某水泥厂电机风机膜片联轴器破裂的现场检测分析
广州市湘力工业技术服务有限公司
刘宇飞 陈友辉
1 故障现象
今年年初，应某工程公司要求，我司两名工程师到某水泥厂对立磨循环风机及驱动电机进行针对性检测。
循环风机经该工程公司改造，原轮胎联轴器被替换为膜片联轴器，型号为TDJ8-9011-00T71(Z)。2021年3月改造完毕投入使用至今，期间出现多次联轴器破裂现象，最近一次联轴器破裂是在今年春节假期，用户不得已换回原轮胎联轴器使用中国建材网cnprofit.com。驱动电机为原产自法国的直流电机，型号为CIR 710S，功率1650KW，电压750V，电流7310A，转速1000r/min。
据工程公司提供的数据，该联轴器工作条件是：功率1650kw，转速1000rpm，公称扭矩100000Nm，峰值扭矩191000Nm，瞬时扭矩254000Nm，最大许用转速1200rpm。联轴器的补偿值：角向0.13°时为±5.2mm，角向0.5°时为±2.6mm。
2 分析思路与检测方法
首先分析该联轴器承载能力。对照上述数据，可知电机正常输出扭矩远低于联轴器公称扭矩，电机最高转速也低于联轴器许用转速，因而可推断理论上联轴器承载能力没有问题。工程公司称在多处同样规格的风机上使用该款联轴器，并未收到联轴器破裂报告，这也从侧面佐证了这一推断。
其次检测影响联轴器实际应用的现场数据并排除正常项，即可得到导致联轴器破裂的具体原因。基于多年技术积累，我们应用了如下检测方法：
-外观检测。通过目视、耳听和触摸来查看设备基础是否松动、联轴器两侧轴端是否存在滑移等；
-轴对中检测。使用SKF精密激光对中仪测取风机与电机的轴对中数据，并判断是否满足要求；
-电机和风机振动分析。使用SKFMicrolog振动数据采集仪及专业分析软件，分析电机和风机的轴承、转子和叶轮等是否存在异常振动。
3 外观检测
循环风机和驱动电机正常启动后，未发现基础松动，转速变动时，发现电机有轴向窜动现象，窜动距离目测约3-6mm。停机检查在用轮胎联轴器，联轴器两端温度正常，轮胎外观未发现裂纹或明显变形，电机底部四个螺栓孔与基座固定螺栓之间的径向单边间隙，目测不大于1mm。
破裂膜片联轴器两侧内孔未发现明显的拖动摩擦痕迹，中间轴套有一条斜向贯穿裂纹。现场人员反映，膜片联轴器投入使用时，外端面已接触到风机和电机的轴伸端台阶。
4 振动检测
4.1 检测结果
循环风机和驱动电机的两端振动总值和加速度包络总值正常，均未在频谱中发现明显的机械故障频率特征如动不平衡、不对中等，亦未发现轴承缺陷频率特征。
4.2 驱动电机振动频谱图
速度频谱图
加速度包络频谱图
4.3 循环风机振动频谱图
速度频谱图
加速度包络频谱图
5 激光对中检测
设容差选择条件为1000-2000rpm，则此时平行偏差允许0.1mm，角度偏差允许0.08（毫米/100）。实测值显示，电机与风机轴对中垂直方向的平行偏差已超标（实测值为-0.35mm）。
6 综合分析
综合上述检测结果，分析如下：
6.1风机和电机两者轴承没有明显的缺陷频率特征，故不会对联轴器产生不良的振动影响。膜片联轴器两端内孔无明显拖动摩擦，可知联轴器没有滑移；
6.2当前轴对中垂直方向的平行偏差已经超标，因使用了对轴不对中补偿度极高的轮胎联轴器，故在风机和电机的振动频谱中没有检测到明显的轴不对中缺陷频率特征。考虑到风机的位置是固定不变的，而电机底部螺孔与基座固定螺栓的调整间隙极小（单边1mm），可推测以前安装膜片联轴器时轴对中精度未必会优于当前水平，即有可能存在轴对中精度超标的现象。虽然膜片联轴器亦有较好的挠度补偿功能，但显然不如轮胎联轴器，轴不对中超标必然会影响前者使用寿命；
6.3速度变化时，电机转子有窜动现象，这是典型的因电机转子偏离磁力中心线而产生的窜动现象。因电机底部螺孔与基座固定螺栓的调整间隙极小（单边1mm），而膜片联轴器两侧外端面已经分别顶到风机和电机的轴伸端台阶，即电机与风机可调整的相对位置不大，可推定使用膜片联轴器时也存在窜动问题；
6.4使用膜片联轴器时，电机转子受电磁力影响沿轴向一侧窜动，同时又受到联轴器膜片推力或拉力作用而返回，从而形成轴向的往复运动。
6.5 这款膜片联轴器的补偿值在理想状况下为±5.2mm，对中不良时为±2.6mm。当前目测电机转子窜动为3-6mm，如存在对中不良则窜动值明显会超过补偿值。在巨大的往复轴向力作用下，膜片联轴器不断地被反复挤压和拉伸，最终因超过疲劳强度而开裂；
6.6轴向窜动同时会对轴承、轴承室和油盖造成很大的损害，严重时会造成电机和风机整体失效，必须予以重视。
7 建议：
-停机检查电机安装位置并做必要调整，以确保电机运转时转子不偏离磁力中心线；
-对风机和电机实施精密轴对中处理；
-检测电机前后轴承室和电机轴承油盖凸起面有无磨损，如有磨损，则安排修复；
-请工程公司校核当前工况条件是否满足膜片联轴器的使用要求。
