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1、“ “现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用现代测试技术及仪器应用” ”课程之：旋转机械诊断及动平衡测试技术课程之：旋转机械诊断及动平衡测试技术课程之：旋转机械诊断及动平衡测试技术课程之：旋转机械诊断及动平衡测试技术温广瑞温广瑞温广瑞温广瑞2010.102010.10西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学2?课件下载地址课件下载地址?网址：网址：http:/202.117.29.24/?远程诊断中心访问网址远程诊断中心访问网址?网址：网址： http:/202.117.26.251/3旋转机械故障诊断技术旋转机械故障诊断技术?旋转机械的特征参量与测试旋转机
2、械的特征参量与测试?旋转机械发生故障的原因旋转机械发生故障的原因?旋转机械的振动特性旋转机械的振动特性?旋转机械信号采集及分析的基本步骤旋转机械信号采集及分析的基本步骤?旋转机械的典型故障及特点旋转机械的典型故障及特点?动平衡故障识别及现场动平衡技术动平衡故障识别及现场动平衡技术?概述概述?转动部件：转子、联轴器、齿轮等；转动部件：转子、联轴器、齿轮等；?非转动部件：滑动轴承、轴承座、机壳等。非转动部件：滑动轴承、轴承座、机壳等。?旋转机械振动的特殊性：旋转机械振动的特殊性：?1.振动一般呈很强的周期性；振动一般呈很强的周期性；?2.大型旋转机械的振动主要大型旋转机械的振动主要是是转轴。转轴。
3、旋转机械旋转机械状态监状态监测主要测主要是针对其是针对其振动特点振动特点进行进行1.1 旋转机械的特征参量与测试旋转机械的特征参量与测试51.2 旋转机械的旋转机械的状态状态特征参量特征参量?振幅振幅?位移位移振振幅通常幅通常用：用：峰峰值峰峰值(PP值值)表示表示；?速度速度振振幅通常幅通常用：用：有效值（有效值（振动振动烈度）烈度）mm/s来表示来表示；?加速度加速度振振幅通常幅通常用：用：峰值表示峰值表示。?旋转机械诊断中通常用：旋转机械诊断中通常用：?通频通频振振幅幅同时受不同频率同时受不同频率的的激励力作激励力作用的用的设备设备的振的振动信号动信号，经滤波得到，经滤波得到的的各种频率
4、各种频率分量的分量的叠加值叠加值；?基基频频振振幅幅转转频频下下按正弦规律按正弦规律振动的振动的幅值幅值。61.2 旋转机械的旋转机械的状态状态特征参量特征参量?振动频率振动频率?振动振动频率频率分分为为基基频和倍频（各次谐波频率）频和倍频（各次谐波频率）。?特特定定的的频率 对频率 对应一应一定定的故障。的故障。?旋转机械中旋转机械中，振动振动频率以频率以转转频频的的倍频倍频、分、分倍频倍频的的形式形式出出现。现。?相位相位?许多设备许多设备故障故障从幅值谱上不易区从幅值谱上不易区分分时，需对相位作进时，需对相位作进一步的分析一步的分析71.2 旋转机械的旋转机械的状态状态特征参量特征参量?
5、转速转速?旋转机械的转旋转机械的转速变化速变化与与设备设备的的运行状态有运行状态有非非常密切常密切的的关系关系。当设备当设备发生故障发生故障时，时，转转速也会相速也会相应地应地变化变化。例如例如：离离心心式压缩式压缩机：机：?喘喘振振 转转速波速波动；动动；动静碰磨 静碰磨 转转速波速波动。动。?时域波形时域波形?时域波形综合时域波形综合反映了反映了振动信号的振振动信号的振幅幅、频率频率、相位，相位，可简单直观可简单直观地地表示表示振动振动情况情况。?轴心轨迹轴心轨迹?轴心轴心轨迹轨迹是是轴心轴心上上的点的点相对相对于于轴承座的轴承座的运运动动轨迹轨迹，形，形象象地地反映了反映了转转子的子的实
6、际实际振动振动情况情况。81.2 旋转机械的旋转机械的状态状态特征参量特征参量?轴位移（轴向位置）轴位移（轴向位置）?轴轴向向位位置置是是止推盘止推盘和和止推止推轴承之轴承之间间的的相对位移相对位移。?例如例如：转子动：转子动静静部件之部件之间间的轴的轴向摩擦向摩擦、喘喘振等振等都都会会引起引起轴轴向向位位置置的的变化变化。?轴心位置轴心位置?轴心轴心位位置置是是描描述述安装在安装在轴承中的转轴平轴承中的转轴平均均位位置置的特征参的特征参量。量。例如例如：轴承座：轴承座磨磨损损 轴轴颈偏颈偏心。心。?涡流传感涡流传感器的器的直流直流分量分量表示表示轴心轴心位位置置的的变化变化。9利用轴心位置诊
7、断330MW 汽轮发电机组 轴承磨损故障101.2 旋转机械的旋转机械的状态状态特征参量特征参量?差胀、机壳膨胀差胀、机壳膨胀?对对大型旋转机械大型旋转机械，由于由于转子转子较长较长，在起在起动动过过程中转子程中转子受受热快热快，沿沿轴轴向膨胀向膨胀量量比汽缸比汽缸大大，两者两者的的热膨胀差称热膨胀差称为为“差胀差胀”。?转子的转子的热膨胀热膨胀汽缸汽缸的的热膨胀热膨胀，称称为为“正正差胀差胀”；?转子的转子的热膨胀热膨胀时，相差?18029二二. 临界临界转转速速?转子临界转速转子临界转速?正常运行时：正常运行时：?圆圆盘盘转动转动时，时，O、O、G三三点点始终始终在在一一条条直直线线上，上
8、，此此直直线线 绕绕O点点且且垂垂直于直于Oxy平平面面的轴的轴以以角角速度速度转动。转动。O点点和和G 点点作同作同步振动步振动，其，其轨迹轨迹为为半径半径不相不相等的等的同同心心圆圆正常正常运行运行。?当当转轴转轴受受一一横横向向冲击冲击时，时，O同时受同时受自自激激振动与强振动与强迫迫振振 动动，O、O、G不不在在一一直直线线上，上，且且涡涡动动频率频率与与角角速度不相速度不相 等。等。但但由于外由于外阻阻力力的的作作用用，涡涡动动是是衰减衰减的的，经，经过过一一段段时时 间间，转子转子恢复恢复正常同正常同步步进进动。动。30二二. 临界临界转转速速?转子临界转速转子临界转速?在正常运转
9、时在正常运转时?当当 0，O点点和和G点点在在O点的点的同同一一侧侧；?当当 n 时，时，Ae，G在在O与与O之之间间；?当当 n 时，时，Ae或或OO=OG，圆圆盘盘重重心心近近似似落落在在O点点，振动很振动很小小，转动转动反反而而较较平平稳稳称自称自动动对对中；中；31二二. 临界临界转转速速?转子临界转速转子临界转速?当当=n时，时，A是是共共振振情况情况。实际实际上上由于由于阻阻尼尼的的作作用用，A不是不是无穷无穷大大，而而是是较较大的大的有有限限值，值，振动振动剧剧烈烈。?n称称为为“临界角临界角速度速度”，与之与之对对应的转应的转速速称称“临界临界转转速速”。32二二. 临界临界转
10、转速速?转子临界转速转子临界转速nn nn55. 9260=sngmk=sngn55. 9=s 圆盘重量引起的转轴中心O的静挠度。33二二. 临界临界转转速速?如果考虑外阻尼作用，则：如果考虑外阻尼作用，则：)(+=tjeAzcMcnMkn,2 ,2=为阻尼系数，nn 2=34二二. 临界临界转转速速?转子临界转速转子临界转速22222)()2()(1)/(nnnnneA +=21 )(1)(2(nnnntg=35二二. 临界临界转转速速?转子临界转速转子临界转速?所所以以由于外由于外阻尼阻尼的的作作用用，当，当=n时，时，响响应应不是不是无穷无穷大大，也不是，也不是最最大大，最最大大值值发生
11、发生在在n时时。?在在升升速时，速时，测量测量所所得到得到的的临界临界转转速速略略大大于于n ；?在在降降速时，速时，测量测量所所得到得到的的临界临界转转速速略小略小于于n 。36二二. 临界临界转转速速?刚性转子与柔性转子刚性转子与柔性转子?刚刚性转子：转子的性转子：转子的工工作作转转速速小小于于临界临界转转速时，速时，称称为为刚刚性转子；性转子；?柔柔性转子：转子的性转子：转子的工工作作转转速速大大于于临界临界转转速时，速时，称称为为柔柔性转子。性转子。37二二. 临界临界转转速速?同步振动与亚同步振动同步振动与亚同步振动?同步振动（又称强迫振动）同步振动（又称强迫振动）?振动振动频率为频
12、率为转子的转子的回回转转频率频率及及其谐波，其谐波，主要主要由由不不平衡、平衡、 不对不对中等中等造造成成的的，其，其振振幅幅在在n时时随增随增大大而而有有所所减少减少；在在=n时有时有共共 振。振。?亚同步振动（又称自激振动）亚同步振动（又称自激振动）?振动的振动的频率频率低低于于转子的转子的回回转转频率频率。亚亚同同步振动步振动往往往往在在某某 转转速时速时nnn突然突然发生发生，对设备，对设备危害极危害极大。大。38二二. 临界临界转转速速?亚同步振动的特点：亚同步振动的特点：?提高提高动平衡动平衡精精度对度对亚亚同同步振动步振动出出现的转现的转速速及振及振幅不幅不产产生生 影响影响；?
13、在在转转速速超超过过一一阶阶临界临界转转速时速时才才会会发生发生亚亚同同步振动；步振动；?振动振动频率频率接近接近常常数数，与转子的与转子的自自振振频率相频率相接近接近，一般一般不不 随随机机组组的转的转速速而而变变；?增增加加基基础础、支支座的座的弹弹性性可可提高提高发生发生亚亚同同步振动的步振动的门槛门槛转转 速速；?增增加加支支座的座的阻尼阻尼可可提高提高发生发生亚亚同同步振动的步振动的门槛门槛转转速速；?姿姿态态角角：转子中心与轴：转子中心与轴瓦瓦中心中心连连线线上上与与y轴的轴的夹夹角角。394 旋转机械信号采集及分析步骤旋转机械信号采集及分析步骤?1 信号预处理与采集；信号预处理与
14、采集；?2 作作FFT变换提取频域特征；变换提取频域特征；?3 作全息谱分析。作全息谱分析。40414.2 旋转机械振动信号分析的基旋转机械振动信号分析的基础础?旋转机械的振动信号以正弦信号为基础，在理想状旋转机械的振动信号以正弦信号为基础，在理想状 态下，旋转机械的转轴绕轴心态下，旋转机械的转轴绕轴心O旋转，传感器拾取旋转，传感器拾取 的信号应为一条直线，但实际中，由于偏心的信号应为一条直线，但实际中，由于偏心e的存的存 在，在在，在x、y方向上采集的信号为正弦信号，与方向上采集的信号为正弦信号，与FFT 变换的特性相符合。变换的特性相符合。?在在旋转机械的信号分析中旋转机械的信号分析中，F
15、FT方法方法是作为是作为信号分析的信号分析的 基本基本手段手段。?同时，在同时，在FFT分析的基础上，融合分析的基础上，融合x、y轴方向的信轴方向的信 息的全息谱分析技术，可更有效地诊断旋转机械的息的全息谱分析技术，可更有效地诊断旋转机械的 故障。故障。424.2 旋转机械振动信号分析的基旋转机械振动信号分析的基础础O Oey1y2x1x2434.3 全全息息谱谱技术诊断技术诊断系系统统结构结构xy 实时轴心轨迹时域分析 时域波形趋势提取方向幅值谱频域分析方向幅值谱短时轴谱时频分析短时幅谱时时 域域 信信 号号滤波滤波轴心轴心轨迹轨迹合合成成或或提纯提纯轴心轴心轨迹轨迹全息瀑布图三维全息谱二维全息谱444.3 全全息息谱谱技术诊断技术诊断系系统统结构结构初 始 信 号初 始 信 号时 域 分 析时 域 分 析频 域 分 析频 域 分 析趋 势 提 取趋 势 提 取合 成 趋 势 提 取合 成 趋 势 提 取时 域 波 形时 域 波 形轴 心 轨 迹轴 心 轨 迹滤波轴心 轨迹滤波轴心 轨迹合 成 轴 心 轨 迹合 成 轴 心 轨 迹X 向 幅 值 谱向 幅 值 谱Y 向 幅 值 谱向 幅 值 谱2维 全 息 谱维 全 息 谱3维 全 息 谱维 全 息 谱全 息 瀑 布 图全 息 瀑 布 图时 频 分 析时
