旋转机械常见故障诊断分析案例
浅谈旋转机械的故障诊断
次谐波按其频率大小从 低到高排列起来就成了频谱：旋转机械
的 振 动 信 号 大 多 数 是 一些 居期 信 号 、 周期 信 号 、 平 稳随 机 信 ｊ 准 或
ｆ ——转子旋转频率 ， ｚ Ｈ
ｎ— —
转 子转 速 ，／ ｉ ｒ ｎ ａ ｒ
除此 之 外 ， 不平 衡振 动 还 会激 起 其他 频 率 成 分 例 如 分 频 、 倍 不平 衡 引 起 的 振 动 幅 值 在 径 向 和 轴 广 大 小 是 不 一 样 的 ， ｕ 】 径
膨胀干燥 系统 、 高速卷接包机组的 刀头组 件 、 Ｄ ２硬盒翻盖包 Ｇ Ｘ 装机组齿轮箱 、 高速包装机组转塔 这些 设备都是生产线上 Ｂ１ 的关键设 备， 对这些设 备加 强监 测 ， ｌ发生故 障 ， 防 Ｌ 具有十 分重
转 频 相 一 致 ， 诊断
旋转机械的每一种故 障部有各 自的特征频率 ，故障频 率都 与转子的转速有关 ， 或等于转 子的旋转频率 （ 简称转频或 工频 ）
或 倍 频 或 分 频 。 此 ， 析 振 动 频 率 与转 频 的 关 系 是 诊 断旋 转 机 凶 分
械故障的一把 钥匙。
状态有着对应的关系 机械分为旋转 机械 和往复机械两种类型 ， 它们在组成结构 、 力学特 征以及工 作原理等方面都有所不 同， 动 故障信号的表现形式 也存在差异 烟草行业大多采用旋转机械 ，
例 如 Ｓ ８ １ 隧 道 式 烘 梗 丝 机 热 风 循 环 Ｊ机 、Ｈ Ｈ ０ １ ｘ 【 Ｓ ９型 叶 丝 在 线 频等
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。
转子不平衡的主要振动特征：1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动；2、波形为典型的正弦波；3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。
案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm／s，轴向12.0 mm／s。
各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。
再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。
诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。
解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。
二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。
轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。
轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。
通常所讲不对中多指轴系不对中。
不对中的振动特征：1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主；3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度；4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。
案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显着，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。
设备状态监测与故障诊断技术第5章-旋转机械故障诊断技术
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图5.8 典型不对中谱图
可编辑课件PPT
பைடு நூலகம்
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实例四: 转子不对中故障的诊断
MO MI PI PO
电机
水泵
出现2×频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8字形。 振动有方向性。 轴向振动一般较大。 本例中, 出现叶片通过频率。
2X频率 1X频率
叶片通 过频率
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转子不平衡故障包括: ①转子质量不平衡、 ②转子偏
心、 ③轴弯曲、 ④转子热态不平衡、 ⑤转子部件
脱落、 ⑥转子部件结垢、 ⑦ 联轴器不平衡等，不
同原因引起的转子不可编平辑课衡件P故PT 障规律相近，但也各有 3
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
1．转子质量不平衡
力不平衡: 不平衡产生的振动幅值在转子第一临界转速以下随转速的 平方增大。例如，转速升高1倍，则振动幅值增大3倍。在转子重 心平面内只用一个平衡修正重量便可修正之。
4．转子热态不平衡: 在机组的启动和停机过程中，由于热交换速
度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生
瞬时热弯曲，产生较大的不平衡。热弯曲引起的振动一般与负
荷有关。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
5. 转子部件脱落 可以将部件脱落失衡现象看作对工作状态的转子
掌握滚动轴承故障诊断技术、齿轮故障诊断技术；
了解电动机故障诊断技术、皮带驱动故障诊断技术；
2024/8/熟1 悉利用征兆的故障诊可断编辑方课件法PPT。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断旋转机械是指依靠转子旋转运动进行工作的机器，在结构上必须具备最基本的转子、轴承等零部件。
典型的旋转机械：各类离心泵、轴流泵、离心式和轴流式风机、汽轮机、涡轮发动机、电动机、离心机等。
用途：1、在大型化工、石化、压缩电力和钢铁等部门，某些大型旋转机械属于生产中的关键设备2、炼油厂催化工段的三机组或四机组3、大化肥装置中的四大机组或五大机组4、乙烯装置中的三大机组5、电力行业的汽轮发电机、泵和水轮机组6、钢铁部门的高炉风机和轧钢机组旋转机械可能出现的故障类型：1、转子不平衡故障2、转子不对中故障3、转轴弯曲故障4、转轴横向裂纹的故障5、连接松动故障6、碰摩故障7、喘振转子的不平衡振动机理及特性：旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运动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。
偏心距较大时，静态下，所产生的偏心力矩大于摩擦阻力距，表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部，其偏心力矩小于摩擦阻力距的区域内，称之为静不平衡。
偏心距较小时，不能表现出静不平衡的特征，但是在转子旋转时，表现为一个与转动频率同步的离心力矢量，离心力F=Mew2,从而激发转子的振动。
这种现象称之为动不平衡。
静不平衡的转子，由于偏心距e较大，表现出更为强烈的动不平衡振动。
虽然做不到质量中心与旋转中心绝对重合，但为了设备的安全运行，必须将偏心所激发的振动幅度控制在许可范围内。
1、不平衡故障的信号特征1）时域波形为近似的等福正弦波。
2）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。
3）频谱图上转子转动频率处的振幅。
4）在三维全息图中，转动频率的振幅椭圆较大，其他成分较小。
2、敏感参数特征1）振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与角速度w是指数关系。
2）当转子上得部件破损时，振幅突然变大。
例如，某烧结厂抽风机转子焊接的合金耐磨层突然脱落，造成振幅突然增大。
转动机械常见故障及其频率特征
平行不对中 e 0,
=0
角度不对中 e = 0,
0
综合不对中 e 0,
0
不对中故障的频谱
MO MI PI PO
2X 频率
电机
水泵
1X 频率
平行不对中在径向出现明显的 2X,3X频率分量，而且往往大于 1X频率分量。 角度不对中往往出现大的轴向振 动，而且径向轴向以1X频率分量 为主。 不对中振动随负荷的增加而成正 比增加，但转速影响不大。 角度不对中时，联轴器两端轴向 相位差180度，平行不对中时， 联轴器两端径向相位差180度
和泵叶轮等
偏心转子的频普特征
1X频率峰值占优势。
试图动平衡偏心的转子常将减小一个方向的振动， 而增大另一个径向方向的振动
偏心的转子可能引起一个径向方向比其它径向方 向明显大的振动 同一轴承水平方向与垂直方向相位差约为0度或 者180度（不同于不平衡的90度）
轴弯曲的频谱特征
弯曲的轴可在机器中产生过大的振动，根据弯曲的程度和位置不同， 产生的振动大小不同。与偏心的轴一样，其作用有时可用动平衡减轻。 （然而，往往不能用动平衡减轻弯曲轴的振动，如果轴有明显的弯曲， 不可能达到轴的满意的动平衡）
轴弯曲的频普特征
弯曲的轴引起大的轴向振动。如果弯曲接近轴的 中心通常1X转速频率占优势，如果弯曲接近联轴 器，则还产生高于通常值的2X转速频率分量。 弯曲轴两个轴承之间的轴向方向相位变化接近 180度。
在弯曲的轴中，振动的幅值可能随转速的平方和 负荷一起变化。
转子不对中的类型
正确对中 e = 0, =
案例一 B3301动平衡故障
大型旋转机械故障诊断案例集
前言S8000系统为阿尔斯通创为实技术发展（深圳）有限公司开发的新一代大型旋转机械状态监测系统，该系统现已被越来越多的石化、电力、冶金企业所使用，并成为设备管理人员对大机组管理、诊断的得力助手。
本案例集收集了近三年内，使用S8000系统进行的部分诊断案例，并按案例类别进行了大概的整理，供各企业设备管理人员参考；由于原诊断报告篇幅过长，在本案例集中对原报告进行了一些删剪，以方便阅读，如需对某案例进行更详细了解，请与创为实公司联系；由于我们的水平有限，可能的失误难免存在，欢迎批评指正。
阿尔斯通创为实技术发展（深圳）有限公司2007年9月目 录1 叶片断裂类案例 (1)2 油膜涡动类故障 (35)3 磨擦类故障 (56)4 垢层脱落故障 (64)5 电气干扰类故障 (74)6 动平衡不良类 (88)7 通过相关性分析发现工艺量设置类问题 (95)8 转子热弯曲 (102)1叶片断裂类案例1.1某厂04年09月27日空压机断叶片故障诊断分析故障状态描述：此厂空气压缩机组K1202/KT1202于2004年9月27日发生空压机驱动透平振动突然增大事故，以下把故障发生过程中各图谱的变化情况列举如下：通频值振动趋势图（2004-09-27 12:01:5至2004-09-27 15:36:5的历史数据和灵敏监测数据）从上面的趋势图上可以很清楚的看出，该机组在9月27日的12：18：09时振动瞬间突发性升高，同时，振动的相位也发生了明显的变化，其振动能量主要是集中表现在工作频率上。
这些都意味着透平转子出现了故障，产生了极大的不平衡。
126V035A波形频谱图（事故发生瞬间的整个过程）上图为某一测点事故发生瞬间整个过程的波形频谱图，从图中可以看到转子物质脱落前的4个周期的振动波形、脱落开始的瞬间波形变化以及脱落后的振动慢慢趋于稳定的系列过程，这一瞬间不仅其振动的幅值有大幅度的增大，而且其相位的变化也较明显。
透平入口事故发生瞬间的轴心轨迹图诊断分析结果：通过对S8000系统所捕捉到的数据的分析，我们认为这次故障是因为透平转子上有部件掉落，如叶片突然断裂或围带、拉筋、铆钉脱落，因而瞬间造成了一个很大的不平衡，引起振动在短时间内突然上升。
旋转机械碰摩故障诊断案例分析综
旋转机械碰摩故障诊断案例分析综近年来，随着工业化的快速发展，旋转机械在各个领域中扮演着重要的角色。
然而，由于长时间的运转和各种外界因素的干扰，旋转机械碰摩故障时有发生。
因此，对于旋转机械碰摩故障的诊断和分析显得尤为重要。
本文将通过几个实际案例，来探讨旋转机械碰摩故障的诊断与分析方法。
案例一：轴承碰摩故障在某工厂的生产线上，一台旋转机械突然出现了异响和振动的问题。
经过初步观察，发现该机械的轴承存在异常现象。
为了进一步分析问题的根源，工程师们使用了振动分析仪器进行了测试。
测试结果显示，该机械的振动频率超过了正常范围，且振动的主要频率为轴承的固有频率。
基于此，工程师们初步判断该机械的问题可能是由于轴承碰摩引起的。
为了确认诊断结果，工程师们进行了更加详细的检查。
他们拆卸了该机械的轴承，并对其进行了仔细观察。
结果显示，轴承表面出现了明显的磨损和划痕。
通过进一步的分析，工程师们发现，该机械在运行过程中，轴承润滑油的供给存在问题，导致轴承摩擦增大，最终引发了碰摩故障。
案例二：齿轮碰摩故障在另一家工厂的生产线上，一台旋转机械的齿轮出现了异常噪音。
工程师们利用红外热像仪对该机械进行了检测。
结果显示，齿轮的温度异常升高，表明存在摩擦和碰摩的问题。
为了进一步确定问题的原因，工程师们拆卸了该机械的齿轮，并进行了详细的观察。
他们发现，齿轮表面存在明显的磨损和齿面断裂现象。
通过与其他部件的对比，工程师们发现该机械的齿轮硬度不足，无法承受正常的工作负荷，从而导致了碰摩故障的发生。
综合分析与讨论通过以上两个案例的分析，我们可以得出一些共同的结论。
首先，振动和噪音是旋转机械碰摩故障的常见表现。
通过振动分析仪器和红外热像仪等先进工具的应用，可以有效地检测和诊断碰摩故障。
其次，对于旋转机械的碰摩故障，常见的原因包括润滑不良、材料问题、设计缺陷等。
因此，在日常维护和保养过程中，应加强对润滑系统的检查和维护，并确保材料的质量和齿轮的设计符合要求。
旋转机械故障诊断-不平衡
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子运动的力学模型
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子在低速时，G在C的外侧，且O、C、G三点成一直线。当不计圆盘 重力影响和系统阻尼时，转子受到的离心力m(e+δ)w2与弹性恢复力k δ相 平衡，即可得到圆盘处的动挠度公式：
w e w 2 ew n 2 k w2 1 w m w n
6.1 转子不平衡故障诊断
• 6.1.4.2 转子运行中的不平衡 • 转子在运行过程中的不平衡，可分两类情况：
• 为转子弯曲 • 原始平衡状态破坏
• （1）转子弯曲
• 永久性弯曲 • 临时性弯曲
6.1 转子不平衡故障诊断
• a、临时性弯曲 • 指转子因外部环境影响或外力的作用而产生弯曲变形，这种变 形不需经过动平衡，而是只需采取一些简单的措施（如经过低 速长时间盘车方式）或改变操作方式即可减缓或消除不平衡振 动。 • 常见的临时性弯曲主要有下列几种情况。
• 6.1.4.1 固有质量不平衡 • 固有质量不平衡：是指转子在原始状态下已经存在的不平 衡，而与操作运行情况无关。 • 主要原因有：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动 平衡方法不正确等问题。
6.1 转子不平衡故障诊断
• 固有质量不平衡将在转子上产生稳定的每转一次的转速频 率振动，在给定转速下其幅值和相位在短时间内一般不随 时间变化。 • 防治办法：改善转子的平衡状态来降低转子的激振力。 • 很多高速的大型机组，联轴节与转子之间正确的平衡方法 是很重要的。联轴节制造厂在出厂前一般都做了整体动平 衡，半联轴节应该紧紧配合在轴上与转子一起动平衡，但 是转子动平衡时不允许在联轴节中间套或半联轴节上再去 重或配重，否则将破坏整个轴系的平衡状态，产生新的不 平衡。
旋转机械状态监测保护系统常见故障分析及处理
旋转机械状态监测保护系统常见故障分析及处理1、引言本特利公司生产的机械振动传感器系统由靠近转轴附近的趋近式电涡流传感器（探头）、延伸电缆和前置放大器三个部分组成。
趋近式传感器所产生的信号提供两类信息,一个反映机器动态运动的交流信号,一个反映机器部件之间相对运动的直流信号。
延伸电缆联接在探头和前置器之间,它的电缆长度与探头体的电缆长度结合起来,使整个系统的电长度为5m。
前置放大器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子,内装有全部测量电路,并用环氧树脂灌封。
外壳上有三个端子分别为电源、公共端和输出端,一个接头与延伸电缆相连。
由于电涡流传感器通过延伸电缆与前置器相连,其连接方式和必须严格按照规范进行操作,假如出现接头裸露等问题,将会给系统带来较大的测量误差,严重时甚至导致系统无法正常工作。
本文对旋转机械状态监测保护系统的常见故障进行分析和分类,并就处理方法给出自己的建议,以提高系统的维修和维护效率。
2、旋转机械状态监测保护系统常见故障分析2.1 探头安装质量因素引起的故障常见探头问题有锁紧螺帽松动、延伸电缆中间接头松动或接触不良、前置放大器连接接头滑动或松动等,其中以延伸电缆中间接头松动或接触不良最为常见。
一般来说,振动或位移探头通常是成对安装的,检查时如果其中一个不正常,再参考该点的温度可以大体判断此指示漂移或报警虚假的。
2.2 测量回路线路故障测量回路线路引起的常见故障有前置放大器接线端子接触不良及线路屏蔽线对地故障等。
通常这类故障不在生产期间无法彻底检查,故障的原因也错综复杂,但只要明了故障原因,处理相对较为简单。
2.3 测量回路的元件探头故障测量回路的元件探头损毁的可能原因分别是探头线圈断裂和探头线圈匝间短路。
处理故障时,首先采用万用表仪器进行测量,假如电阻值显示出现断裂或短路,通常采用调换探头延伸电缆接头的方法。
2.4 测量回路的前置器损毁故障假如前置测量回路的前置器损坏,则前置放大器性能不稳定,状态监测会指示漂移或误报警。
旋转机械振动故障诊断及分析
★ 汽轮发电机组的振源分析
★ 旋转机械的故障诊断
★ 旋转机械振动故障的处理方法
★ 旋转机械振动故障诊断及处理实例
一、影响旋转机械振动的因素 旋转机械，尤其是大型汽轮发电机组轴系的振 动十分复杂，影响因素较多，不但有静态的，而 且有动态的，并且这些因素往往综合作用，相互 影响。影响旋转机械（及其轴系）振动的主要因 素主要包括： 1、临界转速 当转子的工作转速接近其临界转速时，就要发 生共振，这是产生极大振动的主要原因之一。因 此，在转子设计时，应保证工作转速相对于其临 界转速有足够的避开率。
7各种转动机械一般振动故障分类机械种类部件一般故障原因转子机械部件主要用于机械功能冷却支承密封流体传输的旋转机械部件弯曲断裂裂纹摩擦不合适间隙腐蚀积垢共振密封松动弯曲断裂裂纹摩擦不合适间隙叶轮弯曲断裂裂纹摩擦不合适间隙汽蚀腐蚀积垢共振转轴热弯曲机械弯曲裂纹轴颈伤痕晃度超标圆盘轮盘耸起刮伤松动齿轮磨损裂纹表面剥落麻点断裂推力盘耸起刮伤裂纹断裂摩擦机械种类部件一般故障原因转子机械部件主要用于机械功能冷却支承密封流体传输的旋转机械部联轴器连接不良磨损断裂冷却风扇弯曲断裂裂纹摩擦不合适间隙腐蚀积垢共振活塞裂纹断裂松动曲轴弯曲断裂裂纹刮伤不合适间隙转子特性不平衡临界转速油膜涡动振荡气动液力电气部分的旋转机械部件转子线圈断裂短路集电环工作不正常转子定子间隙偏心间隙太大或过小机械种类部件一般故障原因轴承滚动轴承伤痕麻点松动龟裂表面剥落润滑不足滑动轴承刮伤磨损伤痕松动不对中推力轴承刮伤磨损伤痕松动不对中定子机械部件主要用于机械功能冷却支承密封流体传输的定子机械部轴承座共振松动裂纹机壳共振弯曲断裂裂纹不合适间隙松动积垢腐蚀气蚀阻塞隔板共振弯曲断裂裂纹不合适间隙松动积垢腐蚀阻塞喷嘴阻塞断裂密封松动弯曲断裂摩擦裂纹不合适间隙汽缸变形偏斜孔径偏斜共振裂纹机械种类部件一般故障原因定子电气部件电力机械转换电力传输的定子部件定子铁芯松动变形失园度大不对中定子线圈断裂短路发热端部线圈断裂短路共振定转子轴颈向间隙间隙过大非对称间隙电刷断裂打开结构支承用于支持机器的钢和混凝土结固定螺栓松动断裂基础共振变形刚度不足脱空松动共振变形刚度不够变形三旋转机械的故障诊断旋转机械的振动各种类型原因均有其固有属性
旋转机械振动分析案例
波形出现“削顶” 丰富的高次谐波
滚动轴承故障的振动诊断及实例
1. 滚动轴承信号的频率结构 滚动轴承主要振动频率有：
（1）通过频率 当滚动轴承元件出现局部损
伤时（如图中轴承的内外圈或 滚动体出现疲劳剥落坑），机 器在运行中就会产生相应的振 动频率，称为故障特征频率， 又叫轴承通过频率。
各元件的通过频率分别计算 如下：
测点A水平方向振动信号的频谱结构图
机械松动
地脚松动引起振动的方向特征及频率结构
实例 某发电厂1＃发电机组，结构如图。
1-汽轮机 2-减速机 3-发电机 4-励磁机 ①－后轴承 ②－前轴承
汽轮机前后轴承振动值
①
②
um P－P
um P－PLeabharlann H8530
V
15
6
A
28
28
振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频，尤以3倍 频最突出。另外，观察其振动波形振幅变化很不规则，含有 高次谐波成分。根据所获得的信息，判断汽轮机后轴承存在 松动。
取正号，方向相反则取负f号b 。
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实例
一台单级并流式鼓风机，由30KW电动机减速后拖 动，电动机转速1480r/min,风机转速900r/min。两 个叶轮叶片均为60片，同样大小的两个叶轮分别装在两 根轴上，中间用联轴器链接，每轴由两个滚动轴承支承， 风机结构如图所示。
群，这是轴承元件的固有频率。图b是低频段的频谱， 图中清晰地显示出转速频率（15Hz），外圈通过频率 （61Hz），内圈通过频率（88Hz）及外圈通过频率的2 次、3次谐波（122Hz和183Hz），图c是加速度时域波 形 ， 图上 显示出间 隔为 5.46ms的波峰 ， 其频率亦 为 183Hz（1000÷5.46＝183Hz），即为外圈通过频率的 三次谐波，与频谱图显示的频率相印证（见图4－ 38b），据两个频段分析所得到的频率信息，判断轴承 外圈存在有故障，如滚道剥落、裂纹或其它伤痕。同时 估计内圈也有一些问题。
旋转机械故障诊断设计
齿轮故障表现为齿面磨损、断齿和齿合不良等。诊断方法包括声音检测、振动分析和润滑油检查等， 以确定齿轮的损伤程度和类型。
案例三：转子不平衡故障诊断
总结词
转子不平衡是旋转机械中常见的故障之 一，可能导致设备振动增大和轴承损伤 。
VS
详细描述
转子不平衡表现为设备振动增大，特别是 在低速时。诊断方法包括振动分析和频谱 分析等，以确定转子的不平衡程度和位置 。
旋转机械故障诊断设计
汇报人： 日期:
目录
• 旋转机械故障诊断概述 • 旋转机械故障诊断方法 • 旋转机械故障诊断系统设计 • 旋转机械故障诊断案例分析 • 旋转机械故障预防与维护策略 • 未来展望与研究方向
01
旋转机械故障诊断概述
旋转机械的定义与重要性
旋转机械定义
旋转机械是指通过旋转运动来完 成工作任务的机械设备，如电机 、泵、风机、压缩机等。
详细描述
逻辑分析诊断法是利用人工智能和专家系统等技术，建立旋转机械的故障诊断模型。该 模型可以根据机器的历史数据、运行状态以及专家经验等信息，进行逻辑推理和判断， 以确定故障的原因和位置。逻辑分析诊断法具有较高的智能化程度和准确性，是未来旋
转机械故障诊断的重要发展方向之一。
03
旋转机械故障诊断系统设计
数据记录与分析
记录设备的运行数据和故障信息， 对数据进行深入分析，找出故障原 因和规律，为预防性维护提供依据 。
快速响应与处理
建立快速响应机制，一旦发生故障 ，立即组织人员进行检查和维修， 缩短停机时间，减少损失。
06
未来展望与研究方向
人工智能与机器学习在旋转机械故障诊断中的应用
深度学习
利用深度学习算法对大量数据进行学习，自动提取故障特征，提 高故障诊断准确率。
旋转机械故障机理及诊断讲稿
相频响应曲线
当ζ=0时，当z<1，则ψ=0；当z>1，则ψ=π ；当z=1，则共振点前后相位角发生突然变化 当ζ很小时，在z<<1，即转子运行在低频范围 内，ψ≈0，即表示位移与激振力的相位相同 ；在z>>1，ψ≈π，在高频范围内，即表示位 移与激振力的相位相反 当ζ很大时，相位角ψ随z增加而增大。当z=1 （即共振）时，相位角ψ=π/2，与阻尼大小 无关，这是共振时的一个共同特征
当ω=p时，即z=1 B= e/2ζ，ψ=π/2回转半径 即为转轴的横向位移最大值B= e/2ζ 子临界转速的影响 弹性支承对转子临界转速的影响 组合转子对临界转速的影响
转子不平衡的故障机理及诊断
转子不平衡的分类
静不平衡 动不平衡 一般不平衡
转子临界转速及其影响因素
当ω<p时，ψ<π/2，在ω<<p，z≈0即转子运行 在低频范围内 ψ≈0，即表示位移与激振力的相 位相同，这时转子的重点和高点同相位
当ω>p时，ψ>π/2，在ω>>p ，z→∞，即转子 运行在高速范围内 ψ≈π，即表示位移与激振 力的相位相反,这时转子的振动很小,自动对心.
第一阶(和第二阶、第三阶……)共振频率是否 降低(轴裂纹使系统刚度下降，故共振频率也 有所降低)
共振峰的开裂(与裂纹有关的轴的不对称性导 致了两个横向振型的差别）
轴振动变化
3-2-1
p2＝ｋ／ｍ；2n=ｒ／ｍ
．．
.
ｘ＋2nx+ px2ｘ＝eω2 cosωt
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高速旋转机械故障诊断设计
高速旋转机械故障诊断设计目录一、高速旋转机械常见故障 (1)（一）转子不平衡故障 (1)（二）转子不对中 (3)（三）油膜振荡及涡动 (5)（四）迷宫密封气流激振的故障特征 (10)（五）喘振的机理与故障特征 (10)（六）转子亚异步振动 (12)二、传感器选择及安装 (12)(一)测振动传感器选择 (12)(二)测噪声传感器选择 (13)三、选择放大电路 (14)四、滤波器选择 (15)五、测量放大电路 (15)六、记录器选择 (16)七、主要参考文献 (17)八、课程设计心得体会 (17)一．高速旋转机械常见故障（一）转子不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。
因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。
1.不平衡的种类造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。
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。
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间的延长而逐渐增大。
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一定水平上。
不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。
2、不平衡故障的特征实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所示。
由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。
(1)振动的时域波形近似为正弦波（图1-2）。
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第5章旋转机械常见故障诊断分析案例积累典型设备诊断案例在设备监测诊断工作中具有重要作用。
首先它为设备诊断理论提供支撑。
常见的设备故障有成熟的理论基础，一个成功的案例通常是诊断理论在现场正确应用和诊断人员长期实践的结果。
典型诊断案例具有强大的说服力，一次成功而关键的诊断足可以改变某些人根深蒂固的传统观念，对现场推广设备诊断技术具有重要意义。
其次它为理论研究提供素材。
在医学上，由典型的特例研究发现病理或重大理论的案例很多。
设备故障的情形多种多样，现场疑难杂症还比较多，有许多故障很难用现有理论解释，只能作为诊断经验看待，这种经验有没有通用参考价值，需要在理论上进行说明。
另外，有许多案例无法在试验室模拟，而它们在不同的现场又常常出现，因此典型案例为同行提供了宝贵经验和经过证实的分析方法。
诊断人员可以参考相似案例的解决方案解决新的问题，提供快速的决策维护支持，并为基于案例的推理方法提供数据基础。
典型案例分析的重要性还表现在它是监测诊断人员快速成长的捷径。
目前实用的振动诊断方法、技术和诊断仪器已经相当完善，而许多企业在诊断技术推广应用方面存在困难除了思想观念方面的原因外，更主要的原因是缺乏专业人才。
研究案例的一般做法是，从新安装设备或刚检修好的设备开始，可以选择重点或典型设备进行监测，根据不同设备制定不同的监测方案和监控参数，定期测试设备的振动，包括各种幅值、振动波形和频谱等。
如果设备出现劣化迹象或异常，要缩短监测周期，倍加留心振动波形和频谱的变化，注意新出现的谱线及其幅值的变化，在检修之前做出故障原因的判断。
设备检修时要到现场，了解第一手资料，全程跟踪设备拆检情况，掌握设备参数（如轴承型号，必要时测量有关尺寸、齿轮齿数、叶片数、密封结构、联轴器和滑动轴承形式等），做好检修记录（有时需要拍照记录），比较自己的判断对在哪里，错在哪里，进行完善的技术总结。
几个过程下来，水平自然有很大提高。
总之，添置几件诊断仪器是很容易的事，诊断成果和效益的产生不是一朝一夕的事，需要柞大量艰苦、细致的工作，长期积累设备的状态数据，对此应有应清醒地认识。
表5－1为某钢铁公司多年来162例典型故障的原因或部位分布情况。
可见转子不平衡、轴承故障、基础不良、不对中和齿轮故障是主要原因。
5.1 转子动平衡故障诊断、现场校正方法与实例分析5.1.1 转子不平衡的几种类型与诊断【左经刚，设备故障的相位分析诊断法，中国设备管理，2001年第5期】转子不平衡通常是由于转子质量中心线与旋转中心线存在物理差异引起的。
按照两线的物理位置可以将转子不平衡分为四种类型：静不平衡或力不平衡、力矩不平衡或偶不平衡、准静不平衡和动不平衡。
静不平衡或力不平衡（5-1）：转子中央平面内存在不平衡质量，使轴的质量中心线与旋转中心线偏离，但两线平行。
对于两端支撑的简支型转子，两轴承处的振动幅值和相位接近。
图5-1 静不平衡力矩不平衡或偶不平衡（图图5-2）：转子两端平面存在质量相等、相位相差180度的不平衡质量，使轴的质量中心线与旋转中心线相交于重心处。
力矩不平衡一般发生在宽径比较大的转子上。
对于简支型转子，两轴承处的振动幅值接近，但相位相差180度。
图5-2 力矩不平衡准静不平衡（图5-3）：是静不平衡和力矩不平衡的组合。
但静不平衡质量于力矩不平衡质量之一在一条与轴心线平行的直线上，使轴的质量中心线与旋转中心线相交但不交于重心处。
对于简支型转子，两轴承处的振动幅值存在差异，相位相差180度或相等。
图5-3 准静不平衡动不平衡（图5-4）：是静不平衡和力矩不平衡的随机组合，轴的质量中心线与旋转中心线不平行也不相交。
对于简支型转子，一般情况下两轴承处的振动幅值接近，但相位相差在0度~180度之间。
图5-4 动不平衡一般情况下，叶轮的宽度与直径之比大于5时易产生力矩不平衡，小于5时易产生动不平衡。
静不平衡可采用单面平衡法校正；力矩不平衡应采用双面平衡法校正；动不平衡采用单面法或双面平衡法校正。
转子不平衡故障具有如下振动特征：（1）振动波形接近正弦波、波形对称、连续；（2）轴心轨迹近似圆形；（3）振动频率以1X转频振动为主，高次谐波较小；没有其它显著频率；（4）振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向的幅值；（5）水平方向和垂直方向的1X转频振动幅值差别不大（3：1以内）；（6）轴线方向1X转频振动幅值明显小于水平方向和垂直方向；（7）振动幅值随转速增加而大幅度增加；（8）振动相位一般稳定（波动范围在20°以内）。
要特别强调使用相位信息进行确认。
对于静不平衡或力不平衡故障，两轴承测点水平方向振动同相位、垂直方向振动也同相位；同一轴承垂直和水平测点相位差为90°（±30°）。
对于力矩不平衡故障，两轴承测点水平方向振动反相位、垂直方向振动也反相位；同一轴承垂直和水平测点相位差为90°（±30°）。
对于一般的动不平衡故障，两轴承座同方向振动相位差约为±30°，同一轴承垂直和水平测点相位差约为90°（±30°）。
（9）若转动频率的谱线能量占70%～80%或更高，而其它频率谱线成分所占比例只有20%～30%，其幅值(速度、位移)超过正常的3～4倍。
在排除了其它原因后，可认为振动是由转子不平衡引起的。
在诊断转子不平衡故障时，必须关注联轴器的故障问题。
联轴器故障通常造成旋转件之间同心度变差、质量偏移、张角等，因此联轴器故障常常引起转子不平衡、轴系不对中的故障特征。
根据一些诊断经验，联轴器故障所引起的振动主要表现为轴的转频振动，有时有较丰富的高次谐波，有时不一定有明显的高次谐波。
一般情况下振动表现为径向。
由于诊断中，人们往往把注意力集中在与之相连的转子上，因而通常把联轴器的故障排除在诊断视线之外，常常判断为转子不平衡和不对中。
从维修的经济性考虑，应充分注意到联轴器故障的可能性。
对于悬臂式转子，根据测试诊断经验，当转子平衡状况较好时，在垂直径向、水平径向和轴线方向，近转子侧轴承振动和远转子侧轴承振动都比较小，振动值接近。
当转子存较严重不平衡时，在垂直径向和水平径向，近转子侧轴承振动比远转子侧轴承振动大30%~40%，轴线方向两轴承振动相当或有一定差异，径向振动一般远大于轴向振动。
当转子存在非常严重不平衡时，在垂直径向和水平径向，近转子侧轴承振动比远转子侧轴承振动大50%~100%，轴线方向两轴承振动相当或有一定差异，径向振动一般远大于轴向振动。
相位方面两轴承测点轴向同相位振动，而水平径向相位可能不稳定。
5.1.2 转子动平衡故障的确认在动平衡前首先要排除是否存在潜在性的结构振动问题，这是关系到平衡是否成功的关键因素之一。
结构振动的主要问题有：严重机械松动、结构共振以及基础不良等。
为检查是否存在结构振动问题，建议分别测量两端轴承垂直和水平方向在转频上的振动幅值、以及相位，如图1，图中显示的数据是较为典型动不平衡振动模式。
不平衡力是径向力，它应该分别在垂直和水平方向产生同样的振幅。
此外，轴承座从上到下，水平方向振幅应该越来越小，而不是相当或变大。
通过这些数据分析，可以发现是否存在结构松动等。
图1图2 参考图2，首先注意到各点振幅相对差异较大，后轴承测点水平和垂直振幅比值超过3倍。
其次后轴承测点水平和垂直径向相位差为182°，接近0°或180°，而不是接近90°，因此很可能存在转速下结构共振的问题。
在接近共振区运行的转子会出现相位不稳定、振幅很大的特点，而且经常出现轴承等零部件的损坏等故障。
5.1.3 现场动平衡质量分解13mm/s@156°15mm/s@169° 9mm/s@51° 11mm/s@72°5.5mm/s@155°16.5mm/s@274° 6.1mm/s@71° 4.9mm/s@92°21000011.0F W ）（n R =g 4.4010001500100*011.05%*2000W 2==）（5.1.3 转子动不平衡现场校正方法5.1.3.1 单面平衡法静不平衡指的是不平衡量处于单个平面里。
当转子仅由安装在完全平衡过的轴上的单个薄盘构成或纯粹是静不平衡问题时才属于单面平衡。
工业现场的许多转子如大量的风机转子，其动不平衡问题都可以通过单面平衡校正【J.S.米切尔 著.机器故障的分析与监测,机械工业出版社,1990；施维新】。
其平衡步骤(如图5-5)为：a ． 在工作转频下，测试初始不平衡量A(幅值和相角)；b ． 加上试重W 后，测试新的不平衡量B(幅值和相角)；引入单位效果矢量α，其方向角为零度，定义为α=(B －A)/W ，则平衡条件为：α·P =－A （5－1）解式5－1可得校正质量P(幅值和相角)。
图5-5 单面平衡法过程加试重W 的大小及方位的确定是现场平衡工作的重要技巧。
试重加上后应引起振动有足够大的变化，但不应造成设备损坏(如果加放的位置不当)，可以称之为“30——30规则”，即通常要求振幅变化在30％以上或相位的变化量30度以上。
一般认为，试重引起的不平衡力约等于转子重量的10%，试重W 可按下式计算：式中： W ——试加重量，gR ——加试重处的半径，cmn ——旋转体转速，r/minF ——单个轴承承受的试重引起的不平衡力，约等于转子重量的5%（低速时为10%～20%），kg例如，转子质量＝2000kg ，加重半径＝100cm ，转子转速＝1500 r/min ，则试重W 为：（5－2）5.1.2.2 双面平衡法当叶轮的宽度与直径之比＞5时易产生力偶不平衡，这时宜应采用双面平衡法。
双面平衡法中影响系数法矢量运算法应用最广泛，其运算原理如下【袁宏义等著.设备振动诊断技术基础.国防工业出版社,1991；屈梁生、何正嘉编著.机械故障诊断学.上海科学技术出版社,1986】平衡步骤为：a）测得转子的原始不平衡下左、右侧面的不平衡量幅值V10 、相角P10和幅值V20 、相角P20；b）在左侧面R1处加试重P1,测得左、右侧面新的不平衡量V11 、P11和V21、P21；c）取下试重P1,在右侧面R2处加试重P2,测得左、右侧面新的不平衡量V12 、P12和V22、P22；d）据上述参数计算左、右侧面的校正质量和相位角。
若定义K11=(V11-V10)/P1 K21=(V21-V20)/P1K12=(V12-V10)/P2 K22=(V22-V20)/P2(上式中P1和P2的方向角为0°)则得平衡方程为:K11·MC1+K12·MC2=-V10 (5－3)K21·MC1+K22·MC2=-V20 (5－4 式中MC1和MC2分别为左、右侧面的校正质量,包括幅值和相位。