转子故障振动机理分析

转子故障振动机理分析

转子故障引起振动有许多形式, 现对其中的几个典型振动故障产生的原因及其对应的振动机理进行如下分析:

1.转子不平衡故障及振动机理分析

转子不平衡包括转子系统的质量偏心及转子部件出现缺陷;转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材料不均匀等原因造成的，称为初始不平衡。转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件（如叶轮、叶片等）局部损坏、脱落、碎片飞出等，造成的新的转子不平衡。转子质量偏心及转子部件缺损是两种不同的故障，但其不平衡振动机理却有共同之处。

振动机理分析:旋转过程中,转子产生不平衡离心力与力矩通过支承点作用在轴及轴承上,引起振动.设转子质量为M（包括偏心质量m），偏心距e，旋转角频率w=2

f（v f为

v

转动频率），在t瞬时位移在直角坐标系分量x，y，如图6-3所示，则可得转子中心运动微分方程为

图6-3 转子力学模型

则有

以上几式中的K可以近似简化为机器的安装总刚度，M为机器的总质量，为K和M构成的振动体的无阻尼固有频率。为无量纲阻尼因子，它的取值不同，会影响到系统

的响应，是激励频率与固有频率之比，也是无量纲因子。根据上式，按不同的频率比和阻尼系数的变化，作出幅频响应图及相频响应图，如下图所示：

图6-4 幅频响应图及相频响应图

转子不平衡所引起振动有下列特点:振动方向为径向,振动的特征频率等于转频;转子的轴承均发生较大的振动;在转子通过临界转速时振幅有特别显著的增大;在高速下随转轴转速上升振动很快增大;振动频率与转速相等且为正弦波;在没有带负荷时振动就达到最大值.

2.转子不对中故障振动机理分析

机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转动。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、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中。

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。

转子不对中引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率是2倍的转频, 常伴频率是1倍到3倍的转频;振动随转速变化而发生明显变化,且转速越快,振动越大; 随机器负荷增加，振动增大，对环境温度变化敏感; 转子轴向振动较大，联轴器相邻轴承处振动较大.

3.转子弯曲故障振动机理分析

转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于转轴结构不合理、制造误差大、材料不均匀、转子长期存放不当等，发生永久弯曲变形或是由于热态停机时未及时盘车、热稳定性差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。转子临时性弯曲是指转子的转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速过快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。转轴弓形弯曲与转轴临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同。

振动机理分析:旋转轴弯曲时，由于弯曲所产生的力和转子不平衡所产生的力相位不同，两者之间相互作用有所抵消，转轴的振幅将在某个速度下减小。当弯曲的作用小于不平衡时，振幅的减小发生在临界转速以下；当弯曲的作用大于不平衡时，振幅的减小就发生在临界转速以上。转子无论发生在弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力，同时在轴向发生与角频率相等的振动。这两种故障的机理与转子质量偏心相同。

转子弓形弯曲引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率为转频, 常伴频率为2倍转频; 振动随转速变化而发生明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 转速增加时, 低速阶段振幅较大，刚性转子两端相位差为180度. 转子临时性弯曲引起的振动有下列特点: 振动方向为径向和轴向, 振动的特征频率为转频; 振动随转速变化而发生明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 升速过程振幅大，往往不能正常启动.

4.转子碰摩故障振动机理分析

转子碰摩故障主要指转子和静子的碰磨,其由转子与定子偏心、转子对中不良、转子动挠度大、发动机运行时热膨胀不均匀、转子位移造成的,轻则磨损叶片和静子，重则打坏叶片，造成事故。因此，必须了解转子碰摩激振的故障特征，以便及时做出诊断，防止事故发生。

转子碰摩引起的振动有下列特点: 振动方向为径向，振动特征频率是高次谐波、低次谐波、组合谐波，常伴频率为转频，振动相位特征为反向位移、跳动、突变；振动随转速变化无明显变化; 振动随负荷变化无明显变化; 时域波形严重削波。

5. 意义

了解转子故障的产生及振动机理有着非常重要的意义，具体可以归纳如下几个方面：运用到转子故障诊断中，便于及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免，减缓，减少重大事故的发生；通过对设备转子异常运行状态的分析，可以在一定程度上揭示故障的原因，程度，部位，为设备的在线调理，停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；可充分地了解设备性能，为改进设计，制造与维修水平提供有力证据。6.总结

本文对几种典型的转子故障及振动机理进行了浅显的分析，着重分析了转子不平衡故障及振动机理，因个人能力水平有限和时间限制等诸多因素，文章还存在许多不足，望老师批阅指正，将其完善。