转子系统状态监测与故障诊断技术PPT文件格式下载.ppt

1、1、机械故障的主要原因、机械故障的主要原因 设计原因设计原因 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，应力集中结构不合理，应力集中 设计工作转速接近或落人临界转速区设计工作转速接近或落人临界转速区 热膨胀量计算不准，导致热态对中不良热膨胀量计算不准，导致热态对中不良 制造原因制造原因 零部件加工制造不良，精度不够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转子动平衡不符合技术要求 安装、维修安装、维修机械安装不当，零部件错位，预负荷大机械安装

2、不当，零部件错位，预负荷大轴系对中不良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未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度 操作运行操作运行过程过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，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运行工况不正常机器在超转

3、速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性机器在超转速、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运行点接近或落入临界转速区润滑或冷却不良润滑或冷却不良转子局部损坏或结垢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或在临界区停留时间过久 机器劣化机器劣化长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化转子局部损坏、脱落或产生裂纹转子局部损坏、脱落或产生裂纹零部件磨损、点蚀或腐蚀等零部件磨损、点蚀或腐蚀等配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性配合面受力劣化

4、，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度质和精度机器基础沉降不均匀，机器壳体变形机器基础沉降不均匀，机器壳体变形2 2、周期振动的定义：、周期振动的定义：周期函数可以展开为傅里叶级数周期函数可以展开为傅里叶级数第第1项为均值或直流分量项为均值或直流分量第第2项为基本振动（基频振动、工频振动）或基波，记为项为基本振动（基频振动、工频振动）或基波，记为1x第第3项以下总称为高次谐波振动，项以下总称为高次谐波振动，2x，3x，nx 两个方向互相垂直的简谐振动的合成两个方向互相垂直的简谐振动的合成3 3、监测参数及分析方法、监测参数及分析方法振幅振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示

5、：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示分频振动分频振动：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要有：旋转机械主要有 工工频（频（1X1X）、）、半倍频（半倍频（0.5X0.5X）和二倍频（和二倍频（2X2X）等等频率频率：描述机器振动状态的十分重要的特征量：描述机器振动状态的十分重要的特征量相位相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义轴心位置轴心位置：稳定情况轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置：稳定情况轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置轴向位置（差胀）轴向位置（差胀）：转子与静子之间轴向间隙的变化值：转子与静子之间轴向间隙的变化

6、值对中度对中度：轴系转子之间的连接对中程度：轴系转子之间的连接对中程度温度温度：轴瓦温度反映轴承运行情况：轴瓦温度反映轴承运行情况润滑油压润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况：反映滑动轴承油膜的建立情况 涡涡流流传传感感器器的的安安装装相位测量相位：基频信号相对于转轴上某一确定标记的相位差。相位的测量轴振动对应的高点轴振动对应的高点H相位参考标记相位参考标记随机振动时历曲线脉冲宽度对相位的影响脉冲宽度对相位的影响波特图（波特图（Bode plot）从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的振幅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、转子系统和相位

7、、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。确定转子系统的各阶振型。极坐标图极坐标图-是振动矢量端点轨迹，是由实际响应的是振动矢量端点轨迹，是由实际响应的1x1x幅值与相位绘制的幅值与相位绘制的 轴轴心心位位置置图图 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。通过轴心位置图可判断轴颈是否处于轴承中心的稳态位置。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、轴瓦有否变形等正常位

8、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摩损等情况，从长时间轴心位置的趋势可观察出轴承的摩损等 轴心轨迹在同一个截轴心轨迹在同一个截面上两个涡流传感器所拾面上两个涡流传感器所拾取的振动信号合成。它表取的振动信号合成。它表征转子轴心在一个支承截征转子轴心在一个支承截面内的运动轨迹。面内的运动轨迹。表征轴颈在轴瓦中转表征轴颈在轴瓦中转动时轴心涡动轨迹动时轴心涡动轨迹 基频基频（1X）幅值的测量幅值的测量-通常由一台具有滤波功能的仪器完成通常由一台具有滤波功能的仪器完成滤波前后的波形及轴心轨迹滤波前后的波形及轴心轨迹 转子系统的异常振动类型及其特征转子

9、系统的异常振动类型及其特征 频谱比较频谱比较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瀑布图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瀑布图瀑布图 利用利用FFTFFT频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次分析分析（Order Tracking）（Order Tracking），以便进一步了解振动的构成，以便进一步了解振动的构成原因。原因。趋势分析趋势分析 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。特征数据值和预报值按

10、一定的时间顺序排列起来进行分析。可以是通频振动、可以是通频振动、1 1X X振幅、振幅、2 2X X振幅、振幅、0.50.5X X振幅、轴心位置等振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等。，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等。相相对对轴轴位位移移相相对对轴轴膨膨胀胀5 5、转子系统主要故障及其诊断、转子系统主要故障及其诊断5.1 不平衡振动不平衡振动：由于设计、制造、安装中转子由于设计、制造、安装中转子材质不均匀、结构不对称材质不均匀、结构不对称、加工和装配加工和装配误差误差等原因和由于机器运行时等原因和由于机器运行时结垢、热弯曲、零结垢、热弯曲、零部件脱落、电磁干

11、扰力部件脱落、电磁干扰力等原因而产生质量偏心。转子旋转时，等原因而产生质量偏心。转子旋转时，质量不平衡将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。质量不平衡将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。不平衡振动的特征不平衡振动的特征 转子的质量不平衡所产生的离心力始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，也称为工频转子的转速频率，也称为工频（即工作频率即工作频率），在频谱分析时，在频谱分析时，首先要找的就是首先要找的就是工频工频成分。其特征有：成分。不平衡振动的某些特征不平衡振动的某

12、些特征转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡故障谱图转子不平衡故障谱图转子不平衡故障的转子不平衡故障的BodeBode图图例：例：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。主要振动特征，如图所示：正常运行。由图可见：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；频谱中能量集中于频谱中能量集中于1频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。频，有突出的峰值

13、，高次谐波分量较小。原因分析原因分析：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子动平衡不良造成的。动平衡不良造成的。处理措施处理措施：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研究决定，监护运行。究决定，监护运行。生产验证生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势：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

14、行一个大修周期（稳定，没有增大的趋势。维持运行一个大修周期（18个个月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动平衡严重超标。平衡严重超标。例例：某：某5252万吨年尿素装置万吨年尿素装置CO2CO2压缩机组低压缸转子，大修后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。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以趋势。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以1 1频为主，分频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。如图所示：析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。诊断意见诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，照不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道是由于转