В крупных стационарных агрегатах, например в турбоагрегатах электростанций, достаточно широко распространены жесткие муфты различной конструкции. Общим для таких муфт является то, при что при их помощи соединяемые валы механизмов очень четко и жестко фиксируются относительно друг друга. В идеале, при помощи жесткой муфты, два ротора объединяются в единое целое.

Благодаря применению жестких муфт удается решить целый ряд сложных технологических задач. Например в турбоагрегатах удается уменьшить или даже вообще исключить из конструкции некоторые сложные узлы и дополнительные подшипники осевой фиксации и разгрузки роторов. Это достигается соединением при помощи жесткой муфтой двух механизмов с противоположным направлением действия осевых усилий.

Процесс монтажа жестких муфт проводится с минимальными допусками и требует высокой культуры производства, и тем не менее довольно часто сопровождается различными дефектами. Наиболее распространенными дефектами монтажа жестких муфт являются следующие: 

• Коленчатость соединения в жесткой муфте, или, говоря кратко, "колено". Заключается в том, что при монтаже или в процессе эксплуатации по тем или иным причинам центры соединяемых валов не точно совпадают друг с другом. В результате сочлененные валы при таком дефекте представляют собой не единый вал, а вал с дефектом в месте соединения. Итогом возникновения дефекта типа "колено" в жесткой муфте становится возрастание вибрации оборудования.
• Угловой излом в жесткой муфте, приводящий к излому вала. В практике этот дефект называется достаточно часто другими терминами, такими, как "маятник" или "раскрытие муфты". Термин "маятник" возник вероятно потому, что при вращении вала с таким дефектом центр свободного конца вала совершает круговое вращение. Может его называют так ориентируясь на способ диагностики "маятника", применяемый на практике. При этом способе проверки свободный конец ротора подвешивается на тросе и освобождается от подшипника. Далее ротор начинают медленно проворачивать. Маятник диагностируется по поперечным перемещениям ротора в районе отсутствующего подшипника. Недостатком этого метода диагностики является его большая трудоемкость и ряд ограничений на его применение. Термин "раскрытие муфты" возник также из практики и соответствует диагностированию дефекта по неполному схождению полумуфт (валов) вдоль окружности при проведении монтажа муфты.
• Различные дефекты посадки полумуфт на соединяемые валы, выражающиеся в отклонениях от условий идеального монтажа. При неправильной посадке полумуфт в узле сочленения валов возникают или параллельные сдвиги (колено), или угловые изломы в муфте (маятник). Несмотря на индивидуальную природу возникновения этих -дефектов в агрегатах, в данном случае из-за неправильной посадки полумуфт, в конечном итоге все они приводятся или к дефекту первого вида - к колену, или к дефекту типа маятник, или же к их совместному проявлению. Это основные специфические дефекты жесткой муфты. 

При всех вышеописанных дефектах жестких муфт картина физических процессов примерно одинаковая и имеет две основные особенности:

• С одной стороны, в агрегате возникает картина небаланса масс вращающегося ротора за счет смещения осей центров масс.
• С другой стороны, на эту картину вибраций классического небаланса "наслаиваются сверху" вибрационные особенности достаточно специфического процесса, условно говоря, "вращающейся расцентровки".

От стандартной расцентровки, "неподвижной" в пространстве, расцентровка "вращающаяся" отличается только, условно рассуждая, примененной системой координат. Обычная неподвижная расцентровка диагностируется в неподвижной системе координат, связанной с статором или фундаментом. "Вращающаяся расцентровка" диагностируется во вращающейся, подвижной, системе координат, связанной с вращающимся ротором агрегата. Если при диагностике учитывается такое изменение в подходе поиску расцентровки, то далее можно считать все проявления обоих расцентровок одинаковыми.

Очень важным является то, что оси поверхностей шеек роторов при наличии дефектов в жестких муфтах оказываются смещенными относительно идеальной оси вращения роторов. При этом контактные зоны шеек валов совершают круговые движения внутри вкладышей подшипников (скольжения). Сопровождающую такой процесс картину небаланса первоначально стараются убрать при помощи балансировки. Установка балансировочных грузов может снизить уровень вибрации, но картина "обскальзывания" (по аналогии с обкатыванием) шейки вала по внутренней окружности подшипника скольжения сохранится и снизить вибрацию до приемлемого уровня обычно не удается. Если даже вибрация снизится, то ее уровень будет зависимым от нагрузки агрегата.

Для корректной диагностики дефектов жесткой муфты "колено" и "маятник" по вибросигналам обязательно необходимо наличие синхронных или синхронизированных вибросигналов. При этом необходимо зарегистрировать не менее восьми вибросигналов - по два на каждом из четырех подшипников в вертикальном и поперечном направлениях подшипники берутся с двух сторон жесткой муфты плюс подшипники с других сторон сочлененных муфтой механизмов.

Диагностика дефектов муфты на колено и маятник ведется, в основном, по фазам первой гармоники оборотной частоты ротора во всех контролируемых точках одновременно. Первое требование к полученным сигналам - фазы первых гармоник должны быть стабильными. В противном случае источник вибрации нужно искать в каком-либо другом месте агрегата.

Колено. На подшипниках с двух сторон муфты фазы первых гармоник должны различаться на 180° (с учетом допустимой погрешности определения фазы до 30 градусов). Это условие должно выполняться и в вертикальном и в поперечном направлениях измерения вибрации. Особенно обязательно в вертикальном направлении.

Фаза первых гармоник в вибросигналах с подшипников, расположенных через механизм от муфты, менее информативна и не всегда условия по ней выполняются. Это скорее всего следует считать дополнительным диагностическим признаком. Фаза первой гармоники с двух сторон сочлененных механизмов, с подшипников, расположенных через механизм от муфты, должна тоже различаться на 180°.

При "опирании" двух роторов на три подшипника, что довольно часто бывает в модернизированных турбоагрегатах, коленчатость в муфте равнозначна небалансу ротора, не имеющего второй опоры вблизи муфты. Этот дефект модернизированного агрегата диагностируется так же и достаточно просто устраняется как небаланс.

Маятник. Для диагностики маятника необходимо проводить сравнение начальных фаз сразу по всем четырем подшипникам. На подшипниках с двух сторон муфты фазы первых гармоник должны быть одинаковыми. Это справедливо и для вертикальной и для поперечной проекций. Фаза первых гармоник на двух подшипниках, которые расположены через механизмы от муфты, должны быть тоже равны между собой. Фазы первых гармоник на подшипниках с двух сторон каждого из сочлененных механизмов должны различаться между собой примерно на 180°.

Если говорить проще, то по фазам первой гармоники на четырех подшипниках должно соблюдаться условие: если принять за базу для сравнения фазу первого подшипника, считать ее начальной, то фаза второго подшипника отличается от первого на 180°, фаза третьего равна фазе второго, фаза четвертого отличается от третьего на 180° и равна фазе первого подшипника.

В практике часто один из "крайних" подшипников соединяемых механизмов (иногда и два) расположен внутри агрегата, т. к. в агрегате больше двух механизмов. Эти дополнительные механизмы "сглаживают" картину дефекта муфты на подшипнике, расположенном между механизмами. В итоге бывает, что фаза оборотной гармоники первого или четвертого подшипников соединяемых муфтой механизмов могут выпадать из общей логики.

Степень дефекта жесткой муфты обычно оценивают по повышению общего уровня вибрации. Если агрегат имеет вибрации повышенного уровня и причиной тому является муфта, то обычно решение о проведении ремонта зависит от соотношения норм на вибрацию для данного агрегата и текущего уровня вибрации.

Часто, большей частью с профилактической целью, персоналом проводится процедура балансировки агрегата в собственных подшипниках. Точнее говоря, делается попытка "успокоить" агрегат, уменьшив вибрации установкой балансировочных грузов. Эффективность такой попытки обычно не очень велика.