旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 小結(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 何謂旋轉(zhuǎn)機(jī)械 主要運(yùn)動由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來完成的機(jī)械 汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)、電動機(jī) 核心：轉(zhuǎn)軸組件 轉(zhuǎn)子、軸、齒輪傳動件、葉輪、聯(lián)軸器 滑動軸承、滾動軸承 支座、定子、機(jī)座 密封、密封裝置 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 振動的分類 橫向振動：振動發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向xoy平面內(nèi)，大多數(shù)故障所激發(fā)的振動為此類振動 軸向振動：振動發(fā)生在轉(zhuǎn)軸軸線z方向上，某些故障如不對中將會激發(fā)軸向振動 扭轉(zhuǎn)振動：沿轉(zhuǎn)軸軸線發(fā)生的扭振，多盤轉(zhuǎn)子的柔性軸將會產(chǎn)生扭振 產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動的根本原因是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主動力矩與負(fù)荷反力矩之

2、間失去平衡，致使合成扭矩的方 向來回變化。 扭振具有極大的破壞性：扭應(yīng)力發(fā)生變化、軸的疲勞損傷增大 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障原因分類 設(shè)計原因 設(shè)計不當(dāng)，動態(tài)特性不良，運(yùn)行時發(fā)生強(qiáng)迫振動/自激振動 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中 設(shè)計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 熱膨脹量計算不準(zhǔn)，導(dǎo)致熱態(tài)不對中 制造原因 零部件加工制造不良，精度不夠 零件材質(zhì)不良，強(qiáng)度不夠，制造缺陷 轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障原因分類 安裝/維修的原因 機(jī)械安裝不當(dāng)，零部件錯位，預(yù)負(fù)荷大 軸系對中不良 機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當(dāng) 轉(zhuǎn)子長期放置不當(dāng)，改變了動平衡精

3、度 操作運(yùn)行的原因 工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷等）偏離設(shè)計值 轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 潤滑或冷卻不良 啟停機(jī)或升降速過程操作不當(dāng)，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過長 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障原因分類 機(jī)器劣化的原因 長期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子的撓度增大或動平衡劣化 轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋 零部件磨損、點蝕或腐蝕 配合面受力劣化、產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合的性質(zhì)和精度 機(jī)器基礎(chǔ)沉降不均勻，機(jī)器殼體變形 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 臨界轉(zhuǎn)速 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值后，振動就大得使機(jī)組無法繼續(xù) 工作，即所謂臨界轉(zhuǎn)速 Jeffcott單轉(zhuǎn)子模型說明，只要在振幅還未上升

4、到危險程 度時，迅速提高轉(zhuǎn)速，越過臨界轉(zhuǎn)速點后，轉(zhuǎn)子的振幅會 降下來。 轉(zhuǎn)子在高速區(qū)存在著一個穩(wěn)定的、振幅較小的、可以工作 的區(qū)域。 效率高、重量輕的高速轉(zhuǎn)子日益普遍。 y x z 0 最簡單的轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 臨界轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下會發(fā)生劇烈振動 臨界轉(zhuǎn)速數(shù)值上一般等于轉(zhuǎn)子橫向振動的固有頻率。 臨界轉(zhuǎn)速的大小決定于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)（質(zhì)量和剛度的分布）和軸承的結(jié)構(gòu)(邊界條件)。 一個實際的轉(zhuǎn)子往往有很多階臨界轉(zhuǎn)速，從低到高依次稱為第一階、第二階、第三階等 每一階臨界轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子有一個相對應(yīng)的振型。 臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)值可以用計算法求得，或用實驗法測得。 單圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 r e A O 0

5、 1 r/e c C A m O O m k tmeky t y m tmekx t x m c 2 2 2 2 2 2 d d d d 臨界轉(zhuǎn)速 sin cos k y x 由上式中解出x和y,并求得振幅r。 圓盤慣性力 軸彈性力 偏心的離心力 轉(zhuǎn)子幾何中心的運(yùn)動稱為“渦動”或“進(jìn)動”，與同向，正進(jìn)動 單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型 單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型 650MW 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 n1= 604 r/min n2= 1840 r/min n3= 4651 r/min 多自由度轉(zhuǎn)子有多個臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型 轉(zhuǎn)子的振型 了解振型對設(shè)備故障診斷具有實際意義 由振型可見，即使所選擇的測點彼此相距很近，各點

6、之間所測得的實際振動可能有很大的差別 軸承部位不一定是振動最大的部位 在選擇測點時，要避免將測點設(shè)置在節(jié)點上 利用振型找出振動最大的位置，對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的分析 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 影響臨界轉(zhuǎn)速的因素 支承剛度 只有在支承完全不變形的條件下，支點才會在轉(zhuǎn)子運(yùn)動過程中保持不動?？紤]支承的彈性變形時， 就相當(dāng)于彈簧與彈性轉(zhuǎn)軸相串聯(lián)。 支承與彈性轉(zhuǎn)軸串聯(lián)后，總的彈性剛度要低于轉(zhuǎn)軸本身的彈性剛度，使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速降低。 回轉(zhuǎn)力矩 轉(zhuǎn)子的軸線與支點的連線有夾角，會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩，也稱陀螺力矩。 正進(jìn)動時，回轉(zhuǎn)力矩可以提高轉(zhuǎn)子的剛度，臨界轉(zhuǎn)速增大；反進(jìn)動時，降低轉(zhuǎn)子的剛度，臨界轉(zhuǎn) 速減小 組合轉(zhuǎn)子 組合系統(tǒng)中

7、各轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速高于單個轉(zhuǎn)子 支承剛度對臨界轉(zhuǎn)速的影響 軟 支承剛度 硬 臨界轉(zhuǎn)速 0 K 支承剛度降低，臨界轉(zhuǎn)速隨之下降；反之亦然。振型也隨之變化。 支承剛度對臨界轉(zhuǎn)速的影響，在不同支承剛度范圍內(nèi)是很不同的。 回轉(zhuǎn)效應(yīng)對臨界轉(zhuǎn)速的影響 回轉(zhuǎn)效應(yīng)是旋轉(zhuǎn)物體的慣性的表現(xiàn)，它增加軸的剛性，故提高轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn) 速。 有懸臂的轉(zhuǎn)子上，回轉(zhuǎn)效應(yīng)表現(xiàn)得較明顯。 此園盤軸線方向不 變，沒有回轉(zhuǎn)效應(yīng) 此園盤軸線方向變化， 回轉(zhuǎn)效應(yīng)增加軸的剛性 多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型 200MW汽輪發(fā)電機(jī)組 高壓轉(zhuǎn)子 中壓轉(zhuǎn)子 低壓轉(zhuǎn)子 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 多跨轉(zhuǎn)子軸系由高壓 轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓 轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成 。 全

8、長30余米，共有7個 軸承。 多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型 200MW 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型 n1 =1002 r/min 中壓轉(zhuǎn)子型 n2 = 1470 r/min 高壓轉(zhuǎn)子型 n3 = 1936 r/min 低壓轉(zhuǎn)子型 n4 = 2014 r/min 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型 n5 = 2678 r/min 高壓轉(zhuǎn)子 中壓轉(zhuǎn)子 低壓轉(zhuǎn)子 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 軸系各階振型中，一般有一個轉(zhuǎn)子起主導(dǎo)作用。 多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型 200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系 單 個 轉(zhuǎn) 子 高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 剛性支承 1805131619651053 3149 彈性支承 169312211740 943

9、 2654 多 跨 軸 系 高壓轉(zhuǎn)子型 中壓轉(zhuǎn)子型 低壓轉(zhuǎn)子型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型 剛性支承 2284164325921142 3444 彈性支承 1936147020141002 2678 軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速高于相應(yīng)的單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。 彈性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速低于剛性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分類 剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：工作轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速以下 一階臨界轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有多個自振頻率，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增大到橫 向振動的一階自振頻率時，將發(fā)生一階共振，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為 一階臨界轉(zhuǎn)速 判別依據(jù)：一般工作頻率100Hz的機(jī)械系統(tǒng)屬于柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 振動特點：振動頻率（自激振動）工作頻率，并與一

10、階橫向自 振頻率有關(guān) 自激振動：振動過程中，由于系統(tǒng)內(nèi)部不斷有能量輸入而產(chǎn)生的 共振現(xiàn)象，在設(shè)備診斷中又稱為亞同步振動 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 兩種轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特點比較 強(qiáng)迫振動（剛性系統(tǒng)）自激振動（柔性系統(tǒng)） 激振原因 由于外部激振力 或激振位移引起的 在振動過程中，由于系統(tǒng)內(nèi)部有能量輸 入而引起的。 頻率與工作頻 率的關(guān)系 振動頻率與工作頻率同步振動頻率一般低于共振頻率 頻率與轉(zhuǎn)速變 化的關(guān)系 振動頻率隨轉(zhuǎn)速之變化而變化，呈比 例關(guān)系。 振動頻率在一定范圍內(nèi)可能存在某種比 例關(guān)系，但超過一定范圍后則主要與轉(zhuǎn) 子的一階自振頻率有關(guān) 振幅與轉(zhuǎn)速變 化的關(guān)系 振幅隨轉(zhuǎn)速之增加而增加，達(dá)到臨界 轉(zhuǎn)

11、速時振幅出現(xiàn)峰值，然后則隨轉(zhuǎn)速 之增加而減小，趨于某定值。 隨轉(zhuǎn)速的變化振幅有突發(fā)變化的可能 （增大或減?。?阻尼的影響 阻尼對臨界轉(zhuǎn)速無影響，但對共振峰 的高低有較大影響。 對頻率及振幅影響不大 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障分類 頂隙激振 喘振 旋轉(zhuǎn)失速 油膜振蕩 油膜渦動 ）亞同步振動（自激振動 轉(zhuǎn)子橫向裂紋 轉(zhuǎn)子與定子摩擦 裝配件或基礎(chǔ)松動 軸彎曲 不對中 不平衡 同步振動（強(qiáng)迫振動） 柔性轉(zhuǎn)子 剛性轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動及故障概述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 小結(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)

12、理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子支承部件松動的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)軸裂紋的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 故障原因分析 制造時幾何尺寸不同心、材質(zhì)不均 安裝方式不好，如用斜鍵等 軸水平放置太久，或受熱不均，造成永久或暫時變形 工作中的液、固雜質(zhì)或腐蝕，使轉(zhuǎn)子不對稱磨損或不對稱 沉積 零件配合過松，旋轉(zhuǎn)時間隙變大，造成偏心 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障 不平衡的原因 轉(zhuǎn)子 機(jī)械損傷 污染物堆積 軸彎曲 軸孔偏離中心 風(fēng)扇 機(jī)械損傷 污染物堆積 軸孔偏離中心 齒輪 機(jī)械損傷 軸孔偏離中心 轉(zhuǎn)子不平衡故障 不平衡的原因 滑輪/槽輪 機(jī)械

13、損傷 瑣絲太大 軸孔偏離中心 飛輪 機(jī)械損傷 偏心孔 軸孔偏離中心 軸 軸彎曲 不規(guī)則加工 轉(zhuǎn)子不平衡故障 不平衡的原因 葉輪 機(jī)械損傷 腐蝕 聯(lián)軸器 機(jī)械損傷 軸孔偏離中心 電氣繞組 銅線分布不均 轉(zhuǎn)子不平衡故障 不平衡的原因 鑄造缺陷 熱膨脹 由于每個部件的 熱膨脹率不同影 響轉(zhuǎn)子平衡 軸孔太大 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 不平衡的種類 按發(fā)生不平衡的過程分 原始不平衡 漸發(fā)性不平衡 突發(fā)性不平衡 按機(jī)理可分為：靜失衡、力偶失衡、準(zhǔn)靜失衡、動失衡 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 剛性轉(zhuǎn)子不平衡的形式 靜不平衡 離心慣性力系有合力 動不平衡 = 靜不平衡 + 偶不平 衡

14、 離心慣性力系合成為一合力和一合力偶 偶不平衡 離心慣性力系有合力偶 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 故障機(jī)理 如下圖所示單盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由于質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合而 產(chǎn)生不平衡 交變的力(方向、大小周期性變化)會引起振動 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，離心力方向改變一次，因此不平衡振動的 頻率與轉(zhuǎn)速相一致。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 F（t） t e c (a) 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) M Fsint y( t) c k (b) 振動模型 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 無阻尼時，O、O、G三點成一直線 實際轉(zhuǎn)子總存在阻尼 工作介質(zhì)、軸承油膜的黏性阻尼，滑動面之間的摩擦阻尼， 軸材料不完全彈性的內(nèi)摩擦阻

15、尼，轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)因變形能 耗產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)阻尼 阻尼力與速度成正比，力的方向與速度方向相反 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 不平衡故障的振動機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 設(shè)：偏心距e，轉(zhuǎn)子質(zhì)量M，軸剛度k，阻尼系數(shù)c，轉(zhuǎn)速n（r/min）， 角速度=2n/60，離心力F=Me2，分解為兩方向的力為： tsinMetsinFtF tcosMetcosFtF y x 2 2 兩力相差90，振動方程式為： tsinMekyycyM 2 tsineyyy nn 2 2 歸一化后： 其中：阻尼系數(shù) 10 2 , M c n 自振頻率 ；激振頻率 。 M k n 60 2 n 轉(zhuǎn)

16、子不平衡故障機(jī)理與診斷 故障機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 )sin(tYty 上式的通解為： )sin(1sin)( 2 tYDety n t n 公式第一部分為瞬態(tài)解，是衰減的自由振動，很快消失；公式第二部分為穩(wěn)態(tài) 解，是強(qiáng)迫振動： 2 2 2 2 21 nn n e eHY 其中： 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 故障機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 2 2 2 2 2 1 2 arctan 21 n n nn n H H()-幅頻響應(yīng)函數(shù)，表示振幅Y隨頻率比 /n的變化而變化的放大系數(shù)， 當(dāng) /n 1時出現(xiàn)共振峰； ()-相頻響應(yīng)函數(shù)，當(dāng) /n 1時出現(xiàn)節(jié)點。 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷

17、 阻尼對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響 阻尼對臨界轉(zhuǎn)速無影響，但對共振峰的高低有較大影響。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 不敏感轉(zhuǎn)子 阻尼小 阻尼大 轉(zhuǎn)速 振幅 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜特征 振動幅值與轉(zhuǎn)速平方成正比 工頻的1倍頻能量較大 同一平面x,y振動相位差90 轉(zhuǎn)子不平衡故障的時域特征 呈現(xiàn)為類似簡諧振動的波形 由于其他振動信號源（松動、不動中、軸承磨損、噪聲） 的影響，實際的信號不會是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 軸心軌跡 轉(zhuǎn)子軸心點相對于軸承 座運(yùn)動而形成的軌跡 正向進(jìn)動：軸轉(zhuǎn)向與軸 心軌跡轉(zhuǎn)向一致 不平衡、不對中、油膜失 穩(wěn)產(chǎn)生的

18、亞同步渦動、內(nèi) 摩擦激發(fā)的渦動等 逆向進(jìn)動：軸轉(zhuǎn)向與軸 心軌跡轉(zhuǎn)向相反 干摩擦等少數(shù)情況下發(fā)生 轉(zhuǎn)子不平衡的軸心軌跡 軸在各個方向上剛度有 差別，所以轉(zhuǎn)子軸心軌 跡通常為橢圓 從軸心軌跡觀察其進(jìn)動 特征為同步正進(jìn)動 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡與轉(zhuǎn)速的關(guān)系 當(dāng)n后，即在臨界轉(zhuǎn)速以上，轉(zhuǎn)速增加時振幅 趨于一個較小的穩(wěn)定值；當(dāng)接近n時，發(fā)生共振，振幅 具有最大峰值 當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時，相位穩(wěn)定 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡的主要特征 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 故障特征 原始不平衡、漸變不平衡、突發(fā)不平衡 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)

19、理與診斷 故障特征 靜不平衡、力偶不平衡的 幅值譜相似 靜不平衡 轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承的振動相位 相同 力偶不平衡 轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸承的振動相位 相反 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 診斷實例1 某大型離心式壓縮機(jī)組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉(zhuǎn)子后，機(jī)組 啟動時發(fā)生強(qiáng)烈振動。壓縮機(jī)兩端軸承處徑向振幅達(dá)到報 警值，機(jī)器不能正常運(yùn)行。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 壓縮機(jī)振動特征 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 診斷實例1 振動特征分析 振動大小隨轉(zhuǎn)速升降變化明顯 時域波形為正弦波 軸心軌跡為橢圓 振動相位穩(wěn)定，為同步正進(jìn)動 頻譜中能量集中于1頻，有突出的峰值，高次諧波分量較小 診斷意見：強(qiáng)烈振動的原

20、因是振動不平衡 處理措施：監(jiān)護(hù)運(yùn)行 生產(chǎn)驗證 在加強(qiáng)監(jiān)測的前提下維持運(yùn)行，其振動趨勢穩(wěn)定，沒有增大的趨 勢 維持運(yùn)行一個大修周期后，下次大修發(fā)現(xiàn)動平衡嚴(yán)重超標(biāo) 原因：轉(zhuǎn)子庫存時間較長，轉(zhuǎn)子較重，未按規(guī)定周期盤轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 診斷實例2 某52萬噸/年尿素裝置CO2壓縮機(jī)組低壓缸轉(zhuǎn)子，大修后 開車振動值正常，但在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動值有逐步增 大的趨勢。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 CO2壓縮機(jī)漸變不平衡振動特征 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 診斷實例2 振動特征分析 時域波形為正弦波 頻譜圖中，以1頻為主 分析其矢量域圖，相位有一緩慢變化 診斷意見：故

21、障原因為漸變不平衡，是由于轉(zhuǎn)子流道結(jié)垢 或局部腐蝕造成的 處理措施：監(jiān)護(hù)運(yùn)行 生產(chǎn)驗證 6個月后大修時檢查到轉(zhuǎn)子并不彎曲 目測無結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象 拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)一軸套內(nèi)側(cè)發(fā)生局部嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡 質(zhì)量逐漸增大 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征小結(jié) 主要表現(xiàn)為徑向振動 振動能量主要集中在工頻的1倍頻 振動幅值隨轉(zhuǎn)速升高而迅速增大 振動幅值不隨負(fù)荷的增大而增大 同一平面X、Y方向振動相位差90 會引起地基的不均勻沉降 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷 改變轉(zhuǎn)速，做瀑布圖 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子

22、不平衡故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷 機(jī)器出現(xiàn)不平衡故障的同時，常常還伴有其他的問題，如： 不對中、松動等。 其他類的故障也會引起工頻1倍頻的振動能量 在給出結(jié)論前，需要進(jìn)行綜合分析 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡 轉(zhuǎn)子不平衡故障 對轉(zhuǎn)子不平衡故障的處理措施 平衡技術(shù) 剛性轉(zhuǎn)子 靜平衡 動平衡 單面平衡 雙面平衡 轉(zhuǎn)子平衡方法 o C o W C 靜平衡的布置 W 水平導(dǎo)軌滾輪架 水平導(dǎo)軌 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子 滾輪架 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 剛性轉(zhuǎn)子的單面平衡：影響系數(shù)法 Q AA 01 0 AP 1.選擇加重平面、選擇測點。 2.測得原始振動A0(幅值和相位)。 3.在平衡平面內(nèi)加試重Q，測得振動A1

23、4.計算影響系數(shù) 5.按下式求得校正質(zhì)量P。 幅值相位 轉(zhuǎn)速 A UX 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相位檢測 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相位指基頻信 號相對于轉(zhuǎn)軸上某一確定 標(biāo)記的相位差 標(biāo)記可以是鍵槽或是反光 片，獲取鍵相脈沖信號 相位有四種取值方法 正峰點相位 負(fù)峰點相位 正斜率過零相位 負(fù)斜率過零相位 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 單面平衡的作圖解法 作A0和A1 ，求其差為A1- A0 。 量A1- A0 和 A0之間的夾角為 。 把試重Q 按 的方向轉(zhuǎn)動一 角，此即為校正重的正確方位。 校正重 P 的大小為： 01 0 AA A QP K o Q P 相角正 A0 A1 A1- A0 o 相角正 單面平衡的作圖解法

24、 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 不平衡向兩個平面的分解 剛性轉(zhuǎn)子的 任意不平衡可 以向兩個平面 內(nèi)分解。 故剛性轉(zhuǎn)子 都可以用兩個 校正質(zhì)量來達(dá) 到平衡。 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 雙面平衡的布置和方法 1 01 1 1 01 1 Q BB Q AA , 2 02 2 2 02 2 Q BB Q AA , 02211 02211 BPP APP 幅值相位 轉(zhuǎn)速 A B I II A B 1.測原始振動A0，B0。 2.平面I 內(nèi)加試重Q1，測得振動A1，B1。 3.計算影響系數(shù) 4.平面II 內(nèi)加試重Q2，測得振動A2，B2。 5.計算影響系數(shù) 6.按下式求得校正質(zhì)量P1，P2。 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 現(xiàn)場動平衡 針對整個

25、系統(tǒng)的平衡 試重的方向選擇 相位的測量 互譜、互相關(guān) 評價某種平衡方法的原則 平衡精度高 平衡時，開車次數(shù)少。 校正質(zhì)量數(shù)目少，總質(zhì)量小。 測試儀器和設(shè)備較少。 對操作者的技術(shù)水平?jīng)]有過高的要求。 現(xiàn)場動平衡技術(shù) 利用影響系數(shù)法進(jìn)行現(xiàn)場平衡的影響因素 振動信號的質(zhì)量 測點上所測取的振動值應(yīng)該是由轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的，而實際信號中還有其它因素產(chǎn)生的振動響 應(yīng)。測量時應(yīng)盡量保證振動信號的質(zhì)量，包括選擇對不平衡振動敏感點及采用濾波排噪等方法。 轉(zhuǎn)子的剛性程度 實際轉(zhuǎn)子不可能是絕對的剛性的，而柔性的存在會使轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速下具有不同的不平衡狀態(tài)， 這樣會因加試重時轉(zhuǎn)速的不一致等因素，而使所求得影響系數(shù)具有

26、誤差 系統(tǒng)的線性程度 若不平衡質(zhì)量與振動值之間的線性關(guān)系較差，則不容易確定試重與測點振動值之間的對應(yīng)程度， 而且振動值的相位關(guān)系對非線性反應(yīng)更為靈敏。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子支承部件松動的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)軸裂紋的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 據(jù)美國MONSANTO石化公司統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的 5060 %是由轉(zhuǎn)子不對中引起的。 轉(zhuǎn)子不對中的類型 軸承不對中：軸頸在軸承中偏斜 軸系不對中：各轉(zhuǎn)子不處在同一直線上 平行不對中：軸線平行位移 角度不對中：

27、軸線交叉成一角度 綜合不對中：軸線位移且交叉 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 e (a) 平行不對中(b) 角度不對中(c) 綜合不對中 不對中故障機(jī)理與診斷 造成不對中的原因 安裝誤差 管道應(yīng)變影響 溫度變化熱變形 基礎(chǔ)沉降不均 危害 滾動軸承 振動噪聲 過度磨損 “卡死” 滑動軸承 油膜承載失穩(wěn) 半速渦動 油膜振蕩 嚴(yán)重時油膜破裂而燒損軸瓦 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 不對中的危害-熱像圖 30,000 out 平行 10,000/inch out 角 1,000/inch out 角不對中 62 F 105 F 0 對中 不對中故障機(jī)理 齒式聯(lián)軸器平行不對中 2cos 2 1 2 1 c

28、oscos 2sin 2 1 cossin DDDy DDx dDdy dDdx 2sin 2cos dtDddtdydtdxVK/)/()/( 22 2/2) 2 /(dtd D VK K 不對中故障機(jī)理 剛性聯(lián)軸器平行不對中 兩半聯(lián)軸節(jié)旋轉(zhuǎn)時，在螺 栓力作用下有把偏移的兩 軸中心拉到一起的趨勢 PO1=PS, PO2e,O1SPO2 SO2=PO2-PO1=ecost 若兩半聯(lián)軸節(jié)尺寸和材料 相同，則PO1受壓縮、 PO2受拉伸，兩者變形量 近似相等 =SO2 / 2=ecost / 2 設(shè)剛度為K，則 F=K= Kecost / 2 不對中故障機(jī)理 剛性聯(lián)軸器平行不對中 將F進(jìn)行分解 F

29、y前一項不隨時間而變化，力圖把兩個聯(lián)軸節(jié)的不對中量 縮小 Fy后一項與Fx，是隨轉(zhuǎn)速而變化的兩倍頻激振力，即：聯(lián) 軸節(jié)每旋轉(zhuǎn)一周，徑向力交變兩次 不對中方向上的一對螺釘，當(dāng)螺釘拉緊時，一個受拉、一 個受壓。旋轉(zhuǎn)過程中，每轉(zhuǎn)180，拉壓狀態(tài)交變一次，旋 轉(zhuǎn)一周，交變兩次，使軸在徑向上產(chǎn)生兩倍頻振動。 t KeKe te K tFFy2cos 44 cos 2 cos 2 t Ke tFFx2sin 4 sin 不對中故障機(jī)理 角度不對中 螺栓拉力作用下，兩半聯(lián) 軸節(jié)中存在一個彎矩，力 圖減小兩軸中心線的交角 軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩作用方 向交變一次，彎矩施加于 軸的彎曲變形也每周變化 一次，由此引起工

30、頻振動 上側(cè)螺孔旋轉(zhuǎn)到下側(cè)時， 螺孔距離增大，拉伸力變 化一次。聯(lián)軸節(jié)帶著軸發(fā) 生軸向躥動，振動頻率為 轉(zhuǎn)速頻率 下側(cè)螺孔轉(zhuǎn)到上側(cè)時，螺 孔距離變小，拉緊力減弱， 不存在迫使軸產(chǎn)生軸向躥 動的力 不對中故障 轉(zhuǎn)子不對中的故障特征 振動的振幅與轉(zhuǎn)子的負(fù)荷有關(guān) 負(fù)荷越大、振幅越大 不對中故障對轉(zhuǎn)子的激勵力隨轉(zhuǎn)速的升高而加大 激勵力與不對中量成正比 軸系具有過大的不對中量時，轉(zhuǎn)子在運(yùn)動中產(chǎn)生附加徑向力和附加軸向力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生異常振動 平行不對中主要引起徑向振動 角度不對中主要引起軸向振動 振動頻率 徑向振動以工頻的2倍頻為主，也有1倍頻的成分 軸向振動以工頻的1倍頻為主，也有2x，3x。 不對中故障

31、 轉(zhuǎn)子不對中的故障特征 振動幅值 振動頻譜中2x幅值超過1x幅值約50時，常常說明是徑向不對中。 2x值相對于1x幅值的高度常取決于聯(lián)軸器的類型和結(jié)構(gòu)。 2X幅值接近1X幅值是常見的，尤其是平行不對中嚴(yán)重時。 軸向2x或3x幅值約是1x轉(zhuǎn)數(shù)頻率幅值的30到50時，說明是角向不對中。 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸承振動的相位差 平行不對中，徑向振動差180 角度不對中，軸向振動差180 軸心軌跡：香蕉形、8字形、外圈中產(chǎn)生一個內(nèi)圈 不對中故障 平行不對中的故障特征 不對中故障 角度不對中的故障特征 不對中故障 不對中故障，除了1x，2 x頻率外，還會出現(xiàn)3x倍頻 不對中故障機(jī)理與診斷 診斷方法 簡易診斷 軸向振

32、動 精密診斷 軸心軌跡：香蕉形、8字形、外圈中產(chǎn)生一個內(nèi)圈 用功率譜的2倍頻2fr 、3倍頻3fr成分判斷不對中故障 相位信息 全息譜技術(shù) 說明 2倍頻、軸向振動都是不對中的重要特征，但也可能是由 其他的故障引起的 軸彎曲、推力軸承的磨損、斜齒輪磨損 相位是區(qū)別不對中與其他不同故障源的關(guān)鍵指示。 受綜合不對中的影響，相位差不一定是嚴(yán)格的180 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 不對中故障機(jī)理與診斷 診斷實例 某透平壓縮機(jī)組檢修后啟動時，高壓缸振動較大；機(jī)組運(yùn) 行一周后壓縮機(jī)高壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振 動增大，其中測點5的振動值增加兩倍，測點6軸向振動加 大；又運(yùn)行兩周后，測點5的振動值

33、又突然增加一倍，超 過設(shè)計允許值，振動劇烈 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 機(jī)組布置示意圖 不對中故障機(jī)理與診斷 診斷實例 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 異常振動特征 不對中故障機(jī)理與診斷 診斷實例 高壓缸主要振動特征 連接壓縮機(jī)高、低壓缸之間的聯(lián)軸器兩端振動較大 測點5的振動波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波，頻譜中2頻諧波具 有較大峰值 軸心軌跡為雙橢圓復(fù)合軌跡 軸向振動較大 診斷意見 壓縮機(jī)高壓缸和低壓缸之間轉(zhuǎn)子對中不良，聯(lián)軸器發(fā)生故障 生產(chǎn)驗證 高、低壓缸之間的聯(lián)軸器固定法蘭與內(nèi)齒套的連接螺栓已斷掉三 只 對中嚴(yán)重超差，不對中量大于設(shè)計要求16倍 對螺栓斷面進(jìn)行電鏡分析，斷面為沿晶斷裂、并有局

34、部韌窩組織。 聯(lián)接螺栓的機(jī)械加工和熱處理工藝不符合要求，螺紋根部產(chǎn)生應(yīng) 力集中，而且熱處理后未進(jìn)行正火處理，金相組織為淬火馬氏體， 螺栓在拉應(yīng)力作用下脆性斷裂。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 不對中故障機(jī)理與診斷 小結(jié) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中 轉(zhuǎn)子不對中故障原因與治理措施 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子支承部件松動的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)軸裂紋的故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的分類（按工作原理分） 靜壓軸承 依靠潤滑油在轉(zhuǎn)子軸頸周圍形成的靜壓力

35、差域外載荷相平衡的原 理進(jìn)行工作 無論軸是否旋轉(zhuǎn)，軸頸始終浮在壓力油中 旋轉(zhuǎn)精度高、摩擦阻力小、承載能力強(qiáng)、對轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性和抗振 性好 制造工藝要求高，供油裝置復(fù)雜 主要用于高精度的機(jī)床 動壓軸承 油膜壓力靠軸本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 供油系統(tǒng)簡單 設(shè)計良好的動壓軸承具有很長的使用壽命 應(yīng)用非常廣泛：壓縮機(jī)、泵、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 動壓油膜軸承的工作原理 軸頸靜止時，沉在軸承底部 軸頸開始旋轉(zhuǎn)時，軸頸依靠摩擦力作用，沿軸承內(nèi)表面往上爬行， 達(dá)到一定位置，摩擦力不能支持轉(zhuǎn)子重力，開始打滑，即為半液 體摩擦 油楔的入口斷面大于出口斷面，隨著轉(zhuǎn)速的升高，軸頸被

36、油壓擠 向另外一側(cè) 如果帶入楔形間隙內(nèi)的潤滑油流量是連續(xù)的，油液中的油壓就會 升高，達(dá)到一定程度，間隙內(nèi)積聚的油膜的壓力可以把轉(zhuǎn)子軸頸 抬起 當(dāng)油膜壓力與外載荷平衡時，軸頸就在與軸承內(nèi)表面不發(fā)生接觸 的情況下穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 l軸頸在軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)時的油膜壓力分布 n偏位角 n e 偏心距 n c 平均間隙，c = R-r n相對間隙， c / r n相對偏心率， = e / r nhmin 最小油膜厚度 nhmin = c e = c(1- ) 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 軸承的承載能力 P 軸承載荷 S0軸承承載能力系數(shù) 也稱索默費(fèi)爾特(Somme

37、rfeld)數(shù) 潤滑油動力黏度系數(shù) l 軸承寬度 d 軸承直徑 軸頸旋轉(zhuǎn)角速度 相對間隙 軸承承載能力系數(shù) S0是相對偏心率 （= e / r）和軸承寬徑比（l/d）的函 數(shù) S01，稱為低速重載轉(zhuǎn)子； S01，稱為高速輕載轉(zhuǎn)子 高速輕載轉(zhuǎn)子易產(chǎn)生油膜失穩(wěn) 低速重載轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性雖好，但偏心率過大時，油膜過薄， 易產(chǎn)生干摩擦 2 0 ld SP 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 高速滑動軸承的油膜失穩(wěn)機(jī)理 軸承通過油膜支承載荷（完全流 體潤滑狀態(tài)下）時，摩擦功耗最 小 穩(wěn)態(tài)情況下：油膜動壓合力R與 軸載荷P處于平衡狀態(tài) 軸受到瞬時擾動情況下：油膜動 壓合力R與軸載荷P不再保持 平衡狀態(tài)，形成合力F。 F可

38、沿垂直和水平方向分解為Fr 和Fu。其中Fr與軸的水平位移方 向相反，力圖使軸心恢復(fù)到穩(wěn)定 狀態(tài)的位置，因此稱Fr為恢復(fù)力。 Fu則力圖使軸心繞軸承轉(zhuǎn)動，因 此稱Fu為渦動力。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 軸頸的受力分析 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 半速渦動 因為油具有黏性，所以軸 頸表面的油流速度與軸頸 線速度相同，均為r， 而軸瓦表面的油流速度為 0 假設(shè)油流速度呈直線分布 軸頸某一直徑掃過的面積， 即為油楔入口與出口的流 量差 dQedtrldt eC lrdt eC lr 2 22 dt dQ rel 2 1 2 1 2 1 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 實際的渦動頻率，通常低于轉(zhuǎn)頻的一半

39、油楔入口的油流速度由于受到不斷增大的壓力作用將會逐漸減慢，油楔出口的油流速度則會加速。實 際速度與假設(shè)速度在分布上的差別使驅(qū)動軸頸渦動的速度下降。 軸承中的壓力油不僅被軸頸帶著作圓周運(yùn)動，還向軸承兩側(cè)泄油，用以帶走軸承工作時產(chǎn)生的熱量。 油有泄漏時，dQ不等于0 根據(jù)國外資料介紹，半速渦動的實際振動頻率為 (0.430.48) 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜軸承不穩(wěn)定的工作機(jī)理 半速渦動與油膜振蕩 當(dāng)恢復(fù)力矩大于渦動力矩時，軸承將回到穩(wěn)定狀態(tài)工作。相反， 若渦動力矩大于恢復(fù)力矩時，則軸心開始渦動，即轉(zhuǎn)軸除自轉(zhuǎn)外， 還繞軸承中心公轉(zhuǎn)，這種公轉(zhuǎn)稱為渦動。 流體動壓激振渦動的方向與自轉(zhuǎn)方向相同，摩擦

40、激振渦動的方向 與自轉(zhuǎn)方向相反。 半速渦動：油膜渦動速度（角頻率）的理論值為軸的轉(zhuǎn)速（角頻 率）之半，稱為半速渦動。 油膜振蕩：轉(zhuǎn)子在渦動共振的狀態(tài)下，將表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振蕩稱為 油膜振蕩。 渦動速度=(0.430.48)， 軸心軌跡為內(nèi)8字 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜軸承不穩(wěn)定的工作機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜渦動與油膜振蕩的頻譜及軸心軌跡 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 半速渦動與油膜振蕩 半速渦動的發(fā)展將使轉(zhuǎn)子由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定 在半速渦動出現(xiàn)的初期階段，由于油膜具有非線性特性（即軸頸渦動幅度增加時，油膜的剛度和阻尼 較線性關(guān)系增加得更快），抑制了轉(zhuǎn)子的渦動

41、幅度，軸心軌跡為一穩(wěn)定的封閉圖形。 轉(zhuǎn)速升至臨界轉(zhuǎn)速的兩倍，渦動頻率與一階自振頻率重合，發(fā)生油膜振蕩。 轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，振動并不減弱，而且振動頻率基本上不再隨轉(zhuǎn)速而升高。 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜渦動與油膜振蕩的特征 輕載轉(zhuǎn)子 在第一臨界轉(zhuǎn)速之前就可能發(fā)生不穩(wěn)定的半速渦動，但不產(chǎn)生大 幅度的振動 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子由于共振有較大的振幅 越過第一臨界轉(zhuǎn)速后振幅再次減少，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍第一臨界轉(zhuǎn) 速時，振幅增大并且不隨著轉(zhuǎn)速的增加而改變，即發(fā)生了油膜振 蕩 中載轉(zhuǎn)子 過了一階臨界轉(zhuǎn)速后會出現(xiàn)半速渦動 油膜振蕩在二倍的第一臨界轉(zhuǎn)速之后出現(xiàn) 重載轉(zhuǎn)子 低轉(zhuǎn)速時并不存在半速渦動現(xiàn)象，

42、甚至轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍的第一臨界 轉(zhuǎn)速時，也不會立即發(fā)生很大的振動 轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍的第一臨界轉(zhuǎn)速之后的某一轉(zhuǎn)速時，突然發(fā)生油膜 振蕩 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜渦動與油膜振蕩的特征 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 不同載荷下的油膜振蕩特點 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜渦動與油膜振蕩的特征 油膜振蕩的其它特征 油膜振蕩在一階臨界轉(zhuǎn)速的二倍以上時發(fā)生 一旦發(fā)生振蕩，振幅急劇加大，即使再提高轉(zhuǎn)速，振幅也不會下 降 油膜振蕩時，軸頸中心的渦動頻率為轉(zhuǎn)子的一階固有頻率 油膜振蕩具有慣性效應(yīng)，升速時產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速和降速時油 膜振蕩消失時的轉(zhuǎn)速不同 油膜振蕩為正進(jìn)動，即軸心渦動的方

43、向和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 故障原因 軸承參數(shù)設(shè)計不合理 軸承制造不符合技術(shù)要求 安裝不當(dāng) 油溫或油壓不當(dāng) 潤滑不良 軸承磨損、疲勞損壞、腐蝕、氣蝕等 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜振蕩的防治措施 設(shè)計上盡量避開油膜共振區(qū) (應(yīng)使避免為2c1) 增加軸承比壓 軸承比壓是指軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷 增加軸承比壓，即提高軸承承載能力系數(shù)，增大軸頸偏心率，以 提高油膜穩(wěn)定性 常用的方法是減小軸瓦的長度 減小軸承間隙 試驗表明，減小軸承間隙，可提高發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速 減小間隙，相當(dāng)于增大了軸承的偏心率=e/c 旋轉(zhuǎn)機(jī)

44、械故障診斷 油膜軸承 dl P p 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜振蕩的防治措施 控制適當(dāng)?shù)妮S瓦預(yù)負(fù)荷 軸承的預(yù)負(fù)荷定義為 對于圓柱軸承，c =Rp-Rs，預(yù)負(fù)荷為0 預(yù)負(fù)荷為正值，表示軸瓦內(nèi)表面上的曲率半徑大于軸頸半徑，相 當(dāng)于起到了增大偏心率的作用 橢圓軸承的穩(wěn)定性優(yōu)于圓柱軸承 多油楔軸承的穩(wěn)定性較好 sp k RR c P 1 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 油膜振蕩的防治措施 選用抗振性好的軸承 對于高速轉(zhuǎn)子，通常采用多油楔可傾瓦軸承 調(diào)整油溫 適當(dāng)?shù)厣哂蜏兀瑴p小油的黏度，可以增加偏心率 對于已經(jīng)不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子，降低油溫，增加油膜對轉(zhuǎn)子渦動的阻尼作用，有時對降低轉(zhuǎn)子的振幅有 利。 油膜軸承的

45、故障機(jī)理與診斷 診斷實例1 某氣體壓縮機(jī)運(yùn)行期間，蒸汽透平時常有短時強(qiáng)振發(fā)生。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 1#軸承測點頻譜變化趨勢 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 診斷實例1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 測點強(qiáng)振時的波形和頻譜 測點振動值較小時的波形與頻譜 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 診斷實例1 振動特征分析 正常時，機(jī)組各測點振動均以工頻成分(143.3Hz)幅值最大，同 時存在豐富的低次諧波成分,并有幅值較小但不穩(wěn)定的69.8Hz(相 當(dāng)于0.49)成分存在，時域波形存在單邊削頂現(xiàn)象，呈現(xiàn)動靜件 碰磨的特征。 振動異常時，工頻及其它低次諧波的幅值基本不變，但透平前后 兩端測點出現(xiàn)很大的0.49成

46、分，其幅度大大超過了工頻幅值 分頻成分隨轉(zhuǎn)速改變而改變，與轉(zhuǎn)速頻率保持0.49左右的比例 關(guān)系 強(qiáng)振時，提純軸心軌跡的重復(fù)性明顯變差 隨著強(qiáng)振的發(fā)生，機(jī)組聲響明顯異常，有時油溫也明顯升高 診斷意見：故障原因為油膜渦動，建議降低負(fù)荷和轉(zhuǎn)速， 然后監(jiān)測運(yùn)行 生產(chǎn)驗證：機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行到機(jī)組大檢修，檢修中將軸瓦形 式由原來的圓筒瓦改為橢圓瓦后，運(yùn)行一直正常 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 診斷實例2 某壓縮機(jī)組氣壓機(jī)在運(yùn)行過程中軸振動突然報警，軸振動 值和軸承座振動值明顯增大。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)零部件無明顯 損壞，測量轉(zhuǎn)子對中數(shù)據(jù)、前后軸承的間隙、瓦背緊力和 轉(zhuǎn)子彎曲度，各項數(shù)據(jù)均符合要

47、求。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 氣壓機(jī)軸承振動頻譜 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 診斷實例2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 前軸承升速過程振動瀑布圖 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 診斷實例2 振動特征分析 前后軸承振動頻譜圖均有47Hz低頻峰值存在 觀察升速過程中的三維譜圖，發(fā)現(xiàn)升速到4260r/min時出現(xiàn)半速 渦動 隨著轉(zhuǎn)速的上升，渦動頻率和振幅不斷增加 渦動頻率達(dá)到47Hz時不再隨轉(zhuǎn)速而上升，轉(zhuǎn)速提高到 7500r/min工作轉(zhuǎn)速時，振動頻率仍為47Hz，但振幅非常大 診斷意見 轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速為2820r/min(47Hz)，振動特征與典型的高速 輕載轉(zhuǎn)子的油膜振蕩故障現(xiàn)象完全吻合，建議立即停

48、機(jī)檢修 生產(chǎn)驗證 解體檢查發(fā)現(xiàn)，軸瓦巴氏合金表面發(fā)黑，上瓦有磨損并伴有大量 小氣孔，前軸承巴氏合金有部分脫落 更換新軸承后，重啟機(jī)組，47Hz低頻分量不再出現(xiàn) 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 油膜軸承 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子支承部件松動的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)軸裂紋的故障機(jī)理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振的故障機(jī)理與診 斷 概述 離心式、軸流式的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，因設(shè)計工況范圍窄、結(jié) 構(gòu)設(shè)計不合理等因素，使氣流在機(jī)器內(nèi)產(chǎn)生不穩(wěn)定的運(yùn)動， 引起流道內(nèi)和管道內(nèi)的氣流壓力脈動，從機(jī)電導(dǎo)致機(jī)器和

49、 管道的強(qiáng)烈振動。 氣流不穩(wěn)定現(xiàn)象主要表現(xiàn)的故障形式為 旋轉(zhuǎn)失速 喘振 旋轉(zhuǎn)失速和喘振是高速離心壓縮機(jī)特有的一種振動故障 故障是由于流體流動分離造成，設(shè)備本身無明顯結(jié)構(gòu)缺陷， 因而不需要停工檢修，通過調(diào)節(jié)流量即可使振動減到允許 值 因此，更能體現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的優(yōu)勢 喘振會對機(jī)器造成很大危害，嚴(yán)重時會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲，聯(lián) 軸器損壞 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振 氣體流動分離 氣流脈動力主要來自氣體流 動分離 幾個基本概念 速度三角形 實際流動模式：三元流動 簡單分析時：一元流動 流體一方面相對于葉面流動， 另一方面又隨葉輪轉(zhuǎn)動，流體 真正的流動為兩者的矢量和， 即速度三角形 為防止氣流沖擊，葉片

50、的入口 安裝角應(yīng)與入口氣流角相等。 出口氣流角則由出口安裝角決 定。 流量減小時，氣流絕對速度c 變小，氣流相對速度角也將 隨之減小。 氣體流動分離 幾個基本概念 收斂流動和擴(kuò)壓流動 氣流流動方向由高壓流向低壓，稱為收斂流動，即減壓 反之，稱為擴(kuò)壓流動 主流區(qū)和邊界層區(qū) 由于氣體具有粘性，在靠近流道壁面相當(dāng)薄的范圍內(nèi)，氣流受壁面粘滯，流速很快降低到零，在 這一薄層中，速度梯度極大，稱為邊界層 邊界層外的流動區(qū)域，速度分布比較均勻，稱為主流區(qū) 沖角 葉片安裝角與進(jìn)口氣流方向角之差稱為沖角 沖角是氣流方向與葉片弧線前緣切線間的夾角 氣體流動分離 氣流分離的原因 在氣流擴(kuò)壓流動的過程中，由 于主流區(qū)

51、速度逐漸減弱，不足 以帶動邊界層氣體向前流動， 致使邊界層在流動方向的壓差 作用下倒流，而主流區(qū)仍維持 其流向，從而形成旋渦(分離)。 即使是收斂流動，也可能在局 部區(qū)域存在擴(kuò)壓區(qū)。 由于彎管內(nèi)流動的曲率作用， 外壁彎曲處壓力高、速度低， 內(nèi)壁彎曲處壓力低、速度高。 因此，彎管前半部外壁和后半 部內(nèi)壁均為局部擴(kuò)壓區(qū)。 氣體流動分離 由葉輪入口氣流沖擊造成的分離 沖角的變化將導(dǎo)致氣流對葉片的沖擊，使葉片入口附近產(chǎn) 生局部擴(kuò)壓區(qū) 葉片的工作面與非工作面 氣流流量減小時，沖角為正，凹面產(chǎn)生氣流分離，流量增 大時，沖角變負(fù)，凸面產(chǎn)生氣流分離。 旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)理與特征 旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)理 首先由H.W.Emm

52、ons在1995年提出 壓縮機(jī)在正常流量下工作時，氣體進(jìn)入葉輪的方向1與葉 片進(jìn)口安裝角一致s，氣體可以平穩(wěn)地進(jìn)入葉輪。 當(dāng)進(jìn)入葉輪的氣體流量小于額定流量時， 1與s不一致， 在葉片凹面附近形成旋渦 由旋渦組成的氣流堵塞團(tuán)(失速團(tuán)或失速區(qū))，將沿著葉輪 旋轉(zhuǎn)的反方向在各個流道中傳播。 失速區(qū)在反方向傳播速度小于葉輪的旋轉(zhuǎn)速度。但從葉輪 之外的絕對參考系來看，失速區(qū)還是沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn) 動。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振 旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)理與特征 旋轉(zhuǎn)失速頻率 經(jīng)驗公式 Vs：旋轉(zhuǎn)失速區(qū)的傳播速度 Q0p：發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時的實際流量 Q0：壓縮機(jī)設(shè)計工況流量 u：轉(zhuǎn)子的周向速度 據(jù)此公式計算出的

53、旋轉(zhuǎn)失速區(qū)傳播速度約為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度 的0.30.45 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振 u Q Q V p s 0 0 5 . 0 旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)理與特征 旋轉(zhuǎn)失速的振動特征 分頻 同時存在和(-)兩個頻率成份 全息譜工頻橢圓與脫離團(tuán)橢圓形狀相似，旋轉(zhuǎn)方向相反 振動隨負(fù)荷變化、流量變化關(guān)系明顯 振動隨轉(zhuǎn)速、壓力變化而變化 故障原因 工作流量比設(shè)計流量小 入口過濾器堵塞、氣體流道有異物阻塞 旋轉(zhuǎn)失速的診斷 診斷實例 某煉鐵廠廢氣風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速 風(fēng)機(jī)2一直工作正常。風(fēng)機(jī)1開啟后起初運(yùn)行平穩(wěn)，一段時 間(約半小時)會因振動超過停機(jī)限而跳閘。 每次啟動風(fēng)機(jī)1都有相同的現(xiàn)象。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘

54、振 旋轉(zhuǎn)失速的診斷 診斷實例 風(fēng)機(jī)1每次啟動后初期運(yùn)行穩(wěn)定，但經(jīng)歷一段時間以后就 會因振動過大而造成跳閘，可以基本排除因機(jī)械故障造成 的跳閘。 風(fēng)機(jī)流體類故障大部分是由于進(jìn)風(fēng)口氣流不暢或氣量不足 等原因所致，出風(fēng)口的改造效果并不明顯。 旋轉(zhuǎn)失速的診斷 診斷實例 f1=7.42Hz f2=8.72Hz f1+f2=16.14Hz 旋轉(zhuǎn)失速的診斷 診斷案例 生產(chǎn)驗證 管道直徑1m左右，在距離風(fēng)機(jī)1氣體入口約等于1m處有 一較大的彎道。 根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，為保證氣流順暢，氣流入口距離彎道的距 離應(yīng)大于1.5倍管道直徑。 旋轉(zhuǎn)失速的診斷 旋轉(zhuǎn)失速與油膜振蕩的故障甄別 區(qū)別內(nèi)容區(qū)別內(nèi)容旋轉(zhuǎn)失速旋轉(zhuǎn)失速油膜振

55、蕩油膜振蕩 振動特征頻率與工作轉(zhuǎn)速 的關(guān)系 振動特征頻率隨轉(zhuǎn)子工作 轉(zhuǎn)速變化 油膜振蕩發(fā)生后，特征頻 率不隨轉(zhuǎn)速變化 振動值與機(jī)器進(jìn)口流量的 關(guān)系 振動強(qiáng)烈程度隨流量改變 而變化 振動強(qiáng)烈程度不隨流量變 化 壓力脈動頻率的特點壓力脈動頻率與管網(wǎng)容積 有關(guān)，非常低 壓力脈動幅值很小或不存 在，頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率 相近 軸振動與機(jī)殼振動情況軸振動不太高時，機(jī)殼振 動已十分明顯 軸振動十分劇烈，但機(jī)殼 振動有時卻并不十分大 喘振的機(jī)理與故障特征 喘振是旋轉(zhuǎn)失速的進(jìn)一步發(fā)展 喘振的故障特征 壓縮機(jī)接近或進(jìn)入喘振工況時，缸體和軸承都會發(fā)生強(qiáng)烈 的振動，其振幅要比正常運(yùn)行時大大增加 喘振頻率一般較低，通常

56、為130Hz 壓縮機(jī)在穩(wěn)定工況下運(yùn)行時，其出口壓力和進(jìn)口流量變化 不大，所測得的數(shù)據(jù)在平均值附近波動，幅度很??；當(dāng)接 近或進(jìn)入喘振工況時，出口壓力和進(jìn)口流量的變化都很大， 會發(fā)生周期性大幅度的脈動，有時甚至?xí)霈F(xiàn)氣體從壓縮 機(jī)進(jìn)口倒流的現(xiàn)象 壓縮機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時，其噪聲較小且是連續(xù)性的；當(dāng)接近 喘振工況時，在氣流管道中，氣流發(fā)出的噪聲時高時低， 產(chǎn)生周期性變化；當(dāng)進(jìn)入喘振工況時，噪聲劇增，甚至有 爆聲出現(xiàn)。 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振 旋轉(zhuǎn)失速與喘振 旋轉(zhuǎn)失速與喘振的治理措施 開大回流閥，保證入口流量和壓力 調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速，嚴(yán)格遵循“降速先降壓、升壓先升速”的操作原則 檢查入口冷卻器，保證入

57、口溫度不超過允許值 檢查入口濾網(wǎng)、流道、清理堵塞的異物 保證出口暢通，出口壓力不高于設(shè)計值 旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障分析 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷 不對中故障機(jī)理與診斷 油膜軸承的故障機(jī)理與診斷 旋轉(zhuǎn)失速與喘振故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子支承部件松動的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)軸裂紋的故障機(jī)理與診斷 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 轉(zhuǎn)子與靜止件摩擦的分類 徑向摩擦：轉(zhuǎn)子在渦動過程中軸頸或轉(zhuǎn)子外緣與靜止件接 觸 偶然性或周期性的局部碰磨 轉(zhuǎn)子與靜子的摩擦接觸弧度較大，甚至發(fā)生360的全周向接觸摩 擦 軸向摩擦：轉(zhuǎn)子在軸向與靜止件接觸 故障原因 設(shè)計原因 制造原因 安裝維修 操作運(yùn)行 狀態(tài)劣化

58、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 徑向摩擦 局部動靜件碰磨的故障特征 轉(zhuǎn)子剛度在接觸與非接觸兩者之間變化，變化的頻率就是 轉(zhuǎn)子渦動頻率。 轉(zhuǎn)子橫向自由振動與強(qiáng)迫的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、渦動運(yùn)動疊加在一 起，會產(chǎn)生一些特有的、復(fù)雜的振動響應(yīng)頻率。 不平衡引起的轉(zhuǎn)速頻率 摩擦振動的非線性性，引起高次諧波(2、3) 非線性性還引起低次諧波/i(i=2,3,4) 重摩擦?xí)r，i=2；輕摩擦?xí)r，i=2,3,4 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 徑向摩擦 動靜件摩擦接觸弧增大時的故障特征 動靜件間具有很大的摩擦力，可使轉(zhuǎn)子由正向渦動變?yōu)榉?向渦動 時域波形出現(xiàn)單邊“削波” 頻譜上出現(xiàn)渦動頻率與旋轉(zhuǎn)頻率的和頻與差頻，即會產(chǎn) 生(

59、n n )的頻率成分 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 局部摩擦削波效應(yīng) 摩擦產(chǎn)生的組合頻率 徑向摩擦 動靜件摩擦接觸弧增大時的故障特征 剛開始碰摩階段，旋轉(zhuǎn)頻率成分幅值較高(不平衡)，二次 諧波必大于三次諧波 隨摩擦接觸弧的增加，由于摩擦接觸的附加支撐作用，旋 轉(zhuǎn)頻率幅值下降，二、三次諧波幅值由于附加的非線性作 用而有所增加 轉(zhuǎn)子在超過臨界轉(zhuǎn)速時，若發(fā)生全摩擦，可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子的 完全失穩(wěn)，振動響應(yīng)中具有很高的亞異步成分，一般為轉(zhuǎn) 子發(fā)生摩擦?xí)r的一階自振頻率；此外，會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率和 振動頻率之間的和差頻率，高次諧波消失。 利用示波器監(jiān)測轉(zhuǎn)子的進(jìn)動方向，若進(jìn)動方向由正向變成 反向，則發(fā)生了全摩擦接觸。

60、 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 軸向摩擦 振動特征 轉(zhuǎn)子與靜止件發(fā)生軸向摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子的振動特征幾乎與正 常狀況一致，沒有明顯的異常特征 系統(tǒng)阻尼的變化可作為診斷軸向摩擦的識別特征 摩擦?xí)斐晒纳仙托氏陆?，同時局部會有溫升，因 此工藝參數(shù)對轉(zhuǎn)子與靜止件軸向摩擦的故障診斷非常重要 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 診斷實例 某大型透平壓縮機(jī)組，在開車啟動過程中發(fā)生異常振動， 導(dǎo)致無法升速 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 動靜件摩擦 壓縮機(jī)振動頻譜圖與軸心軌跡 動靜件摩擦的故障機(jī)理與診斷 診斷實例 振動特征分析 振動波形有削波現(xiàn)象 頻譜圖中有豐富的次諧波及高頻諧波 軸心軌跡的渦動方向