chap3-旋轉(zhuǎn)機械故障診斷-YJR

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

滑動軸承故障診斷

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷

浮環(huán)密封故障診斷

葉片式機器中流體激振故障診斷

高速旋轉(zhuǎn)機械不穩(wěn)定自激振動的分析方法2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)2

旋轉(zhuǎn)機械是指依靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來完成主要功能的機械，在結(jié)構(gòu)上必須具備最基本的轉(zhuǎn)子、軸承等零部件。化工過程裝備中大量使用的各類離心泵、軸流泵、離心式和軸流式風(fēng)機、壓縮機、汽輪機、渦輪發(fā)動機、電動機、離心機等是典型的旋轉(zhuǎn)機械。在大型化工、石化、電力和鋼鐵等部門，某些大型旋轉(zhuǎn)機械屬于生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。例如：煉油廠催化工段的三機組或四機組，大化肥裝置中的四大機組或五大機組，乙烯裝置中的三大機組，電力行業(yè)的汽輪發(fā)電機組、泵和水輪機組，鋼鐵部門的高爐風(fēng)機和軋鋼機組以及生產(chǎn)流程中的某些重要旋轉(zhuǎn)機械，它們出現(xiàn)了故障，直接影響到整個生產(chǎn)線，因此是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的主要對象。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)3故障是指機器的功能失效，即其動態(tài)性能劣化，不符合技術(shù)要求。例如，機器運轉(zhuǎn)失穩(wěn)，產(chǎn)生異常振動和噪聲，工作轉(zhuǎn)速，輸出功率發(fā)生變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。機器發(fā)生故障的原因不同，所反映出的信息就不一樣，根據(jù)這些特有的信息，可以對機器故障進行診斷。振動是機器故障最基本的信息特征，振動類型可分為徑向振動、軸向振動和扭轉(zhuǎn)振動三類，其中過大的徑向振動往往是造成機器損壞的主要原因，也是狀態(tài)監(jiān)測的主要參數(shù)和進行故障診斷的主要依據(jù)。由于旋轉(zhuǎn)機械故障的多樣性和故障因果關(guān)系的復(fù)雜性，很多相似的故障現(xiàn)象并不一定源于同一故障原因，在現(xiàn)場進行故障診斷時，還需要利用振動信號之外更多的信息，對機器的振動特點，運行參數(shù)的變化以及設(shè)計、安裝、維修、操作中帶來的多種因素進行綜合分析，才能作出較為符合實際的診斷結(jié)論。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)43.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

旋轉(zhuǎn)機器的轉(zhuǎn)子不平衡是指轉(zhuǎn)子受材料質(zhì)量、加工、裝配以及運行中多種因素的影響，其質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心線之間存在一定量的偏心距，使得轉(zhuǎn)子在工作時形成周期性的離心力干擾，在軸承上產(chǎn)生動載荷，從而引起機器振動的現(xiàn)象。事實上一個平衡良好的轉(zhuǎn)子也不能做到“絕對平衡”的。

離心力與偏心距的方向一致，以角速度w繞軸旋轉(zhuǎn)。力通過轉(zhuǎn)軸作用在軸承上，使軸承承受附加動載荷，引起轉(zhuǎn)子或軸承的不平衡振動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)5

在共振點上，振動位移總是滯后于激振力90°，而與阻尼大小無關(guān)。測量轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，常常利用相位的變化點來確定。阻尼越大，轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時的振幅越小，接近臨界轉(zhuǎn)速時，這種阻尼衰減作用尤為明顯。正常的高速旋轉(zhuǎn)機器，在啟動過程中阻尼值必須在某一限定值以內(nèi)，并且升速時應(yīng)迅速通過臨界轉(zhuǎn)速。特解2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)6轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征

1）不平衡故障主要引起轉(zhuǎn)子或軸承徑向振動，在轉(zhuǎn)子徑向測點上得到的頻譜圖中，轉(zhuǎn)速頻率成分具有突出的峰值，在總振值中占有絕對優(yōu)勢。

2）單純的不平衡振動，轉(zhuǎn)速頻率的高次諧波幅值很低，因此在時域上的波形是一個正弦波。

3）轉(zhuǎn)子的軸心軌跡形狀基本上為一個圓或橢圓，這意味著置于同一截面上相互垂直的兩個探頭，其信號相位差接近90°。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

4）轉(zhuǎn)子的進動方向為同步正進動。

5）除了懸臂轉(zhuǎn)子之外，對于普通兩端支承的轉(zhuǎn)子，不平衡在軸向上的振幅一般不明顯。

6）轉(zhuǎn)子振幅對轉(zhuǎn)速變化很敏感，轉(zhuǎn)速下降，振幅將明顯下降。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)7不平衡振動的故障原因和防治措施

固有質(zhì)量不平衡將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生穩(wěn)定的每轉(zhuǎn)一次的轉(zhuǎn)速頻率振動，在給定轉(zhuǎn)速下其幅值和相位在短時間內(nèi)一般不隨時間變化，但如果溫度、負荷等條件變化，振動也可能會發(fā)生變化。對于固有質(zhì)量不平衡引起的振動，最普通的防治辦法是改善轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)來降低轉(zhuǎn)子的激振力。固有質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的主要原因有：設(shè)計錯誤；材料缺陷；加工與裝配誤差；動平衡方法不當。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)8實例3-1氣壓機的不平衡振動某煉油廠催化車間氣壓機組，壓縮氣體為瓦斯氣，入口壓力0.102MPa，出口壓力1.35MPa，轉(zhuǎn)速10700r/min。軸承型式為5塊可傾瓦，聯(lián)軸節(jié)均為膜片式。該機運行數(shù)年后為增大氣量，更換了轉(zhuǎn)子，擴大了轉(zhuǎn)子隔板，并且對轉(zhuǎn)子做了高速動平衡。改造后的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了振動超標，靠近齒輪箱一側(cè)的振動測點Ⅵ375、Ⅵ376的振幅達到60μm，此后又上升至90μm左右。信號分析顯示振動頻率中工頻成分占絕對優(yōu)勢，Ⅵ375、Ⅵ376的軸心軌跡為橢圓，確認是轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動。另外又從轉(zhuǎn)子升速過程的極坐標圖上看出（見圖3-6），轉(zhuǎn)子在到達工作轉(zhuǎn)速時，振幅迅速增長，相位也有明顯變化?？紤]到氣壓機靠齒輪箱一側(cè)的Ⅵ375、Ⅵ376測點振幅最高，決定在這一側(cè)的聯(lián)軸節(jié)上做現(xiàn)場動平衡。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)9轉(zhuǎn)子運行中的不平衡分轉(zhuǎn)子彎曲和轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞兩種。轉(zhuǎn)子彎曲

轉(zhuǎn)子臨時性彎曲，是指轉(zhuǎn)子因外部環(huán)境影響或外力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，這種變形不需經(jīng)過動平衡，而是只需采取一些簡單的措施（如經(jīng)過低速長時間盤車方式）或改變操作方式即可減緩或消除不平衡振動。如，轉(zhuǎn)子受熱不均；自重引起臨時性彎曲；氣流沖擊、溫度和載荷突變引起的彎曲等。轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲，是指經(jīng)過慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的方式仍然無法恢復(fù)轉(zhuǎn)子的彎曲狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在盤車過程中僅僅依靠本身的重量施加在軸上產(chǎn)生的交變力，不足以釋放轉(zhuǎn)軸內(nèi)部已形成的彎曲應(yīng)力，因此變成永久性彎曲變形。很難用動平衡方法消除。

3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)10實例3-4喘振引起空壓機轉(zhuǎn)子的臨時性彎曲

某石化公司乙烯裝置上使用一臺德國制造的GA1000型離心式空壓機，該機在制造廠做喘振試驗時，由于放空消音器振裂而落入管內(nèi)，阻塞了放空管，使壓縮機出口壓力升高，機器提前發(fā)生喘振。因為未及預(yù)料，延遲了關(guān)閉進口閥時間，引起機器強烈喘振。事后中方要求開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子徑向跳動量偏了0.12mm，即轉(zhuǎn)子發(fā)生了彎曲。該廠采用的校正措施，是在1000r/min轉(zhuǎn)速下開蓋慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子約一小時，重新測量徑向跳動量，結(jié)果下降到0.01mm，在允許范圍之內(nèi)，以后投產(chǎn)運行也很正常。

這種用低速慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子校正臨時性彎曲的措施十分有效，因為在慢轉(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)子的重力作用，軸的不同側(cè)面受到交變應(yīng)力作用，將軸轉(zhuǎn)內(nèi)臨時性彎曲形成的應(yīng)力釋放，使軸的變形獲得了矯正。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)11轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞

轉(zhuǎn)子在運行過程中，由于破壞原始的平衡狀態(tài)而引發(fā)機器振動，在生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到。對于這類故障必須掌握機器的工作特點、振動變化規(guī)律，注意觀察分析，相對于其他故障類型來說，尋找故障原因的難度要小些。轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)過程中，如發(fā)生軸上零件碎裂或飛離，將產(chǎn)生階躍式的不平衡，引起振幅和相位的突然變化。這種變化屬于瞬態(tài)響應(yīng)，此后將會衰減下去，因而振幅突變后將在某一數(shù)值上穩(wěn)定下來。

固體雜質(zhì)沉積在葉輪上的情況屢見不鮮，例如一些高溫的并帶有粘性的催化劑微粒進入機器的流道，就粘結(jié)在葉輪上，由于質(zhì)量分布不均勻，引起轉(zhuǎn)子的不平衡。除此之外，管道中的銹蝕、氣源中的粉塵在葉輪流道內(nèi)沉積，均會引起轉(zhuǎn)子的不平衡。有些壓縮機在運行中常會遇到工藝氣體和固體雜質(zhì)對葉輪基體金屬的沖蝕，設(shè)備維修中（如，除銹）不恰當?shù)拇胧┚涂赡芙o機器帶來振動問題，必須引起注意。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)12

帶有各種零件的轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生松動，例如葉輪、平衡盤、止推盤在軸上配合的過盈量不足，或者鍵槽配合太松，使轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下發(fā)生松動；還有材料選擇不良或是工作介質(zhì)腐蝕性嚴重，引起軸套和輪殼內(nèi)部發(fā)生腐蝕而松動。此外，滾動軸承外圈配合間隙過大，軸在旋轉(zhuǎn)時外圈也跟著作不同步的旋轉(zhuǎn)，也會發(fā)生類似松動的故障。①松動的零件隨著轉(zhuǎn)速的升高離心力迅速增大；②由于存在松動間隙，振動將出現(xiàn)明顯的非線性影響因素，在頻譜圖上出現(xiàn)大量轉(zhuǎn)速頻率的諧波，偶然也可能出現(xiàn)1/2、1/3轉(zhuǎn)速頻率的次諧波成分；③如果松動間隙較大，零件的不平衡矢量隨機地繞軸轉(zhuǎn)動。振幅不穩(wěn)定，相位隨時間變化；④如果轉(zhuǎn)子在穩(wěn)態(tài)下產(chǎn)生零部件松動，則可能會產(chǎn)生“拍振”現(xiàn)象，拍振的頻率一個是軸的轉(zhuǎn)速頻率，另一個是稍低于軸速度的松動零件轉(zhuǎn)速頻率。

3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)13

圖1TA60型碟式分離機碟片松動時的升降速曲線轉(zhuǎn)鼓體

碟片

定位卡口A’ABCC’O

圖2鼓蓋與鼓體配合示意及碟片在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的安裝示意圖2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)14升速曲線降速曲線2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)152023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)162023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)173.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)18定向振動與不平衡振動故障的鑒別轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡將在轉(zhuǎn)子徑向方向上形成一個旋轉(zhuǎn)離心力，軸心軌跡形狀接近于一個圓或橢圓，不平衡離心力將在軸承的水平和垂直方向上產(chǎn)生接近90°的相位差。機體變形、皮帶輪或齒輪偏心、機座松動、結(jié)構(gòu)共振等故障，雖然軸承或機體上的振動頻率也像不平衡振動那樣，表現(xiàn)以轉(zhuǎn)速頻率為主，然而在振動方向上并不是按照旋轉(zhuǎn)力的方向變化，而是在某一個方向上出現(xiàn)同相位或接近180°反相位的振動，這種稱為“定向振動”。在軸心軌跡上是一條傾斜的直接或接近一條直線形狀。對于這類故障，應(yīng)該采用相位測量和軸心軌跡分析方法，與單純的不平衡振動區(qū)別開來。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)19鑒別內(nèi)容不平衡振動定向振動振動頻率轉(zhuǎn)速頻率轉(zhuǎn)速頻率相互垂直的二個方向相位差接近90°接近0°或180°軸心軌跡形狀圓或橢圓某一方向上近似一條直線故障原因轉(zhuǎn)子固有不平衡，轉(zhuǎn)子彎曲，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞等機體變形，皮帶輪或齒輪偏心，機座松動，基礎(chǔ)共振等3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)20實例3-14基礎(chǔ)共振

某大型化工裝置上使用一臺單級離心泵，由一臺轉(zhuǎn)速為3600r/min的電動機直聯(lián)驅(qū)動。因為電動機振動非常劇烈，常出故障，所以不得不為該泵配置備用電動機。

對該機組的振動測試結(jié)果，電動機水平方向的振幅為23mm/s，垂直方向振幅為30mm/s,振動頻率為電動機的轉(zhuǎn)速頻率；而泵的振幅很低，不超過5mm/s。對電動機水平和垂直方向上的相位測量，發(fā)現(xiàn)兩者精確地同相，也就是發(fā)生了較典型的“定向振動”。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)21轉(zhuǎn)子的動平衡方法改變不平衡旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量分布來消除旋轉(zhuǎn)軸系的離心力作用，使轉(zhuǎn)子達到運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的這個過程成為“平衡”。不平衡度：平衡精度等級：ISO1940平衡精度等級：G0.4開始，按2.5倍遞增。一般轉(zhuǎn)子G6.3。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)22轉(zhuǎn)子的動平衡方法從轉(zhuǎn)子平衡的角度看，運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子可以分為剛性和撓性轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子在低速下運轉(zhuǎn)時（工作轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速0.5倍），離心力產(chǎn)生的撓度變形較小，轉(zhuǎn)子可以看作不發(fā)生變形的“剛體”。這種轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。在高速運轉(zhuǎn)時（工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速的0.7倍），轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生很大的撓曲變形，振動也隨之增大，這種轉(zhuǎn)子就不能稱為“剛體”，稱為撓性轉(zhuǎn)子。1).剛性轉(zhuǎn)子平衡靜平衡：薄圓盤，D/l>=5。動平衡：寬度較大，需要考慮力矩平衡。一般采用雙面平衡，在動平衡機上完成轉(zhuǎn)子平衡。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)23轉(zhuǎn)子的動平衡方法2).現(xiàn)場動平衡

現(xiàn)場動平衡是在旋轉(zhuǎn)機械與其工作狀態(tài)相同或接近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負載情況下對其進行振動測量和平衡校正的平衡方法。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)24轉(zhuǎn)子的動平衡方法3).撓性轉(zhuǎn)子動平衡

撓性轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速，這時轉(zhuǎn)子因撓曲變形而產(chǎn)生的質(zhì)心偏移將增大離心力的作用，而且撓曲變形又是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，因此它的平衡原理不同于剛性轉(zhuǎn)子。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)25轉(zhuǎn)子的動平衡方法3).撓性轉(zhuǎn)子動平衡(1)振型平衡法：將轉(zhuǎn)子上軸向分布的不平衡量分解為與主振型對應(yīng)的各階不平衡量，按照振型的正交性，第i階的不平衡量僅對第i階主振型起作用，對其余各階主振型沒有影響。這樣，如將不平衡量逐階平衡，則在理論上可獲得轉(zhuǎn)子的完全平衡。一般只要平衡好低階不平衡分量就可滿足要求。(2)影響系數(shù)法：多平面多轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)平衡法。對于剛性轉(zhuǎn)子，取兩個校正面，取一個平衡轉(zhuǎn)速，可以在各個轉(zhuǎn)速下都得到平衡。但對撓性轉(zhuǎn)子而言，在不同轉(zhuǎn)速下其撓曲不同，必須增加平衡轉(zhuǎn)速的數(shù)目，相應(yīng)地也需要增加平衡校正面。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)26引起轉(zhuǎn)子不對中故障的原因有：初始安裝對中超差；冷態(tài)對中時沒有正確估計各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子對中不良；軸承架熱膨脹不均勻；管道力作用；機殼變形或移位；地基不均勻下沉；基礎(chǔ)變形；轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。3.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)273.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

轉(zhuǎn)子不對中故障的特征改變了軸承中的油膜壓力。

軸承的振動幅值隨轉(zhuǎn)子負荷的增大而增高。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。不對中使剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)子振動產(chǎn)生相位差。對于剛性聯(lián)軸節(jié)，平行不對中易激起二倍頻的振動，同時也存在工頻（轉(zhuǎn)速頻率）和多倍頻的振動成分；角度不對中易激起工頻軸向振動，同時也存在多倍頻振動。對于撓性聯(lián)軸節(jié)，按其結(jié)構(gòu)型式、安裝和負荷不同，所表現(xiàn)的振動頻率是不同的。大型渦輪機械上多跨轉(zhuǎn)子的不對中，一般伴隨有其它故障因素。轉(zhuǎn)子之間的不對中，在不對中方向上產(chǎn)生了一個預(yù)加載荷，軸頸運動的軸心軌跡形狀為橢圓形。隨著預(yù)加載荷的增大，軌跡形狀將變?yōu)橄憬缎?、?”字形或外圈中產(chǎn)生一個內(nèi)圈等形狀。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)283.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)293.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

聯(lián)軸節(jié)不對中的振動頻率

剛性聯(lián)軸節(jié)的平行不對中上式表示Fx、Fy是隨轉(zhuǎn)速而變化的兩倍頻激振力，也就是聯(lián)軸節(jié)每旋轉(zhuǎn)一周，徑向力交變兩次，轉(zhuǎn)子徑向方向上就有兩次力的脈動。在頻譜上顯示兩倍頻振動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)303.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

剛性聯(lián)軸節(jié)的角度不對中

在螺栓拉力作用下兩半聯(lián)軸節(jié)中存在一個彎矩，彎矩的作用方向是力圖減小兩軸中心線的交角。從聯(lián)軸節(jié)某一點上觀察，軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩的作用方向交變一次，彎矩施加于軸的彎曲變形也是每周變化一次，由此引起工頻振動。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)31齒式聯(lián)軸節(jié)

屬半撓性聯(lián)軸節(jié)2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)323.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

齒式聯(lián)軸節(jié)

用齒式聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接的兩個轉(zhuǎn)子即使是平行不對中，但在齒套與齒殼之間仍表現(xiàn)為角度不對中。軸每轉(zhuǎn)一周，齒面接觸兩次，形成兩次沖擊振動，因此會引起兩倍頻振動。其振動特點主要表現(xiàn)為：(1)齒式聯(lián)軸節(jié)相鄰的二個轉(zhuǎn)子如果質(zhì)量接近，則振動較大的往往是緊靠聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的軸承，軸承上的負荷也會明顯增大。(2)不對中引起的軸向振動較大，高次諧波豐富，尤其是兩倍頻分量的幅值比正常情況增大得更為明顯。(3)緊靠聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的軸承處，徑向振動相位差接近180°。(4)徑向振動的頻率成分實際上受多種因素影響，隨著不對中量的增加，緊靠軸節(jié)的軸承或軸頸振動信號中2、3

、4

…的超諧波響應(yīng)增長比基頻更快一些。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)333.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

膜片聯(lián)軸節(jié)

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)343.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

膜片聯(lián)軸節(jié)

膜片聯(lián)軸節(jié)是在軸端的半聯(lián)軸節(jié)與連接套筒之間用一組具有撓性的膜片來連接，因此它也屬于半撓性聯(lián)軸節(jié)。因為這種聯(lián)軸節(jié)在縱向平面上的撓性較齒式聯(lián)軸節(jié)更好，而且在使用中不需要潤滑，大大減少維修工作量，因此在大中型的旋轉(zhuǎn)機器上獲得廣泛應(yīng)用。對于具有n個螺栓聯(lián)接的聯(lián)軸節(jié)，由于力矩脈動而形成的振動頻率可表示為:根據(jù)研究，膜片上的力矩脈動頻率還會與轉(zhuǎn)子其它激勵頻率（如不平衡等）產(chǎn)生頻率調(diào)制，形成多種轉(zhuǎn)速頻率的高次諧波。但實驗研究指出，膜片聯(lián)軸節(jié)發(fā)生平行不對中或角度不對中，隨著不對中量的增大，頻譜中工頻成分的幅值變化不大，而二倍頻幅值增加最為明顯，四倍頻的幅值也有一定程度的增加。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)35不對中故障的監(jiān)測方法3.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

（1）打表法（2）激光對中法（3）聯(lián)軸節(jié)表面狀態(tài)檢測法（4）振動診斷法（5）Dodd棒測量法（6）電渦流絕對值測量法（7）軸承油膜壓力測量法2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)36轉(zhuǎn)子不對中故障診斷實例3.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

實例3-15基礎(chǔ)下沉產(chǎn)生軸承油膜不穩(wěn)定

國外某動力公司的一臺汽輪發(fā)電機組，由于基礎(chǔ)下沉，引起了汽輪機低壓缸3號軸承內(nèi)軸頸相對位置上升，軸頸中心原來位置是在軸承幾何中心a=32°方位角上運行，軸承為圓柱形，但是后來軸頸中心方位角開始發(fā)生變化，a角逐漸增大,最后到達近90°位置，軸承因為失去油膜支承力而發(fā)生油膜振蕩。這個例子說明由于基礎(chǔ)下沉，該處軸承座相對位置下移，軸頸被相鄰的2號軸承抬空，造成軸承與軸頸不對中，軸承上比壓減小，導(dǎo)至油膜失去穩(wěn)定而發(fā)生轉(zhuǎn)子強烈振動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)37轉(zhuǎn)子不對中故障診斷實例3.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)38轉(zhuǎn)子不對中故障診斷實例3.2轉(zhuǎn)子不對中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)393.3滑動軸承故障診斷

滑動軸承由于具有優(yōu)良的抗振性能和較長的工作壽命，因而在高速旋轉(zhuǎn)機械中獲得廣泛應(yīng)用。從動力學(xué)的角度看，它在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中主要起到如下三方面的作用:1).對高速轉(zhuǎn)子的負荷起支承作用；2).對轉(zhuǎn)子的運動提供一定的剛度和阻尼；3).控制轉(zhuǎn)子在某一個穩(wěn)定的位置上運轉(zhuǎn)。

滑動軸承按其工作原理分類，可分為靜壓軸承與動壓軸承兩類。靜壓軸承是依靠潤滑油在轉(zhuǎn)子軸頸周圍形成的靜壓力差與外載荷相平衡的原理進行工作的，軸無論旋轉(zhuǎn)與否，軸頸始終浮在壓力油中。工作時保證軸頸與軸承之間處于純液體摩擦狀態(tài)。因此，這類軸承具有旋轉(zhuǎn)精度高、摩擦阻力小、承載能力強并有良好的速度適應(yīng)性和抗振性等特點。但是，靜壓軸承的制造工藝要求高，此外還需要一套復(fù)雜的供油裝置，因此除了在一些高精度機床上應(yīng)用外，其它場合使用尚少。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)403.3滑動軸承故障診斷

3.3.1

滑動軸承工作原理

在動壓軸承中，軸頸外圓與軸承之間有一定間隙（一般為軸頸直徑的千分之幾），間隙內(nèi)充滿潤滑油。軸頸未旋轉(zhuǎn)時，它就沉在軸承孔的底部。當轉(zhuǎn)軸開始旋轉(zhuǎn)時，軸頸依靠摩擦力的作用，在旋轉(zhuǎn)相反方向上沿軸承內(nèi)表面往上爬行，到達一定位置后，摩擦力不能支持轉(zhuǎn)子重量，就開始打滑，此為半液體摩擦。轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高至于一定程度，軸頸把具有粘性的潤滑油帶入軸頸與軸承之間的楔形間隙（油楔）中。因為楔形間隙是收斂形的，它的入口斷面大于出口斷面，油楔中斷面不斷收縮的結(jié)果使油壓逐漸升高，平均流速逐漸增大，油液在楔形間隙內(nèi)升高的壓力就是流體動壓力，所以稱這種軸承為動壓軸承。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)413.3滑動軸承故障診斷

3.3.1

滑動軸承工作原理

在間隙內(nèi)積聚的油層就是油膜，油膜壓力把轉(zhuǎn)子軸頸抬起。當油膜壓力與外載荷相平衡時，軸頸就在軸承內(nèi)不發(fā)生接觸的情況下穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時的軸心位置由于收斂形油楔作用，略向一側(cè)偏移，這便是流體動壓軸承的工作原理。

軸承承載能力系數(shù)S0是在滑動軸承中用來確定軸承工作狀態(tài)的一個重要系數(shù)?；瑒虞S承的理論指出，幾何形狀相似的軸承，系數(shù)S0相同時軸承就具有相似的性能，而S0本身是相對偏心率ε（e/c）和軸承寬徑比l/d的函數(shù)，偏心率越大或軸承寬徑比越大，則S0值也越大，軸承承載能力也越高。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)423.3滑動軸承故障診斷

3.3.2滑動軸承常見故障的原因巴氏合金松脫軸承異常磨損、刮傷、拉毛軸承疲勞軸承腐蝕軸承氣蝕軸承殼體配合松動軸承間隙不適當軸承溫度過高2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)433.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的原因oo1o′PPRR′假如軸頸中心在O1位置上，軸頸載荷P和油膜反力R大小相等方向相反，O1點就是軸頸旋轉(zhuǎn)時的平衡位置，這個平衡位置可由軸頸的偏心率和偏位角來確定。但是當轉(zhuǎn)子受到外界瞬時干擾，軸頸中心移到O′位置時，油膜反力變?yōu)镽′,R

′的大小和方向與P不再平衡，兩者的合力為F。把F分解為一個切向分量Fu和一個徑向分量Fr。Fr為彈性恢復(fù)力；Fu與軸頸位移方向相垂直，它有推動軸頸圍繞平衡中心繼續(xù)旋繞的趨勢，這種旋繞運動就稱為“渦動”，F(xiàn)u稱為渦動力（或稱切向力）。如果渦動力等于或小于油膜阻尼力，則軸心軌跡不擴大，成為一個穩(wěn)定的封閉圖形，這種渦動是穩(wěn)定的。如果渦動力超過阻尼力，則軸心軌跡繼續(xù)擴大，這種渦動是不穩(wěn)定的。處于失穩(wěn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子，在瞬時內(nèi)將出現(xiàn)強烈的振動。圖3-36

軸頸渦動力的形成FFrFu2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)443.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機理及其故障診斷

油膜振蕩是高速滑動軸承的一種特有故障，它是由油膜力產(chǎn)生的自激振動，轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時輸入的能量很大，足以引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)零部件的損壞。在一些大型電站汽輪發(fā)電機組中，油膜振蕩也可能導(dǎo)致整個機組的毀壞，造成嚴重的事故。轉(zhuǎn)子軸頸在軸承內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的同時，還環(huán)繞某一平衡中心作公轉(zhuǎn)運動。如果轉(zhuǎn)子軸頸主要是由油膜力的激勵作用引起渦動，則軸頸的渦動角速度近似為轉(zhuǎn)速的二分之一，所以稱為“半速渦動”。渦動頻率：

半速渦動的實際振動頻率為：＝(0.43~0.48)2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)453.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機理及其故障診斷

(1).

油膜振蕩是一種自激振動，維持振動的能量是由軸本身在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生，它不受外部激勵力的影響。(2).對于高速輕載轉(zhuǎn)子，發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速總是高于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速二倍以上。對于穩(wěn)定性較差的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)，一般在發(fā)生油膜振蕩轉(zhuǎn)速之前的較低轉(zhuǎn)速下就已出現(xiàn)了半速渦動頻率。

(3).油膜振蕩是一種非線性的油膜共振，激烈的振動會激發(fā)起油膜振蕩頻率和轉(zhuǎn)速頻率的多倍頻成分以及這兩個主振頻率的和差組合頻率成分。(4).發(fā)生油膜振蕩時，軸心軌跡形狀紊亂、發(fā)散，很多不規(guī)則的軌跡線疊加成花瓣形狀。(5).發(fā)生油膜振蕩時，由于轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈的自激振動，引起軸承油膜破裂，因而會同時發(fā)生軸頸和軸瓦的碰撞摩擦，時而發(fā)生巨大的吼叫聲。(6).當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一旦進入油膜共振區(qū)，升高轉(zhuǎn)速，振蕩頻率不變，振幅并不下降。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)463.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機理及其故障診斷2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)473.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

避開油膜共振區(qū)域設(shè)計時就要避免轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近運轉(zhuǎn)；2)增加軸承比壓增加比壓值等于增大軸頸的偏心率，提高油膜的穩(wěn)定性；

用車削方法縮短軸承寬度；在軸承下瓦開環(huán)向槽或溝槽，減小瓦塊接觸面積，改善油楔內(nèi)的油壓分布；減小下瓦接觸角，在下瓦開泄油槽，可增加軸頸的偏心率；減小上瓦油槽寬度或在上瓦設(shè)置油壩，用以提高上瓦油壓；改變油楔形式，例如對圓柱軸承，可降低頂隙，適當增加側(cè)隙，變?yōu)闄E圓形軸承，提高軸頸在軸承中的穩(wěn)定性。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)483)

減小軸承間隙軸承間隙減小，則可提高發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速。4)控制適當?shù)妮S瓦預(yù)負荷C——軸承平均半徑間隙；RP——軸承內(nèi)表面曲率半徑；RS——軸頸半徑。

預(yù)負荷為正值，表示軸瓦內(nèi)表面上的曲率半徑大于軸承內(nèi)圓半徑，起到增大偏心距作用。在每塊瓦塊上油楔的收斂程度更大，迫使油進入收斂形間隙中增加油楔力。幾個瓦塊在周向上的聯(lián)合作用，穩(wěn)住了軸頸的渦動，增強了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。3.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)493.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

多油楔軸承（多油葉和多油楔軸承），多個油楔產(chǎn)生的預(yù)負荷作用，把軸頸緊緊地約束在轉(zhuǎn)動中心，可以較好地減弱轉(zhuǎn)子的渦動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)503.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

5)

選用抗振性好的軸承多油楔軸承因為軸頸受到周圍幾個油膜力的約束，穩(wěn)定性優(yōu)于橢圓軸承?；び玫钠啓C和離心壓縮機轉(zhuǎn)子多屬高速輕載，容易引起油膜失穩(wěn)，因而很多機器采用抗振性更為優(yōu)良的可傾瓦軸承。6)

調(diào)整油溫適當升高油溫，減小油的粘度，可以增加軸頸在軸承中的偏心率，有利于軸頸穩(wěn)定。但是對一個已經(jīng)發(fā)生不穩(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，有時也會有利于降低轉(zhuǎn)子振幅。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)513.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承故障診斷實例

實例3-19離心式氨壓縮機油膜振蕩的非線性特性

某公司國產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，其中一臺ALS-16000型離心式氨壓縮，在試車中曾遇到軸承油膜振蕩。該機由11000kW的汽輪機拖動，壓縮機由高壓缸和低壓缸兩部分組成，中間為速比56︰42的增速器。低壓缸工作轉(zhuǎn)速為6700r/min，高壓缸工作轉(zhuǎn)速為8933r/min。軸承型式為四油葉。軸承間隙1.6‰。在試車中高壓缸轉(zhuǎn)子在7800r/min以后振幅迅速增大，至8760r/min時，振幅達到150μm左右。高壓缸第一臨界轉(zhuǎn)速為3000～3300r/min。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)523.3滑動軸承故障診斷

3.3.3滑動軸承故障診斷實例

圖3-50高壓缸油膜振蕩開始和發(fā)展的頻譜比較

140.5Hz(8430r/min)是軸的轉(zhuǎn)速頻率，由軸的不平衡振動引起；55Hz為油膜振蕩頻率。當轉(zhuǎn)速升至8760r/min(146Hz)時，油膜振蕩頻率的幅值已超過轉(zhuǎn)速頻率幅值，從圖（b）中可見，頻率成分除了（146Hz）和（56.5Hz）之外，還存在其它頻率成分，這些成分是主振動頻率和的和差組合頻率。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)533.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦故障，可以分兩類：1、轉(zhuǎn)子與靜子零部件發(fā)生干摩擦，這是最常見的摩擦故障。例如：高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與迷宮密封件之間的摩擦，葉輪口環(huán)與密封環(huán)之間的摩擦，葉輪與隔板之間的摩擦，軸頸與軸承之間的摩擦，軸與浮動環(huán)之間的磨擦等等。2、轉(zhuǎn)子內(nèi)部發(fā)生的內(nèi)摩擦故障。內(nèi)摩擦又可分為兩種類型：一類是轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力激發(fā)轉(zhuǎn)子渦動；另一類是軸上配合零件與軸在彎曲時產(chǎn)生的摩擦以及齒式聯(lián)軸節(jié)的齒套與齒殼之間的軸向滑動摩擦，這種摩擦同樣也會激勵轉(zhuǎn)子渦動。內(nèi)摩擦力對于具有足夠大阻尼的轉(zhuǎn)子并不會產(chǎn)生問題，但是對于柔性較好的高速轉(zhuǎn)子，在某些情況下可能會引起轉(zhuǎn)子的自激振動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)543.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機理和特征（徑向碰摩）

局部碰摩是指轉(zhuǎn)子在進動過程中與靜止部件發(fā)生間歇性的、局部性的碰撞摩擦。轉(zhuǎn)子碰摩后發(fā)生轉(zhuǎn)速波動，波動幅度大小取決于摩擦扭矩的大小，碰摩時瞬時扭矩增大，轉(zhuǎn)速瞬間下降，摩擦扭矩消失階段，又會發(fā)生短暫時間的轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動。

轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩時相當于在碰摩點處增加了一個支承，改變了轉(zhuǎn)子的剛度。轉(zhuǎn)子與靜子不斷發(fā)生局部摩擦，剛度在接觸（剛度變大）與非接觸（剛度變?。﹥煞N情況之間發(fā)生變化，剛度變化的頻率就是轉(zhuǎn)子的進動頻率，這種周期性變化的剛度使得轉(zhuǎn)子自由振動變?yōu)椴环€(wěn)定。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)553.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機理和特征（徑向碰摩）重碰摩振動，主要出現(xiàn)0.5的頻率成分，軸心軌跡為“8”字形2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)563.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機理和特征（徑向碰摩）大面積摩擦碰撞：當離心壓縮機發(fā)生喘振、軸承油膜振蕩等大振動時，轉(zhuǎn)子處于完全失穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在軸承、密封等處表面作大面積摩擦，甚至發(fā)生整周摩擦，產(chǎn)生很大的摩擦力。在整周摩擦?xí)r，高的摩擦力可使轉(zhuǎn)子由正向渦動變?yōu)榉聪驕u動。轉(zhuǎn)子發(fā)生重摩擦，且摩擦接觸弧較大時，在波形圖上就會產(chǎn)生單邊波峰“削波”現(xiàn)象，這時將在頻譜上出現(xiàn)渦動頻率與轉(zhuǎn)速頻率的和差頻率成分，即產(chǎn)生n±m(xù)的頻率成分（n、m為正整數(shù)）。頻譜圖上以0.5為主，還有半頻和工頻組成的和差組合頻率1.5

、2

、2.5

等成分。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)573.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機理和特征（徑向碰摩）摩擦熱彎曲變形：發(fā)生摩擦后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形，變形后將形成新的不平衡。發(fā)生摩擦的轉(zhuǎn)速不同，碰摩點的位置不同，熱彎曲后形成的不平衡情況也不同。如在臨界轉(zhuǎn)速以下發(fā)生碰摩，因為振動位移方向滯后于原始不平衡力方向的相位角小于90°，碰摩點的方位接近原始不平衡方位，熱彎曲后加劇轉(zhuǎn)子的不平衡量，產(chǎn)生更大的碰摩力，由此形成惡性循環(huán)。如果在臨界轉(zhuǎn)速以上發(fā)生碰摩，因為振動位移與原始不平衡力之間的相位角大于90°，碰摩方位靠近原始不平衡方位的反方向，熱彎曲后可部分抵消轉(zhuǎn)子的不平衡量，可能改善轉(zhuǎn)子的振動，但是實際熱彎曲情況是要根據(jù)轉(zhuǎn)子的振型和碰摩點的位置而定。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)58大型多軸離心壓縮機摩擦振動例子2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)593.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）材料彈性滯后引起的不穩(wěn)定振動：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用使軸彎曲，彎曲的結(jié)果是軸外側(cè)部分材料纖維受拉伸，內(nèi)側(cè)部分受壓縮。如果軸的轉(zhuǎn)速與渦動速度一致時，則拉伸部分材料纖維永遠為拉伸，壓縮部分永遠為壓縮；如果，

≠

，則轉(zhuǎn)軸上各段纖維依次受到交變拉伸和壓縮。根據(jù)材料彈性滯后性質(zhì)，纖維拉伸和壓縮過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線不一致，當

>時，轉(zhuǎn)子會形成自激振動，振動頻率即為自振頻率，通常為轉(zhuǎn)子的一階自振頻率。材料彈性滯后產(chǎn)生的自激振動多發(fā)生在撓性轉(zhuǎn)子中。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)603.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）軸上零件滑動摩擦引起的不穩(wěn)定振動：

理論研究和試驗表明，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，所以診斷軸向摩擦?xí)r，不能用波形、軸心軌跡和頻譜方法去識別，必須尋求新的敏感參數(shù)。軸向干摩擦力與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，由于軸向干摩擦的作用使基頻影響相對下降，同時有高頻成分出現(xiàn)，所以軸向干摩擦具有阻尼的特性。軸向干摩擦力的大小正比于轉(zhuǎn)子與靜止件間的干摩擦因數(shù)和軸向力。軸向干摩擦阻尼遠較徑向摩擦阻尼大，由軸向干摩擦?xí)鹣到y(tǒng)阻尼的顯著增加，因此系統(tǒng)阻尼的變化可作為診斷軸向摩擦的識別特征。另外，摩擦?xí)斐晒纳仙托氏陆担瑫r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。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)613.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）防止軸上零件滑動摩擦激振的方法：2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)623.5浮動環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動環(huán)密封故障的機理和特征浮動環(huán)卡住

1)浮動環(huán)起附加軸承作用，產(chǎn)生油膜渦動頻率，該頻率高于轉(zhuǎn)子計算的一階自振頻率。2)浮動環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的間隙小于軸承間隙，浮動環(huán)一旦卡住，容易發(fā)生轉(zhuǎn)軸與浮動環(huán)摩擦，轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)具有摩擦特征的故障頻率。3)發(fā)生卡澀的浮動環(huán)，在油膜力作用下時而浮動，時而不動，反映在轉(zhuǎn)子上的振幅時高時低地變動。4)密封效果下降，產(chǎn)生大量高壓氣體泄漏。5)對于柔性較好的轉(zhuǎn)子（工作轉(zhuǎn)速遠高過一階臨界轉(zhuǎn)速），浮動環(huán)卡死，可能使得振動頻率落入轉(zhuǎn)子的一階自振頻率范圍之內(nèi)，引發(fā)轉(zhuǎn)子強烈的亞異步共振，振動頻率0.5。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)633.5浮動環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動環(huán)密封故障的機理和特征防轉(zhuǎn)銷釘折斷，浮動環(huán)轉(zhuǎn)動

1.轉(zhuǎn)子振動加大，振幅忽高忽低。2.浮動環(huán)隨轉(zhuǎn)子產(chǎn)生隨機性轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子上附加浮動環(huán)離心力，引起不平衡振動。轉(zhuǎn)子與浮動環(huán)摩擦，引起摩擦振動。3.軸心軌跡紊亂，波形不光滑。4.轉(zhuǎn)子振動的工頻成分相位角不穩(wěn)定，隨機變化。5.密封效果下降，產(chǎn)生大量高壓氣體泄漏。

浮動環(huán)密封和滑動軸承一樣，本身具有質(zhì)量、剛度和阻尼的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性，浮動環(huán)的浮動性能變化，不僅使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與理論計算差別很大，而且也可能極大地改變了轉(zhuǎn)子的振動特性。當浮動環(huán)密封和滑動軸承組裝在一起后，軸承油膜中的半速渦動可能與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速相重合，產(chǎn)生嚴重的亞異步振動。因此對于發(fā)生亞異步振動的轉(zhuǎn)子，除了考慮軸承和迷宮密封的激勵因素之外，浮動環(huán)密封產(chǎn)生的影響還必須引起足夠重視，并須作深入的分析研究。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)643.5浮動環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動環(huán)密封故障的機理和特征例：四川建峰化肥廠合成氣壓縮機高壓缸浮動環(huán)卡澀

從頻譜圖中看，振幅最高的頻率成分是83Hz，與轉(zhuǎn)速頻率172.9Hz之比為0.48。軸心軌跡紊亂，類似于軸承的油膜不穩(wěn)定故障?，F(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)高壓缸參比氣與密封油的油氣壓差產(chǎn)生波動，這是浮動環(huán)工作不穩(wěn)定引起密封油的壓力波動。另外還發(fā)現(xiàn)軸承回油管中帶有大量工藝氣體，明顯密封不良。

防轉(zhuǎn)動銷被剪斷2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)653.6葉片式機器中流體激振故障診斷3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障

環(huán)形密封的幾何形狀像圓柱形軸承，但其間隙較軸承間隙大，一般環(huán)形密封的間隙與密封半徑之比為0.005，而軸承的相對間隙為0.001左右。流體對轉(zhuǎn)子的作用力也象軸承中的油膜對軸頸的作用一樣，在某些情況下會引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定，尤其對于高速高壓的撓性轉(zhuǎn)子振動，需要注意密封中的流體激振問題。

非接觸式密封的流體激振葉片式機器中的流道以及管道中的流體激振2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)663.6葉片式機器中流體激振故障診斷3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障(3)

對于采用周向部分噴嘴控制流量的高壓汽輪機，氣隙振蕩還與噴嘴的方向和進氣閥的開啟度直接有關(guān)。(1)

密封中流體激振所產(chǎn)生的振動頻率，往往表現(xiàn)為低于工作轉(zhuǎn)速頻率的亞異步振動。對于某些穩(wěn)定性較差的轉(zhuǎn)子，容易激發(fā)起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階固有頻率，產(chǎn)生自激振動。(2)

機器的振動情況與轉(zhuǎn)速、壓力、負荷有密切關(guān)系，當轉(zhuǎn)速和負荷到達某一“門檻值”時，低頻成分幅值突然增大，機器突然發(fā)生猛烈的振動。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)673.6葉片式機器中流體激振故障診斷迷宮密封氣流激振的防治措施采用反預(yù)旋方法，抵消氣流在密封腔中周向旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的激振力。腔內(nèi)開孔，導(dǎo)入平衡氣。腔內(nèi)周向上設(shè)置縱向阻擋片。改用平直形密封。實例3-31汽輪機入口密封的氣流激振

國外有一臺大型電站汽輪機，由于蒸汽入口處具有較長的迷宮密封，密封中的氣體力激起了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)強烈的自激振動。振動幅度與機器負荷有關(guān)，當負荷超過某一值后，振幅就突然上升。最初曾采用改變機器熱態(tài)對中、更換軸承等措施，但是對于降低機器的振動均未見效果。最后把轉(zhuǎn)子在密封腔中的位置降低了250m，大大提高了機器的穩(wěn)定性。由此可見，迷宮密封的動力特性類似于滑動軸承，降低轉(zhuǎn)軸在密封中的位置，可以使轉(zhuǎn)子在較高的負荷下增大它在密封中的穩(wěn)定性。3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)683.6葉片式機器中流體激振故障診斷3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障

離心式、軸流式的風(fēng)機、離心壓縮機，因為設(shè)計工況范圍窄、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、操作點遠離它的設(shè)計工況點以及操作失誤等因素，使氣流在機器內(nèi)產(chǎn)生不穩(wěn)定流動，引起流道內(nèi)和管道內(nèi)的氣流壓力脈動，從而導(dǎo)致機器和管道的強烈振動，或者造成機器零部件與管道的疲勞破壞，產(chǎn)生一系列嚴重后果，這種氣流不穩(wěn)定現(xiàn)象主要表現(xiàn)為下列幾種故障：(1)旋轉(zhuǎn)失速；(2)不穩(wěn)定的進口渦流；(3)喘振。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)693.6葉片式機器中流體激振故障診斷旋轉(zhuǎn)失速是葉輪或擴壓器周向上氣流的不均勻流動，一般在氣量減小到一定程度時發(fā)生。旋轉(zhuǎn)失速時在失速區(qū)周圍會形成壓力峰，使葉輪或擴壓器出口產(chǎn)生氣流壓力脈動，脈動壓力傳遞到管道，引起管道內(nèi)氣流壓力脈動。各種機器旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的管道壓力脈動情況差別很大，較大的壓力不均勻度可達到60%左右，這樣大的壓力脈動勢必引起壓縮機和管道很大振動。如果氣流脈動頻率與某一管段的機械自振頻率或氣柱共振頻率相接近時，則管道振動還要強烈。3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)703.6葉片式機器中流體激振故障診斷(1)失速區(qū)內(nèi)部氣流減速流動依次在葉輪各個流道內(nèi)出現(xiàn)，它以葉輪旋轉(zhuǎn)相反方向作環(huán)向移動，失速區(qū)內(nèi)壓力變化劇烈，會引起葉輪出口和管道內(nèi)的壓力脈動，發(fā)生機器和管道振動。(2)旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的振動基本頻率，葉輪失速在0.5～0.8轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)，擴壓器失速在0.1～0.25轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)。在振動頻率上既不同于低頻喘振，又不同于較高頻率的不穩(wěn)定進口渦流。(3)壓縮機進入旋轉(zhuǎn)失速范圍以后，雖然存在壓力脈動，但是機器的流量基本上是穩(wěn)定的，不會發(fā)生較大幅度的變動，這一點與發(fā)生喘振有根本性不同。(4)旋轉(zhuǎn)失速引起的振動，在強度上比喘振要小，但屬于氣流激振一類的旋轉(zhuǎn)失速，有時在轉(zhuǎn)子上測得的振幅雖然還不太嚴重，然而機殼和管道（尤其是排氣管道）卻表現(xiàn)出不能忍受的劇烈振動。對于壓縮比較高、分子量較大的氣體，機殼和管道的振感尤為劇烈。旋轉(zhuǎn)失速在機理和特征表現(xiàn)方面均不同于喘振和不穩(wěn)定進口渦流，它的基本特征是：3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)713.6葉片式機器中流體激振故障診斷

旋轉(zhuǎn)失速的防治措施(1)對于壓縮比高、級數(shù)多的壓縮機，設(shè)計的穩(wěn)定工況范圍應(yīng)盡量寬，并且合理選擇各級壓比分配，使各級穩(wěn)定工況范圍基本接近，當壓縮機流量變動時不使個別級過早進入失速范圍。(2)對容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的機器，采用部分氣體打回流、提高進氣溫度等方法，增大通過機器的體積流量，改變氣流沖角，減少葉道內(nèi)氣流旋渦。(3)對于多級軸流式壓縮機，在啟動階段采用中間抽氣方法，增大抽氣點前面幾級的氣量，防止前幾級發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速。(4)由于旋轉(zhuǎn)失速具有慣性和滯后效應(yīng)，有時一旦發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，在工作轉(zhuǎn)速下很難通過氣量調(diào)節(jié)加以消除，必須使機器降速至一定程度才能消除旋轉(zhuǎn)失速。如果工藝參數(shù)調(diào)節(jié)得當，再升速后有可能消除旋轉(zhuǎn)失速引起的機器振動。3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)723.6葉片式機器中流體激振故障診斷不穩(wěn)定的進口渦流主要出現(xiàn)在由進口導(dǎo)葉控制的風(fēng)機中。為了減小風(fēng)機負荷，常常需要關(guān)小進口導(dǎo)葉，這樣，進入風(fēng)機的氣流就具有進口預(yù)旋速度。導(dǎo)葉關(guān)閉角度愈小，預(yù)旋作用愈強烈，發(fā)展到一定程度就成為一個不穩(wěn)定的進口旋渦區(qū)。不穩(wěn)定的進口旋渦團在進入蝸殼或擴壓器時，產(chǎn)生的壓力脈動頻率通常要高于風(fēng)機的轉(zhuǎn)速頻率，而且是轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)。不穩(wěn)定的進口渦流現(xiàn)象還表現(xiàn)在來自風(fēng)機進口處的噪聲，伴隨出現(xiàn)的噪聲與一般噪聲不同，它帶有一種氣流飛速旋轉(zhuǎn)的撕裂聲和噼辟啪啪的爆破聲。在低流量時也存在一定程度的不穩(wěn)定渦流，但當發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時，這種信號已被旋轉(zhuǎn)失速信號所淹沒。一些設(shè)計、制造較好的風(fēng)機，就很少存在不穩(wěn)定進口渦流所帶來的問題。3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)733.6葉片式機器中