转子摩擦故障诊断
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
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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
转子不平衡故障诊断方法及应用实例分析
5.生产验证：在次日对该机组进行检修，发现第二级叶片上有明显裂纹，第一、 三级叶片上分别存在多处细小裂纹，叶片出现了较严重缺损。因此证明பைடு நூலகம்此次诊 断的正确性。
五
转子不平衡故障诊断应用实例
鉴于质量不平衡引起的激励力F是一个交变力，它会使转子产生振动，当转 子每旋转一周，离心力就会改变一次方向，不平衡故障的振动频率为转子的转频， 振动的时域波形近似为正弦波。
图2 不平衡转子时域波形
时域分析仅能为机械故障诊断提供非常有限的信息， 通常只能粗略地回答机械设备是否有故障以及故障严重 的程度，但不能检测和定位故障发生的位置。因此，时 域分析只用于设备的简易诊断。对于设备管理和维修人 员，诊断出设备是否有故障，这只是解决问题的开始， 更重要的工作在于确定哪些零部件出现了故障，以便采 取针对性的措施。因此，故障定位问题在设备故障诊断 与检测研究中显得尤为重要。
2012, 15(3):57-59. [4] 黄永东. 转子不平衡现象的分析[J]. 发电设备, 2009, 23(3):164-169. [5] 徐福泽. 转子系统不平衡-不对中耦合故障的动力学分析与诊断[D]. 湖南科技大学, 2013. [6] 张茉. 转子系统振动故障的诊断方法及时频分析技术研究[D]. 东北大 学, 2008. [7]楼向明. 运转状态下转子不平衡识别方法的研究[D]. 浙江大学, 2001.
图12 转子正常运转时时域信号波形图 图14 转子正常运转频谱图
图11转子不平衡故障仿真实验装置
图13 转子不平衡时时域信号波性特征 图15 转子不平衡频谱图
六
火力发电厂汽汽轮机摩擦振动故障分析与诊断
火力发电厂汽汽轮机摩擦振动故障分析与诊断发布时间：2022-07-06T08:43:11.804Z 来源：《福光技术》2022年14期作者：李昌恒[导读] 在汽轮机启动过程中，运行参数和部件状态极不稳定，汽轮机摩擦振动往往过大，静态和动态摩擦过大以及刚度减小是两种常见的汽轮机失效原因。
汽轮机的顺畅运行是电厂为人们日常生活提供大量电能的重要保障。
本文根据工厂汽轮机两次启动时轴承和摩擦振动过大的问题，通过分析同一情况下机组启动的振动数据，分析摩擦振动和力学问题。
根据存在的问题进行分析和解决问题，分析320MW发电机的摩擦振动特性，进而诊断出发生故障的原因，为汽轮机发生摩擦振动故障提供建议和指南。
李昌恒国家能源集团乐东发电有限公司海南省乐东黎族自治县 572500摘要：在汽轮机启动过程中，运行参数和部件状态极不稳定，汽轮机摩擦振动往往过大，静态和动态摩擦过大以及刚度减小是两种常见的汽轮机失效原因。
汽轮机的顺畅运行是电厂为人们日常生活提供大量电能的重要保障。
本文根据工厂汽轮机两次启动时轴承和摩擦振动过大的问题，通过分析同一情况下机组启动的振动数据，分析摩擦振动和力学问题。
根据存在的问题进行分析和解决问题，分析320MW 发电机的摩擦振动特性，进而诊断出发生故障的原因，为汽轮机发生摩擦振动故障提供建议和指南。
关键词：电厂；汽机；摩擦振动；故障；分析诊断1分析火电厂汽轮机出现异常振动的原因1.1因转子受热弯曲变形而导致异常振动汽轮机的转子受热弯曲变形后会导致汽轮机发生异常振动。
导致转子受热弯曲变形的因素很多，最主要的是转子散热不良、自身热量过高导致的变形。
在汽轮机运行时，冷空气、水汽等进入气缸内，和气缸产生摩擦产生大量的热能，这些热能导致转子难以有效冷却而受热变形。
一旦转子弯曲变形，就会影响到转轮机组的正常运转，出现异常振动。
这种异常振动如果不能及时被发现并有效解决，将会给汽轮机的正常运行带来影响，严重情况下将直接导致故障产生。
转子-滚动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断
第１ ０期
周 海 仑 等 ：转 子 一 动 轴 承 耦 合 系统 的转 静 碰 摩 故 障分 析 与 智 能 诊 断 滚
９ １
与定子 的间 隙时 ， 转静 碰 摩 故 障将 产 生 。０ 为轴 承 则 几何 中心 ， ， ０ 为转 子 几何 中心 ， ０ 为转 子 质 心 ， 为静
无质 量 弹性 轴 ， 子 两 端 采 用对 称 结 构 的滚 动 轴 承 支 转
故障诊 断 中 ， 献 ［ 、 ］ 文 ５ ６ 分别 研 究 了神经 网络 、 持 向 支 量机在 碰摩故 障诊 断 中的应 用 ， 是 目前 碰 摩 故 障 的 但 诊断往 往需要 大 量 的故 障样 本 ， 而实 际 的碰 摩 故 障 样 本获取并 不容 易 ， 因此 ， 如何 利用 碰摩故 障动力学 仿 真
＝
∑ｃ（ｃｓ ｙｎ — ・ 。 。 ， ＋ ｓＯ ｒ ｉｊ ）
Ｏ ＸＣ Ｓ ＋ ｙ ｉ ｓｎ — ｒ 。
子刚度 ， 为弹性 轴刚度 ， 为转 静 间摩擦 系数 ，， 转 ｃ为
统动力 学模 型 ， 并对滚 动 轴承 进行 了详 细建 模 ， 考虑 了 滚动轴 承间隙 、 非线性 赫兹接 触及变 柔性 Ｖ Ｃ振 动等 非 线性 因素 。近 年 来 ， 工智 能 已被 广 泛 地 应 用 于 碰 摩 人
转 子－ 动轴 承耦合 系 统碰 摩 故 障 动力 学 模 型 ， 用 数 滚 运 值 积分方 法研 究 了碰 摩 故 障 特征 ， 获 取 了大 量 碰 摩 并
转静 碰摩故 障机理 ， 提取 故 障特 征 ， 对碰 摩 故 障诊 断具 有重 要意义 。
由于航空 发动机普 遍 采用 滚 动 轴承 ， 因此 ， 需要 研
究滚动 轴承支 承 下 的转 静 碰摩 故 障 。文 献 ［ ］ 立 了 ２建 轴承一 转子一 定子 多 自由度 系统碰 摩故 障模 型 ， 究 了具 研 有局部 碰摩 的滚 动轴 承． 子． 子 系统 的非线 性特 性 ， 转 定 但是该模 型滚 动轴 承建 模 过 于简单 ； 文献 ［ ］ ［ ］ ３ 和 ４ 建 立 了具 有碰摩 耦 合 故 障 的转 子 一 动 轴 承． 匣耦 合 系 滚 机
转子的故障诊断系统研究
摘要现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化的方向发展。
由此而导致设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越来越复杂，同时对设备管理与维修人员的素质要求也越来越高。
保证高效、安全生产，减少设备特别是重要设备因故障引起的停机时间，是企业提高经济效益和社会效益的前提，而设备状态监测与故障诊断技术将为此提供一个有效的解决途径。
在机械学领域内，机械故障诊断技术可谓是一项富有活力的新技术。
近三十年来，随着微电子技术，计算机技术以及由此而引发的信息技术革命向古老传统机械科学领域的渗透，机械故障诊断技术应运而生。
近年来，工业界、学术界对现代机械故障诊断技术认识的深化与日俱增。
本论文以转子为主要研究对象，对其振动监测及故障诊断的技术进行了分析研究。
根据故障诊断的基本工作原理，基于MATLAB系统对转子系统产生的振动信号进行采集、存取并进行时频域分析。
在此基础上更利于旋转机械故障的诊断与处理从而减少机械故障给生产带来的损失关键词：转子；旋转机械；故障诊断；MATLABAbstractThe development of modern machinery and equipment is a cleartrend is the large-scale,high-speed,continuous and automaticdirection.Thus cause the device to more and more functions,more and more high performance,composition and structure of more complex,while the equipment management and maintenance staff,the quality requirements are also ncreasing. Ensure the efficient and safe production, it is important to reduce the equipment, particularly equipment downtime caused by failures, economic and social benefits of enterprise to improve the premise, and equipmentcondition monitoring and fault diagnosis technology would providean effective solution.In the field of mechanics, machine fault diagnosis techniques can be described as a dynamic new technology. Past three decades, with the micro-electronics technology, computer technology, and thustriggered the ancient tradition of the information technology revolution to the penetration of mechanical science, mechanical fault diagnosis technology came into being. In recent years, the industrial sector, academia, fault diagnosis technology of modern machineryand deepens the understanding growing.In this thesis, the rotor as the main research object, its vibration monitoring and fault diagnosis techniques are analyzed. Faultdiagnosis based on the basic working principle of the rotor systembased on MATLAB system vibration signals generated byacquisition, access and the time and frequency domain analysis. On this basis, more conducive to rotating machinery fault diagnosis andtreatment thereby reducing mechanical failure caused the loss to the production.KeyWords: rotor, rotating machinery, fault diagnosis, MATLAB目录摘要 (I)Abstract (I)1 绪论 (1)1.1 课题的研究背景和研究意义 (1)1.2 机械设备诊断技术的意义 (2)1.3 机械设备故障诊断的基本方法 (4)1.4转子诊断技术与应用现状 (5)1.5转子故障诊断技术的发展方向 (7)1.6本课题主要研究内容 (7)本章小结 (8)2 旋转机械典型故障的研究与诊断实例 .............................................................- 9 -2.1 旋转机械的典型故障原因及特征分析 .....................................................- 9 -2.1.1 转子不平衡(失衡) .............................................................................- 9 -2.1.2 转子不对中 .....................................................................................- 12 -2.1.3 基座或装配松动 .............................................................................- 14 -2.1.4 油膜涡动及油膜振荡 .....................................................................- 14 -2.1.5 旋转失速和喘振 .............................................................................- 14 -2.2 电动机转子系统振动监测及故障诊断的技术研究 ...............................- 14 -本章小结 ..........................................................................................................- 16 -3 转子的故障信号分析处理 .. (17)3.1 信号的频域分析方法 (17)3.2 转子故障的判断标准 (21)3.2.1 按轴承振幅的评定标准 (22)3.2.2 按轴承烈度的评定标准 (23)3.2.3 按轴振幅的评定标准 (25)3.2.4 其他有关标准 (26)4 故障诊断系统总体设计 ...................................................................................- 29 -4.1 Matlab软件简介........................................................................................- 29 -4.2 转子故障诊断系统总体设计 ...................................................................- 31 -4.2.1 系统界面子系统 .............................................................................- 31 -4.2.2 数据加载子系统 .............................................................................- 32 -4.2.3 时域分析子系统 .............................................................................- 32 -4.2.4 频域分析子系统 .............................................................................- 33 -4.2.5 打印子系统 .....................................................................................- 35 -5 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1 绪论1.1 课题的研究背景和研究意义航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械，在国防、能源、电力、交通、机械和化工等领域中广泛应用并发挥着重要作用。
03旋转机械故障诊断-精选文档
1、时域波形为近似的等幅正弦波。因为单纯的不平衡振动， 转速频率的高次谐波幅值很低。
2、轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，意味着转轴同一截面上 相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90°。椭圆是因为轴承 座及基础的水平刚度与垂直刚度不同所造成。
第三章 旋转机械故障诊断
本章内容
1、转子不平衡故障诊断，包括：转子不平衡概念、临界转速对不平衡 振动的影响、转子不平衡振动的故障特征、不平衡振动的故障原因和防 治措施、定向振动与不平衡振动故障的鉴别等。 2、转子不对中故障诊断，包括：转子不对中故障的特征、联轴节不对 中的振动频率、不对中故障的监测方法、故障诊断实例等。 3、滑动轴承故障诊断，包括：滑动轴承工作原理、滑动轴承常见故障 的原因和防治措施、高速滑动轴承不稳定故障的特征和防治措施等。 4、转子摩擦故障诊断，包括：干摩擦故障的机理和特征、转子内摩擦 引起失稳的机理等。 5、叶片式机器中流体激振故障诊断，包括叶片式机器中的气流不稳定 故障等。
上式的特解为：
cos( t ) x A sin( t ) y A
式中， 为离心力导前位移的角度，称为相位角；A为 振幅。
机械电子工程学院
3.1.2.2 阻尼对临界转速下转子振动的影响
n 1 n
。 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。
n c1 其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速 ，比之大 的依次叫做二阶临界转速 、三阶临界转速 。 n c3 nc2
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3.1.2 临界转速对不平衡振动的影响
转子绕组断股故障的检测与诊断方法
转子绕组断股故障的检测与诊断方法引言：转子绕组断股是旋转机械常见的故障类型之一，其严重影响设备的正常运行。
本文将介绍转子绕组断股故障的检测与诊断方法，以帮助工程师们更好地判断和解决这类问题。
一、故障特征转子绕组断股是指转子绕组中的线圈或线头发生断裂或脱落，导致电机运行时出现异常现象。
这种故障通常表现为以下特征：1. 异常声音：当转子绕组断股时，电机运行中会发出异常的响声，类似于金属摩擦声或破裂声。
2. 异常振动：转子绕组断股会导致电机运行时出现明显的振动，振动频率较高且不规律。
3. 电流异常：转子绕组断股会引起电机运行电流的突变或波动，且通常超出正常范围。
二、故障检测方法1. 视觉检查：通过观察电机转子绕组的外部情况，可以初步判断是否存在断股故障。
对于可视部分，如连接端子、绝缘套管等，应仔细检查是否有明显的断裂、破损或脱落现象。
2. 线圈绝缘测试：利用绝缘电阻测试仪对转子绕组的线圈进行绝缘测试。
正常情况下，绝缘电阻应远远高于设备要求的数值。
若绝缘电阻明显降低，可能意味着转子绕组存在断股故障。
3. 高频电流检测：采用高频电流传感器，测量电机转子轴承处的高频电流信号。
转子绕组断股会导致电机高频电流的波动或增加，从而可通过分析检测到的电流信号来判断故障的存在。
4. 热像仪检测：使用红外热像仪对电机进行热检测。
转子绕组断股会引发电机局部发热现象，通过热像仪可以准确地观察到温度异常区域，从而确定是否存在断股故障。
三、故障诊断方法1. 综合分析：通过以上检测方法获取的数据，综合分析各种信号的变化情况，判断是否存在转子绕组断股故障。
若多种信号都显示出异常，且与转子绕组断股故障有关联，则可以初步确定故障位置。
2. 断股位置定位：通过对电机的开盖检查，可以直接观察到转子绕组是否存在明显断股现象。
同时，对转子绕组进行逐线圈或逐线头的细致观察，以进一步定位故障位置。
3. 断股原因分析：根据实际观察，结合设备运行情况和历史维护记录，综合分析转子绕组断股的可能原因。
旋转机械的故障诊断
旋转机械的故障诊断1.不平衡不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障。
引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。
2.不对xx转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。
联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。
偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。
轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。
平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。
轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。
轴承不对中使轴系的载荷重新分配。
负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还使轴系的临界转速发生改变。
3.轴弯曲和热弯曲轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。
转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。
转子不论发生永久性弯曲还是临时性弯曲，都会产生与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。
4.油膜涡动和油膜振荡油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承中由于油膜的动力学特性而引起的一种自激振动。
旋转机械转子碰摩故障诊断
第 １ 卷 ７
过去人们认 为碰摩故障主要是其它故障的后 继征兆 ， 例如 ， 子质量不平衡 、 转 偏心都会导致 碰 摩故障 的发生 。 以， 所 对碰摩故 障发生的机理及其 信号特征的研究一直比较滞后 。 在我 国， 每年都会
有大机组发生 动静碰摩而 出现大 的振动 ，但是在 实际处理过程 中却往往要走弯路 ，由碰摩引起的 振动有时被怀疑为质量不平衡 ，或者被认为是 由
转子是旋转机械的重要组成部分 ，在高速旋
转机械 中为了提高机器效率 ，往往尽量减小密封 问隙和轴承间隙 ， 以减少气体和润滑油泄漏。 但是
旦达到机组 的动静 问隙值 ，都可能与静止部件发 生碰摩 。２ 由于不平衡 、 （） 油膜振荡等原 因使轴颈 处于极端的位置 ， 整个转子偏斜 ， 或者是非转动部
摘要： 介绍了转子碰摩故障特征 、 原因及其类型， 对转子碰摩故障诊断存在的问题进行了分析 ， 探讨了转子碰摩故障诊断的对策。 通过具体的碰摩故障诊断实例 ， 对比分析了经典线性方法的
局限和多尺度非线性方法的优势。
关键 词 ： 转子碰摩； 非线性方法； 旋转机械； 故障诊断
中图分类号 ：ＨＩ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６ １４ ６ （０ ６ １０ ４ — ２ １７ — ９ ２２ ０ ） — ０ ９ ０ ０
维普资讯
炼 油 与 化 工
２０ 年 第 １ ０６ 期
ＲＥＦ Ｎபைடு நூலகம் Ｉ ＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
４ ９
旋转机械转子碰摩故障诊断
申 梅 英
（ 大庆石油化Ｔ 总厂机动 工程部， 黑龙江 大庆 １３ １ ） ６７４
且发生横向 自由振动 。碰摩引起的振动频率 中包
旋转机械的状态监测与故障诊断
振幅随转速之增加而增加，达到 临界转速时振幅出现峰值，然后 则随转速之增加而减小，趋于某 定值。
自激振动（柔性系统）
在振动过程中，由于系统内部有能 量输入而引起的。
振动频率一般低于工频
振动频率在一定范围内可能存在某 种比例关系，但超过一定范围后则 主要与转子的一阶自振频率有关
随转速的变化振幅有突发变化的可 能（增大或减小）
第十七页，共113页。
1 旋转(xuánzhuǎn)机械的状态特征参 测数点与数量测与试布置
原则：通过对整个(zhěnggè)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(zhěnggè)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。
第十四页，共113页。
1 旋转机械(jīxiè)的状态特征参数与 测试
3．相位 许多设备故障单从幅值谱图上判断是不易区分的，这时
需要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。 例如，对于转子临时弓形弯曲、转子缺损和滑动轴承故
障，其频谱都以一倍频为主，不易区分。 如果(rúguǒ)进一步对其相位进行监测分析，则可以比较
注意：为降低系统成本，对于高频的随
第十八页，共113页。
1）轴的径向(jìnɡ xiànɡ)振动测量 测量轴颈的径向(jìnɡ xiànɡ)振动通常是在一个平面内相
互垂直的两个方向分别安装一个传感器。
第十九页，共113页。
2） 机壳（轴承座）的振动(zhèndòng)测量
测量点应尽量靠近轴承的承载 区，与被监测的转动部分最好只有 一个界面，尽可能避免(bìmiǎn)多层 相隔，使振动信号在传递过程中减 少中间环节和衰减量。测量点必须 有足够的刚度，轴承座底部和侧面 往往是较好的测量点。
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
汽轮机转子事故特征
汽轮机转子事故特征
1. 振动异常：汽轮机转子在运行过程中如果出现不平衡、弯曲、裂纹等问题，会导致振动异常增大。
这可能会引起机组报警或自动停机，也可能会对机组的安全运行造成威胁。
2. 温度异常：如果汽轮机转子的温度过高或过低，可能会导致转子材料的性能下降，从而引起转子故障。
例如，过高的温度可能会导致转子材料的热膨胀系数增大，从而引起转子弯曲或变形。
3. 轴向位移：如果汽轮机转子的轴向位移过大，可能会导致转子与静子之间的间隙变小，从而引起摩擦、磨损或碰撞等问题。
这可能会导致转子损坏或机组停机。
4. 转子裂纹：如果汽轮机转子出现裂纹，可能会导致转子的强度下降，从而引起转子断裂等严重事故。
转子裂纹可能是由于材料疲劳、应力集中或制造缺陷等原因引起的。
5. 转子不平衡：如果汽轮机转子的不平衡量过大，可能会导致振动异常增大，从而引起机组报警或自动停机。
转子不平衡可能是由于转子材料的缺陷、加工误差或转子部件的松动等原因引起的。
以上是一些常见的汽轮机转子事故特征，当出现这些特征时，应及时采取措施进行处理，以保证机组的安全运行。
转子系统碰摩故障特征分析
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李 晓峰 博 士
如何 诊 断 转子 系统 的 碰 摩故 障 ， 一直 是 众 多
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中 国机 械 工 程 第 １ ３卷 第 ６期 ２ ０ ０ ２年 ３月 下 半 月
旋转机械摩擦故障特征的多重性分析
关键词 ： 摩擦 ； 故障诊 断； 旋转机械
中图分 类 号 ：Ｋ ６ ． １ Ｔ ２８
０ 引 言
为 了减 少 漏 汽 （ ） 大 型 旋 转 机 械 动 静 间 隙 通 常 气 ，
较 小 ， 而 力 冲击 效 应 也 较 不 明 显 。 目前 很 多 学 者 在 因 小 型转 子 试 验 台 上对 摩 擦 故 障 开 展 了 大 量 试 验 研 究 。
由 于 试 验 台 的 转 子 质 量 较 轻 ， 验 结 果 过 分 地 突 出 了 试 摩 擦 力 冲 击 效 应 ， 而 与 工 程 实 际有 一 定 偏 差 。 因
设计 得很小 ， 装 、 修 和运 行 中稍有 不慎 就 可 能发 安 检 生 动 静 摩擦 。摩 擦 故 障不 仅 在 机 组 启 停 过 程 中 发 生 ， 运 行 中 也 会 发 生 。摩 擦 故 障 发 生 后 ， 组 振 动 可 能 出 机 现 长 时 间持 续 波 动 ， 有 可 能 出 现 突 发 性 。 摩 擦 严 重 也
不 平 衡 量 ＯＣ。 ＯＣ 较 原 不 平 衡 力 Ｏ 逆 转 了 一 个 角 度 Ａ
走 时 间 小 于 正 常 停 机 时 间 ， 车 电 流 也 会 变 大 。 因 盘 此 ， 向 进 动 、 常 惰 走 时 间 和 过 大 盘 车 电 流 是 判 断 反 异 摩 擦 故 障 非 常 重 要 的依 据 。
Ｃ
１ 摩擦故障力冲击 效应
（） ａ 工作转速低于临界转速 （） ｂ 工作转速高于临界转速
摩 擦 发 生 后 ， 轴 表 面 将 会 受 到 非 连 续 、 稳 态 转 非 摩擦力 的冲击作 用 ， 动 波 形 和轨迹 将 可 能 畸变 ， 振 出 现 诸 如 毛刺 、 波 等 异 常 现 象 。摩 擦 严 重 时 ， 子 还 削 转
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①转子与静子零部件发生干摩擦，这是最常见的摩擦故障。
例如:高速旋转的转子与迷宫密封件之间的摩擦，叶轮口环与密封环之间的 摩擦，叶轮与隔板之间的摩擦，轴颈与轴承之间的摩擦，轴与浮动环之间 的摩擦等。
这类摩擦故障的起因，可能是转子与静子之间的安装间隙太小、轴承间隙 太大或太小、轴存在挠曲变形、轴位移量过大或轴有蹿动、转子与静子部 件热膨胀量不一致、润滑系统故障以及其他原因引起的转子大振动(如:过 大的不平衡、不对中、油膜振荡、流体激振、转子和轴承系统的共振等)。
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如果转子不旋转.仅由涡动角速度Ω引起转子与静子直接接触的力是不 大的。但是当转子高速旋转时发生碰摩，作用于转子上的反弹力和摩擦 力均很大。
碰摩后的瞬间，转子表现为横向自由振动，振动频在一 起，形成一种复杂的转子振动形态。
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图 (a), (b)分别表示轻摩擦转子与重摩擦转子的三坐标图和轴心轨迹。
图(a)为轻摩擦转子，频谱中除了出现工频ω和2ω，3ω的高次谐波成 分之外，在不同转速下出现ω/2或ω/3，ω/4，ω/5的低次谐波成分。 随着转速的升高，次谐波的阶次由高变低，某一转速下出现的次谐波在 图中横坐标上对应的频率，实际上就是转子在该状态下的一阶自振频率。
转子与静子碰摩时，大部分情况下转子作前向进动。反弹力P和切向摩 擦力F的大小，主要受转子不平衡质量的影响。这些力在转子涡动周期 内，按其接触圆弧大小发生变化，因而转子振动情况也在变化。
转子碰摩后发生转速波动，波动幅度大小取决于摩擦转矩的大小，碰摩 瞬时转矩增大，转速瞬间下降，摩擦转矩消失阶段，又会发生短暂时间 的转子扭转振动
机器在工作中如果发生摩擦，不仅会产生转子或大或小的振动，同时也会 带来零部件的损伤甚至引发重大的破坏性事故。
对于摩擦故障，需要查找出发生转子摩擦的直接或间接原因。只有找到并 消除第一故障源，才能从根本上解决摩擦故障问题。
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②转子内部发生的内摩擦故障。内摩擦又可分为两种类型:
一类是转轴材料弹性滞后产生的内摩擦力激发转子涡动; 另一类是轴上配合零件与轴在弯曲时产生的摩擦以及齿式联轴节的齿套与
齿壳之间的轴向滑动摩擦，这种摩擦同样也会激励转子涡动。 内摩擦力对于具有足够大阻尼的转子并不会产生问题，但是对于柔性较好
的高速转子，在某些情况下可能会引起转子的自激振动。
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3. 4. 1干靡擦故障的机理和特征
转子与静子之间发生的干摩擦有轻重之分。
轻摩擦，如转子与迷宫密封齿之间的摩擦、轴颈与轴承表面巴氏合金之 间的轻微摩擦属于表面擦伤，由于摩擦力不大，并不影响转子的运动特 性，也不会产生很大的转子振动，机器未停车拆检之前往往没有发现问 题。
撞摩擦。 反向进动模型：当转子与静子在A点发生旋转摩擦时，转子给静子壁面
一个摩擦力Fa，而静子以反作用力Fa’作用于转子上。如果把力Fa’平移 至转子旋转中心O’,即在O’点上加相等相反的力F’和F,则F’的作用是促使 转子以旋转的相反方向进动(反进动)，而F与Fa’组成了一个力偶，阻止 转子旋转，因而多消耗了转子的驱动功率。
在低次谐波中，重摩擦时，i=2;轻摩擦时，随着转速升高，出现i=2或3， 4，5，…各个低次谐波。某一转速下i值的大小，取决于转速频率与转 子在碰摩状态下的一阶自振频率比值，当转速频率为一阶自振频率的i 倍时，就将激起ω/i的次谐波共振。
次谐波共振的幅值大小取决于转子的不平衡力、阻尼、外载荷大小、摩 擦副的几何形状以及材料特性等因素，在阻尼足够高的转子系统中，也 可能完全不出现次谐波振动。
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事实上，转子与静子发生碰撞摩擦的振动特性还要复杂，已有不少学者 进行了研究。从机理上分析，转子发生碰摩时存在如图所示的几种力:
N—正压力.此力决定摩擦力的大小;
P—反弹力，由于静子的弹性变形而施加于转子上的反作用力，
K—附加弹性力，由于碰摩时转子刚度变化而作用于转子上的力;
F—摩擦力，F=uN,u为摩擦因数。
在次谐波响应中，对称型的非线性振动产生奇次谐波响应，不对称型的 非线性振动产生偶次谐波响应。局部碰摩一般是不对称的非线性振动， 因此多数情况下是产生转速频率的1/2次谐波响应。
当转速高于转子一阶自振频率的二倍时，就会激起1/2次谐波共振。但 是，转子实际碰摩情况比较复杂，既有对称型又有不对称型的非线性振 动，因此在转子的振动响应中，既有转速频率成分ω和2ω，3ω ….. 一些高次谐波成分，又有的低次谐波成分ω/i (i=2,3,4, …)。
重摩擦，是指转子与静止部件之间发生碰撞摩擦，产生较大的摩擦力， 有时甚至发生360的整周接触摩擦，显然这种摩擦就会引起转子很大振 动，并且对机器零部件带来严重损伤。
在摩擦故障的诊断中，局部碰擦和整周接触摩擦的故障特征是不同的， 利用振动信号进行诊断是常用的方法:
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（1）局部碰摩的故障特征 局部碰摩是指转子在进动过程中与静止部件发生问歇性的、局部性的碰
转子发生碰摩时相当于在碰摩点处增加了一个支承，改变了转子的刚度。 转子与静子不断发生局部摩擦，刚度在接触(刚度变大)与非接触(刚度 变小)两种情况之间发生变化，刚度变化的频率就是转子的进动频率， 这种周期性变化的刚度使得转子自由振动变为不稳定。
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发生局部碰摩时，接触力和转子运动之间为非线性关系，使转子产生次 谐波和高次谐波振动响应。
图(b)为重摩擦转子，随着转速升高，频谱中明显地显示出ω/2谐波成 分，以及ω/2和ω的高次谐波成分。另外，从轴心轨迹上观察，所有次 谐波成分的轨迹图都是向左上方倾斜的:对次谐波进行相位分析，垂直 和水平方向上的相位差为180
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（2）摩擦接触弧增大时的故障特征 当离心压缩机发生喘振、轴承油膜振荡等大振动时，转子处于完全失稳
状态，转子在轴承、密封等处表面作大面积摩擦，甚至发生整周摩擦， 产生很大的摩擦力。在整周摩擦时。高的摩擦力可使转子由正向涡动变 为反向涡动。 转子发生重摩擦，且摩擦接触弧较大时，在波形图上就会产生单边波峰 “削波”现象，这时将在频谱上出现涡动频率与转速频率的和差频率成