旋转机械的状态监测与故障诊断.pptx

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1、主要内容主要内容1 1 转子系统振动故障诊断转子系统振动故障诊断2 2 齿轮箱故障诊断齿轮箱故障诊断3 3 滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断第1页/共113页6.1 转子系统振动故障诊断旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械振动评定标准旋转机械振动故障分析常用方法转子系统主要故障及其诊断第2页/共113页6.1 转子系统振动故障诊断 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。旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十

2、到几万、几十万转。第3页/共113页6.1 转子系统振动故障诊断 旋转机械的故障诊断，是在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。第4页/共113页6.1 转子系统振动故障诊断旋转机械的核心-转子系统（转轴组件），它包括：转子（轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器）；滑动轴承、滚动轴承；支座（定子、机座）；密封、密封装置。第5页/共113页1）转子系统的振动分类：横向振动-振动发生在包括转轴的横向xoy平面内，大多数故障所激发的振动为此类振动

3、；轴向振动-振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障如不对中将会激发轴向 振动；扭转振动-沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴将会产生扭振。yxz0最简单的转子系统最简单的转子系统第6页/共113页2）系统分类以临界转速分类 刚性转子系统-工作转速在一阶临界转速以下的系统：一阶临界转速：转子系统有多个自振频率，当转速逐渐增大到横向振动的一阶自振频率时，将发生一阶共振，所对应的转速称为一阶临界转速。判别依据：一般工作频率100Hz的机械系统属于柔性转子系统。振动特点：振动频率（自激振动）工作频率，并与一阶横向自振频率有关。自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而产生的共振现象，在设备诊断

4、中又称为亚同步振动。一般采用滑动轴承。第8页/共113页两种系统振动特点比较强迫振动（刚性系统）强迫振动（刚性系统）自激振动（柔性系统）自激振动（柔性系统）激振原因激振原因由于外部激振力由于外部激振力或激振位移引起的或激振位移引起的在振动过程中，由于系统内部有能量在振动过程中，由于系统内部有能量输入而引起的。输入而引起的。频率与工作频率与工作频率的关系频率的关系振动频率与工作频率同步振动频率与工作频率同步振动频率一般低于工频振动频率一般低于工频频率与转速频率与转速变化的关系变化的关系振动频率随转速之变化而变化，振动频率随转速之变化而变化，显比例关系。显比例关系。振动频率在一定范围内可能存在某种

5、振动频率在一定范围内可能存在某种比例关系，但超过一定范围后则主要比例关系，但超过一定范围后则主要与转子的一阶自振频率有关与转子的一阶自振频率有关振幅与转速振幅与转速变化的关系变化的关系振幅随转速之增加而增加，达到振幅随转速之增加而增加，达到临界转速时振幅出现峰值，然后临界转速时振幅出现峰值，然后则随转速之增加而减小，趋于某则随转速之增加而减小，趋于某定值。定值。随转速的变化振幅有突发变化的可能随转速的变化振幅有突发变化的可能（增大或减小）（增大或减小）第9页/共113页3）故障分类旋转机械故障分类第10页/共113页1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态

6、特征参数1、振幅 2、振动频率3、相位 4、转速5、时域波形 6、轴心轨迹7、轴向位置（轴位移）第11页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试1、振幅 振幅是描述设备振动大小的一个重要参数。运行正常的设备，其振动幅值通常稳定在一个允许的范围内，如果振幅发生了变化，便意味着设备的状态有了改变。因此对振幅的监测可以用来判断设备的运行状态。振幅可以分为位移振幅、速度振幅、加速度振幅。在旋转机械状态监测实际应用中，位移振幅通常用双振幅，即峰-峰值（P-P值）来表示；速度振幅通常用单振幅有效值，即振动烈度（Vrms）来表示；加速度振幅通常用最大单峰值来表示。第12页/共113页1 旋转机械的状态特

7、征参数与测试2振动频率 振动频率可分为基频（周期的倒数）和倍频（各次谐波频率），它是描述机器状态的另一个特征参量，也是测量和分析的主要参数。因为特定的振动频率往往对应一定的故障，所以对振动频率的监测和分析在评定设备状态过程中是必不可少的。在旋转机械中，振动频率多以转子转速的整数倍或分数倍形式出现，因此振动频率除了可表示为每分钟的周期数（r/min）或每秒钟的周期数(Hz)表示外，还可以简单地表示为转速的整数倍或分数倍。第13页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试3相位 许多设备故障单从幅值谱图上判断是不易区分的，这时需要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。例如，对于转子临时弓形

8、弯曲、转子缺损和滑动轴承故障，其频谱都以一倍频为主，不易区分。如果进一步对其相位进行监测分析，则可以比较容易地将它们区分开：转子临时弓形弯曲时相位比较稳定地变化；转子缺损时相位会发生突变，然后保持稳定；轴承故障时相位在一定范围内不稳定地变化。第14页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试4转速 旋转机械的转速变化与设备的运行状态有着非常密切的关系，它不仅表明了设备的负荷，而且当设备发生故障时，通常转速也会有相应的变化。例如：当离心式压缩机组发生喘振时，转速会有大幅度的波动；当转子与静止件发生碰磨时，转速也会表现得不稳定。因此，转速通常是设备状态监测与故障诊断中比较重要的参数。第15页/共

9、113页旋转机械的振动检测 大型旋转设备发生故障时，转子振动的变化比轴承座要敏感，其振动信息更为直接、有效。对于轴承和齿轮等零部件的故障，轴系的振动反映也明显得多。因此在对旋转机械进行振动检测时，测量转子振动是首选，但在不具备条件时也可以测量外壳或轴承座的振动情况。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第16页/共113页1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试测点数量与布置 原则：通过对整个机组结构特性的全面了解和认真分析，以最少的传感器，最灵敏地测出整个机组系统的工况。注意：对于在机壳（轴承座）上的振动测量，测点的选择应考虑环境因素，避免选

10、择高温、高湿度、出风口和温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证测量的有效性。注意：为降低系统成本，对于高频的随机振动和冲击振动可以只确定一个方向为测量点。但对于低频段的确定性振动（常为低频振动）必须同时测量水平和垂直两个方向，有条件时还应增加轴向测点。第17页/共113页1）轴的径向振动测量 测量轴颈的径向振动通常是在一个平面内相互垂直的两个方向分别安装一个传感器。第18页/共113页2）机壳（轴承座）的振动测量 测量点应尽量靠近轴承的承载区，与被监测的转动部分最好只有一个界面，尽可能避免多层相隔，使振动信号在传递过程中减少中间环节和衰减量。测量点必须有足够的刚度，轴承座底部和侧面往往是较好的测

11、量点。第19页/共113页3）旋转机械振动相位检测 是指基频（以转子转速为频率）信号相对于转轴上某一确定相位标志之间的相位差。这样定义是因为旋转机械的许多故障都与基频有关。确定标记在工程上通常是键相槽位置，而检测键相槽位置所用的传感器是电涡流传感器，因此而被称为“键相位传感器”。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第20页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试键相位传感器的安装 键相位信号是通过对键相标记（即在被测轴上设置的一个凹槽或凸键）测量得到的，当这个凹槽或凸键转到探头安装位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号。轴每转一圈，就会产生

12、一个脉冲信号，通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，也可用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。凹槽或凸键要足够大，以保证产生的脉冲峰值不小于5V。一般若采用8mm探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm，深度或高度应大于1.5mm，长度应大于10mm。第21页/共113页键相位传感器的安装1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第22页/共113页相位角的定义 定义如下：如图所示，假设在轴上键槽位置为O，传感器安装位置为O，O转至与O重合时得到 一键相脉冲信号，这一脉冲信号即作为相位的参考 脉冲信号。若将任意测点经过滤波后的基频信号描绘在同一

13、时间轴上，就可以按参考脉冲信号来定出基频信号的相位。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第23页/共113页4）旋转机械的转速检测1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试 齿式轮盘测速 转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽或凸键标己或者在轴上安装一个齿轮盘使每转产生多个脉冲。第24页/共113页5）轴向位移检测 测量转子的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面以探头中心线为中心。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第25页/共113页6）轴心轨迹测试 轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转和振动

14、情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信息。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数与测试第26页/共113页正向进动（轴转向与轴心轨迹转向一致）-例如：转子不平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等均为正向进动。绝大多数为正向进动。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。1旋转机械的状态特征参数与测试第27页/共113页7）轴承温度测量 轴承温度是指示轴承状态和负荷变化的最敏感的参数，轴承温度也是一个快速、灵敏、易于测量的参数。测量径向轴承轴瓦温度的热电偶温度传感器或者热电阻温度传感器应安装在轴承下瓦块的最大负荷区，一般在旋转方向上偏

15、离中心线大约20处。1旋转机械的状态特征参数与测试第28页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试现场测试的准备步骤及测试中应注意的问题 (1)了解测试对象的原理和结构，例如，被测对象是旋转机械还是往复机械或其他机械，是滚动轴承还是滑动轴承，是否存在外来激励振动，可能出现的故障及故障反映在哪些部位，哪些参数的变化上最为敏感。(2)了解被测对象的运行状况，例如，易发故障，曾经发生过的故障履历。(3)确定满足测量的目的需要哪些数据，应对哪些参量进行测定。(4)估计被测对象的振动类型、振级和可能产生的最低和最高频率，同时根据环境条件(如温度、湿度、电磁场等)确定传感器类型及与其相配套的中间变换器

16、和显示记录仪器。第29页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试 (5)画出测试系统的工作框图及仪器的连接草图，标出所用仪器的型号和序号，以便于测试系统的安装、校准和编制测试报告。(6)标定和检测整个测试系统，特别是传感器和与其相连的前置放大器。(7)确定传感器的安装位置、方法以及安装固定件结构，评价是否会因传感器附加质量的影响对测试对象造成影响(例如：改变原有振动频率、振幅)。(8)做好测试准备，包括安装传感器、连接各仪器的连线、确认各仪器控制旋钮的位置、检查电源等。第30页/共113页1 旋转机械的状态特征参数与测试 (9)测试过程中应对测试环境做出详细记录，以便在数据分析时参考和及时

17、发现一些偶然因素。(10)在测试过程中应经常检查测试系统的“背景噪声”，在分析时再除掉这部分因素，在实测中，背景噪声至少应小于所测振动的13。也就是说，“背景噪声”至少应低于所测振级的10dB。(11)对测量数据进行处理和分析时，应查阅测试过程的原始记录，如有特殊影响因素，应采取手段消除其影响或剔除混有伪信号的数据，以保证得到正确的结果。第31页/共113页2 旋转机械振动评定标准1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准位移的峰-峰值x p-p可以从一般的测振仪中读出。用于汽轮机、压缩机初步状态评判。x(t)t0 峰-峰值的测量方法x p-p第32页/共113页1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准第3

18、3页/共113页2 旋转机械振动评定标准2）以轴承振动烈度作为评定标准第34页/共113页2）以轴承振动烈度作为评定标准第35页/共113页2 旋转机械振动评定标准3）以轴振动的位移峰峰值作为评定标准。美国石油协会标准：中小型涡轮机械轴第36页/共113页3 旋转机械振动故障分析常用方法针对旋转机械特点，有多种图形分析方法：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图趋势分析图第37页/共113页1）时域波形图波形分析法是通过观察振动波形的特征来获取诊断信息。振动波形：振动位移、速度或加速度随时间变化的曲线。第38页/共113页1）时域波形图与同步振动有关的各种故障所激发

19、的振动都属于周期函数，其基本成分是以基频（工作频率）成分为主及若干高次谐波函数再附加随机噪声所组成。x(t)to含有周期成分及随机噪声的振动波形第39页/共113页例：对曲线经平滑处理后的振动波形，如图所示。若其频率f=1/T与转子的工作频率相等，则可初步判定振动与不平衡有关。x(t)to 经平滑处理后的振动波形T第40页/共113页2）波特图 波德图是描述某一频带下振幅和相位与频率的关系曲线。第41页/共113页3）极坐标图极坐标图实质上就是振动向量图。极坐标图除了记录转子在升速或降速过程中系统幅值与相位的变化规律外，也可以描述在定速情况下，由于工作条件或负荷变化而导致的基频或其他谐波幅值与

20、相位的变化规律。第42页/共113页4）轴心轨迹图轴心轨迹-转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。放大器高通滤波器放大器高通滤波器轴心轨迹Y向涡流传感器x向涡流传感器y第43页/共113页4）轴心轨迹图 一般情况下，轴心轨迹保持稳定，一旦发生形状大小的变化或轨迹紊乱。则揭示机器设备运行状态已发生变化或进入异常。第44页/共113页5）轴心位置图第45页/共113页6）瀑布图n瀑布图是将振动信号的功率谱或幅值谱随着转速的变化叠置而成的三维谱图.它可以显示各种谐波成分谱图随着转速变化的情况。第46页/共113页机器在不同转速下的功率谱叠置成的瀑布图频率分量转速0第47页/共113页7）趋势图第4

21、8页/共113页旋转机械故障多种多样，常见故障类型包括：1、转子不平衡2、转子不对中3、转子弯曲4、油膜振荡（滑动轴承）5、动静件摩擦6、转轴裂纹3转子系统主要故障及其诊断第49页/共113页3转子系统主要故障及其诊断第50页/共113页3转子系统主要故障及其诊断第51页/共113页1、不平衡的种类 （1）原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。（2）渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时

22、间的延长而逐渐增大。（3）突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在定水平上。1）转子不平衡的故障机理与诊断第52页/共113页2、不平衡的故障机理 由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度有关，即F=me2。交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。1）转子不平衡的故障机理与诊断F（t）te c（a）转子系统MFsin ty(t)ck(b)振动模型 转子系统及其振动模型第53页/共113页设：偏心距e，转子质量M，轴刚度

23、k，阻尼系数c，转速n（r/min）,角速度=2n/60,离心力F=Me 2,分解为两方向的力为：第54页/共113页第55页/共113页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 /n 1时出现共振峰；（）-相频响应函数，表示强迫振动的相角随转速变化情况。第56页/共113页3、转子不平衡故障的主要振动特征：（1）振动的时域波形近似为正弦波。（2）频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波。1）转子不平衡的故障机理与诊断第57页/共113页 (3)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；当接近于n时，即转速接近临界转速时，发生共

24、振，振幅具有最大峰值。振动幅值对转速的变化很敏感。(4)当工作转速一定时，相位稳定。(5)从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。1）转子不平衡的故障机理与诊断第58页/共113页4、诊断方法 对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三种形式，其共同点较多，但可以通过以下方法对其进行甄别。(1)振动趋势不同 原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，见图(a)；渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高，见图(b)；突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图(c)。1）转子不平衡的故障机理与诊断第59页/共113页5、转子不平衡故障原因分析及治理措施

25、 1）转子不平衡的故障机理与诊断第60页/共113页6、诊断实例1）转子不平衡的故障机理与诊断第61页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第62页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第63页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第64页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第65页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第66页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第67页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第68页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第69页/共113页1）转子不平衡的故障机理与诊断第70页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断1、不

26、对中的类型 轴承不对中：轴颈在轴承中偏斜。轴系不对中：机组各转子之间用联轴节连接时，中心线不处在同一直线上。危害：滚动轴承：振动噪声、过度磨损、“卡死”等；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。第71页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断(1)平行不对中轴系不对中一般可分为三种情况：第72页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断(2)角度不对中 (3)综合不对中第73页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断2、不对中振动的机理大型高速旋转机械常用齿式联轴器；中小设备多用固定式刚性联轴器。1）齿式联轴器连接不对中的振动机理第74页/共113页2）转子

27、不对中的故障机理与诊断 (1)平行不对中 正常时：中间齿套与半联轴器组成移动副。存在径向位移时：中间齿套作平面圆周运动，圆周直径为径向位移y。第75页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断 设A为主动转子的轴心投影；B为从动转子的轴心投影；K为中间齿套的轴心；AB长为D,K点坐标为K(x，y），取为自变量，则有第76页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断对求导，得 K点转动角速度为转子角速度的2倍，其径向振动频率为转子工频的两倍。由于中间齿套平面运动的角速度()等于转轴的角速度，即，所以K点绕圆周中心运动的角速度K为K点的线速度为第77页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断 (

28、2)角度不对中 当转子轴线之间存在偏角位移时，从动转子与主动转子的角速度是不同的。从动转子的角速度为为主动转子的角速度；为从动转子的角速度；为从动转子的偏斜角；为主动转子的转角。式中第78页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断 从动转子每转动一周其转速变化两次，如下图所示，变化范围为转速比的变化曲线第79页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，转轴每旋转一周，弯矩作用方向交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。第80页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断 (3)综合不对中转子振动的机理是平行不对中与角度不对中的综合

29、结果：激振频率为角频率的2倍；转子轴向振动的频率与角频率相同。第81页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断 2）刚性联轴器连接转子不对中的故障机理 刚性联轴器连接的转子对中不良时，由于强制连接所产生的力矩，使转子发生弯曲变形。激振频率为角频率的2倍；转子轴向振动的频率与角频率相同。轴线平行位移轴线角度位移第82页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断3）转子不对中的故障特征 以齿式联轴器不对中为例介绍其故障特征：(1)故障的特征频率为角频率的2倍。(2)激励力随转速的升高而加大；激励力与不对中量成正比。(3)平行不对中：齿套轴心线回转轮廓为圆柱体 偏角不对中：双锥体 综合位移不对中：

30、综合体 回转范围由不对中量决定。(4)不对中量很大时，转子产生异常振动，轴承过早损坏，对转子系统具有较大的破坏性。第83页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断4）转子不对中故障原因分析及治理措施 1.设计原因：热膨胀量计算不准压力变化对机壳的影响计算不准冷态对中数据不准2.制造原因：材质不均匀3.安装维修：冷态对中数据不符合要求检修失误造成热态膨胀受阻机壳保温不良，热胀不均匀第84页/共113页2）转子不对中的故障机理与诊断4.操作运行：超负荷运行介质温度偏离设计值5.状态劣化：机组基础或基座沉降不均匀基础滑板锈蚀，热胀受阻机壳变形治理措施：核对设计给出的冷态对中数据按技术要求检查调整轴

31、承对中检查热态膨胀是否受限检查保温是否完好检查调整基础沉降第85页/共113页 1、转子弯曲的种类 转子弯曲有永久性弯曲和临时性弯曲两种情况。永久性弯曲是指转子轴呈弓形弯曲后无法恢复。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等。临时性弯曲是指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲的原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快局部碰磨产生温升等致使转子热变形不均匀等。3）转子弯曲的故障机理与诊断第86页/共113页2、转子弯曲的故障特征 转子永久性弯曲和转子临时性弯曲与转子质量偏心基本相同。其不同之处是，具有转子永久性弯曲故

32、障的机器，开机启动时振动就较大；而转子临时性弯曲的机器，则是随着开机升速过程振幅增大到某一值后有所减小，其振幅矢量域如图所示。3）转子弯曲的故障机理与诊断第87页/共113页3）转子弯曲的故障机理与诊断第88页/共113页4、诊断实例3）转子弯曲的故障机理与诊断第89页/共113页3）转子弯曲的故障机理与诊断第90页/共113页1、油膜的形成过程4）油膜振荡的故障特征与诊断第91页/共113页4）油膜振荡的故障特征与诊断轴径的半速涡动当轴径两端泄漏量为0时；第92页/共113页2、油膜振荡的形成过程 涡动频率在转子一阶自振频率以下时，半速涡动是一种比较平静的转子涡动运动，轴心轨迹为一稳定的封闭

33、图形，转子仍能平稳地工作。随着工作转速的升高，半速涡动频率也不断升高，频谱中半频谐波的振幅不断增大，使转子振动加剧。如果转子的转速升高到第一临界转速的2倍以上时，半速涡动频率有可能达到第一临界转速，此时会发生共振，造成振幅突然骤增，振动非常剧烈。同时轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，频谱图中的半频谐波振幅值增大到接近或超过基频振幅，频谱会呈现组合频率的特征。若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的一阶临界转速，这种现象称为油膜振荡。4）油膜振荡的故障特征与诊断第93页/共113页4）油膜振荡的故障特征与诊断第94页/共113页2、油膜振荡的特征 (1)油膜振荡在一阶临界转速的二

34、倍以上时发生。一旦发生振荡，振幅急剧加大，即使再提高转速，振幅也不会下降。(2)油膜振荡时，轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率，方向为正进动。(3)油膜振荡具有惯性效应，升速时产生油膜振荡的转速和降速时油膜振荡消失时的转速不同。4）油膜振荡的故障特征与诊断第95页/共113页3、油膜涡动与油膜振荡的故障原因及治理措施 4）油膜振荡的故障特征与诊断第96页/共113页4、油膜涡动与油膜振荡的诊断实例 4）油膜振荡的故障特征与诊断第97页/共113页4）油膜振荡的故障特征与诊断第98页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断在高速、高压离心压缩机或蒸汽透平等旋转机械中，为了提高机组效率，往往把

35、轴封、级间密封和叶片顶隙设计得较小，以减小气体泄漏。但是，过小的小间隙除了会引起流体动力激振之外，还会发生转子与静止部件的摩擦。第99页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断1.转子与静止件摩擦的分类转子与静止件发生摩擦有两种情况：径向摩擦：转子在涡动过程中轴颈或转子外缘与静止件接触；轴向摩擦：转子在轴向与静止件接触。转子与静止件发生的径向摩擦分为：局部碰磨：转子在涡动过程中与静子发生偶然性或周期性接触；全周向接触摩擦：转子与静子的摩擦接触弧度较大，甚至达到360。第100页/共113页2、动静件摩擦的故障特征 局部摩擦引起的振动频率中包含有不平衡引起的转速频率，还包含有一些高次谐波和低次

36、谐波成分。当转子与静止件之间发生大面积干摩擦或发生全周的摩擦时，此时很高的摩擦力可使转子由正向涡动变为反向涡动。同时在波形图上会发生单边波峰“削波”现象，在频谱上会出现涡动频率与旋转频率的组合频率以及幅值较高的高次谐波。5）动静件摩擦的故障特征与诊断第101页/共113页3、诊断实例5）动静件摩擦的故障特征与诊断大型烟气轮机组，在开车启动过程中发生异常振动，导致无法升速。第102页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断振动波形有削波现象；频谱图中有丰富的次谐波及高频谐波；轴心轨迹的涡动方向为反向涡动。第103页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断 诊断意见：根据摩擦故障的机理及振动特

37、征可知，机组在升速过程中发生了严重摩擦故障。处理措施：由于机组振动值非常高，表明内部动静件摩擦比较严重，为安全起见，决定停机拆检。生产验证：停机解体检修发现，机组转子弯曲，动平衡精度严重超差，在升速过程中因振动大造成转子与密封之间摩擦。不仅密封损坏，而且转子严重偏磨。第104页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断4.动静件摩擦的故障原因与对策 1.设计原因设计间隙不当，偏小2.制造原因制造误差导致间隙偏小3.安装维修转子与定子不同心对中不良转子扰度大4.操作运行机组热膨胀不均匀第105页/共113页5）动静件摩擦的故障特征与诊断5.状态劣化壳体变形基础变形6.治理措施调整参数，保证机组热

38、膨胀均匀检修时保证各间隙符合技术要求调整转子定心调整基础，消除沉降影响第106页/共113页6）转轴裂纹的故障特征与诊断1、故障机理转轴裂纹对振动的响应与裂纹所处的轴向位置、裂纹深度及受力情况有关。裂纹呈现三种形态:(1)闭裂纹转轴在压应力情况下旋转时，裂纹始终处于闭合状态。(2)开裂纹当裂纹区处于拉应力状态时，轴裂纹始终处于张开状态。(3)开闭裂纹当裂纹区的应力是由自重或其他径向载荷产生时，轴每旋转一周，裂纹就会开闭一次，对振动的影响比较复杂。第107页/共113页6）转轴裂纹的故障特征与诊断2、转轴裂纹的故障特征 (1)转轴上一旦存在开裂纹，振动出现旋转频率的2、3、等高倍频分量。裂纹扩展

39、时，高倍频分量的幅值也随之增大，其相位角会发生不规则波动。(2)开、停机过程中，会出现分频共振，即转子在经过1/2、1/3、临界转速时，振动响应会出现峰值。(3)轴上出现裂纹时，初期扩展速度很慢，径向振动值的增长也很慢，但裂纹的扩展速度会随着裂纹深度的增大而加剧，相应地也会出现1x及2x振幅迅速增加的现象，同时1及2的相位角也会出现异常的波动。第108页/共113页3、转轴裂纹的故障原因及对策 5）转轴裂纹的故障特征与诊断第109页/共113页4、转轴裂纹的诊断实例 5）转轴裂纹的故障特征与诊断大型高速泵在运行过程中轴振动逐渐增大。第110页/共113页5）转轴裂纹的故障特征与诊断(1)频谱图中振幅在2、3谐波处有共振峰值。第111页/共113页4、转轴裂纹的诊断实例 5）转轴裂纹的故障特征与诊断第112页/共113页感谢您的观看！第113页/共113页