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2023

借一台风力发电机的联轴器损坏再谈1X

一般来说，借用大机组平面分析的理论，同一个平面需要XY正交探头来进行平面运动分析，沿着轴系不同轴向位置的平面分析结果综合起来一起分析，就是三维空间的轴系分析。可惜的是，风力发电行业CMS系统整套传动链那么复杂，就只有七八个探头，分到电机那里，基本DE和NDE各只有一个；此外，原则上是没有键相信号的。

2022-08-12小编写了一篇小文章“借一台石化行业设备的减震器损坏来谈1X”，通过自问自答的方式，给大家大概的讲述了振动（响应）跟力和刚度的关系问题。那台石化设备的1X变化是刚度变化引起的，今天小编再借用一台风力发电机设备，来和大家看看1X变化如何由力变化引起的问题。

先很简要的介绍一下结构（小编画画水平是硬伤，画的太丑了）：前面是叶轮带主轴，涨紧套跟齿轮箱连接；齿轮箱通过扭力臂（isolator）跟机舱平台连接；齿轮箱高速轴（输出轴）跟电机通过两个半联轴器加中间的联轴节进行连接；电机地脚是四个减震器（isolator）跟机舱平台连接。

不过，小编坚信：没有困难也要创造困难进行分析。

提前揭晓答案：问题原因是联轴器坏了。

下面看趋势和分析过程：

1、电机DE端1X（速度，mm/s rms）的趋势图

2、电机NDE端1X（速度，mm/s rms）的趋势图

从趋势图可以看到：

1、电机DE端和NDE端1X幅值在故障前是稳定;

2、随着故障的发展，两端的1X趋势呈现相反方向的变化：DE端1X逐渐降低，从早前稳定的2mm/s降低到最低0.3mm/s；相同时间段内，NDE端1X逐渐升高，从早前的0.5mm/s升高到1.8mm/s；

3、DE端1X降低到最低后，有一个较大的反弹，此时1X快速升高；相同时间段内，NDE端1X也是快速升高；

4、最后稳定的阶段，那是设备维修完毕了。

大家印象中一般认为设备有问题振动都是增大的，本案例振动居然是减少的（至少电机DE端是减少的），因此小编接下来跟大家一起研究研究。

1X的幅值变化趋势是有了，但由于没有键相，1X相位是不可能有了。没有绝对相位，但有DE和NDE两个探头，刚好一个水平一个垂直，因此小编在想把两个不同轴向位置的振动，“压扁”到一起，形成一个跨平面的XY分析，照样去观察椭圆的“转向”和“高矮肥瘦”，原理上应该是OK的，只不过此时无法根据“转向”和“高矮肥瘦”信息直接判定到底是刚度变化还是力变化。不过也没关系，可以评估刚度和力一起的综合结果（最后的检查发现电机刚度是没问题的，因此反推回来是力变化引起，最后也发现是联轴器坏了，验证了力引起的结论）。

由于风力发电机是大范围变速运行的设备，为了保证不同时刻点的分析结果具有一定的可比性，只选择了额定转速附近的数据进行比对分析。

接下来，耐心看图：

不同时刻点的“跨平面” 力-刚度综合评估情况

核心信息

时刻：

2022-09-22 08:07:58

转速：1710RPM

长短轴比：5.06

偏转角：177°

X峰峰值：32um

Y峰峰值：6um

时刻：

2022-10-17 18:04:17

转速：1746RPM

长短轴比：5.6

偏转角：178°

X峰峰值：32um

Y峰峰值：6um

时刻：

2022-11-11 18:06:42

转速：1733RPM

长短轴比：5.01

偏转角：180°

X峰峰值：28um

Y峰峰值：5um

时刻：

2022-12-09 00:02:45

转速：1746RPM

长短轴比：5.74

偏转角：179°

X峰峰值：30um

Y峰峰值：5um

时刻：

2022-12-28 02:07:05

转速：1769RPM

长短轴比：5.67

偏转角：172°

X峰峰值：30um

Y峰峰值：6.5um

时刻：

2023-01-04 06:02:26

转速：1746RPM

长短轴比：3.94

偏转角：175°

X峰峰值：28um

Y峰峰值：7.5um

时刻：

2023-01-16 00:03:00

转速：1733RPM

长短轴比：1.74

偏转角：166°

X峰峰值：16um

Y峰峰值：10um

时刻：

2023-01-16 18:02:56

转速：1746RPM

长短轴比：1.86

偏转角：1.56°

X峰峰值：16um

Y峰峰值：9um

时刻：

2023-01-18 00:02:56

转速：1722RPM

长短轴比：1.77

偏转角：2.07°

X峰峰值：18um

Y峰峰值：10um

时刻：

2023-01-18 12:02:56

转速：1737RPM

长短轴比：1.76

偏转角：20.9°

X峰峰值：16um

Y峰峰值：10.5um

时刻：

2023-01-19 00:03:00

转速：1753RPM

长短轴比：1.44

偏转角：27.4°

X峰峰值：15um

Y峰峰值：12.5um

时刻：

2023-01-19 06:02:59

转速：1755RPM

长短轴比：1.31

偏转角：55.8°

X峰峰值：12um

Y峰峰值：12.5um

时刻：

2023-01-20 06:03:00

转速：1734RPM

长短轴比：1.4

偏转角：50.4°

X峰峰值：11um

Y峰峰值：13um

时刻：

2023-01-21 12:02:57

转速：1737RPM

长短轴比：1.91

偏转角：79.8°

X峰峰值：9um

Y峰峰值：15um

时刻：

2023-01-18 00:02:56

转速：1741RPM

长短轴比：31.7

偏转角：65.3°

X峰峰值：7.5um

Y峰峰值：15um

时刻：

2023-01-24 06:02:56

转速：1746RPM

长短轴比：22.9

偏转角：81.3°

X峰峰值：3.2um

Y峰峰值：20um

把重要的信息再次整理成表格：

时刻	转速RPM	长短轴比	偏转角	X峰峰值um	Y峰峰值um
2022-09-22 08:07:58	1710	5.06	177	32	6
2022-10-17 18:04:17	1746	5.6	178	32	6
2022-11-11 18:06:42	1733	5.01	180	28	5
2022-12-09 00:02:45	1746	5.74	179	30	5
2022-12-28 02:07:05	1769	5.67	172	30	6.5
2023-01-04 06:02:26	1746	3.94	175	28	7.5
2023-01-16 00:03:00	1733	1.74	166	16	10
2023-01-16 18:02:56	1746	1.86	1.56	16	9
2023-01-18 00:02:56	1722	1.77	2.07	18	10
2023-01-18 12:02:56	1737	1.76	20.9	16	10.5
2023-01-19 00:03:00	1753	1.44	27.4	15	12.5
2023-01-19 06:02:59	1755	1.31	55.8	12	12.5
2023-01-20 06:03:00	1734	1.4	50.4	11	13
2023-01-21 12:02:57	1737	1.91	79.8	9	15
2023-01-18 00:02:56	1741	31.7	65.3	7.5	15
2023-01-24 06:02:56	1746	22.9	81.3	3.2	20

不难发现：

1、长短轴比在故障前是稳定的，大概5.5左右；随着故障发展，逐渐变小到1.3左右，随后反弹增大；

2、根据偏转角的变化情况，可知椭圆一直在逆时针旋转；

如果是同一个平面的XY探头，稳定转速下长短轴比的变化一般是由刚度变化引起，不同转速下同一个平面的XY探头，椭圆的指向旋转一般是由XY刚度差异造成（这个有点复杂，涉及分离共振的问题）。由于本案例是“跨平面”的XY分析，所要思考的要点和方向跟同一个平面的XY探头分析是不一样的，这个需要读者注意。

现在问题是：为什么呈现这样的数据特征呢？或者这样的数据特征能说明什么？小编想让大家一起探讨，因此小编不继续把自己的想法完整写下来，但小编思考的重点是：

1、不平衡问题并不一定总是引起振动的变大，也可以引起振动的变小。要点：矢量叠加；

2、那为啥汽轮机断叶片1X一般都飞起来啊？那是因为断掉的质量跟不平衡残留质量不是一个量级的；

3、不平衡的分类里面，有力偶不平衡的概念。

画重点了：反相的两个矢量，叠加同一个量级相当的矢量时，会怎样呢？

说写半天了，核心总结是：设备出问题了，振动不一定变大，也可以变小。

你，Xue Fei 了吗？