旋转机械的故障诊断1

② 转子平衡状态破坏
转子零件碎裂或飞离：阶跃式不平衡，振幅相位突变。
叶轮沉积固体杂质：包括高温粘性催化剂微粒粘结，管道锈 蚀以及气源粉尘沉积等，主要引起转子振幅增大，转速成分 突出，转速增振幅大，严重时转静子摩擦磨损。
轴上零件松动：轮、盘、轴、键槽配合松动，材料和介质腐 蚀松动等。
1.5 定向振动与不平衡振动故障的鉴别
现场平衡：对大型机组，实际安装条件与平衡机条件不同。 影响系数法：试重、测定、作图、解析、再试重、计算、平衡 试重周移法：圆周等分试重
挠性转子平衡：（挠性转子转速超过一阶临界转速） 减小转子振动和挠曲度，一般采用振型平衡法、影响系数法以
及多平面多转速平衡。
现场平衡测试装置（动平衡技术）
平衡质量
轴心轨迹：椭圆
典型的不平衡振动频谱和轴心轨迹
1.4 转子不平衡振动的故障原因和防治措施
转子不平衡
转子固有质量不平衡 转子运行中的不平衡
（1）固有质量不平衡：转子原始状态存在不平衡，与操作运行无关。 ① 原因：
固有质量不 平衡原因
设计错误 材料缺陷 加工与装配误差 动平衡方法不正确
A
B
C
D
故障：振动加大，轴承偏磨，联轴节过热，齿式联轴节齿面磨 损，联轴节配合键槽出现裂纹，膜片联轴节疲劳损坏。
旋转机械故障60%原因为转子不对中。
2.1 转子不对中的故障特征
转子不对中的故障特征：
① 改变轴承油膜压力； ② 轴承振幅随负荷增大而增高； ③ 平行不对中引起径向振动； ④ 轴颈轴心轨迹为椭圆形。载荷增大、变香蕉形，“8”字 形或外圈中内圈等。 ⑤ 振动频率：刚性联轴节平行不对中时，振动频率为2倍转 速频率和多倍频；角度不对中时，产生轴向振动，振动频 率为工频及多倍频。
临界转速：一阶临界转速ncr1，多阶临界转速ncri （阶数i） 设计要求：工作转速n避开临界转速ncr。 一般规定：工作转速n<一阶临界转速ncr1，n 0.75 ncr1
工作转速n>一阶临界转速ncr1，1.4ncri<n <0.7ncr(i+1)
转子运动力学模型：两端刚性轴承对称支承转子（最简单）。
转子不平衡：设计错误、材料质量、加工、装配以及运行多因 素影响，转子质心与旋转中心之间存在一定的偏心距， 转子 工作时周期性受离心力干扰，轴承产生动载荷引起机器振动。 不平衡原因：旋转体质量沿旋转中心线分布不均匀。
转子不平衡产生的离心力
以带薄圆盘的刚性转子为例， 两轴承支承跨度为l， 转子质量 为m，质心M距旋转中心O偏心距为e，旋转角速度为。 假定 转子系统无阻尼，则转子产生的离心力为：
子角频率= 2f
工频（工作频率）：转速频率
不平衡振动故障特征：
① 转子或轴承产生径向振动，频谱图中，转速频率（工频） 成分比较突出（峰值频率）。 ② 转子单纯不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值较低，时 域波形为正弦波。 ③ 转子轴心轨迹形状为圆或椭圆，同截面垂直两探头信号的
相位差为90°。
④ 转子进动方向为同步正进动。 ⑤ 普通两端支承转子，轴向振幅不明显。 ⑥ 转子振幅对转速变化敏感，转速下降振幅明显下降。
定向振动：轴心轨迹接近直线，非圆或椭圆，振动同相位或
180°反相位；主要由机体变形、皮带轮或齿轮偏心、机座松
动以及基础共振等引起。
2. 转子不对中故障诊断
转子不对中故障：转子连接对中超标，或轴颈位置不良，轴承 缺乏良好油膜和适当负荷等引发机器振动或联轴节、轴承损坏 。
原因：① 初始安装对中较差；② 转子中心运行时温度升高 ；③ 轴承架热膨胀不均匀；④ 管道力作用；⑤ 机壳变形或移位；⑥ 地基不均匀下沉；⑦ 基础变形；⑧ 转子弯曲（同时产生不平衡 和不对中故障）。
质心
旋转轴线
轴承中心 线
转子几种不平衡状态
1.2 临界转速对不平衡振动的影响
（1）临界转速的动力特性 临界转速现象：不平衡离心力引起共振现象。临界转速时， 转 子产生较大的弯曲变形，做弓状回旋运动（“涡动”或“进动 ”），转子质心远离轴承中心线，离心力剧增，转子产生更大 变形，离心力进一步放大，机器剧烈振动。
转子运动的力学模型
设圆盘质量为m，刚度系数为k，动挠度为，则转子无阻尼横
向振动固有频率为：
n k / m
=n时，理论 无限大，角速度 即为临界转速。
（2）阻尼对临界转速下转子振动的影响 阻尼：使自由振动衰减的各种摩擦和其它阻碍作用。主要包括 介质黏性、轴承油膜黏性、滑动面间摩擦、轴材料内摩擦阻尼 、转子轴承系变形以及能耗结构阻尼等。
平衡质量
双面动平衡技术
（2）转子运行中的不平衡
① 转子弯曲 临时性弯曲：转子受外部影响或外力作用引起，不需动平衡 ，采用简单措施，如盘车或调整操作方式即可恢复，主要由 转子受热不均，转子自重，气流冲击, 温度突变以及负荷变 化快等因素引起。 永久性弯曲：转子慢转无法恢复，需要热处理校直或精加工 消除。
线性系统：阻尼力与速度成正比，方向与速度方向相反。
转子放大因子 ：反映转子共振振幅高低，值与频率比/n 和阻尼比有关。
A（振幅） X（st 静挠度）
阻尼比 临界阻尼系数
转子的幅频与相频曲线
1.3 转子不平衡振动的故障特征
转子不平衡振动：周期性离心力干扰产生强迫振动，转子旋转 一周，离心力经某点产生一次扰动，测点产生一次振动响应。 转子振动频率：f=转速频率=n/60（强迫振动、同步振动），转
② 解决措施：动平衡技术
标准：ISO 1940《刚性转子平衡精度》 转子平衡精度等级G = 0.16-4000 mm/s
G=(e)/1000 式中:e—转子不平衡度，gmm/kg，—转子旋转角速度
G—转子平衡精度等级，mm/s。 刚性转子平衡：（刚性转子转速低于一阶临界转速）
静平衡：单平面平衡、滚动法、计算平衡质量 动平衡：双面多面平衡、动平衡机
本章内容
转子不平衡故障诊断 转子不对中故障诊断 滑动轴承故障诊断 转子摩擦故障诊断 浮动环密封故障诊断
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1. 转子不平衡故障诊断
旋转机械：转子旋转运动的工作机器，包括转子、轴承等 部件。 典型旋转机械有离心泵、轴流泵、离心式和轴流式风机、 压缩机、汽轮机、涡轮发动机、电动机以及离心机等。
1.1 转子不平衡概念