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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实例三：转子不平衡故障的诊断
电机
齿轮箱 喂入轮
图5.4 喂入机传动示意图
图5.5 喂入机轮不平衡速度谱图
在涤纶短纤维生产工艺流程中有这样wk.baidu.com台瓶颈设备——喂入 机，纤维丝束从喂入轮绕过，由于其结构和用途的特殊性，喂入 轮不平衡现象频发。它们的共同频谱特征是：喂入轮转速频率占 绝对优势。
旋转机械故障诊断技术是近些年来国内外开展广泛研究，发 展比较成熟的故障诊断技术，具有一定的代表性，因此书的 重点部分，也是难点部分。
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第五章 旋转机械故障诊断技术
学习目标：
掌握旋转机械典型故障，如转子不平衡、转子不对中、共振、 机械松动、转子摩擦、滑动轴承故障、转轴裂纹、流体动力 激振、拍频振动等的机理和特征；
频振动幅值大。同时会出现较小
的高次谐波，使整个频谱呈所谓
的“纵树形”，如下图所示：
ω
图5.1 转子不平衡故障谱图
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实例一：转子不平衡故障的诊断
TO
TI
透平 齿轮箱 风机
图5.00 风机传动示意图
波形为简谐波，少毛刺。 轴心轨迹为椭圆。 1X频率为主。 轴向振动不大。 振幅随转速升高而增大。 过临界转速有共振峰。
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； 熟悉利用征兆的故障诊断方法。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
一、转子不平衡
不平衡是旋转机械最常见的故障。引起转子不平衡的原因 有：结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀，受 热不均匀，运行中转子的腐蚀、磨损、结垢、零部件的松 动和脱落等。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
2．转子偏心：皮带轮、齿轮、轴承和电动机框架等旋转中心与 几何中心线偏离时出现偏心。最大的振动出现在两个转子中心 连线方向上 。
3．轴弯曲：弯曲的轴引起大的轴向振动，如果弯曲接近轴的中 部，占优势的振动出现在转子转速频率，如果弯曲接近力偶， 则占优势的振动出现在2倍转速频率。用千分表可以证实轴的 弯曲。在汽轮发电机组中，通常是在盘车时和盘车后测量晃动 度的大小来判断转子是否存在初始弯曲。
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的瞬时阶
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。
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。
转速频率(Hz) 28.44 42.66
32.06
29.42
转速(RPM)
1706
2560
1924
1765
振动幅值(MM/S) 4.7549 9.5339 6.1804 5.1166
➢ 本案例利用状态监测与故障诊断技术指导工艺操作，确保了设 备安全稳定运行。同时它也充分印证了这一理论：不平衡产生的 振动幅值在转子第一阶临界转速以下随转速的平方增大（注：转 子产生的离心力F=MEω2，式中，M—转子质量，E—偏心距， ω—旋转角速度）。
第五章 旋转机械故障诊断技术
旋转机械是指齿轮箱、离心风机、、汽轮机、燃气轮机、发 电机、电动机、离心压缩机、水轮机、航空发动机等机械设 备，它们广泛应用于电力、石化、冶金、机械、造纸、船舶、 航空以及一些军事工业部门。
随着科学技术和现代工业的发展，旋转机械正朝着大型、和 自动化方向发展，这对提高和可靠性，对发展先进的状态监 测与故障诊断技术，提出了迫切的要求。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
➢ 转子不平衡的总体振动特征：
✓ 通常是水平方向刚度较小，振动幅值较大； ✓ 轴心轨迹成为椭圆形；
✓ 稳态振动是一个与转速同频的强 A 迫振动，振动幅值随转速按振动
理论中的共振曲线规律变化，在
临界转速处达到最大值。因此转
子不平衡故障的突出表现为一倍
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实例二：转子不平衡故障的诊断
10月22日振值出现大幅上升，查频谱图得知转速被调高，因此分 析这很可能是造成振动增大的直接原因；在满足工艺要求的前提 下两次调低转速，结果振值重又回落。
热媒炉燃烧风机振动幅值——转速对照表
监测日期 9月26日 10月22日 10月29日 11月25日
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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。
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轴向很小 1X频率(铅垂) 1X频率(水平) 轴向很小 1X频率(铅垂) 1X频率(水平)
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实例二：转子不平衡故障的诊断
电机
MO
MI
FI FO
风机
图5.2 燃烧风机传动示意图
某化纤公司聚酯装置一台热媒加热炉燃烧风机，2002年9月 26日采集的径向速度频谱图中转速频率占绝对优势，是典型的转 子（叶轮）不平衡信息，此时振动幅值相对不大，无需修理。