故障诊断方法与应用-旋转机械故障机理与诊断技术-2.ppt

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旋转机械典型故障分析旋转机械典型故障分析l转子不平衡的故障机理与子不平衡的故障机理与诊断断l不不对中故障机理与中故障机理与诊断断l油膜油膜轴承的故障机理与承的故障机理与诊断断l旋旋转失速与喘振故障机理与失速与喘振故障机理与诊断断l动静件摩擦的故障机理与静件摩擦的故障机理与诊断断l转子支承部件松子支承部件松动的故障机理与的故障机理与诊断断l转轴裂裂纹的故障机理与的故障机理与诊断断转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障原因分析故障原因分析n制造时几何尺寸不同心、材质不均n安装方式不好，如用斜键等n轴水平放置太久，或受热不均，造成永久或暂时变形n工作中的液、固杂质或腐蚀，使转子不对称磨损或不对称沉积n零件配合过松，旋转时间隙变大，造成偏心旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因转子子机械机械损伤污染物堆染物堆积轴弯曲弯曲轴孔偏离中心孔偏离中心风扇扇机械机械损伤污染物堆染物堆积轴孔偏离中心孔偏离中心齿轮机械机械损伤轴孔偏离中心孔偏离中心转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因滑滑轮/槽槽轮机械机械损伤琐丝太大太大轴孔偏离中心孔偏离中心飞轮机械损伤偏心偏心孔轴孔偏离中心轴轴弯曲不不规则加工转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因叶叶轮机械机械损伤腐腐蚀联轴器器机械机械损伤轴孔偏离中心孔偏离中心电气气绕组铜线分布不均分布不均转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因铸造缺陷造缺陷热膨膨胀由于每个部件的由于每个部件的热膨膨胀率不同影率不同影响响转子平衡子平衡轴孔太大孔太大转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l不平衡的种类不平衡的种类n按发生不平衡的过程分原始不平衡渐发性不平衡突发性不平衡n按机理可分为：

静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断刚性转子不平衡的形式刚性转子不平衡的形式静不平衡离心离心惯性力系有性力系有合力动不平衡动不平衡=静不平衡+偶不平衡离心惯性力系合成为一合力合力和一合力偶合力偶偶不平衡偶不平衡离心惯性力系有合力偶合力偶旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障机理故障机理n如下图所示单盘转子系统，由于质心与旋转中心不重合而产生不平衡n交变的力（方向、大小周期性变化）会引起振动n转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致。

旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡F（t）tec（a）转子系统MFsinty（t）ck（b）振动模型转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l无阻尼时，无阻尼时，O、O、G三点成一直线三点成一直线l实际转子总存在阻尼实际转子总存在阻尼n工作介质、轴承油膜的黏性阻尼黏性阻尼，滑动面之间的摩擦阻尼摩擦阻尼，轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼内摩擦阻尼，转子轴承系统因变形能耗产生的结构阻尼结构阻尼n阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l不平衡故障的振动机理不平衡故障的振动机理旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡设：

偏心距e，转子质量M，轴刚度k，阻尼系数c，转速n（r/min），角速度=2n/60，离心力F=Me2，分解为两方向的力为：

两力相差90，振动方程式为：

归一化后：

其中：

阻尼系数自振频率；激振频率。

转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障机理故障机理旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡上式的通解为：

公式第一部分为瞬态解，是衰减的自由振动，很快消失；公式第二部分为稳态解，是强迫振动：

其中：

转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障机理故障机理旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡H（）-幅频响应函数，表示振幅Y随频率比/n的变化而变化的放大系数，当/n1时出现共振峰；（）-相频响应函数，当/n1时出现节点。

转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l阻尼阻尼对转子子临界界转速的影响速的影响n阻尼对临界转速无影响，但对共振峰的高低有较大影响。

旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡不敏感转子不敏感转子阻尼小阻尼小阻尼大阻尼大转速转速振振幅幅转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的频谱特征转子不平衡故障的频谱特征n振动幅值与转速平方成正比n工频的1倍频能量较大n同一平面x,y振动相位差90l转子不平衡故障的时域特征转子不平衡故障的时域特征n呈现为类似简谐振动的波形n由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l轴心轨迹轴心轨迹n转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹n正向进动：

轴转向与轴心轨迹转向一致不平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等n逆向进动：

轴转向与轴心轨迹转向相反干摩擦等少数情况下发生l转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡的轴心轨迹n轴在各个方向上刚度有差别，所以转子轴心轨迹通常为椭圆n从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡与转速的关系转子不平衡与转速的关系n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n时，发生共振，振幅具有最大峰值n当工作转速一定时，相位稳定旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡的主要特征转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障特征故障特征n原始不平衡、渐变不平衡、突发不平衡旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l故障特征故障特征n静不平衡、力偶不平衡的幅值谱相似n静不平衡转子两侧轴承的振动相位相同n力偶不平衡转子两侧轴承的振动相位相反旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例1n某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。

压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。

旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡压缩机振动特征转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例1n振动特征分析振动大小随转速升降变化明显时域波形为正弦波轴心轨迹为椭圆振动相位稳定，为同步正进动频谱中能量集中于1频，有突出的峰值，高次谐波分量较小n诊断意见：

强烈振动的原因是振动不平衡n处理措施：

监护运行n生产验证在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势维持运行一个大修周期后，下次大修发现动平衡严重超标原因：

原因：

转子子库存存时间较长，转子子较重，未按重，未按规定周期定周期盘转旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例2n某52万吨/年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。

旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡CO2压缩机渐变不平衡振动特征转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例2n振动特征分析时域波形为正弦波频谱图中，以1频为主分析其矢量域图，相位有一缓慢变化n诊断意见：

故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的n处理措施：

监护运行n生产验证6个月后大修时检查到转子并不弯曲目测无结垢和腐蚀现象拆卸检查后发现一轴套内侧发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐增大旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的特征小子不平衡故障的特征小结n主要表现为径向振动n振动能量主要集中在工频的1倍频n振动幅值随转速升高而迅速增大n振动幅值不随负荷的增大而增大n同一平面X、Y方向振动相位差90n会引起地基的不均匀沉降旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的诊断转子不平衡故障的诊断n改变转速，做瀑布图旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的诊断转子不平衡故障的诊断n机器出现不平衡故障的同时，常常还伴有其他的问题，如：

不对中、松动等。

n其他类的故障也会引起工频1倍频的振动能量n在给出结论前，需要进行综合分析旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡现场动平衡技术现场动平衡技术双面平衡的布置和方法双面平衡的布置和方法幅值幅值相位相位转速转速ABIIIAB1.测原始振动测原始振动A0，B0。

2.平面平面I内加试重内加试重Q1，测得振动测得振动A1，B1。

3.计算影响系数计算影响系数4.平面平面II内加试重内加试重Q2，测得振动测得振动A2，B2。

5.计算影响系数计算影响系数6.按下式求得校正质量按下式求得校正质量P1，P2。

现场动平衡技术现场动平衡技术l现场动平衡平衡n针对整个系统的平衡n试重的方向选择n相位的测量互谱、互相关l评价某种平衡方法的原价某种平衡方法的原则n平衡精度高n平衡时，开车次数少。

n校正质量数目少，总质量小。

n测试仪器和设备较少。

n对操作者的技术水平没有过高的要求。

现场动平衡技术现场动平衡技术l利用影响系数法利用影响系数法进行行现场平衡的影响因素平衡的影响因素n振动信号的质量测点上所测取的振动值应该是由转子不平衡所产生的，而实际信号中信号中还有其它因素有其它因素产生的振生的振动响响应。

测量时应尽量保证振动信号的质量，包括选择对不平衡振动敏感点及采用滤波排噪等方法。

n转子的刚性程度实际转子不可能是绝对的刚性的，而柔性的存在会使柔性的存在会使转子子在不同在不同转速下具有不同的不平衡状速下具有不同的不平衡状态，这样会因加试重时转速的不一致等因素，而使所求得影响系数具有误差n系统的线性程度若不平衡质量与振动值之间的线性关系性关系较差差，则不容易确定试重与测点振动值之间的对应程度，而且振动值的相位关系对非线性反应更为灵敏。

不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l造成不对中的原因造成不对中的原因n安装误差n管道应变影响n温度变化热变形n基础沉降不均l危害危害n滚动轴承振动噪声过度磨损“卡死”n滑动轴承油膜承载失稳半速涡动油膜振荡严重时油膜破裂而烧损轴瓦旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中不不对中的危害中的危害-热像像图30,000out平行10,000/inchout角1,000/inchout角不对中62F105F0对中不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l据美国据美国MONSANTO石化公司统计，旋转机械故障的石化公司统计，旋转机械故障的5060%是由转子不对中引起的。

是由转子不对中引起的。

l转子不对中的类型转子不对中的类型n轴承不对中：

轴颈在轴承中偏斜n轴系不对中：

各转子不处在同一直线上平行不对中：

轴线平行位移角度不对中：

轴线交叉成一角度综合不对中：

轴线位移且交叉旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中e（a）平行不对中（b）角度不对中（c）综合不对中不对中故障机理不对中故障机理l齿式联轴器平行不对中齿式联轴器平行不对中不对中故障机理不对中故障机理l齿式联轴器平行不对中齿式联轴器平行不对中不对中故障机理不对中故障机理l刚性联轴器平行不对中刚性联轴器平行不对中n两半联轴节旋转时，在螺栓力作用下有把偏移的两轴中心拉到一起的趋