旋转机械故障诊断.pptx
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旋转机械故障诊断优秀课件
▪ 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，即Ω＝ωc1 。
油膜涡动与油膜振荡的特征
➢ 轻载转子
在一阶临界转速之前就可能发生不稳定的半速 涡动，但不产生大幅度的振动
越过一阶临界转速后振幅减少 当达到两倍一阶临界转速时，振幅增大并且不
随着转速的增加而改变，即发生了油膜振荡
➢ 中载转子
过了一阶临界转速后会出现半速涡动 油膜振荡在二倍的一阶临界转速之后出现
➢ 重载转子
低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达 到两倍的一阶临界转速时，也不会立即发生很 大的振动
转速达到两倍的一阶临界转速之后的某一转速 时，突然发生油膜振荡
轴承升速过程振动瀑布图
从油膜涡动发展到油膜振荡
转 子 转 速 r/min
涡动频率 c/min
油膜涡动与油膜振荡的发生条件
▪ 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。
▪ 油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上 （柔性转子）。
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 =（0.42～f 0.48）fn，轴心轨迹f双椭圆； 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；轴心轨迹不规则，波 形幅度不稳定，相位突变。 ③ 两者的振动随油温变化明显。
动压轴承工作状态
轴颈在轴承内旋转时油膜压力分布
θ－偏位角 e －偏心距 c －平均间隙，c = R-r ψ－相对间隙， ψ＝c / r ε－相对偏心率， ε= e / r hmin －最小油膜厚度 hmin = c – e = c(1- ε)
涡动的概念
▪ 涡动是转子轴颈在作高速旋转（自转）的同时， 还环绕轴颈某一平衡有黏性，所以 轴颈表面的油流速度与 轴颈线速度相同，均为 rω，而轴瓦表面的油 流速度为0
油膜涡动与油膜振荡的特征
➢ 轻载转子
在一阶临界转速之前就可能发生不稳定的半速 涡动，但不产生大幅度的振动
越过一阶临界转速后振幅减少 当达到两倍一阶临界转速时，振幅增大并且不
随着转速的增加而改变，即发生了油膜振荡
➢ 中载转子
过了一阶临界转速后会出现半速涡动 油膜振荡在二倍的一阶临界转速之后出现
➢ 重载转子
低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达 到两倍的一阶临界转速时，也不会立即发生很 大的振动
转速达到两倍的一阶临界转速之后的某一转速 时，突然发生油膜振荡
轴承升速过程振动瀑布图
从油膜涡动发展到油膜振荡
转 子 转 速 r/min
涡动频率 c/min
油膜涡动与油膜振荡的发生条件
▪ 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。
▪ 油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上 （柔性转子）。
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 =（0.42～f 0.48）fn，轴心轨迹f双椭圆； 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；轴心轨迹不规则，波 形幅度不稳定，相位突变。 ③ 两者的振动随油温变化明显。
动压轴承工作状态
轴颈在轴承内旋转时油膜压力分布
θ－偏位角 e －偏心距 c －平均间隙，c = R-r ψ－相对间隙， ψ＝c / r ε－相对偏心率， ε= e / r hmin －最小油膜厚度 hmin = c – e = c(1- ε)
涡动的概念
▪ 涡动是转子轴颈在作高速旋转（自转）的同时， 还环绕轴颈某一平衡有黏性，所以 轴颈表面的油流速度与 轴颈线速度相同，均为 rω，而轴瓦表面的油 流速度为0
动设备课件-旋转机械故障诊断解析
当ω<ωn，即在临界转速下，振幅随着转速的增加而增大；
当ω接近ωn时，发生共振，振幅具有最大峰值；
当ω>ωn，即在临界转速上，转速增加时振幅趋于一个较小 的稳定值；
当工作转速一定时，相位稳定
转子不平衡故障机理与诊断
旋转机械故障诊断 转子不平衡
诊断实例1
某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启 动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值， 机器不能正常运行。
振动频率
• 径向振动以工频的2倍频为主，也有1倍频的成分 • 轴向振动以工频的1倍频为主，也有2x，3x。
不对中故障 转子不对中的故障特征
振动幅值
• 平行不对中：振动频谱中2x幅值超过1x幅值的50％ • 角不不对中：轴向2x或3x幅值约是1x转频幅值的30％~50％ • 2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类型和结构
或在临界区停留时间过长
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
机器劣化的原因
• 长期运行，转子的挠度增大或动平衡劣化 • 转子局部损坏、脱落或产生裂纹 • 零部件磨损、点蚀或腐蚀 • 配合面受力劣化、产生过盈不足或松动等，破坏了配合的
性质和精度 • 机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
离心压缩机 典型的表盘式监测系统
机器寿命较长。 减少意外停机。 备件库存较少。
意外停机引起生产损失。 过剩维修导致维修费用增加。 过剩维修引起人为维修故障。
预测维修体制
有计划地对设备作检查和测试，以确定 其健康状态，必要时才进行维修。
减少非计划停机损失。 维修时间间隔可以延长。 维修费用大为减少。 备件库存最小。
旋转机械故障诊断 转子不平衡
转子不平衡故障的时域特征
工学Chapter旋转机械故障诊断PPT课件
3.1.3 转子不平衡振动的故障特征
3、频谱图上转子转速频率对应的振幅具有突出的峰值，因为 不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动。
典型的转子不平衡振动频谱和轴心轨迹
4、三维全息图中，转频的振幅椭圆较大，其它成份较小。
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3.1.3 转子不平衡振动的故障特征
5、转子的进动方向为同步正进动。 6、转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降。 7、除了悬臂转子之外，对于普通两端支承的转子，不平衡在 轴向上的振幅一般不明显。 8、敏感参数（振幅）具有如下特征： 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，振幅会突然变大。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。
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3.1.4.2 转子运行中的不平衡
转子运行过程中的不平衡，可分成： 1、转子弯曲：
1）临时性弯曲 2）永久性弯曲 2、原始平衡状态破坏： 1）转子上零件破裂或飞离 2）固体杂质在叶轮上沉积 3）叶轮除锈后产生的不平衡 4）轴上零件松动
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3.1.4.2.1 转轴临时性弯曲
3.1.1 转子不平衡的类型
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，使得转子在工作时形成周期 性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的 现象，就是不平衡故障。
不平衡可分为静不平衡、偶不平衡和动不平衡。
另外又从转子过程的极坐标图上看出， 转子在做高速动平衡时，也曾显示9700～ 11000r/min之间具有明显峰值。
Ⅵ375测点的极坐标图
旋转机械的状态监测与故障诊断PPT课件
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。
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；
x p-p
峰-峰值的测量方法
1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准
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
V rms
1 T v 2 t dt
T0
式中： T v ( t )曲线样本长度；
n
设： v ( t ) v k sin 2 f k t k 1
其中： v k 1，2，3， n 为各组成分量的幅值，
1 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。
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。
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.pptx
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平 衡故障规律相近，但也各有特点。
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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。 力偶不平衡：至少需在两个修正平面内放置平衡重量才能修正。 动不平衡：动不平衡是不平衡的最普遍的类型，它是力不平衡和 力偶不平衡两者的组合。 悬臂转子不平衡：悬臂转子不平衡包含力不平衡和力偶不平衡两 者。总是必需要在两个修正面内加以修正重量。
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实例三：转子不平衡故障的诊断
结合喂入轮实际特点，引起其不平衡的诱因主要有：制造误差， 锈蚀，表面结垢，磨损引起的喂入轮轴系配合松动等。以前在检修 时发现，由于操作人员经常用水冲洗喂入轮致其内部进水，其安装 螺栓已经产生了大量锈蚀① ，再加之油剂等产生的工艺杂质附着在 喂入轮齿形表面越积越厚(结垢) ② ， 是造成喂入轮不平衡现象频发 的主要原因。为此，已将其列为工艺处理注意事项，并要求操作人 员利用缠辊等停机机会及时对喂入轮表面进行清理。
跃响应，主要特征是振动会突然发生变化而后趋于稳定，振动 幅值一般会有较明显的增大，如果有在线监测系统的话将能捕 捉到这一情况。为了防止脱落部件在惯性力作用下飞出使机体 发生二次事故，必要时应及时停机检修。
6．转子部件结垢 由于结垢需要一定长甚至相当长的时间，所以振动是随着
年月逐渐增大的。
7．联轴器不平衡 通常是联轴器两端轴承的振动较大。
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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。 力偶不平衡：至少需在两个修正平面内放置平衡重量才能修正。 动不平衡：动不平衡是不平衡的最普遍的类型，它是力不平衡和 力偶不平衡两者的组合。 悬臂转子不平衡：悬臂转子不平衡包含力不平衡和力偶不平衡两 者。总是必需要在两个修正面内加以修正重量。
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实例三：转子不平衡故障的诊断
结合喂入轮实际特点，引起其不平衡的诱因主要有：制造误差， 锈蚀，表面结垢，磨损引起的喂入轮轴系配合松动等。以前在检修 时发现，由于操作人员经常用水冲洗喂入轮致其内部进水，其安装 螺栓已经产生了大量锈蚀① ，再加之油剂等产生的工艺杂质附着在 喂入轮齿形表面越积越厚(结垢) ② ， 是造成喂入轮不平衡现象频发 的主要原因。为此，已将其列为工艺处理注意事项，并要求操作人 员利用缠辊等停机机会及时对喂入轮表面进行清理。
跃响应，主要特征是振动会突然发生变化而后趋于稳定，振动 幅值一般会有较明显的增大，如果有在线监测系统的话将能捕 捉到这一情况。为了防止脱落部件在惯性力作用下飞出使机体 发生二次事故，必要时应及时停机检修。
6．转子部件结垢 由于结垢需要一定长甚至相当长的时间，所以振动是随着
年月逐渐增大的。
7．联轴器不平衡 通常是联轴器两端轴承的振动较大。
机械故障诊断技术6_旋转机械故障诊断81页PPT
机械故障诊断技术6_旋转机械故障诊
断
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
25对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
断
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
25对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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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。
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。
➢（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。
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。
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。
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
③ 两者的振动随油温变化明显。
➢（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
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
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
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。
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。