旋转机械故障诊断.pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在工程上，我们也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界 转速。当代的大型转动机械，为了提高单位体积的做功能力，一般均将 转动部件做成高速运转的柔性转子(工作转速高于其固有频率对应的转 速)，采用滑动轴承支撑。由于滑动轴承具有弹性和阻尼，因此，它的 作用远不止是作为转子的承载元件，而且已成为转子动力系统的一部分 。在考虑到滑动轴承的作用后，转子——轴承系统的固有振动、强迫振 动和稳定特性就和单个振动体不同了。
临界转速的变动
为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各
临界转速的一定范围之外，一般要求：
刚性转子
n<0.75 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。
机组的临界转速可由产品样本查到或在起停车过程中由振动测试
获取。需提出的是，样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能
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。实际情况表明带有一个转子的轴系，可简化成具 有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有 二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转 速，依次类推。其中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 界界转转速速已nc3超。出工了程转上子有可实达际的意工义作的转主速要范是围前。几阶，过高的临
不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。设备故障
诊断人员应该了解影响临界转速改变的可能原因。一般地说，一台给
定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分
布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。但实际上
，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是
更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影
响到临界转速的改变。
• 6．1．2 转子—轴承系统的稳定性
转子——轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干 扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就 是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增 加而消失，则转子系统是稳定的。若响应随时问增加，则 转子系统就失稳了。
比较典型的失稳是油膜涡动。在瓦隙较大的情况下， 转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合 力与载荷不能平衡，就会引起油膜涡动。机组的稳定性能 在很大程度上取决于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有 正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。反之系统 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。
③ 两者的振动随油温变化明显。
wenku.baidu.com
➢（3）油膜涡动与油膜振荡的振动特点
① 油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双 椭圆，较稳定。 ② 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
① 设计时使转子避开油膜共振区； ② 增大轴承比压，减小承压面； ③ 减小轴承间隙； ④ 控制轴瓦预负荷，降低供油压力； ⑤ 选用抗振性好的轴承结构； ⑥ 适当调整润滑油温； ⑦ 从多方面分析并消除产生的因素。
• 6．1．3 转子的不平衡振动机理
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。偏心距较大 时，静态下，所产生的偏心力矩大于磨擦阻力矩，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 磨擦阻力矩的区域内，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=Meω2， 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。
虽然作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，必需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幅正弦波。 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，转频的振幅椭园较大，其他成份较
➢（1）油膜涡动与油膜振荡的发生条件
① 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。
② 油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。
➢（2）油膜涡动与油膜振荡的信号特征
① 油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持 f =（0.43～0.48）f n。
② 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。
第六章 旋转机械故障诊断
6．1 旋转机械振动的动力学特征及信号特点
• 6．1．1 转子特性
转子组件是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零 件（如：叶轮、齿轮、联轴节、轴承等）所组成。
从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。转动频率 低于转子一阶横向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横向固有频率的转子为柔性转子，如 燃气轮机转子。
柔性转子的临界转速
由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作，所以 在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此 时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有 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，共振点是一个临界点。故此，机组发生共振 时的转速也被称之为临界转速。
小。
➢（2）敏感参数特征
① 振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与转速ω是 平方指数关系。 ② 当转子上的部件破损时，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。
• 6．1．4 转子与联轴节的不对中振动机理
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，它影响轴承的载荷分布、油膜形态等 运行状况。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。
临界转速的变动
为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各
临界转速的一定范围之外，一般要求：
刚性转子
n<0.75 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。
机组的临界转速可由产品样本查到或在起停车过程中由振动测试
获取。需提出的是，样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能
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。实际情况表明带有一个转子的轴系，可简化成具 有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有 二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转 速，依次类推。其中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 界界转转速速已nc3超。出工了程转上子有可实达际的意工义作的转主速要范是围前。几阶，过高的临
不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。设备故障
诊断人员应该了解影响临界转速改变的可能原因。一般地说，一台给
定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分
布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。但实际上
，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是
更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影
响到临界转速的改变。
• 6．1．2 转子—轴承系统的稳定性
转子——轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干 扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就 是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增 加而消失，则转子系统是稳定的。若响应随时问增加，则 转子系统就失稳了。
比较典型的失稳是油膜涡动。在瓦隙较大的情况下， 转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合 力与载荷不能平衡，就会引起油膜涡动。机组的稳定性能 在很大程度上取决于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有 正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。反之系统 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。
③ 两者的振动随油温变化明显。
wenku.baidu.com
➢（3）油膜涡动与油膜振荡的振动特点
① 油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双 椭圆，较稳定。 ② 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
① 设计时使转子避开油膜共振区； ② 增大轴承比压，减小承压面； ③ 减小轴承间隙； ④ 控制轴瓦预负荷，降低供油压力； ⑤ 选用抗振性好的轴承结构； ⑥ 适当调整润滑油温； ⑦ 从多方面分析并消除产生的因素。
• 6．1．3 转子的不平衡振动机理
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。偏心距较大 时，静态下，所产生的偏心力矩大于磨擦阻力矩，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 磨擦阻力矩的区域内，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=Meω2， 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。
虽然作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，必需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幅正弦波。 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，转频的振幅椭园较大，其他成份较
➢（1）油膜涡动与油膜振荡的发生条件
① 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。
② 油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。
➢（2）油膜涡动与油膜振荡的信号特征
① 油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持 f =（0.43～0.48）f n。
② 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。
第六章 旋转机械故障诊断
6．1 旋转机械振动的动力学特征及信号特点
• 6．1．1 转子特性
转子组件是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零 件（如：叶轮、齿轮、联轴节、轴承等）所组成。
从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。转动频率 低于转子一阶横向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横向固有频率的转子为柔性转子，如 燃气轮机转子。
柔性转子的临界转速
由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作，所以 在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此 时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有 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，共振点是一个临界点。故此，机组发生共振 时的转速也被称之为临界转速。
小。
➢（2）敏感参数特征
① 振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与转速ω是 平方指数关系。 ② 当转子上的部件破损时，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。
• 6．1．4 转子与联轴节的不对中振动机理
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，它影响轴承的载荷分布、油膜形态等 运行状况。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。