5 旋转机械常见故障特征

特征频 常伴 振动稳 振动 相位 轴心 时域 率 频率 定性 方向 特征 轨迹 波形 1× 简谐 稳定 径向 稳定 椭圆 波形
转子不平衡振动敏感参数
1 振动 随转 速变 化 明显 2 振动 随负 荷变 化 不明 显 3 振动 随油 温变 化 不变 4 振动 随流 量变 化 不变 5 振动 随压 力变 化 不变 6 其它 识别 方法 低速 时趋 于零
转子不平衡产生的原因
转子不平衡产生的原因
转子不平衡类型
力不平衡
力偶不平衡
转子不平衡类型
动不平衡
悬臂转子不平衡
转子不平衡动力学特性
x = Acos(Ωt +θ )
me λ2 A= • M (1− λ2 )2 + 4ζ 2 λ2
2ζλ tanθ = 1− λ2
转子不平衡振动特征
1 2 3 4 5 6 7
转子不对中故障形式
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障轴心轨迹
∆α
∆y Z
∆α / 2
Z
∆L
(b)
Z
∆y
∆L
(a)
∆L
(c)
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障特征
1）齿式联轴器不对中故障的特征频率为轴转 角频率的2 角频率的2倍。 由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 2）由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 随转速的升高而加大，因此， 随转速的升高而加大，因此，高速旋转机 械应更加注重转子的对中要求。 械应更加注重转子的对中要求。 激励力幅与不对中量成正比， 3）激励力幅与不对中量成正比，随不对中量 的增加，激励力幅呈线性加大。 的增加，激励力幅呈线性加大。
治理前时域波形
治理前频谱图
分析诊断
振动中具有强烈的一倍频成分， 振动中具有强烈的一倍频成分，据此可以判 断此风机存在不平衡故障。 断此风机存在不平衡故障。 治理措施： 治理措施： 建议立即停机，进行转子动平衡实验。 建议立即停机，进行转子动平衡实验。 动平衡后的振动检测情况
治理后时域波形
治理后频谱图
转子不对中故障特征
1 2 3 4 5 6 7 特征 常伴 振动稳 振动方 相位 轴心 时域 频率 频率 定性 向 特征 轨迹 波形 呈现M 呈现M 径向、 1×、 径向、 较稳 双环 型或W 2× 稳定 型或W 3× 轴向 定 椭圆 型
转子不对中故障敏感参数
1 2 3 4 5 随转速 随负荷 随油温 随流量 随压力 变化 变化 变化 变化 变化 明显 明显 有影响 有影响 有影响
2 ② 3 4 1 ①
1-汽轮机 2-减速机 3-发电机 4-励磁机 ①－后轴承 ②－前轴承 后轴承②
基础松动类故障实例
基础松动类故障实例
60 40
40
30 20 um 0 -20 10 -40 -60 0 um 0 0.1 0.2 t 0.3 0.4 0.5 20
0
100
200
ห้องสมุดไป่ตู้
300 Hz
400
设计、制造
旋转机械故障的来源及主要原因
故障来源
主要原因
1.机器安装不当，零部件错位，预负荷大 2.轴系对中不良（对轴系热态对中考虑不够） 3.机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整
安装、维修
位置不当 4.管道压力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装 精度 5.转子长期放置不当，破坏了动平衡精度 6.安装或维修工程破坏了机器原有的配合性质和精度
基础松动类故障频谱特征
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2X 4X 6X 8X 10X 12X 14X 16X
转速的精确倍频成分
噪声水平高
基础松动类故障实例
基础松动类故障实例
某发电厂1#汽轮发电机组，结构如图如下： 某发电厂1#汽轮发电机组，结构如图如下： 1#汽轮发电机组
滚动轴承结构及频率特征
滚动轴承结构及频率特征
d=滚动体直径； D=滚动轴承节园直径； a=径向方向接触角； z=滚动体数目； n=轴的转速。
滚动轴承结构及频率特征
1)内圈的旋转频率，轴的转动频率， 1)内圈的旋转频率，轴的转动频率，以fr表示 内圈的旋转频率
fr = n / 60
n－轴 的转速
（r/min） r/min）
2)一个滚动体（或保持架） 2)一个滚动体（或保持架）通过内圈上一点的 一个滚动体 频率
1 d fi = (1+ cosα) fr 2 D
滚动轴承结构及频率特征
3)一个滚动体（或保持架） 3)一个滚动体（或保持架）通过外圈上一点的 一个滚动体 频率
1 d fc = (1− cosα) fr 2 D
频率
基本频率的 四个谐波
0
5
10
15
20
25
30
35
滚动轴承类故障检测
测定部位： 测定部位：测定部 位选择的基本思路 是选择在离轴承最 近、最能反映轴承 振动的位置上。 振动的位置上。
滚动轴承类故障检测
根据滚动轴承的固有特性、制造条件、 根据滚动轴承的固有特性、制造条件、使 用情况的不同， 用情况的不同，它所引起的振动可能是频 率为1khz以下的低频脉动， 1khz以下的低频脉动 率为1khz以下的低频脉动，也可能是频率 以上， 为1kHz 以上，数千赫乃至数十千赫的高频 振动， 振动，更多的情况是同时包含了上述两种 振动成分。因此， 振动成分。因此，通常检测的振动速度和 加速度分别覆盖了上述的两个频带， 加速度分别覆盖了上述的两个频带，必要 时可用滤波器取出需要的频率成分。如果 时可用滤波器取出需要的频率成分。 是在较宽的频带上检测振动级， 是在较宽的频带上检测振动级，可是使用 细化分析谱。 细化分析谱。
实例1 实例
某台电动机，额定转速 某台电动机，额定转速3000r/min，运行中发现振动 ， 异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析， 异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图 如右下图所示。以电动机转频（ 如右下图所示。以电动机转频（50Hz）最为突出， ）最为突出， 判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时， 判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转 子不平衡量达5000g.cm，远远超过标准允许值 子不平衡量达 ， 150g.cm。经动平衡处理后，振动状态达到正常。 。经动平衡处理后，振动状态达到正常。 这个实例， 故障典型， 过程完整。 这个实例 ， 故障典型 ， 过程完整 。 印证了不平衡 故障的一个最重要特征，激振频率等于转频， 故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，又通过 动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确性。 动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确性。
旋转机械常见故障及其特征
郑州恩普特设备诊断工程有限公司 郑 州 大 学 振 动 工 程 研 究 所
李 凌
均
旋转机械故障的来源及主要原因
故障来源
主要原因 1. 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫 振动或自激振动 2. 结构不合理，有应力集中 3. 工作转速接近或落入临界转速区 4. 运行点接近或落入运行非稳定区 5. 零部件加工制造不良，精度不够 6. 零件材质不良，强度不够，有制造缺陷 7. 转子动平衡不符合技术要求
实例： 实例：
频谱图上①点水平方向 1 倍转频（25Hz），2 倍转频（50Hz）都很突 出；此外还有3 倍频 （75Hz）和5 倍频 （129Hz）也有表现。 呈现出典型的不对中频 率特征。考虑到①点靠 近联轴器，所以判断电 动机与减速器轴线不对 中
20 15 V/mm/s 10 5 0 Hz
0
质量偏心的原因
1 2 故障 来源 设计、制造 安装、维修 安装、 设计、 结构不合理， 主要 结构不合理， 转子上零件 制造误差大， 原因 制造误差大， 安装错位 材质不均匀， 材质不均匀， 动平衡精度 底 3 运行、 运行、操作 转子回转体 结垢、 结垢、或有 不均匀磨损 4 机器劣化 转子上零 件配合松 动
500
600
滚动轴承类故障
① 滚动轴承每一种零件有其特殊的故 障频率。 障频率。 谱图上出现明显的高频振动成分。 ② 谱图上出现明显的高频振动成分。 随着故障发展，它的幅值增加， ③ 随着故障发展，它的幅值增加，并 有谐波；谐波两边产生边频。 有谐波；谐波两边产生边频。
滚动轴承类故障
1X 2X 故障基本频率
旋转机械故障的来源及主要原因
故障来源
主要原因
1.长期运行，转子挠度增大 2.旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹 3.零、部件磨损、点蚀或腐蚀等 4.配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配
机器恶劣
合性质和精度 5.机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
常见故障特征， 常见故障特征，及诊断参数
转子不平衡产生的原因及频率特征
旋转机械故障的来源及主要原因
故障来源
主要原因
1.机器在非设计状态下运行（如超转速、超负荷或低负荷
运行操作
运行），改变了机器工作特性 2.润滑或冷却不良 3.旋转体局部损坏或结垢 4.工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）不当， 机器运行失稳 5.启动、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长
轴承
实例2 实例
机器各测点的速度有效值见下表： 机器各测点的速度有效值见下表：
测点号 方 向
1 2.4
2 2.5 1.0 1.6
3 -4.5
4 4.6 3.4 2.4
5 20.0 5.5 3.7
H V A
实例2 实例
测点⑤ 测点⑤水平方向的谱图
实例3 实例
国投海南水泥股份有限公司风机状态检测 机组情况： 机组情况： 转速： 转速：850~900rpm 功率： 功率：1300Kw 风机叶片数： 风机叶片数：11 轴承：双列滚柱轴承型号： 轴承：双列滚柱轴承型号：SKF22328C3/W33
z个滚动体通过外圈上一点的频率
1 d zfi = z(1− cosα) fr 2 D
可检测外圈局 部故障
滚动轴承结构及频率特征
4）滚动体上的一点通过内圈或外圈的频率
D d 2 2 fb = {1 − ( ) cos α} f r 2d D
50
100
150
200
250 (a)
300
350
400
450
500
4 3 V/mm/s 2 1 0 Hz
0
50
100
150
200
250 (b)
300
350
400
450
500
不对中故障产生原因
1 2 3 故障 来源 设计、制造 安装、维修 运行、操作 对机器热膨 胀量考虑不 够，给定的 主要 安装对中技 原因 术要求不准
治理措施
1）转子除垢，进行修复 转子除垢， 2）按技术要求对转子进行动平衡 现场动平衡仪器：PDES—E 现场动平衡仪器：PDES E
转子不对中故障
机组各转子之间由联轴器联接构成轴系， 机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动 和转矩。由于机器的安装误差、 和转矩。由于机器的安装误差、承载后的变形以及 机器基础的沉降不均匀等， 机器基础的沉降不均匀等，造成机器工作状态时各 转子轴线之间产生轴线平行位移、 转子轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或 综合位移等对中变化误差， 综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中 。
实例1 实例
不平衡故障的典型 频谱特征是工频分 量占主导地位
实例2 实例
某卷烟厂锅炉引风机，型号Y2805某卷烟厂锅炉引风机，型号Y2805-4，转速 Y2805 1480r/min，功率75Kw 结构简图如下： 75Kw， 1480r/min，功率75Kw，结构简图如下：
1 电机 3 2
4
5 风 机
其它识别方法： ① 转子轴向振动较大 ② 联轴器相邻轴承处振动较大 ③ 随机器负荷增加，振动增大 ④ 对环境温度变化敏感
实例： 实例：
某厂一台离心压缩机,电动机转速1500r/min(25Hz), 某厂一台离心压缩机,电动机转速1500r/min(25Hz), 点水平方向振动值6.36mm/s 位移150um 6.36mm/s， 150um。 ①点水平方向振动值6.36mm/s，位移150um。
1. 安装精度未 1.超负荷运
4 机器劣化
1.机器基础或
达到技术要 求 2. 对热态时转 子不对中变 化量考虑不 够
行 2.机组保温 不良，轴系 各转子热变 形不同
机座沉降不均 匀 时不对中 超差 2.环境温度变 化大，机器热 变形不同
基础松动类故障
波形图上出现许多毛刺。 ① 波形图上出现许多毛刺。 谱图中噪声水平较高。 ② 谱图中噪声水平较高。 ③ 出现精确的倍频2X，3X…等成分。 出现精确的倍频2X，3X 等成分。 2X 等成分 ④ 松动结合面两边，振幅有明显差别。 松动结合面两边，振幅有明显差别。