机械设备故障诊断技术设备故障诊断课件

《机械设备故障诊断技术设备故障诊断课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设备故障诊断技术设备故障诊断课件（148页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械设备故障诊断技术课程内容（教材内容）1 概论1.2 设备故障的类型和状态监测技术1.1 设备故障诊断的目的和意义；1.3 设备故障状态的识别方法2 故障诊断的信号处理方法2.1 信号处理基础知识；2.2 旋转机械常用的振动信号处理图形；2.3 信号的时频分析3 旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断；3.2 转子不对中故障诊断；3.3 滑动轴承故障诊断3.4 转子摩擦故障诊断；3.5 浮动环密封故障诊断；3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法4 往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因； 4.2 示功图及阀片

2、运动规律的测量与故障分析4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动5 齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断；5.3 齿轮故障噪声的诊断5.1 齿轮常见故障；6 滚动轴承故障诊断6.2 滚动轴承故障的检测方法7.2 声发射检测技术在设备诊断中的应用8.2 模糊数学在故障诊断中的应用；6.1 滚动轴承的故障形式与故障原因；6.3 滚动轴承故障振动的诊断7 无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用；8 现代智能诊断技术的应用8.1 故障诊断专家系统；8.3 神经网络在故障诊断中的应用机械设备故障诊断技术课程内容（教材内容）1 概论2 故障诊断的信号处理方法3 旋转机械故障诊

3、断4 往复式压缩机的故障分析和管道振动5 齿轮故障诊断6 滚动轴承故障诊断7 无损检测技术在设备诊断中的应用8 现代智能诊断技术的应用机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.1 设备故障诊断的含义和特性1. 设备故障诊断的含义应用现代测试技术、诊断理论方法识别诊断设备故障机理、原因、部位和程度根据诊断结论，确定设备维修方案和防范措施设备故障：设备丧失工作效能程度，设备丧失规定性能状态诊断：用测试分析技术和故障识别方法确定故障性质、程度、类别和部位，研究故障机理的学科诊断内容（三部分）：一、信号采集（状态监测）：利用传感器和监测仪表，获取设备运行信息信号分析处理，提取设

4、备特征信息二、故障诊断：获取特征参数，识别信息特征利用专家知识经验，类似医生诊断疾病诊断设备故障类型、故障部位、故障程度和产生故障的原因三、诊断决策：根据诊断结论，采取控制、治理和预防措施的决策设备故障诊断包含三部分内容和实施过程机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.1 设备故障诊断的含义和特性1. 设备故障诊断的含义设备故障诊断所包含的三部分内容和实施过程如图所示一、状态监测（信号采集）二、故障诊断（寿命估计）三、诊断决策（防治控制）机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.1 设备故障诊断的含义和特性2. 设备故障诊断的特性（1）多样性化

5、工过程装置静设备：如换热器、传质容器、反应器、变换器、塔设备等动设备：如旋转机器和往复机器等设备结构不同，工艺参数各异，制造安装差异使用环境不同，产生各种故障如离心式、轴流式压缩机、烟气轮机：工艺气体粉料（催化剂），转子不平衡、振动、摩擦、磨损故障高速旋转机器：轴承油膜不稳定，转子不对中高速高压旋转机器：流体激振，转子自激振动往复式压缩机：管道振动故障，零件磨损、变形、断裂高压容器：裂纹扩展，内部腐蚀，密封泄漏机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.1 设备故障诊断的含义和特性2. 设备故障诊断的特性（2）层次性设备故障现象（征兆）原因（症候、病症）深层次、多层次性（

6、3）多因素和相关性设备故障因相互关系产生多因素和相关性（4）延时性故障形成，缺陷累积，状态劣化，量变转质变。故障过程延时性（5）不确定性（模糊性）故障频度、表现形式、特征差异、机理复杂机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.2 设备故障诊断技术的应用与发展1. 应用现代化企业生产水平和经济效益提高，发展规模化和高技术含量生产装置大型化、高速高效化、自动化和连续化设备要求性能好，效率高，少故障。否则故障损失巨大如石油化工大型机组（离心、轴流压缩机，烟气轮机，汽轮机，风机和机泵）单机、满负荷关键设备，故障停机导致停产损失惨重大型炼油装置，化肥装置，乙烯装置停产一天损失数百

7、万电力部门 300 MW发电机组停机一天少发电 720 万度损失数千万元中国 19771987 年投产 67 个大化肥厂，机组故障停机两年损失相当一个大化肥厂全年产量（30 万吨合成氨，48 万吨尿素）高技术大型化设备，故障重大灾难性事故，经济损失惨重，严重政治影响美国三里岛核电站放射性物质外逸，前苏联切尔诺贝利核电站爆炸印度博帕尔市农药厂异氰酸甲醋毒气泄漏美国 1986、2003 年 “挑战者” 号和 “哥伦比亚” 号航天飞机失事中国 1980 年代 200 MW 汽轮发电机组事故机组剧烈振动，转子断 7 段，联轴节飞出厂房，机组彻底破坏大化肥合成气压缩机强烈振动，振因复杂，停产 2 月损失

8、亿元中国 20 世纪 70 年代开始应用机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.2 设备故障诊断技术的应用与发展2. 发展19 世纪：事后维修；20 世纪初 50 年代：定期维修，孕育时期20 世纪 6070 年代：设备状态维修。计算机技术、数据处理技术发展20 世纪 80 年代以后：诊断智能化。人工智能、专家系统、神经网络发展国内 20 世纪 80 年代初开始高校和科研单位学术交流、理论研究和实际应用大型企业建组织机构，技术应用发展，推动理论与方法研究如数据采集，信号处理，故障特征、模式识别及人工智能等诊断涉及多项学科知识，推动边缘学科相互交叉、渗透和发展如故障机理

9、研究推动转子动力学、结构动力学和模态分析技术的发展故障诊断方法研究推动振动工程应用模式识别，模糊数学、人工智能等数学物理方法应用和发展状态监测技术推动测试技术、信号分析处理技术和网络传输技术的发展故障控制推动振动噪声控制理论研究与发展设备故障评判结合故障诊断技术与可靠性分析技术、失效分析技术机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.3 设备故障诊断技术与维修方式的关系定期维修（计划维修）：设备运行时间为基础，根据设备磨损和故障规律，事先制定计划确定修理类别、间隔、内容及要求。分大修和项（目）修适用掌握故障规律的流程工业生产设备、自动化生产线和连续运行设备缺点：检修量大耗

10、时耗费；要求精密机械，过多拆卸人为故障备品备件种类多，检修费用大技术发展和设备管理现代化，认识到采用一种预防性维修方式即设备运行时进行状态监测，掌握技术状况对将形成或已形成故障分析诊断，判定设备劣化程度和部位故障前制订预知性维修计划，确定设备修理内容和时间即为基于状态监测为基础的维修，最经济合理方式，又称预知性维修预知性维修（状态监测维修）：测知设备状态参数，了解设备现状，判断故障类型、性质和程度推测发展趋势，确定最佳维修时机，依据设备实际状态以设备故障诊断为基础的先进维修方式优点：减少突发性事故；减少停机时间；延长检修周期延长设备使用寿命；节约维修费用维修方式内容比较使用对象事后维修（故障维

11、修）设备出现故障或性能精度下降到合格水平以下，无法继续使用时维修设备结构简单，修理容易，获得修理配件，故障停机不对生产造成损失，一般均设有备机定期维修（计划维修）按磨损规律和故障概率得出维修周期，根据计划定期维修。设备大修解体检查，更换或修理零部件单机连续运行设备，掌握磨损规律和故障概率。关键设备和零部件，分析计算使用周期，确保设备安全运行状态监测维修（预知性维修）根据设备运行状态监测信息，判断设备故障程度和发展趋势，提出最佳维修时间和部位单机连续运行大型机组和重大设备，停机损失巨大，不宜解体检查高精度设备，故障引起公害设备。具备状态监测与故障诊断条件机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障

12、诊断的目的和意义1.1.3 设备故障诊断技术与维修方式的关系表 1-2三种维修制度比较工业发达国家经验 90 设备要求预知性维修10 设备需要定期维修机械设备故障诊断技术1概述1.1 设备故障诊断的目的和意义1.1.3 设备故障诊断技术与维修方式的关系五体制（维修体制）：（主要为带 号的三种维修体制） 事后维修 BM（Break-down Maintenance）：故障（后）维修。适用于非重点或备用设备维修，传统维修方式 定期维修 TBM（Tim-Based Maintenance）：属预防维修，即计划维修根据设备规律，固定维修周期，确定维修内容，制定维修计划适用主要生产设备，成本高，经济差，

13、传统典型维修方式 状态维修 CBM（Condition-Based Maintenance）：属预防维修，即预知维修日常检查、状态监测、数据处理、故障分析、判别程度、计划维修适用于重点或通用设备，经济合理，值得提倡的维修方式改善维修 CM（Corrective Maintenance）：改进结构，消除缺陷。值得提倡的维修方式视情维修 OM（On-condition Maintenance）：属预防维修。定期检测，安全检查，发现问题，确定界限适用于非重要零部件，认为有必要才进行维修的维修方式机械设备故障诊断技术1概述1.2 设备故障的类型和状态监测技术1.2.1 设备故障的类型及其可能原因结构损

14、伤性故障：设备结构内外缺陷和损伤裂纹：能由于疲劳、腐蚀、应力集中和应力突变等原因引起磨损：运动部件相对摩擦，摩擦副间缺润滑，颗粒物料对叶片冲刷等腐蚀：化学反应现象。化学腐蚀，应力腐蚀、电化腐蚀变形：设备外加负荷、不均匀热膨胀、管道力、物料冲击力流体激振力、惯性力、内应力和设备结构薄弱等原因断裂：负荷过大，局部应力集中，振动激烈，循环载荷下产生金属疲劳剥落和烧伤：零件摩擦副润滑不良或断油，表面接触应力过大运动状态劣化性故障：（1）机械位置不良：转子不平衡、转子不对中、轴承工作不稳定热态变形、零件松动（2）刚性不足：支承基础刚性、转子刚性（3）摩擦：转子定子干摩擦、轴件内摩擦（4）流体激振：压力脉

15、动和声学共振；旋转失速、喘振、汽蚀滑动轴承油膜振荡、浮环和迷宫密封中流体激振（5）非线性的谐波共振：零件松动、流体间隙激励、摩擦等机械设备故障诊断技术1概述1.2 设备故障的类型和状态监测技术1.2.2 设备故障诊断的功能和环节1. 功能 检测评价设备运动、缺陷、磨损、劣化和故障状态 确定设备故障性质、类型、程度、部位及发展趋势预测设备可靠性程度 确定故障来源，提出整改措施2. 环节 信号采集 传感器（人体感觉器官）采集设备运行参数反映设备故障特性 信号处理 分析仪器加工处理采集信息，提取特征信息反映故障状态、性质、类型和程度 故障诊断 人的知识经验或诊断技术方法分析诊断故障原因确定故障类型和

16、发生部位 防治控制 确定故障提出控制方案或预防治理措施机械设备故障诊断技术1概述1.2 设备故障的类型和状态监测技术1.2.2设备故障诊断的功能和环节2.环节机械设备故障诊断技术1概述1.2 设备故障的类型和状态监测技术1.2.3 状态监测的技术和方法振动信号监测诊断技术：振动主要故障原因，信号包含状态信息，转换电信号便于处理分析声信号监测诊断技术：噪声诊断、超声波诊断和声发射诊断技术温度信号监测诊断技术：温度直接测量技术、热红外分析技术润滑油的分析诊断技术：油品理化性能分析技术、油样含磨损金属颗粒铁谱分析技术和光谱分析技术其他无损检测诊断技术：超声波检测技术、射线照相检测技术、表面缺陷的检测

17、技术包括磁粉探伤、表面渗透、电涡流检测光学显微镜分析以及光纤内窥镜和光学成像技术机械设备故障诊断技术1概述1.3 设备故障状态的识别方法1.3.1 信息比较诊断法采集存储振动幅值、频率、相位、转速、位移、模态、温度、压力流量等参数信息，建立数据库，趋势分析比较等1.3.2 参数变化诊断法改变操作参数，测量分析参数变化信号特征结合参数门槛值（闭值），观察机器故障有关因素1.3.3 模拟试验诊断法模拟试验，研究未知或不确定的故障机理和特征，解答故障原因提出故障特征参数及参数间定量关系等注意模型与对象相似条件1.3.4 函数诊断法故障征兆和原因间存在函数关系，计算设备运行参数预测或识别设备故障1.3

18、.5 故障树分析诊断法（Fault Tree Analysis，FTA法）以系统不希望故障状态出发（顶事件）按照逻辑关系总体到部件逐级细化，推理分析故障原因确定故障最初原因、影响程度和发生概率（底事件）机械设备故障诊断技术1概述1.3 设备故障状态的识别方法1.3.6 模糊诊断法确定故障原因和征兆论域、确定两论域中元素隶属度建立模糊关系矩阵、模糊综合评判1.3.7 神经网络诊断法基本组成、网络拓扑结构、故障诊断应用人工神经网络基本组成：神经元、神经元间连接、神经网络结构神经网络诊断方法：自学习功能、结合模糊诊断1.3.8 结论设备故障诊断技术成功条件（1）足够有用的信息诊断决策依据（2）多方面

19、诊断知识设备工作原理、结构特点、故障机理结构动力学、转子动力学和流体力学知识测试技术和信号分析处理方法机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断旋 转 机 械 ：转子旋转运动工作机器，转子、轴承等部件典型旋转机械：离心泵、轴流泵、离心式和轴流式风机、压缩机汽轮机、涡轮发动机、电动机、离心机等生产关键设备：大型化工、石化、电力和钢铁等行业大型旋转机械炼油厂催化三机组或四机组大化肥装置四大机组或五大机组乙烯装置三大机组电力行业汽轮发电机组、泵和水轮机组钢铁行业高炉风机和轧钢机组3.1.1 转子不平衡概念转子不平衡：转子受材料质量、加工、装配以及运行多因素影响质量中心和旋转中心

20、之间存在偏心距转子工作时周期性离心力干扰轴承产生动载荷引起机器振动不平衡原因：旋转体质量沿旋转中心线不均匀分布G 2n 2n 2 6000机械设备故障诊断技术（N）圆盘质量 10 kg，偏心距 0.2 mm，转速 6000 r/min，离心力离心力在轴承上每转变化一次，引起转子轴承系统振动3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.1 转子不平衡概念带薄圆盘刚性转子两轴承支承跨度 l转子质量 m质心 M 距旋转中心 O 偏心距 e旋转角速度假定转子系统无阻尼转子产生离心力Gen29002e g 60 F = me 2 =22 60 =102104 = 789 （N）F = me 60

21、机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.1 转子不平衡概念机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.2 临界转速对不平衡振动的影响（1）临界转速的动力特性临界转速现象：不平衡离心力引起共振现象，临界转速时转子很大弯曲变形弓状回旋运动（“涡动”或“进动”），转子质量中心远离轴承中心线离心力大增，转子更大变形，离心力放大，机器剧烈振动临界转速：一阶临界转速 ncr1，多阶临界转速 ncri（阶数 i ）设计要求：工作转速 n 避开临界转速 ncr一般规定：工作转速 n 一阶临界转速 ncr1，n 0.75 ncr1工作转速 n 一阶临界

22、转速 ncr1，1.4 ncri n 0.7ncr(i+1)（i 阶）转子运动力学模型：最简单两端刚性轴承对称支承转子轴中点圆盘质量 m，刚度系数 k，动挠度转子无阻尼横向振动固有频率n = K /mn 时，理论 无限大角速度 即临界转速转速频率 横向固频n机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.2 临界转速对不平衡振动的影响（2）阻尼对临界转速下转子振动的影响阻尼：介质黏性轴承油膜黏性滑动面间摩擦轴材料内摩擦阻尼以及转子轴承系变形能耗结构阻尼等线性系统：阻尼力与速度成正比力方向与速度方向相反转子放大因子 振幅 A / 静挠度 Xst反映转子共振振幅高低 值与频

23、率比/n 和阻尼比 有关机械设备故障诊断技术不平衡振动故障特征： 转子或轴承径向振动，频谱图转速频率成分突出峰值 转子单纯不平衡振动转速频率高次谐波幅值低时域波形为正弦波 转子轴心轨迹形状为圆或椭圆同截面垂直两探头信号相位差 90 转子进动方向为同步正进动 普通两端支承转子轴向振幅不明显 转子振幅对转速变化敏感转速下降振幅明显下降3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.3 转子不平衡振动的故障特征转子不平衡振动：周期性离心力干扰产生强迫振动，转子旋转一周离心力经某点产生一次扰动，测点一次振动响应转子振动频率 f 转速频率 n / 60，转子角频率2f工频（工作频率）：转速频率工频成

24、分3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施1 固有质量不平衡转子原始状态存在不平衡，与操作运行无关原因：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确等机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断机械设备故障诊断技术1 固有质量不平衡转子原始状态存在不平衡，与操作运行无关原因：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确等3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施1 固有质量不平衡转子原始状态存在不平衡，与操作

25、运行无关原因：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确等机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施1 固有质量不平衡转子原始状态存在不平衡，操作运行无关原因：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确等机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施1 固有质量不平衡动平衡技术（解决措施）：标准：ISO 1940刚性转子平衡精度11 等级，转子平衡精度等级 G 0.16 4000 mm/sG （e）/ 1000式中： e 转子不平衡度，gmm/kg；

26、转子旋转角速度，1/sG 转子平衡精度等级，mm/s刚性转子平衡：（转速低于一阶临界转速）静平衡（单平面平衡、滚动法、计算平衡质量，对薄圆盘转子）动平衡（双面多面平衡、动平衡机）现场平衡：对大型机组、实际安装条件（与平衡机条件不同）维修更换零件等影响系数法（试重、测定、作图、解析、再试重、计算、平衡）试重周移法（圆周等分试重）挠性转子平衡（转速超一阶临界转速）：减小转子振动和挠曲度振型平衡法、影响系数法，多平面多转速平衡技术发展：自动化、微机化，提高精度、减少次数机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施F2F3F113m2 2m

27、1r2r1r3m3IIIF2IF3IF3 IIF1IrIrIIF1 IIF2 II mbIIFIILl1l2l3II Imb IPI平衡平面1 固有质量不平衡双面动平衡技术机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施2 转子运行中的不平衡（1）转子弯曲临时性弯曲：外部影响或外力作用不需动平衡简单措施（盘车）或改操作方式转子受热不均转子自重气流冲击温度突变负荷变化快等永久性弯曲：转子慢转无法恢复热处理校直精加工消除机械设备故障诊断技术2 转子运行中的不平衡（2）转子平衡状态破坏转子零件碎裂或飞离：阶跃式不平衡，振幅相位突变叶轮沉积固体

28、杂质：高温粘性催化剂微粒粘结，管道锈蚀、气源粉尘沉积振幅加大，转速成分突出，转速增振幅大。严重时转静子摩擦磨损叶轮除锈或气体杂质冲蚀：维修不当措施轴上零件松动：轮、盘、轴、键槽配合，材料选择，介质腐蚀，轴承间隙3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.4 不平衡振动的故障原因和防治措施机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.1 转子不平衡故障诊断3.1.5 定向振动与不平衡振动故障的鉴别定向振动：轴心轨迹接近直线非圆或椭圆振动同相位或 180 反相位机体变形皮带轮或齿轮偏心机座松动结构共振等机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断转子不对中故障：转子连接对中

29、超标，或轴颈位置不良轴承缺良好油膜和适当负荷引发机器振动或联轴节、轴承损坏原因： 初始安装对中超差 转子中心运行时热态升高 轴承架热膨胀不均匀 管道力作用 机壳变形或移位 地基不均匀下沉 基础变形 转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障故障：振动加大，轴承偏磨，联轴节过热，齿式联轴节齿面磨损联轴节配合键槽裂纹，膜片联轴节疲劳损坏旋转机械故障 60原因为转子不对中机械设备故障诊断技术 改变轴承油膜压力 平行不对中引起径向振动 轴承振幅随负荷增大而增高 刚性联轴节两侧振动相位差 振动频率：刚性联轴节平行不对中二倍转速频率及工频和多倍频角度不对中工频轴向振动及多倍频 大型涡轮机械多跨转子其他因素 轴颈

30、轴心轨迹椭圆形。载荷增大，变香蕉形、“ 8 ” 字形或外圈中内圈等3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.1 转子不对中故障的特征转子不对中故障特征：机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.2 联轴节不对中的振动频率1 刚性联抽节轴（1）平行不对中的振动频率两倍频激振力，旋转 1 周径向力交变 2 次一对连接螺钉一受拉伸另一受压缩（2）角度不对中的振动频率轴旋转一周，弯矩方向交变一次，工频振动（3）不对中引起转子不平衡相当附加不平衡质量，类似不平衡振动2 齿式联轴节（半挠性联轴节）联轴节外齿和内齿连接齿套齿接触表面圆弧形齿啮合允许一定轴向移动量和角度

31、偏摆量允许装半联轴节微量不对中3 膜片联轴节（半挠性联轴节）轴端半联轴节与套筒间用挠性膜片连接挠性好，不需润滑，维修量少，广泛应用传递功率小，不能承受过大轴向力机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.3 不对中故障的监测方法（1）静态检测法打表法：千分表测量三表和单表找正法激光对中法：激光对中仪联轴节表面状态检测法：齿面过热摩擦和裂纹痕迹膜片、螺栓、轴壳等疲劳裂纹摩擦痕迹机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.3 不对中故障的监测方法（2）动态监测法振动诊断法：振动频率、相位、振动方向和轴心轨迹形状等特征激光对中法：二对激光对中仪

32、，固定轴承架上，分别测量垂直和水平位移量仪器价格昂贵，环境中蒸汽、烟气、灰尘和机体振动影响Dodd 棒测量法：驱动机和被驱动机轴承架端面各固定并行测量杆测量截面水平和垂直方向涡流探头非接触测量位移量测量棒结构和刚性要求严格，补偿温度变形问题电涡流测量法：地面独立支架安装垂直和水平方向两电涡流测量探头非接触测量机组固定测量杆位移量轴承油膜压力测量法：油膜压力反映轴承间隙和轴承标高机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.4 故障诊断实例汽轮发电机组基础下沉：轴承座位置下移，轴颈被相邻 2 号轴承抬空轴颈不对中，轴承比压减小，油膜失稳强烈振动机械设备故障诊断技术3旋转

33、机械故障诊断3.2 转子不对中故障诊断3.2.4 故障诊断实例离心泵联轴节不对中：联轴节轴承处振动频谱图显示很大 2 倍转速频率和工频成分不平衡和不对中联合作用，轴向测明显轴向振动，典型不对中故障11 倍转速频率成分为泵叶片通过频率机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断滑动轴承作用： 转子负荷支承作用 转子运动提供刚度和阻尼 控制转子稳定运转3.3.1 滑动轴承工作原理静压轴承：依靠润滑油在转子轴颈周围形成静压力差与外载荷相平衡轴旋转与否始终浮在压力油中旋转精度高、摩擦阻力小、承载能力强良好速度适应性和抗振性等制造工艺高，需复杂供油装置应用高精度机床上动压轴承：油膜压力

34、由轴旋转产生供油系统简单，使用寿命长旋转机器广泛采用径向轴承和止推轴承（轴向力）机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.1 滑动轴承工作原理流体动压轴承原理：润滑油膜楔形间隙流体动压力作用轴停滞时沉在轴承内底部轴旋转时依靠摩擦力作用沿轴承内表面往上爬行到达摩擦力和转子重量平衡位置油膜收敛油楔动压力作用抬起轴颈轴承承载能力系数 S0相对偏心率 和轴承宽径比 l / d 的函数低速重载转子 S01高速轻载转子 S01机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.2 滑动轴承常见故障的原因和防治措施（1）巴氏合金松脱浇注基体金属清洗，材料镀锡浇注

35、温度不够重新浇注巴氏合金（2）轴承异常磨损、刮伤、拉毛轴承装配缺陷：轴承间隙，轴瓦错位，轴瓦接触，轴颈油膜引起转子振动和轴瓦磨损。更换轴承或修刮重新装配轴承加工误差：轴承圆度，油楔轴承油楔大小和形状，轴承间隙止推轴承端面偏摆量，瓦块厚薄，表面巴氏合金磨损工艺检查，修理轴瓦形状转子发生大振动：轴瓦振动摩擦、烧损、刮伤、拉毛消除振动因素，更换磨损轴承止推轴承设计：承载面积、压缩机超压、密封损坏，轴向力大，瓦块磨烧供油系统：润滑油量、供油清洁、油温度、油黏度、供油压力滤清滤网、油孔堵塞、轴承磨损油冷效果、润滑油水分加大油冷却器，更换过滤器，更换润滑油机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动

36、轴承故障诊断3.3.2 滑动轴承常见故障的原因和防治措施（3）轴承疲劳原因： 轴承过载：油膜破裂，应力集中，局部裂纹，裂纹扩展 轴瓦松动：轴承间隙，机器振动，轴承交变载荷裂纹扩展，瓦块表面开裂与松脱 轴承摩擦和咬粘：表面高温，材料热应力和热裂纹，热裂纹扩展 巴氏合金过厚：疲劳敏感，疲劳破坏 巴氏合金强度：温度升高下降，高温疲劳裂纹扩展措施： 轴承比压合适范围 轴承间隙应设计范围 较薄巴氏合金（厚度 1 1.5 mm）和抗疲劳性能瓦块 控制轴瓦温度机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.2 滑动轴承常见故障的原因和防治措施（4）轴承腐蚀润滑剂化学作用。选用润滑剂，润

37、滑剂“老化”丧失润滑性能（5）轴承气蚀轴承内油液压力低区域（低于油液饱和蒸汽压）生成微小气泡气泡高压挤破，瞬间压力波冲击轴承表面表面金属疲劳裂纹或金属层剥落（6）轴承壳体配合松动轴承盖与轴承座之间压紧间隙轴瓦松动影响轴承油膜稳定性振动非线性特点，振动工倍、转速频率、次谐波成分1 / i 倍转速频率超谐波成分（正整数 i ）（7）轴承间隙不适当轴承间隙太小发热，间隙太大明显振动（8）轴承温度过高轴承间隙小；轴承载荷高；油冷却器故障轴承形状或装配机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施1 高速滑动轴承不稳定故障的原因高性能旋转

38、机器转子轴承系统多为高速轻载滑动轴承，设计或使用因素易发生油膜不稳定引起转子轴承较大振动特有故障油膜振荡，油膜力引起自激振动（1）轴颈在油膜中的涡动与稳定性（2）油膜失稳的力学机理油膜动态特性：油膜刚度和阻尼油膜失稳机理：一般强迫振动激振力为离心力与转子质量 M、重心偏移量 e 和转速 等有关油膜失稳主要激振力非离心力，是与位移相垂直的油膜切向力轴颈涡动方向起推动作用，某种条件使振幅越来越大强烈振动导致机器损坏轴心轨迹形状与转子稳定状态的关系：椭圆形轴心轨迹比圆形稳定，椭圆度大有利轴心稳定机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防

39、治措施2 油膜振荡的机理及其故障诊断高速滑动轴承特有故障，油膜力产生自激振动发生时输入能量很大 ，引起转子轴承系统损坏大型机组可能导致机组毁坏严重事故（1）半速涡动与油膜振荡半速涡动：转子轴颈高速旋转时，环绕平衡中心公转运动油膜力激励的涡动角速度近似为转速二分之一涡动正向运动（转子旋转同向）实际振动频率 （0.430.48）（2）油膜振荡的特征及其诊断油膜振荡：轴颈涡动运动与转子自振频率吻合时发生大幅度共振现象发生突然，振幅突升，局部油膜破裂，轴颈轴瓦摩擦强烈吼叫声，严重损坏轴承和转子机械设备故障诊断技术故障特征：自激振动不受外部激励力影响涡动频率 与转速频率之比约 0.350.5涡动频率 接

40、近转子一阶自振频率非线性油膜共振轴心轨迹形状紊乱发散，不规则轨迹线叠加花瓣形状发生巨大吼叫声。转子激烈自激振动，轴承油膜破裂轴颈轴瓦碰撞摩擦，轴承和迷宫密封严重损伤 “ 惯性 ” 现象。转速升高降低，振荡频率和振幅变化不明显3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施2 油膜振荡的机理及其故障诊断（2）油膜振荡的特征及其诊断高振幅振荡低振幅涡动机械设备故障诊断技术故障特征3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施2 油膜振荡的机理及其故障诊断（2）油膜振荡的特征及其诊断约 1/2 工频.机械设备故

41、障诊断技术（2）油膜振荡的特征及其诊断2油膜振荡的机理及其故障诊断333高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施3 油膜不稳定的防治措施（1）避开油膜共振区域避免转子工作转速接近两倍一阶临界转速约 1/2 工频机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施3 油膜不稳定的防治措施（2）增加轴承比压轴瓦单位面积承受载荷。增加轴承比压，承载能力系数 S0提高，偏重载形式一般轴承比压

42、1.01.5 MPa，高速轻载轴承 0.31.0 MPa增加比压值等于增大轴颈的偏心率，提高油膜稳定性重载转子比轻载转子稳定，因为重载转子偏心率大重心低像海洋中一艘航空母舰，由于载重量大水线下舰体深，波浪中非常稳定对已经油膜失稳转子，增加轴承比压，提高承载能力系数常用办法： 车削缩短轴承宽度 轴承下瓦环向槽或沟槽，减小瓦块接触面积，改善油楔内油压分布 减小下瓦接触角，下瓦开泄油槽，增加轴颈偏心率 减小上瓦油槽宽度或设置油坝，提高上瓦油压 改变油楔形式，圆柱轴承降低顶隙，增加侧隙变为椭圆形轴承，提高轴颈稳定性机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不

43、稳定故障的特征和防治措施3 油膜不稳定的防治措施（3）减小轴承间隙轴承间隙减小，相对增大轴承偏心率，提高发生油膜振荡转速（4）控制轴瓦预负荷预负荷正值表示轴瓦内表面曲率半径大于轴承内圆半径增大偏心距和油楔收敛程度增加油楔力多油楔、多油叶轴承机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施3 油膜不稳定的防治措施（5）选用抗振性好的轴承椭圆轴承稳定性优于圆柱轴承三、四油楔（油叶）轴承稳定性优于椭圆轴承抗振性优良高速轻载可倾瓦轴承多块活动轴瓦（5 块较多）各瓦块有自由摆动支点载荷方向自动调整油膜力通过轴中心消除切向力独立瓦块油膜不连续

44、，减小涡动可能性结构形式：平面自调式，瓦块圆周方向自由摆动球面自调式，瓦块圆周方向和轴线平面方向摆动（自位作用）（6）调整油温油温高，油黏度小，增加轴颈偏心率，有利轴颈稳定其他措施：提高供油压力、轴承多路供油及轴承内表面开油槽等其他因素：流体激振、材料内摩擦，联轴节、轴承轴颈不对中轴承架热膨胀变形、工作流体周向作用力不平衡等机械设备故障诊断技术低压缸转速 6700 r/min高压缸转速 8933 r/min轴承型式四油叶，轴承间隙 1.6 高压缸第一临界转速30003300 r/min油膜振荡频谱：轴转速频率 140.5 Hz轴不平衡振动油膜振荡频率 55 Hz其他成分：主频率 和 和差组合频

45、率3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施4 故障诊断实例国产 30 万吨合成氨装置ALS-16000 型离心式氨压缩机轴承油膜振荡11000 kW 汽轮机拖动高低压缸间速比 56:42 增速器油膜振荡频率高压缸转速频率机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.3 高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施4 故障诊断实例（空气压缩机低压缸轴承油膜不稳定振动 ）振动低频成分突出，工频比 0.48，认为空压机轴承油膜不稳定半速涡动可能原因：低压缸两端联轴节对中不良，改变轴承负荷大小和方向大修停机检查：轴承间隙超差；可倾瓦

46、厚度不均匀，联轴节平行对中量超差工频成分工频成分机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.3 滑动轴承故障诊断3.3.4 结构共振产生的轴承工作不稳定机器底板或轴承座刚性不足结构、基础共振，底板基础连接松动、扭曲或断裂振动，管道振动结构振动频率与轴承油膜涡动激发频率吻合引发油膜不稳定振动3.3.5 转子轴承电流故障诊断1 轴承电流损伤现象轴承润滑使转子与静子部件油膜绝缘转子对地电阻建对地电压，电压升高电阻最小区击穿绝缘通路电火花放电主要影响： 放电区域熔化金属粒子，金属表面形成微小电流凹坑 凹坑积累使承磨表面粗糙，产生机械磨损 大量熔化金属微粒进润滑剂，润滑性能坏，油膜电阻降低 局部高温破坏油

47、膜，烧伤金属增加磨耗，润滑失效摩擦损坏2 轴承电流的成因和类型（1）磁力线不对称和磁化效应；（2）静电作用（蒸汽喷射，油分子摩擦）3 轴承电流损伤的故障特征和诊断方法（1）宏观观察法；（2）微观观察法；（3）电压测量法4 轴承电流的防治措施限轴电压1V：接地装炭刷、金属滑靴、水银槽、水密封等转轴导电荷（空气通道，油导体添加剂）；部件绝缘；变油膜厚度机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.4 转子摩擦故障诊断 转子与静子零部件干摩擦最常见摩擦故障高速旋转转子与迷宫密封件间叶轮口环与密封环间叶轮与隔板间轴颈与轴承间擦轴与浮动环间摩擦等起因：安装间隙、轴承间隙、轴挠曲变形、轴位移量或轴蹿动、部件热

48、膨胀量、润滑系统故障转子振动：不平衡、不对中、油膜振荡、流体激振、转子和轴承系统共振等 转子内部发生内摩擦故障转轴材料弹性滞后产生内摩擦力激发转子涡动轴上配合零件与轴弯曲时产生摩擦齿式联轴节齿套与齿壳间轴向滑动摩擦机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.4 转子摩擦故障诊断3.4.1 干摩擦故障的机理和特征轻摩擦：转子与迷宫密封齿间、轴颈与轴承表面间摩擦，转子振动不大重摩擦：转子与静止部件间碰摩，摩擦力大， 整周接触，转子振动大损伤（1）局部碰摩的故障特征。一阶或多阶自振频率，次谐波和高次谐波振动响应轻摩擦：工频、2，3高低次谐波。重摩擦：1/2谐波及高次谐波（2）摩擦接触弧增大时故障特征。

49、波形“削波”；反向进动；轴心轨迹圆环 “8” 字机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.4 转子摩擦故障诊断3.4.2 转子内摩擦引起失稳的机理（1）转轴材料弹性滞后引起的不稳定振动（2）轴上零件滑动摩擦引起的不稳定振动（3）齿式联轴节摩擦引起的不稳定振动（4）防止滑动摩擦激振的方法机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.5 浮动环密封故障诊断3.5.1 浮动环密封故障的机理和特征高速高压离心式压缩机防止气体外泄采用浮动环密封浮动环密封特点：浮动环和转轴间注密封液，液压略高泄漏气压密封间隙内流动阻力阻止高压气外漏故障：热膨胀等，浮环与壳体间端面摩擦力大，浮环卡死成小径向圆柱轴承易发生油膜不

50、稳定。浮环内壁与转轴间碰撞摩擦，表现摩擦故障特征机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.5 浮动环密封故障诊断3.5.1 浮动环密封故障的机理和特征机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.5 浮动环密封故障诊断3.5.2 故障诊断实例大化肥厂合成气压缩机高压缸浮动环卡涩频谱图振幅最高频率 83 Hz与转速频率 172.9 Hz（10375 r/min）之比 0.48轴心轨迹紊乱类似轴承油膜不稳定故障检查发现：高压缸密封参比气与密封油压差波动浮动环工作不稳定压力波动轴承回油管大量工艺气体高压气密封不良进入润滑系统诊断浮动环卡涩机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振

51、故障诊断3.6.1 非接触式密封中的流体激振故障离心泵多用环形密封，汽轮机和离心压缩机均用迷宫密封（梳齿形密封）机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.1 非接触式密封中的流体激振故障1 非接触式密封中流体激振的机理Alford 流动模型；气隙不平衡力矩模型螺旋形流动模型；三维流动模型机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.1 非接触式密封中的流体激振故障2 迷宫密封气流激振的研究密封偏心周向压力，最高压力点位置，转子涡动切向力密封进出口压力差，密封激励力，密封结构尺寸，密封流体刚度转子轴承系统结构动力特性（转

52、子挠性、轴承结构、油膜刚度、流体激振力、内外摩擦等）3 迷宫密封气流激振的故障特征密封流体激振产生振动频率，低于工作转速频率亚异步振动振动情况与转速、压力、负荷有密切关系高压汽轮机气隙振荡与喷嘴方向和进气阀开启度有关4 迷宫密封气流激振的防治措施（1）导入反预旋气流（2）腔内开孔导入平衡气（3）腔内周向设置纵向阻挡片（4）平直形密封机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.1 非接触式密封中的流体激振故障5 故障诊断实例美国宇宙飞船主发动机高压燃料涡轮泵密封流体激振额定功率 56 MW，质量 340 kg，压力 40 MPa，设计转速 255003750

53、0 r/min旋转机械最高功率密度机器，结构先进、高速高功率密度涡轮机械典范转子三闭式叶轮，二级轴流式涡轮驱动，轴承液氢冷却，轴向力平衡盘平衡临界转速计算忽略两级间密封刚度影响以及泵壳挠性影响稳定性分析考虑密封影响，但忽视壳体挠性作用试验转速 1750020000 r/min 以上，泵壳明显振动振动频率 150165 Hz 与转子一阶自振频率一致转速上升振幅增大，发生严重轴承损坏和密封摩擦拆检发现涡轮侧轴承全损坏，泵不能超 22000 r/min 转速操作改进泵级间密封结构，锯齿形密封改为台阶形平密封类似静压轴承作用，提高转子刚度，增加阻尼，改善稳定性泵亚异步不稳定振动现象消失，顺利达到工作转

54、速机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.1 非接触式密封中的流体激振故障5 故障诊断实例美国宇宙飞船主发动机高压燃料涡轮泵密封流体激振机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障离心式、轴流式风机、压缩机，设计工况范围窄、结构设计不合理操作点远离设计工况点以及操作失误等因素产生不稳定流动引起流道和管道内气流压力脉动，导致机器和管道强烈振动或零部件与管道疲劳破坏，产生严重故障1 旋转失速机理：离心式或轴流式压缩机操作工况变动气量减小一定程度气流冲叶片凸面（工作面）凹面（非工作面）附近

55、形成气流旋涡流道有效流通面积减小各流道气流分配不均匀气流旋涡差别如某流道（2）气流旋涡较多气量减少多余气转邻近流道（1 和 3）气流折向前流道 1 时冲叶片凹面冲去气流旋涡，流道气流畅通气流折向后流道 3 时冲叶片凸面凹面气流旋涡增加堵塞流道有效流通面积迫使流道气流折向邻近流道连续发展旋涡组成气流堵塞团（失速团或区）沿叶轮旋转反向各流道轮流出现失速区传播速度 叶轮旋转速度叶轮外看失速区叶轮转向转动机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障1 旋转失速旋转失速区中气流减速压力脉动具有周期性受迫振动振动频率与叶栅固有频率重合，

56、引起结构共振，导致零部件损坏基本特征：渐进型和突变型 破坏叶轮压力轴对称性，引起压力脉动，发生机器和管道振动 振动基本频率 0.5 0.8 倍转速频率范围 机器流量基本稳定 振动强度比喘振小，但比不稳定进口涡流大，不同其他机械振动防治措施： 设计稳定工况范围宽，各级压比分配合理 部分气体回流、提高进气温度，增体积流量，变气流冲角，减气流旋涡 多级轴流式压缩机启动阶段采用中间抽气方法增大前几级气量，防止前几级旋转失速 具有惯性和滞后效应，一旦发生旋转失速工作转速下难通过气量调节消除，须使机器降速消除2 不稳定的进口涡流主要进口导叶控制风机出现。减负荷进口导叶角度关小气流预旋作用强烈，发展成不稳定

57、进口旋涡区机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障3 喘振（1）喘振机理突变型失速发展，气量更减小气流旋涡区占据全部流道压缩机出口压力突降大容量管网系统压力未迅速下降，管网气体倒流当管网压力机出口压力时，气体倒流停止，压缩机恢复管网输气然而进气量不足时，倒流气体排出、管网回复压力，又出现流道旋涡区周而复始 机器和管道流量周期变化，进出口压力大幅度脉动喘振时压缩机内吞吐倒流，周期性巨大气流吼声和机器剧烈振动喘振从仪表压力、流量、振动信号大幅度变动记录清楚反映喘振振动频率、振幅与管网容积大小密切相关管网容积大，喘振频率低，振

58、幅大，大容量喘振频率多数 1 Hz喘振：轻度喘振（叶道有旋转失速团）深度喘振（叶道无旋转失速团）机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障3 喘振（2）喘振的原因及其预防原因： 转速下降而背压未及时下降 管网压力升高 气量下降 进气温度升高 气体分子量减小 进气压力下降或入口管线阻力增大其他仪表故障、操作不当、工艺参数变化等预防：工作点远离喘振曲线压缩机启停过程遵守 “ 升压先升速，降速先降压 ” 原则升速升压或降速降压交替缓慢均匀进行压缩机防喘振装置，流量减小到喘振工况时放空或回流方法增加流量或降低背压防止喘振研究故障诊

59、断型防喘振方法：临近喘振流道较大气流扰动，及时测量相应特征信息预报喘振发生，采取有效措施机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障3 喘振（3）喘振与旋转失速区别 旋转失速气体流动非轴对称，叶道一个或数个失速团沿叶栅圆周方向传播气流脉动沿着压缩机叶轮圆周方向产生喘振气流脉动沿着机器轴向方向形成，气流呈轴对称分布 旋转失速时，叶轮或扩压器周向流道气体流量脉动变化但过压缩机总平均流量不变喘振时机器总平均流量随时间而变化 旋转失速气流脉动频率、振幅与叶栅几何参数及转速有关与压缩机管网容积大小无关喘振频率、振幅与管网容积大小密切相

60、关管网容积愈大，喘振频率低，振幅大 旋转失速压力脉动频率比高，但喘振压力脉动幅度更大 旋转失速属于压缩机本身工作不稳定的气动现象喘振是整个系统稳定性问题机器本身问题与整个管网系统相关机械设备故障诊断技术3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障3 喘振3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.2 叶片式机器中的气流不稳定故障4 故障诊断实例大化肥厂尿素装置二氧化碳压缩机高压缸旋转失速振动压缩机2 缸、4 段、13 级高压缸2 段 6 级叶轮低压缸2 段 7 级叶轮机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3

61、.6 叶片式机器中流体激振故障诊断3.6.3 流体冲击和声学共振故障1 叶片式机器流体压力脉动的故障原因（1）叶轮与扩压器或蜗壳的相互作用（2）叶轮叶片数与扩压器导叶叶片数不匹配产生的流体冲击（3）管网中流速突变产生压力脉动2 叶片式机器流体冲击和声学共振故障的特征 机器转子和管道振动差别很大 机器转子或管道的振动频谱出现一阶或多阶自振频率成分 重视测量和分析机器或管路内流体压力脉动信号 高压离心泵转子或轴承上可测叶片通过频率不可压缩流体流体压力脉动信号反应灵敏 离心泵流体压力脉动引起管道振动与泵特性曲线形状有关驼峰状特性曲线容易发生不稳定振动机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.7 高速

62、旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法现代高性能涡轮、压缩机械技术发展趋势高转速、高压力、轻重量、高效率、单机大功率、高功率密度结构紧凑、效率高，产量高、成本低、能耗少设计、制造、运行管理难题，面临亚异步振动问题威胁，故障诊断新课题高功率密度与转子挠性结构，机器对流体激励敏感，转子容易失稳3.7.1 亚异步不稳定振动的特性转子振动频率低于转速频率振动，分强迫振动和自激振动强迫振动：喘振、旋转失速气流激振自激振动：油膜振荡、气隙激振、内摩擦和滑动摩擦、声学共振等高参数机器转子共振涡动特性基本研究结论 发生起始速度和振幅与转子平衡情况无关 平衡好的转子发生不稳定时需要外部干扰 共振涡动工作转速总在一

63、阶临界转速之上 同类结构机器的共振涡动门槛值有很大差别 共振涡动振动频率与机器转速高低无关，总为恒定值 增加基础挠性增加共振涡动门槛值 增加基础阻尼可增加共振涡动门槛值 增大轴向推力轴承负荷也增加共振涡动门槛值机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法3.7.2 诱发亚异步不稳定振动的因素及其分析方法亚异步振动激励因素：（1）滑动轴承流体交叉耦合力；水平和垂直方向油膜刚度比；支承系统刚度推力轴承流体动力作用；轴承座不对称和非线性振动（2）迷宫密封和浮环密封螺旋形流动效应或 Alford 效应激振力；流体液膜作用转子长密封套缩配摩擦阻尼；浮环径向咬住失

64、浮动作用，油膜不稳定（3）联轴节不对中转子涡动；齿面摩擦激励或缩配摩擦激励；联轴节咬死附加力扭矩脉动及齿形不对称脉动；不稳定轴向负荷；润滑油陷入联轴节内部（4）叶轮和扩压器旋转失速、喘振；压力脉动或声学共振；轴叶轮配合面长缩配摩擦振动叶轮四周间隙不对称产生不平衡力矩作用；叶轮陀螺效应（5）转子系统转子太柔；轴直径细轴承跨距长；叶轮重；工作/临界转速比大轴承位于振动节点；材料缺阻尼；轴刚度不对称；基础共振配管不当压力脉动，转弯和截面突变处气流冲击；转子静子碰摩机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法3.7.2 诱发亚异步不稳定振动的因素及其分析方法亚

65、异步振动分析诊断方法：机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法3.7.3 转子的稳定性评判稳定性主要取决于激振力与系统阻尼力大小激振力系统阻尼力，转子失稳激振力系统阻尼力，振动衰减转子稳定判断系统稳定用图：纵坐标为阻尼自然频率水平方向有一阶共振频率曲线随转速变化很小另有不稳定频率线随转速升高而升高线上方阻尼自然频率为系统稳定的正阻尼区线下方为系统不稳定的负阻尼区系统共振频率曲线与不稳定频率线交点所对应的转速为失稳起始转速即不稳定门槛值机械设备故障诊断技术3旋转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法3.7.4 故障诊断实例加拿大

66、阿尔勃泰州（Alberta）福克思克累克市（Foxcreek ）南凯勃（Kaybob South）天然气液化厂油田注气压缩机亚异步自激振动三台大型离心式压缩机并联布置压缩油田注气高压缸 5 级叶轮，低压缸 9 级叶轮，一段 5 叶轮和二段 4 叶轮背向排列低压缸浮动环密封，径向轴承五块可倾瓦；推力轴承米契尔式三台机组启动后低压缸猛烈振动，振动主要频率 4060 转速频率压缩机轴承振幅达 250 m，迷宫和浮动环密封严重损坏进行 48 次运转试验 12 次修改改造时间用 29 个星期最后采取加粗轴缩短轴承跨距措施不稳定门槛速度很大提高一台机组能全负荷运转另两台部分负荷运转机械设备故障诊断技术3旋

67、转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法3.7.4 故障诊断实例国内某大化肥厂法国产氮氢合成气离心压缩机亚异步自激振动3 缸 5 段 25 级，一台 18000 kW 汽轮机驱动低压缸 2 段 9 级，第 1 段 5 叶轮，第 2 段 4 叶轮10050 r/min 转速下运转 3 年多，后将负荷增至 90转速升至 1070010750 r/min，正常操作 100 天左右某早晨低压缸突发强烈破坏性振动，轴承和迷宫密封均遭损坏但操作仪表未发现不正常情况，振前记录也无异常信号修复另一早晨，又发生破坏性振动低压缸遇到强烈亚异步自激振动，振动问题复杂多种临时处理措施均失败，停产

68、两月之久，巨大经济损失离心压缩机振动原因分析研究宝贵经验，亚异步自激振动更深入认识亚异步振动根本问题：转子系统稳定性裕度不足修改方案： 增大轴直径，缩短轴承跨距，提高转子临界转速 修改浮环密封参数 改变段间迷宫密封结构，消除流体对转子交叉耦合作用 采用挠性结构挤压油膜阻尼轴承低压缸经过彻底改造重新设计能在额定工作转速下长周期稳定运行机械设备故障诊断技术3.7.4 故障诊断实例国内大化肥厂法国氮氢合成气离心压缩机亚异步自激振动3旋转机械故障诊断3.7 高速旋转机械不稳定自激振动故障的分析方法机械设备故障诊断技术压缩机故障：化工厂调查，设计缺陷故障 6零件制造质量 46不守操作规程 40安装检修质

69、量 8往复式压缩机故障部位： 动力部分曲轴、连杆、十字头、活塞销、活塞等 气体及密封部分气缸、进排气阀门、弹簧、阀片、活塞环填料函及排气量调节装置等 辅助部分包括水、气、油路冷却器、缓冲器、分离器油泵、安全阀及管路系统上述三部分是研究压缩机产生各类故障的主要对象故障监测参数（征兆）两类：热力参数变化：排气量，吸排气压，温度及热力参数动力性能参数：振动和异常声音，管道振动4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.1 压缩机热力参数异常及其故障原因1 排气量降低气阀漏气、气缸泄漏、吸气受阻、冷却效率低、转速低2 吸、排气压力不正常吸气压力

70、低：吸气阻力、滤清器堵塞、阀片升程、供气量不足、气阀漏气吸气压力高：吸排气管窜气、阀关不严、冷却问题、泄漏排气压力低：阀漏气、填料漏气、耗气量过大排气压力高：用气量少、吸气压力高、冷却、阀门、管路积碳压力不稳定：压力脉动、气阀不稳定、转速不稳、压力表阻尼3 温度不正常吸排气温度高、气缸过热、轴承过热、活塞杆过热、曲轴端盖发热4 工况改变对压缩机主要参数的影响吸气压力变化：引起各级排压、排温、排气量和功率变化排气压力变化：影响排气量、排温、级间压力和功率消耗吸气温度变化：影响排气量、排气压力、排气温度和功率消耗5 油路油泵、注油器及油过滤器、冷却器、管路压力表等油压偏低、油温偏高、注油器压力不足

71、或油量不足引发机器摩擦、发热、烧损、咬死等4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因.机械设备故障诊断技术411压缩机热力参数异常及其故障原因4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因.机械设备故障诊断技术4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因411压缩机热力参数异常及其故障原因.机械设备故障诊断技术4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因411压缩机热力参数异常及其故障原因机械设备故障诊断技术4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故

72、障原因机械设备故障诊断技术4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障1 气阀故障往复压缩机 60以上气阀故障气阀研究： 气阀流动压力损失 阀片冲击应力和疲劳 阀片振动应力和腐蚀疲劳强度 阀片运动规律数学模拟和计算机求解 阀片和弹簧磨损、断裂故障诊断4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障1 气阀故障（1）气阀故障原因阀片损坏：疲劳破坏、阀片磨损、材料缺陷、介质腐蚀弹簧损坏：疲劳、断裂、腐蚀、材质气阀漏气：密封面、阀片变形、阀隙异物、积碳、弹簧力、端面轴线、磨损（2）气阀漏气鉴别方法排气阀漏气：排温升高，排压

73、下降，排气量不足阀盖温升，泄漏检测，漏气声音吸气阀漏气：阀温升高，前级排压上升，后级气量不足排压下降。测温度、压力和声音（3）提高气阀耐用性的措施校核阀片运动规律、气阀结构 、弹簧力、阀片制造工艺、气体油水含量（4）气阀故障诊断方法的研究气阀主要故障：阀片损坏、弹簧折断和气阀漏气监测诊断方法：阀盖测取振动或信号，阀室测取阀片运动规律气缸 p-V 示功图、吸排气脉动压力和温度变化4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因.机械设备故障诊断技术（1）气阀故障原因1气阀故障412压缩机主要零部件的机械故障4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型

74、与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.2 压缩机主要零部件的机械故障1 气阀故障（3）提高气阀耐用性的措施a校核阀片运动规律判别气阀可靠性准则气阀无推力关闭角1、关闭角2 和开启角3b气阀结构。阀片开启高度，阀座通道数、多环窄通道气阀c弹簧力。变刚性弹簧d阀片边倒角e阀片制造工艺f气体油水含量（4）气阀故障诊断方法的研究气阀主要故障：阀片损坏、弹簧折断和气阀漏气监测诊断方法： 阀盖测取振动或信号 阀室测取阀片运动规律 气缸 p-V 示功图 吸排气脉动压力和温度变化4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因2 /12，2 /30.7机械设备故障诊断技术4.1.2

75、压缩机主要零部件的机械故障2 活塞杆断裂重大事故 25，对称平衡型氮氢压缩机事故率 51.5原因：应力集中严重；表面粗糙度；材质和热处理螺纹松动或预紧力；严重超载；杆跳动量；气体腐蚀3 连杆螺栓断裂原因：拧得紧松。开口销断；螺栓疲劳断裂；材质、热处理和装配应力过大；部件故障；螺栓残余变形4 曲轴断裂原因：基础沉降；超载或紧急停机；气缸轴线变化轴瓦装配不良；严重应力集中；设计因素5 活塞卡住、咬住或撞裂原因：润滑油质量；冷却水供应；气缸带液；气缸间隙气缸掉硬物；活塞材质质量4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.3 压缩机故障振动1

76、曲柄连杆机构的运动惯性力惯性力（旋转和往复惯性力）、气体力和摩擦力4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.3 压缩机故障振动2 压缩机故障振动和不正常声音（1）故障振动机械振动吸排气流压力脉动引起管路振动气缸振动：底座、螺栓、磨损、间隙、敲击、气缸带液机体振动：惯性力平衡、加工、安装、连接、对中间隙、活塞杆弯曲、轴承基础振动：机体振动、结构共振、基础下沉等（2）不正常声音运动机构、气缸故障、吸气阀或排气阀故障4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4往复式压缩机的故障分析和管道振

77、动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.1.3 压缩机故障振动2 压缩机故障振动和不正常声音（2）不正常声音4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.1 往复式压缩机的故障类型与故障原因机械设备故障诊断技术4.2.1 压缩机示功图显示的故障1 p-V 示功图的测量压力信号；曲轴转角信号；转速；压力标定；指示图显示示功器：机械式、气电式和电子式4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.2 示功图及阀片运动规律的测量与故障分析机械设备故障诊断技术4.2.1 压缩机示功图显示的故障2 用示功图判别压缩机的几种故障4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.2 示功图及阀片运动规律的测量与

78、故障分析机械设备故障诊断技术4.2.1 压缩机示功图显示的故障2 用示功图判别压缩机的几种故障4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.2 示功图及阀片运动规律的测量与故障分析机械设备故障诊断技术4.2.2 阀片运动规律曲线图1 阀片运动规律曲线的测量光电法电感法电容法电阻法等2 阀片运动规律曲线在故障诊断方面的作用（1）阀片开闭及时（2）气流压力脉动（3）气阀流通截面4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.2 示功图及阀片运动规律的测量与故障分析机械设备故障诊断技术4.3.1 气流压力脉动引起的故障分析1 压力脉动的起因吸、排气间断性，气流不稳定，流体压力脉动工作影响：降低气阀寿命；排气量增减；安

79、全阀严密性及管道设备振动2 气柱固有频率与气柱共振现象气柱：管路系统气体。质量、弹性和固有频率，压缩、膨胀，激发力振动激发频率接近气柱固有频率，管道气柱共振，压力脉动严重管道、压缩机和基础强烈振动3 气流压力脉动引起故障（1）压力脉动引起管道振动（2）排气量负载功率变化效率下降（3）降低气阀使用寿命4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术4.3.2 管道压力脉动的防治措施1 采用合理的吸排气顺序4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术4.3.2 管道压力脉动的防治措施1 采用合理的吸排气顺序

80、4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术4.3.2 管道压力脉动的防治措施2 装设缓冲器缓冲器几种配置方式4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术4.3.2 管道压力脉动的防治措施3 装设声学滤波器4 装设孔板管道通大容器入口处适当尺寸孔板压力驻波变行波降低管道压力不均匀度4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术4.3.2 管道压力脉动的防治措施5 配置合适的集气管6 避免管道气流方向和流速突变4.3.3 管道的机械共振及其防治措施1 管道

81、机械共振的原因激振力激发振动，激频接近管系固频，强烈机械共振2 管道机械共振防治措施（1）改变支承条件；（2）动力减振器4往复式压缩机的故障分析和管道振动4.3 压缩机的气流压力脉动与管道振动机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.1 齿轮常见故障最常见机械传动零件优点：结构紧凑，效率高寿命长，工作可靠传动比恒定，维护方便广泛应用缺点：冲击，振动、噪声和断裂故障齿轮箱故障：齿轮 60，轴承 19，轴 10箱体 7，紧固件 3，油封 1齿轮故障：齿断裂 41；齿面疲劳 31；齿面划痕 10齿面磨损占 10；其余 85.1.1 齿的断裂疲劳断裂和过负荷断裂机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.1 齿

82、轮常见故障5.1.2 齿的磨损粘着磨损磨粒磨损腐蚀磨损5.1.3 齿面疲劳点蚀：啮合裂纹中润滑油封闭挤压，油压使裂纹蔓延扩展齿面金属剥落，形成麻斑（凹坑）剥落：表面裂纹扩展深远，大块金属脱落5.1.4 齿面擦伤和划痕擦伤：齿面接触瞬间温升，金属胶合划痕：润滑不足，啮合面相对滑动油膜破坏金属表面熔融粘着剥落机械设备故障诊断技术3 啮合冲击4 节线冲击5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.1 齿轮传动的动态激励弹性机械系统动态激励作用振动响应1 刚度激励2 传动误差制造误差；装配误差轮齿损伤误差；外部激励误差负载波动、轴承故障、离合器力矩变化等机械设备故障诊断技术 啮合频率及谐波成分 齿

83、轮转速频率低次谐波构成附加脉冲 幅值调制和频率调制形成边频带 齿轮加工误差形成隐含成分1 啮合频率及其谐波主动轮和从动轮转速频率 f1、f2；主动轮和从动轮齿数 z1、z2齿轮啮合频率：5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特征信息fm = f1 z1 = f2 z2机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特征信息2 信号调制和边带分析机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特征信息2 信号调制和边带分析机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特

84、征信息3 附加脉冲机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特征信息4 隐含成分“ 鬼线成分 ”（Ghost Components）加工机床分度齿轮误差造成机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.2 齿轮故障的特征信息5 齿轮故障信号的频域特征 均匀性磨损、齿轮径向间隙过大、不适当齿轮游隙以及齿轮负荷过大等啮合频率和谐波成分，不产生边频磨损特征：频谱啮合频率及其谐波幅值上升高阶谐波幅值增加 不均匀分布故障（齿轮偏心、齿距周期性变化及载荷波动等）幅值调制和频率调制啮合频率及其谐波两侧幅值较高边频带 齿面剥落、裂纹及齿断裂等局部性

85、故障周期性冲击脉冲啮合频率为脉冲频率调制啮合频率及其谐波两侧系列边带边带阶数多而分散 齿断裂或裂纹啮合产生冲击信号啮合频率和调制边频机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.3 齿轮故障的诊断方法（1）细化谱分析法机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.3 齿轮故障的诊断方法（2）倒频谱（Cepstrum）分析法机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.3 齿轮故障的诊断方法（2）倒频谱（Cepstrum）分析法机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.3 齿轮故障的诊断方法（3）时域同步

86、平均法机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.2 齿轮故障振动的诊断5.2.3 齿轮故障的诊断方法（4）自适应消噪技术ANC 技术（Adaptive Noise Cancelling Technique）机械设备故障诊断技术5齿轮故障诊断5.3 齿轮故障噪声的诊断5.3 齿轮故障噪声的诊断机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.1 滚动轴承的故障形式与故障原因优点：摩擦系数小；运转精度高润滑剂黏度不敏感，不需复杂供油系统（用润滑脂）产品国际标准化，易批量生产成本低；互换性好缺点：承受冲击能力差，冲击载荷下易发生故障滚动体载荷分布不均匀，轴承损坏影响6.1.1 轴承转速 n 1 r/min 时轴

87、承的损坏形式塑性变形，接触表面最大挤压应力有关（负荷重，热变形，冲击载荷）损坏特征：滚道形成小圆穴（凹痕），运转振动和噪声6.1.2 轴承转速 n 10 r/min 时轴承损伤的主要形式（1）疲劳剥落（点蚀）（2）磨损或擦伤（3）锈蚀和电蚀（4）断裂机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.1 滚动轴承的故障形式与故障原因6.1.2 轴承转速 n 10 r/min 时轴承损伤的主要形式机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.1 滚动轴承的故障形式与故障原因6.1.2 轴承转速n 10 r/min 时轴承损伤的主要形式机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.2 滚动轴承故障的检测方法6.2

88、滚动轴承故障的检测方法振动和声音；温度或润滑油温度；磨损颗粒；轴承间隙；轴承油膜电阻机械设备故障诊断技术第一类轴承结构引起振动 滚动体通过载荷方向产生振动 套圈固有振动 轴承弹性特性引起振动第二类轴承形状和精度问题引起振动 套圈、滚道和滚动体波纹度 滚动体大小不均匀和内、外圈偏心引起的振动第三类轴承使用或装配引起振动 滚道接触表面局部性缺陷引起振动 润滑不良摩擦引起振动 装配不正确，轴颈偏斜产生振动6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.1 引起滚动轴承振动的原因和特征频率轴承内部原因三种类型：机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.2 滚动

89、轴承缺陷产生的间隔频率滚动体和滚道接触遇到局部缺陷时产生冲击信号冲击间隔频率或特征频率机械设备故障诊断技术 频谱具有宽频带特征 轴承冲击能量集中高频段（20 kHz）6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法1 频率 “ 窗口 ” 的选择机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法2 传感器安装位置的选择接触式传感器垂直、水平和轴向三方向测量3 故障波形的评定指标有效值（Xrms） 均方根值：反映信号能量大小，适用随机振动性质轴承测量峰值（Xp） 波形最大值：反映轴承局部故障点冲击力大小波

90、峰因素（Cf） 峰值对有效值：正常轴承约 45 ，局部缺陷超过 10峭度（Kurtosis） 描述波形尖峰度导出函数机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法4 检测技术和诊断方法（1）低频信号接收法（2）冲击脉冲法（SPM 法 Shock Pulse Method）（ 0 20）dBN 轴承工作状态良好（2035）dBN 轴承状态变坏，发展中损伤期（3560）dBN 轴承有明显损伤机械设备故障诊断技术4 检测技术和诊断方法6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法（3）共振解调法包络检波频谱分析常用方法高频共振响应波放大包络检测变为

91、低频波形频谱分析找特征频率6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断机械设备故障诊断技术6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的诊断6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法4 检测技术和诊断方法（4）光纤传感器技术轴承振动位移量非接触式测量方法直接测取轴承外圈或内圈位移信号监测轴承制造质量润滑状况装配质量轴承载荷劣化状态等质量指标（5）电涡流传感器技术非接触式测量外圈变形量对油和污物不敏感适应石化行业机组机械设备故障诊断技术6.3.3 滚动轴承故障振动的诊断方法5 故障诊断实例鼓风机共振解调谱分析。轴承座刚性和皮带拉力问题使轴承内外圈轴向裂纹6滚动轴承故障诊断6.3 滚动轴承故障振动的

92、诊断机械设备故障诊断技术一、油样分析理化性能指标化验污染度评定：颗粒计数铁谱分析：铁谱仪，分离检测磨屑碎粒光谱分析：原子吸收、发射光谱，检测金属元素种类及浓度磁塞技术：柱形和探针形磁塞，收集管道润滑油悬浮铁磁性磨粒，肉眼观察分析二、无损检测五种常规技术：超声、射线、磁粉、渗透、涡流新 检 测 技 术：声发射检测技术，检测材料缺陷7现代故障诊断技术简介7.1 油样分析和无损检测技术机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.1 概述油样分析获得信息： 磨屑浓度和颗粒大小反映机器磨损严重程度 磨屑大小和形貌反映磨屑产生原因即磨损发生机理 磨屑成

93、分反映磨屑产生部位即零件磨损部位以上三信息综合即可对零件摩擦擦副工作状态作出比较合乎实际的判断目前国内外利用油样分析诊断机器故障方法中油样铁谱分析技术和油样光谱分析技术应用广泛机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.2 油样的光谱分析技术（1）光谱分析（SOA 法 Spectrographic Oil Analysis）油样含金属元素原子，高压放电或高温火焰燃烧时发射光子辐射吸收能量，不同原子光波长为特征波长经棱镜或光栅分光系统，辐射线按波长排列得到光谱测量波长谱线和强度，检测元素存在及含量推断元素磨损发生部位及严重程度判断零部件工作状

94、态（2）原子吸收光谱测定法（火焰法）抽样油液稀释喷射到火焰上金属原子裂化变原子蒸汽波长选择器通过被测元素特征波长光线光电探测器转变电信号输入读出装置机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.2 油样的光谱分析技术（3）原子发射光谱测定法（电火花法）电能或热能激发原子辐射特征光谱经分光系统测得金属元素含量机械设备故障诊断技术7.1.2 油样的光谱分析技术（3）原子发射光谱测定法（电火花法）7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中

95、的应用7.1.2 油样的光谱分析技术 （4）光谱分析的磨损界限针对具体设备和工作条件确定合适磨损界限机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.3 润滑油的铁谱分析技术（Ferrography）1 铁谱分析仪的工作原理稀释油液通过高磁场梯度玻璃片或玻璃管，润滑油含磨粒和碎屑按粒度大小有序分离，光学显微观察和光密度计计数磨屑来源、产生原因及零部件磨损程度定性和定量分析，零部件故障预报（1）直读式铁谱仪（DRF Direct Reading Ferrograph）特点：结构简单，价格低，制读谱合一。但稳定性和重复性差，随机干扰只提供磨屑体积信息

96、，不提供磨屑形貌、磨屑来源信息，信息量有限常用油样快速分析和初步诊断机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.3 润滑油的铁谱分析技术（Ferrography）1 铁谱分析仪的工作原理（2）分析式铁谱仪（Analytical Ferrograph）特点：信息丰富。提供磨损程度信息，磨损发生机理及发生部位信息常用油样精密分析，谱片可保存。制谱较慢（完整谱片 30 min），要求严格（3）旋转式铁谱仪克服传统铁谱仪两缺陷：输送油样改变磨屑原始形貌流道磨屑堆积破坏沉积规律。不需油样稀释处理； 操作简便，使用范围广机械设备故障诊断技术7无损检测技

97、术在设备诊断中的应用7.1 油样分析技术在设备诊断中的应用7.1.3 润滑油的铁谱分析技术（Ferrography）2 铁谱的定性分析铁谱显微镜对铁谱片沉积颗粒进行形状、尺寸大小、形貌和成分分析建立磨损状态类型与磨损颗粒形态相互关系，判别摩擦副磨损状态确定故障情况和磨损部位方法：铁谱显微镜法、扫描电镜法和加热分析法3 铁谱分析的定量指标尚无统一定量指标。对于两点式监测铁谱仪有用大颗粒数量 DL 和小颗粒数量 DS 为铁谱定量指标4 铁谱分析的主要优缺点优点：较高检测效率和较宽磨屑尺寸检测范围磨损机理、磨损部位以及磨损程度等信息缺点：操作环节多，监测周期长，影响因素复杂正确性取决操作人员经验与熟

98、练程度采样要求苛刻，非铁磁性颗粒效果差影响有色合金摩擦副监测机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.2 声发射检测技术在设备诊断中的应用20 世纪 50 年代初出现新无损检测方法，成熟无损检测方法，工程广泛应用7.2.1 声发射检测的基本原理材料在外载荷（如力、热、电、磁等）或内力作用下以弹性波形式释放应变能现象推断材料内部状态变化和物体结构变化金属材料外载荷塑性变形（晶格滑移变形和孪生变形等）材料裂纹形成和扩展不同相界面断裂及复合材料内缺陷声发射检测“ 频率窗口 ”：金属材料约105106 Hz机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.2 声发射检测技术在设备诊

99、断中的应用7.2.2 声发射信号的表征参数信号基本类型：发射次数多而波形幅度小发生次数少而幅度大的突发型波形表征参数：1 计数和计数率2 幅度和幅度分布3 声发射源定位根据传感器接收信号测定物体内裂纹位置根据信号到达各传感器的时差和次序7.2.3 声发射检测仪器单通道声发射仪、双通道声发射仪、多通道声发射仪机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.2 声发射检测技术在设备诊断中的应用7.2.4 声发射检测的研究及应用领域材料检测、结构完整性评价和泄漏检测等 石油化工工业：压力容器、压力管道和海洋平台，储罐、阀门和管道泄漏 电力工业：高压蒸汽汽包、管道和阀门，汽轮机叶片、轴承，变压

100、器放电 材料试验：材料性能、断裂和疲劳试验、腐蚀监测和摩擦测试，磁声发射 民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝，水泥结构裂纹连续监视 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件，时效、疲劳试验，在线监测 金属加工：工具磨损和断裂，磨轮或整形装置与工件接触，修理整形验证金属加工质量，焊接过程，振动，锻压，碰撞探测和预防 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及船舶，铁路材料和结构裂纹桥梁和隧道结构，车辆轴承状态，车轮和轴承断裂 其他：硬盘干扰，带压瓶缺陷，庄稼和树木干旱应力，磨损摩擦岩石探测，地质和地震，发动机状态，转动机械在线监测钢轧辊裂纹，汽车轴承，铸造过程Li/MnO2电池充放电监测骨头摩擦、受力和破坏特性骨关节状况机械设备故障诊断技术7无损检测技术在设备诊断中的应用7.2 声发射检测技术在设备诊断中的应用7.2.5 声发射检测实例冷却器和汽提塔缺陷的声发射检测和安全等级评定2002 年某石化总厂丙烷车间 3 台临界丙烷冷却器和 1 台脱沥青汽提塔声发射试验和安全评定