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1、1目 录一、高速旋转机械常见故障 1（一）转子不平衡故障1（二）转子不对中3（三）油膜振荡及涡动5（四）迷 宫 密 封 气 流 激 振 的 故 障 特 征 10 （五） 喘 振 的 机 理 与 故 障 特 征 10（ 六 ） 转 子 亚 异 步 振 动 122、传感器选择及安装 12(一)测振动传感器选择 12(二)测噪声传感器选择 13三、选择放大电路 14四、滤波器选择 15五、测量放大电路15六、记录器选择16七、主要参考文献17八、课程设计心得体会172一 高 速 旋 转 机 械 常 见 故 障（ 一 ） 转 子 不 平 衡转 子 不 平 衡 是 由 于 转 子 部 件 质 量 偏 心
2、 或 转 子 部 件 出 现 缺 损 造 成 的 故 障 ， 它 是 旋 转 机械 最 常 见 的 故 障 。 据 统 计 ， 旋 转 机 械 约 有 一 半 以 上 的 故 障 与 转 子 不 平 衡 有 关 。 因 此 ，对 不 平 衡 故 障 的 研 究 与 诊 断 也 最 有 实 际 意 义 。1.不 平 衡 的 种 类造 成 转 子 不 平 衡 的 具 体 原 因 很 多 ， 按 发 生 不 平 衡 的 过 程 可 分 为 原 始 不 平 衡 、渐 发 性 不 平 衡 和 突 发 性 不 平 衡 等 几 种 情 况 。原 始 不 平 衡 是 由 于 转 子 制 造 误 差 、 装 配
3、 误 差 以 及 材 质 不 均 匀 等 原 因 造 成 的 ，如 出 厂 时 动 平 衡 没 有 达 到 平 衡 精 度 要 求 ， 在 投 用 之 初 ， 便 会 产 生 较 大 的 振 动 。渐 发 性 不 平 衡 是 由 于 转 子 上 不 均 匀 结 垢 ， 介 质 中 粉 尘 的 不 均 匀 沉 积 ， 介 质 中 颗粒 对 叶 片 及 叶 轮 的 不 均 匀 磨 损 以 及 工 作 介 质 对 转 子 的 磨 蚀 等 因 素 造 成 的 。 其 表 现 为振 值 随 运 行 时 间 的 延 长 而 逐 渐 增 大 。突 发 性 不 平 衡 是 由 于 转 子 上 零 部 件 脱
4、落 或 叶 轮 流 道 有 异 物 附 着 、 卡 塞 造 成 ， 机组 振 值 突 然 显 著 增 大 后 稳 定 在 一 定 水 平 上 。不 平 衡 按 其 机 理 又 可 分 为 静 失 衡 、 力 偶 失 衡 、 准 静 失 衡 、 动 失 衡 等 四 类 。2、 不 平 衡 故 障 的 特 征实 际 工 程 中 ， 由 于 轴 的 各 个 方 向 上 刚 度 有 差 别 ， 特 别 是 由 于 支 承 刚 度 各 向 不同 ， 因 而 转 子 对 平 衡 质 量 的 响 应 在 x、 y 方 向 不 仅 振 幅 不 同 ， 而 且 相 位 差 也 不 是90,因 此 转 子 的 轴
5、 心 轨 迹 不 是 圆 而 是 椭 圆 ， 如 图 1-2 所 示 。由 上 述 分 析 知 ， 转 子 不 平 衡 故 障 的 主 要 振 动 特 征 如 下 。(1)振 动 的 时 域 波 形 近 似 为 正 弦 波 （ 图 1-2） 。(2)频 谱 图 中 ， 谐 波 能 量 集 中 于 基 频 。 并 且 会 出 现 较 小 的 高 次 谐 波 ， 使 整 个 频谱 呈 所 谓 的 “枞 树 形 ”， 如 图 1-3 所 示 。3图 1-2 转 子 不 平 衡 的 轴 心 轨 迹 图 1-3 转 子 不 平 衡 故 障 谱 图(3)当 n 时 ， 即 在 临 界 转 速 以 下 ，
6、振 幅 随 着 转 速 的 增 加 而 增 大 ； 当 n 后 ， 即 在 临 界 转 速 以 上 ， 转 速 增 加 时 振 幅 趋 于 一 个 较 小 的 稳 定 值 ； 当 接 近 于 n 时 ， 即 转 速 接 近 临 界 转 速 时 ， 发 生 共 振 ， 振 幅 具 有 最 大 峰 值 。 振 动 幅 值对 转 速 的 变 化 很 敏 感 ， 如 图 1-4 所 示 。(4)当 工 作 转 速 一 定 时 ， 相 位 稳 定 。(5)转 子 的 轴 心 轨 迹 为 椭 圆 。(6)从 轴 心 轨 迹 观 察 其 进 动 特 征 为 同 步 正 进 动 。4图 1-4 转 子 不 平
7、 衡 的 主 要 特 征大型机组通常由多个转子组成，各转子之间用联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。（二）转子不对中具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳、轴弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。1、转子不对中的类型如图 1-1 所示，转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中两种情况。轴颈在轴承中偏斜称为轴承不对中。轴承不对中本身不会产生振动，它主要影响到油膜性能和阻尼。在转子不平衡情况下，
8、由于轴承不对中对不平衡力的反作用，会出现工频振动。机组各转子之间用联轴节连接时，如不处在同一直线上，就称为轴系不对中。通常所讲的不对中多指轴系不对中。造成轴系不对中的原因有安装误差、管道应变影响、温度变化热变形、基础沉降不均等。由于不对中，将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。由于不对中引起的振动会随不对中严重程度的增加而增大。不对中是非常普遍的故障，即使采用自动调位轴承和可调节联轴器也难以使轴系及轴承绝对对中。当对中超差过大时，会对设备造成一系列有害的影响，如联轴节咬死、轴承碰磨、油膜失稳、轴挠曲变形增大等，严重时将造成灾难性事故。5图 1-1 转子不对中的受力情况如图 1-2 所
9、示，轴系不对中一般可分为以下三种情况：(1)轴线平行位移，称为平行不对中；(2)轴线交叉成一角度，称为角度不对中；(3)轴线位移且交叉，称为综合不对中。图 1-2 齿式联轴器转子不对中形式2、 转 子 不 对 中 的 故 障 特 征实 际 工 程 中 遇 到 的 转 子 不 对 中 故 障 大 多 数 为 齿 式 联 轴 器 不 对 中 ， 在 此 以 齿 式 联轴 器 不 对 中 为 例 介 绍 其 故 障 特 征 。由 上 述 分 析 知 ， 齿 式 联 轴 器 连 接 不 对 中 的 转 子 系 统 ， 其 振 动 主 要 特 征 如 下 。（ 1） 故 障 的 特 征 频 率 为 角
10、频 率 的 2 倍 。(2)由 不 对 中 故 障 产 生 的 对 转 子 的 激 励 力 随 转 速 的 升 高 而 加 大 ， 因 此 ， 高 速 旋转 机 械 应 更 加 注 重 转 子 的 对 中 要 求 。(3)激 励 力 与 不 对 中 量 成 正 比 ， 随 不 对 中 量 的 增 加 ， 激 励 力 呈 线 性 增 大 。(4)联 轴 器 同 一 侧 相 互 垂 直 的 两 个 方 向 ， 2 倍 频 的 相 位 差 是 基 频 的 2 倍 ；联 轴 器 两 侧 同 一 方 向 的 相 位 在 平 行 位 移 不 对 中 时 为 0， 在 角 位 移 不 对 中 时 为6180
11、， 综 合 位 移 不 对 中 时 为 0 180。(5)轴 系 转 子 在 不 对 中 情 况 下 ， 中 间 齿 套 的 轴 心 线 相 对 于 联 轴 器 的 轴 心 线 产 生相 对 运 动 ， 在 平 行 位 移 不 对 中 时 的 回 转 轮 廓 为 一 圆 柱 体 ， 角 位 移 不 对 中 时 为 一 双 锥体 ， 综 合 位 移 不 对 中 时 是 介 于 二 者 之 间 的 形 状 。 回 转 体 的 回 转 范 围 由 不 对 中 量 决 定 。(6)轴 系 具 有 过 大 的 不 对 中 量 时 ， 会 由 于 联 轴 器 不 符 合 其 运 动 条 件 而 使 转 子
12、 在 运动 中 产 生 巨 大 的 附 加 径 向 力 和 附 加 轴 向 力 ， 使 转 子 产 生 异 常 振 动 ， 轴 承 过 早 损 坏 ，对 转 子 系 统 具 有 较 大 的 破 坏 性 。（ 三 ） 油 膜 振 荡 及 涡 动1、 油 膜 轴 承 的 不 稳 定 工 作 机 理在 石 油 、 化 工 、 电 力 、 钢 铁 和 航 空 工 业 部 门 中 使 用 的 高 性 能 旋 转 机 械 ， 多 数 属于 高 速 轻 载 转 子 ， 即 p 1。 高 速 轻 载 轴 承 由 于 设 计 不 良 或 使 用 中 多 种 因 素 的 影响 ， 易 发 生 油 膜 不 稳 定
13、。 转 子 轴 承 系 统 在 某 种 工 作 状 态 下 ， 还 会 发 生 高 速 滑 动 轴 承的 一 种 特 有 故 障 油 膜 涡 动 和 油 膜 振 荡 问 题 ， 转 子 轴 颈 在 油 膜 中 的 剧 烈 振 动 将 会 直接 导 致 机 器 零 部 件 的 损 坏 。 因 此 ， 必 须 了 解 产 生 油 膜 不 稳 定 工 作 的 原 因 、 故 障 机 理和 特 征 ， 采 取 措 施 防 止 转 子 在 工 作 时 失 稳 。 1 轴 颈 在 油 膜 中 的 涡 动 与 稳 定 性转 子 轴 颈 在 轴 承 中 以 角 速 度 稳 定 运 转 时 ， 轴 颈 上 的
14、载 荷 与 油 膜 力 相 平 衡 ，即 作 用 在 轴 颈 中 心 上 的 力 大 小 相 等 、 方 向 相 反 。 如 图 1-3 所 示 ， 假 如 轴 颈 中 心 在O1 位 置 上 ， 轴 颈 载 荷 W 和 油 膜 力 P 大 小 相 等 ， 方 向 相 反 ， O1 点 就 是 轴 颈 旋 转的 平 衡 位 置 ， 这 个 平 衡 位 置 由 轴 颈 的 偏 心 率 和 偏 位 角 来 确 定 的 。 假 如 转 子 受到 外 界 瞬 时 干 扰 力 的 作 用 ， 轴 颈 中 心 移 到 O位 置 时 ， 如 果 能 够 回 复 到 原 来 的 位 置 ，则 认 为 系 统
15、是 稳 定 的 ， 否 则 认 为 是 不 稳 定 的 。 当 轴 心 移 到 O位 置 时 ， 该 处 的 油膜 反 力 为 P， 与 W 不 再 衡 ， 两 合 力 为 F。 把 F 分 解 为 一 个 切 向 分 量 F2 和 一 个径 向 分 量 Fl,力 F1 与 轴 径 的 位 移 方 向 相 反 ， 试 图 把 轴 颈 推 回 到 原 处 ， 这 是 一 种 弹 性恢 复 力 ； 而 力 F2 与 轴 颈 位 移 方 向 垂 直 ， 它 有 推 动 轴 颈 中 心 涡 动 的 趋 势 ， 故 F2称 为 涡 动 力 。 如 果 涡 动 力 等 于 或 小 于 油 膜 阻 尼 力 ， 轴 颈 的 涡 动 将 是 稳 定 的 ； 如 果 涡动 力 超 过 阻 尼 力 ， 则 轴 心 轨 迹 继 续 扩 大 ， 这 时 轴
