故障诊断的转子系统状态监测与故障诊断技术.pptx

机械设备中大部分都是旋转机械，它覆盖着动力、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，其工况状态不仅影响该机器设备本身的运行，而且还会对后续生产造成损失，严重时将会对国民经济造成重大损失，甚至导致机毁人亡事故。为保证机组安全运行，降低机组维修费用和提高机组利用率，大型旋转机械的状态监视与故障诊断的研究就越来越受到研究者和工业部门的重视。转子系统状态监测与故障诊断技术第1页/共77页机械故障的主要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热膨胀量计算不准，导致热态对中不良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转子系统状态监测与故障诊断技术第2页/共77页安装、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转子系统状态监测与故障诊断技术第3页/共77页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，机器壳体变形转子系统状态监测与故障诊断技术第4页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子系统分为刚性转子和柔性转子。转动频率低于转子一阶固有频率的转子为刚性转子，如电动机、中小型离心式风机等。转动频率高于转子一阶固有频率的转子为柔性转子，如燃气轮机转子。刚性转子：n0.75 nc1柔性转子：1.4 nc1 n 0.7 nc2式中，nc1、nc2分别为轴系的一阶、二阶临界转速。转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关。转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1，比之大的依次叫做二阶临界转速nc2、三阶临界转速nc3。工程上有实际意义的主要是前几阶，过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。柔性系统的分类第5页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术由于柔性转子在高于其一阶固有频率的转速下工作，所以在起、停车过程中，它必定要通过该固有频率这个位置。当转速达到一阶临界转速时，机组将因共振而发生强烈的振动。共振点是一个临界点，因此，机组发生共振时的转速也被称之为临界转速。当低于或高于固有频率转速下运转时，机组的振动是一般的强迫振动，幅值都不会太大。柔性转子的临界转速第6页/共77页数据采集与处理系统速度传感器涡流传感器测量与适调线路基频检测仪相位脉冲信号多通道磁带记录仪频谱分析仪示波器X-Y记录仪打印机数字绘图仪X-Y记录仪转子系统常见振动监测方法第7页/共77页监测参数及分析方法振幅：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：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要有工频（1X）、半倍频（0.5X）和二倍频（2X）等频率：描述机器振动状态的十分重要的特征量相位：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：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）：转子与静子之间轴向间隙的变化值对中度：轴系转子之间的连接对中程度温度：轴瓦温度反映轴承运行情况润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况转子系统状态监测与故障诊断技术第8页/共77页频带区域主要异常振动原因异常振动的特征低频不平衡由于旋转体轴心周围的质量分布不均，振动频率一般与旋转频率相同不对中当两根旋转轴联轴节联接有偏移时，振动频率一般为旋转频率或高频轴弯曲因旋转轴自身的弯曲变形而引起的振动，一般发生在旋转频率的高次成分松动因基础螺栓松动或轴承磨损而引起的振动，一般发生在旋转频率的高次成分油膜振荡在滑动轴承作强制润滑的旋转体中产生，振动频率为旋转频率的l/2倍左右中频压力脉动发生在水泵、风机的压力发生机构和叶轮中，每当流体通过涡旋转壳体时发生压力变动，如压力发生机构产生异常时，则压力脉动发生变化干扰振动多发生在轴流式或离心式压缩机上；涡轮运行时在动静叶片间因叶轮和扩散器、喷嘴等干扰而发生的振动高频空穴作用在流体机械中，由于局部压力下降而产生气泡，到达高压部分时气泡破裂，通常会发生随机高频振动和噪声流体振动在流体机械中，由于压力发生机构和密封件的异常而发生的一种涡流也会产生随机的高频振动和噪声转子系统的异常振动类型及其特征第9页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜涡动与油膜振荡油膜涡动柔性转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使轴承油膜合力与载荷不能平衡，就会引起油膜涡动。当系统具有正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。油膜振荡当系统具有负阻尼时，油膜涡动就会发展为油膜振荡。油膜涡动与油膜振荡都是油膜承载压力波动的反映，表现为轴的振动。第10页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术液体动压轴承 动压轴承是在轴旋转时，油被带入轴与轴承间所形成的楔形间隙中，由于间隙逐渐变窄，使压强升高，将轴浮起而形成油楔，以承受载荷。其承载能力与滑动表面的线速度成正比，低速时承载能力很低。故动压轴承只适用于速度很高、且速度变化不大的场合。第11页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第12页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第13页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第14页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第15页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜涡动与油膜振荡的发生条件 只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。在半润滑轴 承上不发生。油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。第16页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜涡动与油膜振荡的信号特征 油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持=（0.420.48）fn，又称为半速涡动。伴随着转子旋转频率（即转速n）的不断上升，油膜涡动的涡动频率也不断上升。当转速n上升到转子一阶临界转速的二倍附近时，也就是说当油膜涡动的频率等于转子轴承系统的一阶固有频率时，转子轴承系统将发生强烈的共振，这就是所说的油膜振荡。油膜振荡发生后，即使转速继续上升，但涡动频率却不再上升，仍为一阶固有频率，不再改变。即油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附近，不随转速变化。两者的振动随油温变化明显。油膜振荡具有严重性、突发性、有时会发出间断吼叫声等特点。第17页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜涡动的振动特征 1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向0.51较稳定径向稳定双环椭圆正进动油膜涡动的敏感参数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显明显不变不变涡动频率随工作角频率升降，保持0.5第18页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜振荡的振动特征 1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向0.5组合不稳定径向不稳定（突变）扩散不规则正进动第19页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜振荡的敏感参数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法振动发生后，升高转速，振动不变不明显明显不变不变工作角频率时突然发生；振动强烈，有低沉吼叫声；振荡发生前发生油膜涡动；异常振动有非线性特征第20页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术油膜涡动与油膜振荡的振动特点 油膜涡动的轴心轨迹是由基频(1)与半速涡动频率(0.5)叠加成的双椭圆，较稳定。油膜振荡是自激振荡，维持振动的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变。（4）消除措施 设计时使转子避开油膜共振区；增大轴承比压，减小承压面；减小轴承间隙；控制轴瓦预负荷，降低供油压力；选用抗振性好的轴承结构；适当调整润滑油温；从多方面分析并消除产生的因素。第21页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第22页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第23页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第24页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子的不平衡旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心存在一定程度的偏心距。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。当偏心距较大时，静态下，偏心力矩大于摩擦阻力矩，称之为静不平衡。静不平衡的转子，由于偏心距e较大，表现出强烈的动不平衡振动。当偏心距较小时，在转子旋转时，产生一个与转动频率同步的离心力F=MeF=Me2 2，从而激发转子的振动。这种现象称之为动不平衡。第25页/共77页2F =me 转子系统状态监测与故障诊断技术第26页/共77页转子不平衡的轴心轨迹转子系统状态监测与故障诊断技术第27页/共77页转子不平衡故障谱图转子系统状态监测与故障诊断技术第28页/共77页转子不平衡故障的Bode图转子系统状态监测与故障诊断技术第29页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术不平衡故障的信号特征 时域波形为近似的等幅正弦波。轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，这是因为轴承座及 基础的水平刚度与垂直刚度不同所造成。频谱图上以转子转动频率处的振幅为主。三维全息图中，转频振幅椭圆较大，其他成份较小。敏感参数特征 振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与转速是 平方指数关系。当转子上的部件破损时，振幅突然变大。第30页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术参 数性 质振动方向(a)以径向为主，因轴承的构造容易产生水平方向的振动(b)悬伸式机械的轴向振幅与径向相同发生频率特征与旋转频率一致相位变化经常保持一定角度(与旋转标记同步)振摆旋转方向振动形态转速降低的同时位移量趋近于零(共振范围除外)不平衡振动的某些特征第31页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向1稳定径向稳定椭圆正进动转子质量偏心的振动特征 转子质量偏心的敏感参数 123456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变低速时振幅趋于零第32页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子部件缺损的振动特征 转子缺损部件的敏感参数 1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向1突发性增大后稳定径向突变后稳定椭圆正进动133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显不变不变不变振幅突然增加第33页/共77页频谱中能量集中于1频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。转子系统状态监测与故障诊断技术例：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；第34页/共77页原因分析：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，初步断定是转子动平衡不良造成的。处理措施：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，经研究决定，监护运行。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（18个月）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。转子系统状态监测与故障诊断技术第35页/共77页例：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。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以1频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。如图所示。转子系统状态监测与故障诊断技术第36页/共77页诊断意见：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，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的。处理措施：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定利用在线监测系统监护其运行，待大修时再做处理。生产验证：6个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间检查，转子并不弯曲；目测检查，无结垢和腐蚀现象。但送专业厂拆卸检查后发现，一轴套内侧（不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增大。转子系统状态监测与故障诊断技术第37页/共77页例：质量不平衡3#轴承负荷增加，振动增加第38页/共77页初步判断：()在现场安装发动机侧靠背轮时，靠背轮采用冷装方法安装，紧力不够，当转速升高时，紧力消失，在靠背轮处产生不平衡力，两转子的对中性也产生变化，随着转速升高及负荷增大,该处轴振动幅值明显增大。()3#轴瓦瓦枕与轴承间配合为间隙配合，没有紧力，对振动起放大作用为逐步排除可能原因，按设备制造厂的技术要求对靠背轮进行热装；重新调整瓦枕与轴承配合情况，使它们之间有30m 的紧力。3#轴承振动与负荷无关，但随转速增加而增加第39页/共77页3#轴承垂直振动能量同频占主导，是由于发电机侧靠背轮处存在质量不平衡产生的离心力造成的。原因：(1)汽轮机生产厂家提供的联轴器与联接螺钉没有相对应的安装编号，联接螺钉没有与汽轮机转子、联轴器一起做动平衡。(2)发电机侧联轴器是在安装现场热装在发电机转子上，没与发电机转子一起做高速动平衡，热套后存在不平衡质量。（e）第40页/共77页125MW汽轮机轴系图机组大修后第一次试运行，当转速升到1500rpm 时轴系中2，3，7，轴承振动值严重超标，被迫打闸停机在分析轴系振动查找故障时，部分人认为这种振动可能是轴系中个别转子处在第一阶临界转速范围，如果增加升速率快速冲过临界转速区域可能使轴承振幅值降到合格范围，第二次启机试运，当转速升到1700rpm 时，3#瓦振幅值已达到123m，因振动值严重超标第二次又被迫打闸停机例：质量不平衡第41页/共77页第42页/共77页通过振动特征分析认为低压转子振动是由于转子存在过大的不平衡量，导致转子在高速旋转时将产生较大的变形，如果机组动静间隙偏小，将会引起摩擦，又将导致振动值不稳定，加剧了振幅值的增大。几次试运在转速不变的情况下，3#瓦振动幅值由40m 升到62m。当转速由1600rpm 升到2200rpm 时振幅值直线上升，并迅速升到144m，从升速过程中振幅值逐渐增大的现象和振动频率基本为工频，振动幅值随转速突变的特点可以认为这是由不稳定干扰力引起的强迫振动。从2#，3#瓦振动相位分析，振动是同相力为主，因而振动是由于低压转子一阶不平衡过大。励磁机7#瓦振动过大的原因经分析主要是轴承座动刚度偏低，在激振力不变的条件下，增大轴承支承刚度可降低轴承振幅。第43页/共77页第44页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子与联轴节的不对中转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中。轴承不对中本身不引起振动，所以一般情况下，转子不对中都是指轴系不对中，故障原因在联轴节处。第45页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术 转子系统机械故障的60%是由不对中引起的。具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴的挠曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。第46页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术引起轴系不对中的原因：安装施工中对中超差；冷态对中时没有正确估计各个转子中心线的热态升高 量，工作时出现主动转子与从动转子之间产生动态对 中不良；轴承座热膨胀不均匀；机壳变形或移位；地基不均匀下沉；转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障。第47页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术轴系不对中可分为三种情况 轴线平行不对中 轴线交叉不对中 轴线综合不对中第48页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术在实际情况中，都存在着综合不对中。只是其中平行不对中和交叉不对中所占的比重不同而已。由于两半联轴节存在不对中，因而产生了附加的弯曲力。随着转动，这个附加弯曲力的方向和作用点也被强迫发生改变，从而激发出转频的2倍、4倍等偶数倍频的振动。其主要激振量以2倍频为主，某些情况下4倍频的激振量也占有较高的份量。更高倍频的成份因所占比重很少，通常显示不出来。第49页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术轴系不对中故障特征：时域波形在基频正弦波上附加了2倍频的谐波。轴心轨迹图呈香蕉形或8字形。频谱特征：主要表现为径向2倍频、4倍频振动成份，有角度不对中时，还伴随着以回转频率的轴向振动。在全息图中2、4倍频椭圆较扁，并且两者的长轴近似 垂直。第50页/共77页项 目性 质振动方向易发生轴向振动，如轴向振动在径向振动的50以上，则存在不对中发生频率在普通的联轴节上以1X、2X为主体，激烈时则发生3X相位变化经常保持一定角度(同步)振动形态与转速降低无关，位移或者一定，或者增加，不趋近于零不对中轴振动的某些特征转子系统状态监测与故障诊断技术第51页/共77页转子不对中的振动特征 转子系统状态监测与故障诊断技术1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向21、3稳定径向、轴向较稳定双环椭圆正进动转子不对中的敏感参数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显明显有影响有影响有影响转子轴向振动较大；联轴器相邻轴承处振动较大；随机器负荷增加，振动增大；对环境温度变化敏感第52页/共77页不对中轴心轨迹转子系统状态监测与故障诊断技术第53页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术不对中故障甄别：不对中的谱特征和横向裂纹的谱特征类似，均以两倍频为主，二者的区分主要是振动幅值的稳定性，不对中振动比较稳定。不对中二倍频全息谱为较扁椭圆。轴横向裂纹则是二倍频全息谱比较圆。带滚动轴承和齿轮箱的机组，不对中故障可能引发出通过频率或啮合频率的高频振动。如果高频振动在轴向上占优势，而联轴器相联的部位轴向工频亦相应较大，则齿轮振动可能只是不对中故障所产生的过大的轴向力的响应。轴向工频有可能是角度不对中，也有可能是轴承不对中。一般情况，角度不对中，轴向工频振值比径向为大，而轴 承不对中正好相反，因为后者是由不平衡引起，它只是对不平衡力的一种响应。第54页/共77页例1X2X1X2X左图是一台水泵的谱图，图中2X处有峰值，存在某种程度的不对中。检查发现不对中量达0.254mm。找正后谱图（右图）2x处的幅值已明显变小，机组运行相当平稳。说明：（1）两次测量结果，1X处的幅值无明显变化，而2X处幅值变化很大，这正是不对中故障的典型频谱特征。（2）在2X附近有两个谱峰，一个在7100rmin处，为水泵的二倍轴频谱；另一个在7200rmin处，它是电机定子绕组中电气故障引起的。转子系统状态监测与故障诊断技术第55页/共77页例：某厂一台透平压缩机组整体布置如图。机组年度检修时，除正常检查、调整工作外，还更换了连接压缩机高压缸和低压缸之间的联轴器的连接螺栓，对轴系的转子对中情况进行了调整等检修后启动机组透平和压缩机低压缸运行正常，而压缩机高压缸振动较大（在允许范围内）；机组运行一周后压缩机高压缸振动突然加剧，测点4、5的径向振动增大，其中测点5振动值增加两倍，测点6的轴向振动加大，透平和压缩机低压缸的振动无明显变化；机组运行两周后，高压缸测点5的振动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈，危及生产。转子系统状态监测与故障诊断技术第56页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第57页/共77页诊断意见：压缩机高压缸与低压缸之间转子对中不良，联轴器发生故障，必须紧急停机检修。生产验证：检修人员做好准备工作后，操作人员按正常停机处理。根据诊断结论，重点对机组联轴器局部解体检查发现，连接压缩机高压缸与低压缸之间的联轴器（半刚性联轴器）固定法兰与内齿套的连接螺栓已断掉三只。复查转子对中情况，发现对中严重超差，不对中量大于设计要求16倍。同时发现连接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求，螺纹根部应力集中，且热处理后未进行正火处理，金相组织为淬火马氏体，螺栓在拉应力作用下脆性断裂。转子系统状态监测与故障诊断技术第58页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴弯曲故障DDDDDDDDb)a)联轴节精度不良引起的初始弯曲a)端面偏摆 b)径向偏摆 DDDDDDDD第59页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子弯曲有永久性弯曲和暂时性弯曲两种情况。永久性弯曲是指转子轴呈弓形。造成永久弯曲的原因有设计制造缺陷(转轴结构不合理、材质性能不均匀)、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷所致。临时性弯曲指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快等致使转子热变形不均匀等。轴弯曲产生与质量偏心类似的激振力，与质心偏离不同点是轴弯曲会使轴两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。第60页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴弯曲故障的振动信号特征：（轴弯曲故障的振动信号与不平衡基本相同。）时域波形为近似的等幅正弦波；轴心轨迹为一个比较稳定的圆威偏心率较小的椭圆，由于轴弯曲常陪伴某种程度的轴瓦摩擦，故轨迹有时 会有摩擦的特征；频谱成份以转频为主，伴有高次谐波成份。与不平衡 故障的区别在于：弯曲在轴向方面产生较大的振动。第61页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴横向裂纹转轴横向裂纹的振动响应与所在的位置、裂纹深度及受力的情况等因素有极大的关系，因此所表现出的形式也是多样的。在一般情况下，转轴每转一周，裂纹总会发生张合。转轴的刚度不对称，从而引发非线性振动，能识别的振动主要是1X、2X、3X倍频分量。第62页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴横向裂纹的振动信号特征：振动出现旋转频率的l、2、3 等高倍分量，随裂纹扩展，刚度进一步下降，l、2等频率幅值随之增大，相位角则发生不规则波动，与不平衡相角稳定有差别。开停机过程中，会出现分频共振，即转子在经过12、13临界转速时，由于相应的高倍频(2、3)正好与临界转速重合，振动响应会出现峰值。裂纹的扩展速度随深度的增大而加速，相应的l、21的振动也会随裂纹扩展而快速上升，同时1、2相位角出现异常波动。全息谱表现为2椭圆，与不对中的扁圆有明显的差别。第63页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴具有横向裂纹的振动特征 1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向半临界点的22、3等高频谐波不稳定径向、轴向不规则变化双椭圆或不规则正进动第64页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转轴具有横向裂纹的敏感参数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法变化不规则变化不变不变不变非线性振动特征。过般临界点2谐波有共振峰值第65页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术连接松动故障连接松动使连接刚度下降，这是松动振动异常的基本原因。1)当轴承套与轴承座配合具有较大间隙或紧固力不足时，轴承套受转子离心力作用，沿圆周方向发生周期性变形，改变轴承的几何参数，进而影响油膜的稳定性。2)当轴承座螺栓紧固不牢时，由于结合面上存在间隙，使系统发生不连续的位移。上述两顶因素的改变，都属于非线性刚度改变，变化程度与激振力相联系，因而使松动振动显示出非线性特征。松动的典型特征是产生2及3、4、5等高倍频的振动。第66页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术 连接松动故障的振动特征：轴心轨迹混乱，重心飘移。频谱图中，具有3、5、7等高阶奇次倍频分量，也有偶次分量。松动方向的振幅大。当高次谐波的振幅值大于转频振幅的1/2 时，应怀疑有松动故障。第67页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术第68页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子支承系统联接松动的振动特征 1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向基频及分数谐波2、3不稳定。工作转速达到某阈值时，振幅突然增大或减小松动方向振动大不稳定紊乱正进动转子支承系统联接松动的敏感参数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法很敏感敏感不变不变不变非线性振动特征第69页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术碰摩故障动静件之间的轻微摩擦，开始时故障症状可能并不十分明显，当动静碰摩发展到一定程度后，机组将发生碰撞式大面积摩擦。动静碰摩是当间隙过小时发生动静件接触再弹开，改变构件的动态刚度，产生一个切向的摩擦力，使转子产生涡动。由于碰摩力是不稳定的接触正压力，时间上和空间位置上都是变化的，因而摩擦力具有明显的非线性特征(一般表现为丰富的超谐波)。因此，动静碰摩与松动相比，振动成分的周期性相对较弱，而非线性更为突出。第70页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术碰摩故障的振动特征：1)时域波形存在“削顶”现象，或振动远离平衡位置时出现高频小幅振荡。2)频谱上除转子工频外，还存在非常丰富的高次谐波成分。3)严重摩擦时，还会出现12、l3、1/N等精确的分频成分(经常出现在轴瓦磨损时)。4)全息谱上出现较多、较大的高频椭圆，且偏心率较大。5)提纯轴心轨迹(1、2、3、4合成)存在“尖角”。6)轴瓦磨损时，还伴有轴瓦温度升高、油温上升等特征，气封摩擦时，在机组起停过程中，可听到金属摩擦时的铉声。7)轴瓦磨损时，对润滑油样进行铁谱分析，可发现相应特征变化。第71页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子与静止件径向摩擦的振动特征 1234567特征频率常伴频率 振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向高次谐波、低次谐波及其组合谐波1不稳径向连续摩擦时:反向位移、跳动、突变；局部摩擦时:反向位移连续摩擦时:扩散；局部摩擦时:紊乱连续摩擦时:反进动；局部摩擦时:正进动第72页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术转子与静止件径向摩擦的敏感系数 133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法不明显不明显不变不变不变时域波形严重削波第73页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术碰摩故障的故障甄别：1)由于故障机理与松动类似，两者不容易加以区分。据现场经验，松动时以高次谐波为特征，摩擦时以分谐波为特征。另外，松动振动来源于不平衡力，故松动振动随转速变化比较明显，碰摩受间隙大小控制，与转速关系不甚密切。在波形表现形式上，摩擦常可见到削顶波形，松动则不存在削顶问题。2)局部碰摩与全弧碰摩的区分。全弧碰摩分频明显，超谐波消失，局部轻摩擦很少有分频出现，谐波幅值小但阶次多，局部严重摩擦介于两者之间，有分频也有低次谐波，且谐波幅值比基频还大。基频则由未碰撞前的较大值变为较小值。在轨迹上，局部摩擦轨迹乱而不放大，正进动；连续全弧摩擦则随时间逐渐扩散，进动方向为反进动。第74页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术喘振故障喘振是一种很危险的振动，常常导致设备内部密封件、叶轮导流扳、轴承等损坏，甚至导致转子弯曲、联轴器及齿轮箱等机构损坏。喘振是压缩机组严重失速和管网相互作用的结果。它既可以是管网负荷急剧变化所引起，也可以是压缩机工作状况变化所引起。产生出一种低频率高振幅的压力脉动一种低频率高振幅的压力脉动，造成机组强烈振动。喘振是压力波在管网和压缩机之间来回振荡的现象，其强度和频率不但和压缩机中严重的旋转脱离有关，还和管网容量有关；管网容量越大，则喘振振幅愈大，频率愈管网容量越大，则喘振振幅愈大，频率愈低低；管网容量小，则喘振振幅小，喘振频率也较高，一般为0.520Hz。第75页/共77页转子系统状态监测与故障诊断技术其它参见：振动故障诊断要点汇总其它参见：振动故障诊断要点汇总第76页/共77页感谢您的观看。第77页/共77页