单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容,旋转机械的振动及故障概论,旋转机械的监测参数,旋转机械振动故障分析常用方法,旋转机械的典型故障及其诊断方法,1、旋转机械的振动及故障概论,旋转机械的,定义,旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械旋转机械覆盖了,动力、电力、化工、冶金、机械制造,等重要工程领域旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等旋转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术，提出了迫切的要求进而形成了近年来国内外广泛的旋转机械振动监测和故障诊断技术机械振动,旋转机械的机械振动,特点,1,振动存在具有广泛性,即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动2,振动监测的有效性,当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大这就使人们可以从振动信号中获取诊断信息3,振动的可识别性,由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可以从振动信号中识别故障。
4,振动识别的复杂性,振动信号性质、特征,不仅与故障有关，而且与机械系统的固有特性有关,：,1同一故障对不同的转子系统，其振动的幅值和相位可能相差很大；,2同一故障发生在不同部位，振动信号可能相差很大；,3同一故障在不同位置布置测点，所得的振动信号亦会有较大差别在机械故障诊断中，振动信号能够更迅速、更直接的反映机械设备的运行状态，据统计，,70,以上的故障都是以振动形式表现出来为了便于分析，因此首先介绍有关振动的一些概念机械振动及其种类,机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往复运动1,按振动产生的原因分：,自由振动,给系统一定能量后，系统所产生的振动若系统无阻尼，则维持等幅振动，反之，为衰减振动；,受迫振动,系统在外界持续力作用下，被迫产生的振动（刚性转子系统）；,自激振动,系统从本身运动中吸收能量转变成交变力维持的振动（柔性转子系统）；,机械故障的主要原因,1、设计原因,设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动,结构不合理，应力集中,设计工作转速接近或落入临界转速区,热膨胀量计算不准，导致热态对中不良,2、制造原因,零部件加工制造不良，精度不够,零件材质不良，强度不够，制造缺陷,转子动平衡不符合技术要求,3、安装、维修,机械安装不当，零部件错位，预负荷大,轴系对中不良,机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当,管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度,转子长期放置不当，改变了动平衡精度,未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度,4、操作运行,过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运行工况不正常,机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性,运行点接近或落入临界转速区,润滑或冷却不良,转子局部损坏或结垢,启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均 匀或在临界区停留时间过久,5、机器劣化,长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化,转子局部损坏、脱落或产生裂纹,零部件磨损、点蚀或腐蚀等,配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度,机器基础沉降不均匀，机器壳体变形,转子振动的基本特性,单圆盘转子,转子振动形式,横向振动振动发生在包括转轴的横向平面内,轴向振动振动发生在转轴的轴线方向上（x轴）,扭转振动沿转轴轴线发生的扭振,图 转子系统模型,转子的临界转速,旋转机械在启停升降速过程中，往往在某个(或某几个)转速下出现振动急剧增大的现象。
原因往往是由于转子系统处于临界转速附近产生共振转子的临界转速个数与转子的自由度相等由于转子的转速限制，往往只能遇见数个临界转速650MW,发电机转子,n,1,=604 r/min,n,2,=1840 r/min,n,3,=4651 r/min,多自由度转子有多个临界转速和相应的振型,转子分类,刚性转子系统工作转速在（一阶）临界以下的转子系统目前大多数低速（工作频率100Hz）,旋转机械,均属于柔性转子系统返回,2、旋转机械的监测参数,检测参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数两种1,动态参数,1 振幅,它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示2 振动烈度,近年来国际上已统一使用振动烈度作为描述机器振动状态的特征量3 相位,它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义2 静态参数,1 轴心位置,在稳定情况下，轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一定的位置上浮动在异常情况下，由于偏心太大，会发生轴承磨损的故障2 轴向位置,是机器转子上止推环相对于止推轴承的位置当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良后果3 差胀,指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化值。
它对机组安全启动具有十分重要的意义4 对中度,指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的常见故障之一5 温度,轴瓦温度反映轴承运行情况6 润滑油压,反映滑动轴承油膜的建立情况返回,3、旋转机械振动故障分析常用方法,针对旋转机械的特点，常用的旋转机械振动故障,图形分析方法,有：,时域波形图、波特图、极坐标图、瀑布图、轴心位置图、轴心轨迹图、频谱图、相位分析、趋势分析等波特图,波特图是机器振幅与频率、相位与频率的关系曲线,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,0,10,20,30,40,50,振幅,/m,m,频率/,Hz,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,30,330,270,210,150,90,相位角/度,频率/,Hz,从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统上几个测点可以确定转子系统的各阶振型轴心轨迹图,转子在轴承中旋转时并不是只围绕自身中心旋转,而是还环绕某一中心作涡动运动产生涡动运动的原因可能是转子不平衡、对中不良、动静摩擦等,这种涡动运动的轨迹称之为轴心轨迹。
轴心轨迹图显示了转子轴心相对于轴承座涡动时的运动轨迹在同一截面上两个涡流传感器所拾取的振动信号的合成，它表征转子轴心在一个支承面内的轨迹轴心轨迹在故障诊断中可用来确定转子的临界转速、空间振型曲线及部分故障,如不对中、摩擦、油膜振荡等,轴心轨迹的合成,滤波前后波形及轴心轨迹,轴心位置图,将相互垂直的两个电涡流振动位移传感器分别安置于轴某一截面上,监测直流间隙电压,即可得到转子轴颈中心的径向位置通过轴心位置图可判断轴颈是否处于正常位置、对中好坏、轴承标高是否正常、轴瓦有否变形等情况从长时间轴心位置的趋势可观察出轴承的磨损等极坐标图,在波特图的基础上把振幅与频率、相位与频率的关系曲线画在复平面上,即为极坐标图轴心位置图与极坐标图不同,轴心位置图是指转轴在没有径向振动情况下轴心相对于轴承中心的稳态位置,极坐标图是指转轴随转速变化时的工频振动矢量频谱图与瀑布图,把各个谐波分量以频率轴为坐标按转速频率高低排列起来的谱图就叫频谱图当把启动或停机时各个不同转速的频谱图画在一张图上时,就得到瀑布图利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小趋势分析,趋势分析是把所测得的特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析。
这些特征数据可以是通频振动、,1X,振幅、,2X,振幅、,0.5X,振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等，趋势分析在故障诊断中起着重要的作用通频振动峰值趋势图,返回,4、旋转机械的典型故障及其诊断方法,不平衡振动,不平衡是旋转机械最常见的故障（约占故障的20%）引起转子不平衡的原因有,结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀，受热不均匀，运行中转子的腐蚀、磨损、结垢、零部件的松动和脱落等转子不平衡故障按故障机理分包括：,转子质量不平衡,转子热态不平衡,转子部件脱落,转子部件结垢,联轴器不平衡等,不平衡振动的特征：,转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，它相对于转子是静止的，其,振动频率就是转子的转速频率，也称为工频(即工作频率),，在频谱分析时，首先要找的就是工频成分其特征有：,1 对于刚性转子，不平衡产生的离心力与转速的平方成正比，而在轴承座测得的振动随转速增加而加大，但不一定与转速的平方成正比，这是由于轴承与转子之间的非线性所致2对于柔性转子，在临界转速附近，振幅会出现一个峰值，且相位在临界转速前后相差近1803 振动频率和转速频率一致，转速频率的高次谐波幅值很低，在时域上波形接近于一个正弦波。
1 转子质量不平衡（固有不平衡）,所有不平衡都可归结为,转子的质量偏心,，为此，首先分析带有偏心质量的多圆盘转子的振动情况，如图所示根据分析可知，转子不平衡的振动特征是：,1 各圆盘的中心轨迹是圆或椭圆；,2 各圆盘的稳态振动是一个与转速同频的强迫振动，振动幅值随转速按振动理论中的共振曲线规律变化，在临界转速处达到最大值因此转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大,3 表示各圆盘中心位移的复数向量相角是不同的，因此轴线弯曲成空间曲线，并以转子转速绕oz轴转动，如下图所示2 转子热态不平衡,在机组的启动和停机过程中，由于热交换速度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生瞬时热弯曲，产生较大的不平衔热弯曲引起的振动一般与负荷有关，改变负荷，振动相应地发生变化，但在时间上较负荷的变化滞后随着盘车或机组的稳态运行，整机温度趋于均匀，振动会逐渐减小产生原因：,1)由于转子与静子(如密封处)发生间歇性局部接触，产生摩擦热引起的转子临时性弯曲；,2)转子不均匀受热或冷却引起转子的临时性弯曲3 转子部件脱落,运行中的转子部件突然脱落也会引起转子不平衡，使转子振幅突然发生变化，严重影响机组的正常运行。
4 转子部件结垢,如果工作介质的质量不合格，随着时间的推移，将在转子的动叶和静叶表面产生尘垢，使转子原有的平衡遭到破坏，振动增大由于结垢需要相当长的时间，所以振动是随着年月逐渐增大的并且由于通流条件变差，轴向推力增加，轴向位移增大，机组级间压力逐渐增大，效率逐渐下降5 联轴器不平衡,由于制造、安装的偏差或者动平衡时未考虑联轴节的影响，可能使联轴节产生不平衡联轴节不平衡具有质量不平衡相似的振动特征，通常是联轴节两侧轴承的振动较大，相位基本相同；联轴节精度不良在对中时产生的端面偏摆和径向偏摆，相当于给转子施加一个初始不平衡量，使转子振动增大这时可能会出现,二倍转速频率的振动,，频谱图上有明显的,二次谐波谱值,转子不平衡的诊断实例,压缩机组低压缸转子，经大修后开车振动值正常，但有增大的趋势其时域波形为正弦波，分析其频谱，以一倍频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化诊断意见：渐变不平衡，转子流道结垢或局部腐蚀造成；,处理措施：渐变不平衡短期内不会恶化，待大修时处理；,生产验证：一轴套内侧 拆卸转子时看不到部分)发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐加大压缩机的渐变不平衡振动特征,转子不对中,旋转机械一般是由多根转子所组成的多转子系统，转子间一般采用刚性或半挠性联轴节联接。
转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度由于制造、安装及运行中支承轴架不均匀膨胀、管道力作用、机壳膨胀、地基不均匀下沉等多种原因影响，造成转子不对中故障，从而引起机组的振动转子不对中可分为,联轴器不对中,和,轴承不对中,，联轴器不对中又可。