了解旋转机械中的轴错位

定义：什么是错位？

轴错位 指机器在正常运行条件下，两根或多根耦合轴的旋转中心线不共线的情况。与不平衡量一样，轴对中也是导致机械过早故障的最常见原因之一，会导致振动加剧、轴承和密封件损坏以及能耗过高。精密对中的目标是使轴中心线在规定的公差范围内尽可能接近对中。

错位类型

错位主要分为两种类型，但在大多数实际情况下，两种类型都会同时存在。

1.平行错位（或偏移）

平行错位是指两根轴的中心线彼此平行，但偏移一定距离的情况。这可以形象地表现为一根轴比另一根轴高或低（垂直偏移），或偏向一侧（水平偏移）。

2. 角度错位

当两根轴彼此呈一定角度时，就会发生角度不对中。它们的中心线在联轴器处相交，但不在同一条线上。这会导致联轴器处出现“间隙”，一侧比另一侧宽。

3. 组合错位

这是最常见的情况，其中轴同时遭受平行和角度错位。

错位的振动特征

错位会产生非常明显的振动特征，可以在 FFT 频谱中识别：

• 主要指标（2x）： 最常见和典型的错位迹象是恰好在 2 倍转速（二阶）这是因为错位引起的力使轴和联轴器每转一圈就会发生两次弯曲循环。
• 高轴向振动： 错位通常会在 轴向 方向（与轴平行）。轴向 2 倍峰值是未对准的强烈指标。
• 其他谐波（1x、3x、4x）： 虽然2倍是主要指标，但错位也会激发1倍的运行速度频率。严重的错位，尤其是平行偏移，还会产生3倍和4倍等高次谐波。
• 耦合特定频率： 某些类型的联轴器在因错位而磨损或受力时，会以其自身的特征频率产生振动。

振动频谱显示 2x 峰值为 1x 峰值的 50% 或更多，特别是当伴有高轴向振动时，是典型的错位案例。

错位的常见原因

错位可能从初始安装时就存在，或者随着时间的推移而逐渐出现。

• 安装不正确： 最常见的原因是初始机器设置期间缺乏精确对准。
• 热生长： 当机器从室温升温至工作温度时，其部件会膨胀。电机可能会变高，泵壳也可能膨胀，导致轴无法对准。精密对中必须考虑这种热膨胀。
• 管道应变： 入口或出口管道支撑不当产生的力会导致泵或压缩机与其驱动器错位。这在过程工业中是一个非常常见的问题。
• 基础问题： 地基薄弱或有裂缝，或者锚栓松动，都会导致机器随着时间的推移而发生移位。
• 软脚： 机器的安装脚之一未平放在底板上，导致机架在用螺栓固定时扭曲或变形的情况。

为什么纠正错位至关重要

运行未对准的机器会产生严重后果：

• 轴承和密封失效： 施加在轴上的高循环载荷直接传递到轴承和密封件，导致它们过早失效。
• 耦合失败： 联轴器的设计可以处理少量的错位，但过度的错位会导致它们磨损并迅速失效。
• 轴疲劳： 轴的反复弯曲会导致疲劳裂纹并最终导致轴故障。
• 增加能源消耗： 大量能量以热量和振动的形式被浪费，而没有用于做有用的工作。

使用千分表或激光对准系统等工具进行精确对准是任何有效可靠性和维护计划的基石。

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