旋转机械振动监测和分析
旋转机械的状态监测及故障诊断
同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 一般采用滚动轴承
2）系统分类——以临界转速分类
⑵ 柔性转子系统--工作转速在一阶临界转速以上的 系统
判别依据：一般工作频率>100Hz的机械系统属于柔性转 子系统。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
4）旋转机械的转速检测
齿式轮盘测速 转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽
或凸键标己或者在轴上安装一个齿轮盘使每转产生多 个脉冲。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
5）轴向位移检测
测量转子的轴 向位移时，测量面 应该与轴是一个整 体，这个测量面以 探头中心线为中心。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
6）轴心轨迹测试
轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转 和振动情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信 息。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
正向进动（轴转向与轴心轨迹 转向一致）----例如：转子不 平衡、不对中、油膜失稳产生 的亚同步涡动、内摩擦激发的 涡动等均为正向进动。绝大多 数为正向进动。
振动特点：振动频率（自激振动）<工作频率，并与一阶 横向自振频率有关。
自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而 产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。
一般采用滑动轴承。
两种系统振动特点比较
激振原因
频率与工作 频率的关系
强迫振动（刚性系统）
由于外部激振力 或激振位移引起的
振动频率与工作频率同步
1 旋转机械的状态特征参数与测试
3）旋转机械振动相位检测
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断主要是通过观察和分析机械运行过程中
的异常现象来判断故障原因。
以下是一些常见的旋转机械
故障诊断方法：
1. 震动分析：通过测量机械运行时的振动幅值和频率，分
析振动的特点和变化趋势，判断故障位置和类型。
常见的
故障类型包括不平衡、轴承损坏和轴承松动等。
2. 温度监测：通过测量机械的各个部件的温度，判断是否
存在过热的情况。
过高的温度可能是由于摩擦、润滑不良
或散热不良等原因引起的故障。
3. 声音分析：通过对机械工作过程中产生的声音进行分析，判断是否存在异响或噪音。
噪音可以是由于轴承损坏、齿
轮磨损或螺栓松动等引起的。
4. 润滑油分析：通过对机械润滑油的化学成分和物理性质
进行分析，判断是否存在金属粉末、水分或杂质等异常。
这些异常可能是由于零件磨损或润滑油质量不佳引起的故障。
5. 可视检查：通过对机械各个部件的外观进行检查，观察
是否存在磨损、裂纹或松动等现象。
这可以帮助诊断轴承、齿轮和联接件等部件的故障。
以上是常见的旋转机械故障诊断方法，诊断时可以结合多
种方法综合分析，准确判断和定位故障原因，以便及时进
行修复或更换有问题的部件。
第二章 旋转机械振动分析基础汇总
第二章 旋转机械振动分析基础振动在设备故障诊断中占了很大的比重，是影响设备安全、稳定运行的重要因素。
振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备的健康情况，是设备安全评估的重要指标。
一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小。
一旦机组振动值变大，或振动变的不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。
第一节 振动分析的基本概念振动是一个动态量。
图2.1所示是一种最简单的振动形式——简谐振动，即振动量按余弦或正弦函数规律周期性地变化，可以写为()ϕω+=t A y sin （3-1）f πω2=；Tf 1= 试中，y 振动位移；A 振动幅值，反映振动的大小；ϕ振动相位，反映信号在t=0时刻的初始状态；ω为圆频率；f 为振动频率，反映了振动量动态变化的快慢程度；T 为周期。
图2.1简谐振动波形图2.2给出了三组相似的振动波形：图2.2（a ）为两信号幅值不等，图2.2（b ）为两信号相位不等，图2.2（c ）为两信号频率不等。
可见，为了完全描述一个振动信号，必须知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。
（a）幅值不等；（b）相位不等；（c）频率不等图2.2 三组相似的振动波型简谐振动时最简单的振动形式，实际发生的振动要比简谐振动复杂的多。
但是根据付立叶变换理论知道，不管振动信号多复杂，都可以将其分解为若干具有不同频率的简谐振动。
图2.3 付立叶变换图解旋转机械振动分析离不开转速，为了方便和直观起见，常以1x表示与转动频率相等的频率，又称为工（基）频，分别以0.5x、2x、3x等表示转动频率的0.5倍、2倍、3倍等相等的频率，又称为半频、二倍频、三倍频。
采用信号分析理论中的快速傅立叶变换可以很方便地求出复杂振动信号所含频率分量的幅值和相位。
目前频谱分析已成为振动故障诊断领域最基本的工具。
频谱分析所起的作用可以概括为以下两点：1）特定故障的频率特征具有必然性。
例如，转子不平衡的频率为工频，气流基振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障为高频。
典型机械的振动监测与诊断
到泵安全运行的报警值。拆机修理发现一异物缠绕在叶轮上，
改变了质心。清除异物，工频处幅值仅为0.97μm，振幅明显
减小，泵运行正常。
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转子不对中
旋转机械一般是由多根转子所组成的多转子
系统，转子间一般采用刚性或半挠性联轴节联接。
由于制造、安装及运行中支承轴架不均匀膨胀、
趋势分析
停机门限值
280
240
报警门限值
200
160
120
80
40
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
日期 d
趋势分析是把所测得的特征数据值和预报值按一定的时间顺
序排列起来进行分析。这些特征数据可以是通频振动、1X振幅、
2X振幅、0.5X振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、
按小时、按天等。
瀑布图
350
座不圆；轴圆度误差大；热裂纹发展，旋转爬
行；微动磨损和胶着现象的发展。
2.内、外圈内表面有轴向裂纹
发生旋转爬行或微动磨损
3.内、外圈上有周向裂纹
轴承座变形；装配不均匀；过载
4.动圈（内圈或外圈）端面上有径向裂纹
动圈运转期间与轴承座或轴肩发生碰撞或摩擦
5.滚子轴承座圈上挡边断裂
挡边上装配压力分布不均匀；装配时锤击力过
标准（m）
转速( r/min)
≤1000
1500
3000
3600
≥6000
轴承上
75
50
25
21
12
轴上
(靠近轴承)
150
旋转机械的测试信号及分析
旋转机械的测试信号及分析旋转机械是一类常见的工业设备，如发电机、风机、泵等。
在使用这些旋转机械之前，常常需要进行测试信号的产生和分析，以确保其正常运转和性能。
下面将介绍旋转机械测试信号的产生和分析方法。
首先是测量旋转机械的转速。
转速是旋转机械的一个重要指标，可以通过接触式或非接触式传感器来测量。
接触式传感器一般使用光电编码器或霍尔传感器，而非接触式传感器则可以使用激光测距仪或红外线测距仪等。
通过测量旋转机械的转速，可以了解其运行状态和工作效率。
其次是测量旋转机械的振动。
振动是旋转机械常见的故障指标之一，可以通过振动传感器来测量。
振动传感器一般使用加速度传感器或压电传感器等。
通过振动的测量和分析，可以了解旋转机械的动态性能和工作状态，及时发现和诊断故障。
另外是测量旋转机械的温度。
温度是旋转机械正常运行的一个重要指标，可以通过温度传感器来测量。
温度传感器一般使用热电偶或热敏电阻等。
通过测量旋转机械的温度，可以了解其热平衡状态和散热性能，预防过热和过冷引起的故障。
最后是测量旋转机械的功率。
功率是旋转机械的工作能力指标，可以通过功率传感器来测量。
功率传感器一般使用电流互感器或电压互感器等。
通过测量旋转机械的功率，可以了解其工作负荷和效率，并及时调整工作参数，以达到最佳工作状态。
针对旋转机械测试信号的分析，可以采用如下方法：首先是时域分析。
时域分析是对旋转机械测试信号在时间域上的变化规律进行分析，常常使用波形图观察信号的振幅、频率、周期等信息。
通过时域分析，可以了解旋转机械的动态性能和瞬态响应。
其次是频域分析。
频域分析是对旋转机械测试信号在频率域上的分布规律进行分析，常常使用功率谱图观察信号的频率成分和能量分布等信息。
通过频域分析，可以了解旋转机械的振动特性和频率分布，为故障诊断提供依据。
另外是相关性分析。
相关性分析是对旋转机械测试信号之间的关系进行分析，常常使用互相关函数或自相关函数来观察信号之间的相关程度。
旋转机械振动及频谱分析.ppt
图10两个相差90度相位角振动 的质量块系统
图11 两个相差180度相位角振动 的质量块系统
什么是振动相位？
振动相位是以角度为单位，通常是利用频闪灯或光电头测量得到。 下图给出了，振动相位与机器振动间的关系。
在左侧图中，机器上的轴承1和轴承2之间的振动相位差为0度（同 相振动），而在右侧图中的机器，轴承1和轴承2之间的振动相位差为 180度（反相振动）。
什么是振动
当有一个作用力施加在质量块上时，如向上托起质量块，如图 二所示，质量块向上运动，弹簧在这个力的作用下被压缩。
图2 质量块被一个向上的力激励
图3 撤除作用力后质量块的响应
一旦这个质量块达到上部极限位置时，撤除作用力，质量块开
始下落。质量块将下落通过平衡位置而继续向下运动到它的下部极 限位置处如图三所示。
图9 两个同相位振动的质量块振动系统
什么是振动相位？
图10给出了，两个相位差为90度的振动系统，即#2质量块超前#1质 量块1/4周（或90度）运动，或#1质量块相对滞后#2质量块90度。
图11给出了同样的两个质量块，相位差为180度时的振动情况，在 任何时刻，#1质量块向下运动的同时，#2质量块向上运动。
1987年国务院《全民所用制公交设备管理条例》
监测和诊断的各种手段
★ 振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。
★ 温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。 ★ 声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。 ★ 油液（铁谱） ：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。 ★ 无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。 ★ 压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。 ★ 强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。 ★ 表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。 ★ 工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。 ★ 电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。
旋转机械常见振动故障及原因分析
旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。
本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。
二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。
这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。
在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。
强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。
此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。
喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
旋转机械振动故障诊断及分析
1.2靠背轮和转子找中心不正
a.靠背轮的影响 ⑴靠背轮平面瓢偏，当拧紧靠背轮螺丝后，转子将产生静变形 （即挠度），在轴颈上会呈现较大的晃摆，在旋转状态处，静 变形将产生旋转的强迫振动。 ⑵靠背轮连接螺栓有紧力差别，其产生的后果和瓢偏一样。 ⑶两个靠背轮止口或连接螺栓节圆不同心，当拧紧靠背螺丝后， 两个转子会产生偏心，这种偏心在旋转状态下直接产生激振力， 而且以力偶形式作用在两个相邻的轴承上。 靠背轮造成振动的特点是：振动的主要分量与转速相符，但 包含有一定的非基波分量，因此在激起普通强迫振动的同时， 可能还会激起高次谐波和分谐波共振。
4、转子动平衡质量 在线性系统（绝大多数情况），转子不平衡响 应的峰值与转子上残余不平衡量的大小成正比。 减少不平衡量可以明显地降低响应峰值，尽可能 的提高转子动平衡精度是提高转子振动品质的有 效措施。
5、转子温度效应 在高参数或超临界汽轮机中，高、中压转子温 度较高，这会引起转子材料弹性模量的变化。材 料的弹性模量随温度的升高而降低，从而使转子 的弯曲刚度和临界转速降低，故在分析计算中应 计入转子温度变化的影响。 当汽缸或轴承座温度较高时，会引起支撑系统 动刚度降低,使得轴瓦振动增大。当带负荷运行时， 如果转子存在不均匀的温分布，会导致转子产生 热弯曲，引起振动增大。
a.发电机转子的热不平衡 造成发电机产生热不平衡的原因是由于转子上 某些零件产生不对称热变形和转子热弯曲。产生 不对称热变形的零件主要是端部零件，特别是端 部线包，由于线包受热膨胀在径向发生不对称位 移，破坏了转子的质量平衡。 热弯曲的原因主要是由制造和材质方面的缺陷 所引起，另一方面是运行方面的原因引起的。
★ 影响旋转机械振动的因素
★ 汽轮发电机组的振源分析
★ 旋转机械的故障诊断
旋转机械振动分析案例ppt
案例分析与结论：对案例进行分析，包括对振动信号的特征提取、原因诊断和解决方案等 ，并得出结论。
研究成果与展望
研究成果展示
展示旋转机械振动分析案例的研究成果，包括所取得的实验 结果、数据分析方法和结论等。
采用振动隔离和减震技术
总结词
采用振动隔离和减震技术
详细描述
采用振动隔离和减震技术可以有效地减少机械振动对周围环境和设备本身的影响。这包括使用弹性支承、阻尼 材料和减震器等措施。
05
案例总结与展望
案例总结
案例背景介绍：介绍旋转机械振动分析案例的相关背景，包括旋转机械的应用领域、案例 的来源和目的等。
通过数学建模，可以求解振动系统的稳态和瞬态响应，为后续的振动分 析和控制提供依据。
旋转机械振动问题的仿真模型
01
02
03
旋转机械振动问题的仿真模型是通过 计算机模拟来再现旋转机械的振动现 象。
该模型基于力学和数学模型，通过数 值计算方法求解振动系统的动态行为 。
通过仿真建模，可以在计算机环境中 模拟振动系统的性能，预测不同条件 下的振动响应，为优化和控制提供支 持。
的重要基础设施。
旋转机械的稳定性和可靠性对 于生产Leabharlann 全和经济效益具有重要意义。
旋转机械振动问题的定义
旋转机械振动是指机械设备在旋转过程中产生的偏离平衡位置的位移或速度变化 。
振动可能导致设备部件的疲劳、磨损和性能下降，甚至引发重大事故。
旋转机械振动问题是一个复杂的技术难题，涉及机械、力学、电气等多个学科领 域。
04
旋转机械振动监测和分析
第23卷 第1期2010年3月燃 气 轮 机 技 术GAS TURB I NE TECHNOLOGYV o l 23 N o.1M ar.,2010旋转机械振动监测和分析郑月珍(南京汽轮电机(集团)有限责任公司,南京 210037)摘 要:本文介绍旋转机械振动监测和设备故障诊断的意义、旋转机械的常见振动问题和振动测量的原理及测试方法。
最后介绍我公司研制开发的以计算机为核心的旋转机械振动监测和分析系统的主要功能。
关 键 词:机械振动;轴振动;频谱分析;故障诊断中图分类号:O329 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2010)01-0039-061 振动状态在线监测及预测维修旋转机械的振动监测是设备运转状态监测的重要组成部分。
随着生产技术的发展,一种以状态监测为基础的故障诊断和预测技术得到推广与应用。
这种技术的发展,将使设备的维修方式从传统的 事故维修 和 定期维修 过渡到 预知性维修 ,从而大大提高设备的年利用率,减少停机维修时间,降低维修费用,同时也减少了备件库存量。
此外,旋转机械的振动测试技术也是转子现场动平衡和转子动力特性试验研究不可缺少的手段。
近十年来,我国振动状态监测技术得到了重视和研究,在关键设备上配备了监测仪表或监测系统。
例如从国外引进的燃气轮机发电机组都安装了振动保护系统。
对国内制造的200MW、300MW和600MW汽轮发电机组的仪表设计工作正在选择相应的振动保护系统与主机配套。
国内原有的电站设备已逐渐安装机械保护系统及准备安装机械保护系统。
2 旋转机械振动测试概要旋转机械振动测试的主要对象是一个转动部件 转子或转轴,在进行振动测量和信号分析时,也总是将振动与转动密切结合起来,以给出整个转子运动的某些特征。
2.1旋转机械的振动问题转子是旋转机械的核心部件。
通常转子是用油膜轴承、滚动轴承或其它类型轴承支承在轴承座或机壳、箱体及基础等非转动部件上,构成了所谓的 转子 支承系统 。
QPZZ-II旋转机械振动分析及故障模拟实验系统配置说明
∶
2、 成 : 组 由变速驱动电机 、轴承 、齿轮箱 、轴、偏重转盘 、调速器等组成 。通过调节 配重,调 节部分的安装位置以及组件的有机组合快速模拟各种故障 。 系统的机械 圈缺陷、内圈缺陷、滚珠缺陷);有 缺陷的轴承 (外 部分还包括被测部件有 :有 齿的齿轮 (磨 损的齿轮 );旋 转圆盘的配重块 (在 圆盘圆周边缘 缺陷的齿轮 (断 每隔 10度一螺孔 ,用于固定和调平衡用的配重块) 开 转圆盘的配重块+专 有缺陷的齿轮+旋 用配套工具 平台+有 缺陷的轴承十 3、 要 参数 : 主
(8)静 平衡与动平衡计算功能 1) 2) l面 平衡法 2面 平衡法 、
困 ; Ⅲ丬 吲 少 书 昌 珥 u l 书
皿汾蹋酣霸郦孺+凶肖
刂
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u
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Φ
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W 沛
岛 挢 指 酚 莳 阐
斟 漭 苗 ˇ 非
潲 茧 粥 涔 搏
踌
茁 郯 蚪 闭 耻
府 沸 涔 彗
济 茁 锵
赛 斟 茁 料 阐 诽 诗 沿 画
a ) 滚 轴承 故 障模 拟 : 动 可模拟 的故 障有 : 轴 内 可方便 的将 被 测 部分 的轴承更换成有缺 陷的轴承 。 承 圈损伤 、外 圈损 伤 、滚珠 损伤 , 轴承 安装 不 良, 轴承 与轴承座 之 间 的松动 。 b、 齿轮 故 障模 拟 : 通 过更换有 缺 陷 的齿 轮 , 可模拟 的故 障有 : 齿形误 差 、齿轮 磨损 。 c、 轴系 故 障模 拟 : 通 过调整轴 上 旋 转 圆盘 上 的平衡 重量 , 可以模 拟轴 不平衡 ( 或 叶轮不平 衡 ) 缺 陷 , 调整 轴座 底 盘 的安装位 置可 以模拟轴 安装 不对 中缺 陷 。 Rp d、 可变 速 模拟 在 不 同速度 条件 下 的故障特 征 , 变速 范 围为 7 5 - 1 4 ⒃ m 。
核电厂运营阶段旋转设备振动测量与故障分析
核电厂运营阶段旋转设备振动测量与故障分析摘要：核电机组的规划、购买、装置、运行，都是非常关键的一环。
为了确保核电转机的正常工作，在机组运营过程中，对转机进行了离线振动监控。
以专业的勘测设备和研究软件为基础，结合振动研究的专业知识，对振动超标的设施展开了故障研究，并实施了相应的修缮处理，最终使其振动实现了一个正常的能力，给核电站运营的正常开展给予了牢固的保证。
关键词：振动监测系统振动测量故障分析在当代的生产过程中，对器械设施进行故障判断已引起了人们的广泛关注，若无法有效察觉并解决问题，将会造成设施自身的损伤，而且会引起机器失效、人员伤亡等重大不良后果。
在持续生产过程的中，一个重要的装置只要发生故障，就会影响到整个装置的正常运转，给项目企业带来很大的经济损失。
对核电站而言，利用故障判断技术，及早察觉设施故障，提前更换到备用，是减低事故产生，降低经济损失，预防危害的一种行之合理的措施。
振动，是衡量装备工作情况的一个关键评估指标。
振动的强弱，将直接影响到装置是否可以持续稳定地工作。
在机器工业和别的工业领域中，有着相当多的不良振动现象，它们的出现造成了巨大的损失，有的还潜藏着危险的祸根，因此，运用振动项目的理论、技术和措施，对这些问题进行分析和处理，是当前的迫切需要。
1核电厂振动研究在电厂运作中的设施和构造中，通常有着机器振动，比如汽轮机、发电机、风机、水泵等旋转机械的振动，轴承座、汽缸、发电机定子、凝汽器等固定构造的振动，汽、水管道及热交换器的振动，还有厂房、砼基础、横纵梁等土建构造的振动。
对核动力装置中的关键设施开展振动勘测核研究，并对其实施预防性判断，可以合理地避免突然的振动事故，极大限度地减少经济受损，解决潜在危险。
在2005年，某个核电厂曾使用高频振动频谱的检测，查出了某核二级泵齿轮箱小齿轮的的初步磨损。
按照出现的问题，对其展开的有效的处理，从而避免了重大磨损事故的产生。
1.1CSI2130在核电的应用CSI2130是目前核电设备中常用的一种状态研究仪，用于对核电设备的振动进行勘测核研究，并将其与之相匹配的“AMSMachineryManagerClient”管理软件用于数据库的管控和振动研究。
旋转机械振动分析案例
波形出现“削顶” 丰富的高次谐波
滚动轴承故障的振动诊断及实例
1. 滚动轴承信号的频率结构 滚动轴承主要振动频率有：
（1）通过频率 当滚动轴承元件出现局部损
伤时（如图中轴承的内外圈或 滚动体出现疲劳剥落坑），机 器在运行中就会产生相应的振 动频率，称为故障特征频率， 又叫轴承通过频率。
各元件的通过频率分别计算 如下：
测点A水平方向振动信号的频谱结构图
机械松动
地脚松动引起振动的方向特征及频率结构
实例 某发电厂1＃发电机组，结构如图。
1-汽轮机 2-减速机 3-发电机 4-励磁机 ①－后轴承 ②－前轴承
汽轮机前后轴承振动值
①
②
um P－P
um P－PLeabharlann H8530
V
15
6
A
28
28
振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频，尤以3倍 频最突出。另外，观察其振动波形振幅变化很不规则，含有 高次谐波成分。根据所获得的信息，判断汽轮机后轴承存在 松动。
取正号，方向相反则取负f号b 。
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实例
一台单级并流式鼓风机，由30KW电动机减速后拖 动，电动机转速1480r/min,风机转速900r/min。两 个叶轮叶片均为60片，同样大小的两个叶轮分别装在两 根轴上，中间用联轴器链接，每轴由两个滚动轴承支承， 风机结构如图所示。
群，这是轴承元件的固有频率。图b是低频段的频谱， 图中清晰地显示出转速频率（15Hz），外圈通过频率 （61Hz），内圈通过频率（88Hz）及外圈通过频率的2 次、3次谐波（122Hz和183Hz），图c是加速度时域波 形 ， 图上 显示出间 隔为 5.46ms的波峰 ， 其频率亦 为 183Hz（1000÷5.46＝183Hz），即为外圈通过频率的 三次谐波，与频谱图显示的频率相印证（见图4－ 38b），据两个频段分析所得到的频率信息，判断轴承 外圈存在有故障，如滚道剥落、裂纹或其它伤痕。同时 估计内圈也有一些问题。
如何对旋转机械设备进行振动分析检测？
如何对旋转机械设备进⾏振动分析检测？亚泰光电来源：亚泰光电机器设备的旋转部件会不时产⽣频率介于50Hz～10kHz之间的振动，我们可以测量设备的振动幅度，以便从中了解滚轴及其它转动部分的物理状态，这个监控过程⼀般称为振动分析。
这些设备如果出现机械问题及电⽓问题，均会引起振动幅度的变异，振动⼤⼩与设备问题的严重性息息相关。
如果能掌握振动的⼤⼩及变异来源，就能在设备尚未严重恶化之前，事先完成检修⼯作，以避免造成设备更⼤的损坏，⽽影响⽣产或增加维修费⽤。
⼀、振动显⽰信号 设备振动显⽰出来的信号⽐较复杂，但从确定性⾓度，分为确定性信号和⾮确定性信号。
在旋转部件中，有不少是确定性信号： 机组的联接及转⼦存在不对中、不平衡。
齿轮箱中轮齿的点蚀、剥落、断齿 滚动轴承中零部件损坏 滑动轴承中存在油膜涡动等等这些常见的故障。
这些确定性信号都有可以⽤函数关系来描述，即通过理论计算和频谱分析技术均可确定它们的特征频率，从⽽确定故障的类型和部位。
振动分析仪利⽤电压加速度传感器将振动信号转换为电信号。
⽽对电信号进⾏处理和分析，就能反推出设备各种振动量的准确值。
从振动量的值来了解设备及其部件的状况，进⽽判断这些设备运转状态是否良好。
这样就可以把检测到的振动情况可作为是否停机之依据，降低意外当机的机率。
还可以分析出故障的部位和故障原因，并推断出检修的⽅法。
⼆、振动的⼀些基本概念 为了更好地研究振动分析设备故障诊断技术，⾸先要对振动有⼀定的了解。
1、表⽰振动的要素包括：振幅、频率、相位、能量等。
振幅：表明振动幅度的⼤⼩，振幅能说明设备或部件损坏的严重程度。
频率：表明振动的来源，能说明设备或机械组件损坏的原因。
相位：代表测点间振动的相互关系，能说明设备或机械组件的运转模态。
能量：代表振动的破坏⼒，设备或机械组件损坏的冲击状况。
2、其中振幅有三种数据类型：位移值(毫⽶)、速度值(毫⽶/秒)、加速度值。
位移值，⽤于低转速成设备诊断上。
旋转机械的振动监测与诊断
• 4、操作运行 ①过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）
偏离设计值，机器运行工况不正常
②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性
③运行点接近或落入临界转速区
④润滑或冷却不良 ⑤转子局部损坏或结垢 ⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热 膨胀不均 匀或在临界区停留时间过久������ • 5、机器劣化 ①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化 ②转子局部损坏、脱落或产生裂纹 ③零部件磨损、点蚀或腐蚀等 ④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破 坏了配合性质和精度 ⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别 迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋 转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安 全性和可靠性，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。进而形成了近年来国内外广泛的旋转 机械振动监测和故障诊断技术。
机械振动
旋转机械的振动 监测与诊断
主要内容
旋转机械的振动及故障概论 旋转机械的监测参数
旋转机械振动故障分析常 用方法
旋转机械的典型故障及其诊 断方法
1、旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的定义 旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是 指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重 要工程领域。
指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度
轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压
反映滑动轴承油膜的建立情况。
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3、旋转机械振动故障分析常用方法
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在轴承座等 非转 动部件上 的振动变化并不 十分 明
显， 如果不 是直 接测 量转子 的振 动 ， 这些 故障易 被忽
略。 ２ ２旋 转机械 振 动测试 系统 ．
进行分析处理， 从不 同角度为状态监测 、 障诊断、 故 动平衡或其它试验研究 目的提供必要 的信息。
旋转机械振动测试系统如图 １ 所示。测试系统
中、 油膜涡 动及振 荡 、 润滑油 中断 、 推力 轴承损 坏 、 轴
测为基础的故障诊断和预测技术得到推广 与应用。 这种技术 的发展 ， 将使设 备 的维修方 式从传 统 的 “ 事故维修” 定期维修 ” 和“ 过渡到“ 预知性维修 ” ， 从而大大提高设备的年利用率 ， 减少停机维修时间 ， 降低维修费用 ， 同时也减少了备件库存量。此外 ， 旋
中图分类号 ： ３ ９ ０２
１ 振动状态在线监测及预测维修
旋 转机 械 的振动监 测是 设备 运转状 态监 测的重 要 组成 部分 。随着 生 产 技 术 的发 展 ， 种 以状 态 监 一
膜 轴 承 、 动轴承或 其 它类 型轴 承支 承 在轴 承座 或 滚
机壳、 箱体及基础 等非转 动部件上 ， 构成 了所谓 的 “ 转子 一 支承系统” 。一台旋转机械能否可靠地工 作主要决定 于转子 的运 动是否正常。大量事实表 明， 旋转机械的大多数振动故障是与转子直接有关 。 比如由质量不平衡、 转轴的弯曲或热变形、 轴线不对
一
转子或转轴 ， 在进行振动测量 和信号分析时 ， 也 总是 将振 动与 转动 密 切 结合 起 来 ， 以给 出整 个 转 子
运动 的某些 特 征 。 ．
２ １旋 转 机械 的振 动 问题 ．
峰振幅达 ０ ４— ．ｍ ． ０５ ｍ。如果 以轴承座的振幅为
转子是旋转机械 的核心部件。通常转子是用油
转机 械 的振动 测试技 术 也是转 子现 场动平 衡和转 子 动力 特性试 验研 究不 可缺 少 的手段 。
裂纹或叶片断裂、 向轴承磨损 、 径 部件脱落、 动静部
件接触和不均匀气 隙等等原因引起 的振动 ， 都是与
转子直接有关的振动故障。当然 ， 也有少部分故障 是与非转动部件有关。比如支承损坏、 基础共振、 基 础材料损坏 、 机壳不均匀热膨胀 ， 以及机壳固定不妥 和各种管道作用力 等原 因引起 的振动 ， 均属于与非
摘 要： 本文介绍旋转机械振动监测和设备故 障诊 断的意义 、 旋转机械 的常见振动 问题 和振动测量 的原 理及
测试方法 。最后介绍我公司研制开发的以计算 机为核心 的旋转机械振动监测和分析系统的主要 功能。 关 键 词： 机械振动 ； 轴振动 ； 频谱分析 ； 故障诊断
文献标识 码： Ａ 文章编号 ：０ ９— ８９ ２ １ ｝ １ ０ ３ ０ １０ ２ ８ （０ ０ ０ — ０ ９— ６
依据 ， 则该轴承座的振级是允许的， 但是经打开轴瓦
收稿 日期 ：０ ９— ７—０ 改稿 日期 ：０９— ３～１ ２０ ０ ２ ２０ ０ ０
燃气轮机技 术
第２ ３卷
检查 ， 发现轴瓦上局部合金表面 已被磨损。一些事 例表明， 某些与转子有关 的振动故障 ， 比如油膜不稳
定 振动 或叶 片损坏 引起 的不 平 衡 振动 等 ， 时反估计 ， 旋转机械 的 ８ ％以上的振动故障是 由转子不平衡、 ０ 轴线不对 中和轴 承不稳 定 这 三类 原 因 引起 的 。显 然 ， 这三 类
原因均属于与转子直接有关的故障。 既然大多数振动故障是与转子直接有关 ， 而且
当这些故 障 出现时 ， 子 振 动状 态 的变 化 要 比非 转 转
第２ ３卷 第 １ 期 ２１ ０ ０年 ３月
《 燃
气
轮
机
技 术》
ＧＡＳ ＴＵＲＢ ＮＥ ＣＨＮｏＬＯＧＹ Ｉ ＴＥ
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ １２ ． Ｍ ａ ．． ０１ ｒ ２ ０
旋 转 机械 振 动 监 测和 分 析
郑 月珍
（ 南京汽轮电机（ 集团） 有限责任公司， 南京 ２０３ ） １０７
分为两部分 ： 前一部分为传感器测量系统 ， 它包括各 种振动传感器及 其专用 测量 电路 （ 如转速整形 、 低 通滤波、 电荷放大等） 其作用是将旋转机械的振 动 ， 变换 为具有 归 一化灵 敏 度 的电压 信 号 ； 一 部 分 为 后 信号采集与分析系统 ， 它的作用 在于将原始振动信 号通过 Ａ Ｄ转换 ， ／ 成为数字信号经由计算机按要求
近十年来 ， 我国振动状态监测技术得到了重视 和研究 ， 在关键设备上配备了监测仪表或监测系统。 例如从 国外引进的燃气轮机发电机组都安装 了振动 保 护 系 统 。 对 国 内 制 造 的 ２０ ０ ＭＷ、 ０ Ｍ 和 ３０ Ｗ ６０ Ｗ 汽轮发电机组的仪表设计工作正在选择相 ０Ｍ 应的振动保护系统与主机配套。国内原有的电站设 备 已逐渐安装机械保护系统及准备安装机械保护系 统。
２ 旋 转 机 械 振 动 测 试概 要
旋转机械振动测试的主要对象是一个转动部件
一
动部件的振动变化敏感得多。因此 ， 直接测量转子
的振动状态应能获得更多 的有关 故障的信息 ， 比 这 测量轴承座或机壳等非转动部件 的振 动要更为全
面、 可靠。曾有人在一台 ５ Ｍ 汽轮发电机组高压 ０Ｗ 缸轴 承座 （ 圆瓦 油膜 轴 承 ） 测 得 峰 一峰 振 幅 为 椭 上 ０ ０ ００ ｍ 同时测 得转子 轴颈 相对 于轴 瓦 的峰 ．３— ．４ ｍ，
卜汽轮 机
２ 齿轮 增速箱 一
３ 压缩机 ～
４ 电涡 流传感器 一
６ 速度传感器 一
６ 加速度传感器 一
７ 光 电传 感器 一
图 １ 旋 转 机 械振 动 测 试 框 图
传感器是监测装置的“ 和“ ， 眼” 耳” 它关系到整 个测试与分析结果 的可靠性和准确性 。如果传感器
测量系统不能真实地提供振动信号， 致使各频率振 动幅值和相位上有较大的歪 曲， 或者由于测点部位