、转子与转子之间的连接对中,这主要反映在联轴器的对中程度上面;二是转子轴颈在轴承中的安装对中,这与是否形成良好的油膜和适当的轴承负荷直接有关。两种对中问题是相互联系的,任何一种形式的静态或动态对中不良均会引起机器的振动。1故障原因转子对中不良的一个主要原因是由初始安装误差引起的。转子对中不良还可能是由于支承轴架的不均匀膨胀、管道力作用及转子自重引起,或负载作用使转子弯曲、机壳变形或移位、地基的不均匀下沉以及地震影响所产生的基础变形等因素所致。尤其是支承轴架的热膨胀作用,常会使热态工作下的转子发生对中问题。2.转子不对中引发的故障,表现出下述几方面的主要特征。2.1轴承油膜压力失稳不对中使联轴器两

5、侧轴承的支承负荷出现较大变化,负荷减小的轴承在某些情况下引起油膜失稳。因此,不对中引起的最大振动往往表现在紧靠联轴器两端的轴承上。2.2转子负荷增加图2表示紧靠刚性联轴器两侧的轴承在平行不对中时的测试结果。随着负荷的增加,轴承振动幅值呈增大的趋势,且位置低的轴承比位置高的轴承的振动幅值大。这是因为低位置轴承被高位置轴承架空,油膜稳定性下降之故。2.3径向振动当轴承架在水平和垂直方向上的刚度基本相等时,对轴承的两个方向进行振动测量,那么,显示出振动幅值大的方向即为原始不对中方向。当刚度在两个方向上不相同时,不对中方向则需通过测量和计算分析来确定。角度不对中主要引起轴向振动,对于刚性联轴器,轴向振

6、幅要大于径向振幅。2.4转子振动产生相位差刚性联轴器在平行不对中时,两侧轴承径向振动相位差基本上为180°，角度不对中使联轴器两侧轴承轴向振动相位差为180°,而径向振动是同相位的。2.5振动频率不相同对于刚性联轴器,平行不对中易激起两倍旋转频率的振动,同时有工频(转速频率)和多倍频的振动成分。角度不对中易激起工频振动,同时也存在多倍频振动。诊断方法转子不对中的诊断方法有多种,对于大型多转子系统,因为振动情况比较复杂,同样的不对中量在各种机组上的反应是不相同的。因此对不同对象需要用不同的诊断方法,并对获得的结果进行综合分析与判断,才能得到比较符合实际的结论。3.1振动测试法利用振动信号诊断不对中状况是目前最常用的方法,频率分析需要观察工频、两倍频和多倍频的幅值增长情况,以及这些频率成分随负荷和转速的变化规律。对于刚性联轴器,两倍频幅值增高意味着存在平行不对中,工频成分幅值增高有可能是角度不对中的一种情况。但对于挠性联轴器,这个规律就不一定适用。实际情况比较复杂,机器的振动带有多种因素,除了要检测转子或轴承的径向振动之外,还要检测轴向振动并进行相位分析,通过多方面的信息了解,才能作出正确的诊断结论。3.2油膜压力法观察轴承油膜压力随负荷的变化量。轴承的油膜压力对轴承标高的变化反应很敏感,如果油膜压力增大,意味着轴颈下半侧与轴承内表面间隙减