转子不平衡故障诊断方法及应用实例分析
转子不平衡的故障机理与诊断
转子不平衡的故障机理与诊断(1)转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。
因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。
一、不平衡的种类造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。
原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。
渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。
其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。
突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。
不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。
二、不平衡故障机理设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如图1-1所示。
图1-1 转子力学模型由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两兼而有之。
离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有关，即F＝meω2。
众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。
转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致，振动的幅频特性及相频特性。
三、不平衡故障的特征实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所示。
由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。
(1) 振动的时域波形近似为正弦波（图1-2）。
旋转机械转子不平衡故障的诊断分析
旋转机械转子不平衡故障的诊断分析作者：马超来源：《中国高新技术企业》2014年第15期（湖南中烟工业有限责任公司吴忠卷烟厂，宁夏吴忠 751100）摘要：由于转子部件的质量产生偏心或者转子部件出现了缺损，导致了转子不平衡，这是一种旋转机械中最为常见的故障。
根据相关统计显示，有一半以上的故障与转子不平衡有关，对于旋转机械的影响非常大。
文章对目前旋转机械转子不平衡的故障诊断进行了分析。
关键词：旋转机械；转子不平衡；故障诊断；弯曲故障中图分类号：TF307文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0051-02近年来的工业化生产中，各种设备以及机械存在着一种非常明显的趋势，功能原理越来越多样化，而且设备大型化与连续化也非常突出，因此提高了生产效率，降低了生产成本，对于设备的工艺目标可以通过较低的消耗来实现。
但是机器设备一旦发生故障就会产生非常严重的后果，有时候甚至是灾难性的后果。
目前选择机械转子不平衡故障非常常见，为了有效地保障设备的安全可靠运行，对于其中存在的故障进行诊断将是非常关键的，现代化生产中不能局限于事故后的维修，更要进行故障前的诊断，因此对于旋转机械的转子不平衡故障的研究与诊断是非常有现实意义的。
1不平衡的原因1.1不平衡的原理由于转子受到材料质量在分布、加工以及误差和装配技术等长期运行中产生的各种不均匀磨损和腐蚀，进而形成的质量中心与旋转中心之间存在一定的偏心距，在工作过程中转子会长期受到周期性的离心力的干扰，动荷载对于轴承产生干扰，引起机器振动这种不规律的现象。
1.2故障的特征一般来说转子不平衡的故障引起的特征包括如下几个方面：首先，转子以及轴承由于不平衡故障会发生径向振动，转速频率在转子径向测点的频谱图上有着非常突出的峰值；其次，转速频率的告辞谐波具有很低的幅值，时域上的特征体现为波形接近于一种正炫波；再次，轴心轨迹由于转子与截面处相互垂直的俩个径点测振点之间，左右是相位差，因此成一个椭圆形或者圆形。
汽轮机转子不平衡的诊断及治理 王占国
汽轮机转子不平衡的诊断及治理王占国摘要：汽轮机转子属于汽轮机重要组成结构，汽轮机在使用过程中，往往会因为转子出现故障而影响汽轮机的正常使用，比如说转子重心偏离、转子破损等。
根据统计分析，旋转机械绝大多数故障都与转子不平衡有密切的联系，在汽轮机方面同样如此。
因此，对于汽轮机转子的不平衡诊断有着非常重要的作用和意义。
关键词：汽轮机；转子不平衡；诊断；治理1汽轮机转子运行原理汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械功的旋转式原动机，蒸汽膨胀后压力降低，速度提升，把热能转化成动能，机械能，带动发动机。
转子在瞬间的加热冷却后，得到较大热应力，蒸汽对转子的换热系数影响很大，以及转子的结构，轴承等要素。
汽轮机启动过程需要控制转子的热应力，冲动力影响运动物体的质量和速度变化和转子的临界转速、不平衡响应和稳定性。
一维模型以及二维模型的计算需要使用有限元来求解固有频率以及瞬态响应，重点分析温度场。
在温度的冷热交换中，转子承受交变热应力，计算机控制监测转子热应力，优化了启动程序，提升汽轮机的经济性和发电效率。
热血原理中，温度升高导致循环次数减少，气温气压都是影响转子系统动力特性的计算因素，汽轮机进汽，引起转子震动，从盘车转速上升为同步转速，降低热应力。
热分析计算出各个节点温度，计算方法主要有有限元、传递矩阵法、模态综合法和刚度法。
转子温度升高会加大偏差，材料也会影响数值，但决定因素还是转子的内外温差。
转子寿命预测考虑屈服极限问题，当转速值超过报警极限，就当即产生转速保持。
温度要低于蒸汽饱和度，中心无内热源，蠕变与疲劳交互作用，转子热应力，热流密度，热梯度等，结合计算出热应力和位移。
热量凝结后传递转子表面，热能与其它形式能量转换，推算出向量公式。
過程复杂，温度升高参数变化，热应力的寿命损耗计算，转轴的升温，保持应力裕度，温度的分布随时间变化的载荷，设置时间曲线，与温度曲线相互作用。
大容量的汽轮机应用双层杠结构，因此要减薄壁厚，放热系数也随着转子的温度表换，无论轴向还是径向都较平缓。
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。
转子不平衡的主要振动特征：1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动；2、波形为典型的正弦波；3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。
案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm／s，轴向12.0 mm／s。
各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。
再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。
诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。
解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。
二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。
轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。
轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。
通常所讲不对中多指轴系不对中。
不对中的振动特征：1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主；3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度；4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。
案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显着，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。
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
2024/8/1
图5.8 典型不对中谱图
可编辑课件PPT
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。
2
2
第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
旋转机械故障诊断-不平衡
水龙
五、不平衡的故障诊断
2、力偶不平衡
轴的两端相位差为180°； 1X RPM总是占主导位置； 第一临界转速一下，振幅的变化与速度平方成正比； 同样也会引起轴向振动； 平衡需要在180°的两个平面进行。
水龙
五、不平衡的故障诊断
水龙
3、动不平衡
轴的两端径向相位差为0°～180°之间任意角度； 1X RPM总是占主导位置； 两轴承水平方向相位差与垂直方向相位差相匹配； 当不平衡较为突出时，单个轴承上水平方向与垂直方向相位差大致为
旋转机械设备不平衡故障与分析
分析系统
水龙
1
概述
水龙
目2
不平衡类型
CONTENTS
录3
4
不平衡的机理分析 转子动平衡原理
5
不平衡的故障诊断
6
故障原因与治理措施
7
现场动平衡
8
不平衡故障诊断实例
一、概述
水龙
不平衡是质量和几何中心线不重合所导致的一种故障状 态（质心不在旋转轴上），不平衡带来的后果是增加附 加载荷。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。
于零，运行初 的推移，振动 然后稳定
期振动值就处 逐步增大
F2
F1
FB
F2
F2
F1
a l
F1
A
B
F2
b l
F2
a
b
l
F2
l
b l
F2
这样在把空间力系的平衡转化为两个平面汇交力系的平衡问题后，在选定的（A、B）平 衡面离心力汇交点上施加等效的校正力- FA和- FB ，使两平面内的惯性力之和分别为零， 该转子即达了新的平衡状态。
振动故障诊断要点汇总转子不平衡转子质量偏心的振动特征
故障来源
1
2
3
4
设计、制造
安装、维修
运行、操作
机器劣化
主要原因
结构不合理,
制造误差大,材质不均匀
1.转子存放不当,永久变形2.轴承安装错位,预负荷大
高速,高温机器,停车后未及时盘车
转子热稳定性差,长期运行自然弯曲
转子临时性弯曲的振动特征
1
2
3
4
5
6
7
8
特征频率
常伴频率
振动稳定性
1.超负荷运行
2.保温不良,轴系各部热变形不同
1.基础沉降不匀,对中又差2.环境温度变化大,机器热变形不同
四、油膜涡动
油膜涡动的振动特征
1
2
3
4
5
6
7
8
特征频率
常伴频率
振动稳定性
振动方向
相位特征
轴心轨迹
进动方向
矢量区域
≤0.5×
1×
较稳定
径向
稳定
双环椭圆
正进动
改变
油膜涡动振动随敏感参数的变化
1
2
3
4
轴承磨损,疲劳损伤,腐蚀及气蚀等
五、油膜振荡
油膜振荡的振动特征
1
2
3
4
5
6
7
8
特征频率
常伴频率
振动稳定性
振动方向
相位特征
轴心轨迹
进动方向
矢量区域
<0.5×; 0.42~0.48×
组合频率
不稳定
径向
不稳定突变
扩散不规则
正进动
改变
油膜振荡振动随敏感参数的变化
西安交大故障诊断实验报告之转子故障
故障诊断实验之转子故障实验目的：了解转子常见的故障特征实验仪器：转子试验台，电涡流传感器信号采集与分析如下：（一）不平衡故障：Matlab 代码%XY方向的振动信号显示subplot(2,1,1);plot(r1x600);title('x方向位移');subplot(2,1,2);plot(r1y600);title('Y方向位移');%XY的轴心轨迹显示plot(r1x600,r1y600);title('轴心轨迹')%X方向信号的频谱分析t1=1/SampleFrequency:1/SampleFrequency:DataCount/SampleFrequenc y;subplot(2,1,1);plot(t1,r1x600);title('X方向位移信号')N=length(t1);subplot(2,1,2);plot((-N/2:N/2-1)*2000/N,abs(fftshift(fft(r1x600,N)))*2/N)title('x方向频谱图')axis([0 50 0 100]);% Y方向信号的频谱分析t1=1/SampleFrequency:1/SampleFrequency:DataCount/SampleFrequenc y;subplot(2,1,1);plot(t1,r1y600);title('Y方向位移信号')N=length(t1);subplot(2,1,2);plot((-N/2:N/2-1)*2000/N,abs(fftshift(fft(r1y600,N)))*2/N)title('Y方向频谱图')axis([0 50 0 100]);实验数据分析：600转时的X,Y位移信号600转时的轴心轨迹X方向振动频谱Y方向振动频谱1200转时的XY位移信号：1200转时的轴心轨迹1200转时的频谱分析1800转时的XY位移信号：1800转时的轴心轨迹1800转时的频谱分析：转子不平衡故障实验结论：（1）X,Y方向振动的时域波形近似为正弦波（2）从频谱图上观察发现能量集中在基频，会出现小的高次谐波（如图600转时能量集中在10HZ，1200转时能量集中在20HZ，1800转时能量集中在30HZ，且在二倍频三倍频上有微小分量）（3）转子轴心轨迹近似椭圆（1800转时椭圆扭曲情况较为严重）（4）振动强烈程度随转速变化㈡不对中故障Matlab代码：同不平衡故障实验数据分析：1200转时的时域波形：1200转时的轴心轨迹1200转时的频谱分析X方向Y方向1500转时的时域波形1500转时的轴心轨迹1500转时的频谱分析X方向Y方向1800转时的时域波形1800转时的轴心轨迹1800转的频谱分析X方向Y方向转子不对中故障实验结论：（1）时域波形为两个正弦信号的叠加（2）频谱上能量集中在一倍频和二倍频，这是由于联轴器的转频为转子转频的二倍（3）轴心轨迹为8字形或香蕉形（4）从本次实验结果来看，1500转时不对中信号最明显，即不对中状态受到转速的影响㈢动静碰磨故障Matlab代码：同不平衡故障实验数据分析：600转时的时域波形600转时的轴心轨迹600转时的频谱分析X方向Y方向1200转时的时域波形1200转时的轴心轨迹1200转时的频谱分析X方向Y方向1800转时的时域波形1800转时的轴心轨迹1800转时的频谱分析X方向Y方向转子动静碰磨故障实验结论：（1）时域波形为正弦波与噪声的叠加（2）轴心轨迹不规则扩散，且有突变点（3）能量分布较为分散，一倍频，二倍频，三倍频均匀能量分布小结：通过本次实验，我对转子故障特征的认识更为深刻，对测试系统如何搭建，信号如何处理有了初步的了解，通过用matlab分析采集的信号，实践结合理论，印证了课堂上讲述的知识，感觉收获很多。
转子的不平衡故障
第6章旋转机械故障诊断机械卓越1401唐广——2017.11.07目录1旋转机械及转子特性介绍认识机械振动23转子的不平衡振动不平衡分析案例41.1 旋转机械定义旋转机械指主要功能由旋转运动完成的机械 汽轮机、电动机、离心式水泵、风机等 核心部分：转子组件转轴及固定安装在其上的各类盘状零件1.2 转子系统分类刚性转子系统转动频率低于转子一阶横向固有频率 如：电动机、中小型离心风机柔性转子系统转动频率低于转子一阶横向固有频率如：燃气轮机转子固有频率任何结构都具有固有频率，其值由本身的结构所决定结构具有多阶固有频率每一阶固有频率对应一个临界转速1.3 保证安全运行的轴系转速一般要求 刚性转子系统N < 0.75N c1柔性转子系统1.4N c1 < N < 0.7N c2N c2表示轴系的一阶、二阶临界转速式中，N c1 、临界转速（与固有频率对应）机组临界转速可以由产品样本查到，但可能改变； 与产品结构、刚度、质量有关机械振动可分为 自由振动 受迫振动自激振动2、认识机械振动2.1自由振动 在经历某一初始扰动后，不再受外界力的激励和干扰的情形下所发生的振动2.2受迫振动 指在外来力函数的激励下而产生的振动。
通常，受迫振动按照激励力的频率振动。
2.2自激振动 指由振动体自身所激励的振动。
维持振动的交变力是由运动本身产生或控制的。
自激振动的频率以转子的固有频率为主，或在固有频率附近3.1 不平衡故障原因分析•制造时几何尺寸不同心，材质不匀•安装方式不好，如用斜键等•轴水平放置太久，或受热不均，造成永久或暂时变形•工作中液、固杂质或腐蚀，使转子不对称磨损或不对称沉积•零件配合过松，旋转时间隙变大，造成偏心3.2 不平衡的原因3.2 不平衡的原因3.2 不平衡的原因3.2 不平衡的原因3.3 不平衡的分类按发生不平的过程可分为•原始性不平衡•渐发性不平衡•突发性不平衡按机理可分为•静不平衡•偶不平衡（力偶不平衡）•动不平衡不平衡特征表现为一个与转动频率同步的离心矢量，离心力 F = Mew2从而激发转子的振动3.4 不平衡故障的信号特征3、转子的不平衡振动频时域波形为近似的等幅正弦波轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，这是由轴承座及基础的水平刚度和垂直刚度不同造成的频谱图上转子转动频率处的振幅增大，能量集中于1x频处例6-1某厂大功率离心式氢气压缩机，经停机大检修后开机，运行后不到两天出现故障。
转子不对中的故障诊断
转子不对中的故障诊断大型机组通常由多个转子组成，各转子之间用联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。
由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。
具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应，如引起机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳、轴弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。
一、转子不对中的类型如图1-1所示，转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中两种情况。
轴颈在轴承中偏斜称为轴承不对中。
轴承不对中本身不会产生振动，它主要影响到油膜性能和阻尼。
在转子不平衡情况下，由于轴承不对中对不平衡力的反作用，会出现工频振动。
机组各转子之间用联轴节连接时，如不处在同一直线上，就称为轴系不对中。
通常所讲的不对中多指轴系不对中。
造成轴系不对中的原因有安装误差、管道应变影响、温度变化热变形、基础沉降不均等。
由于不对中，将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。
由于不对中引起的振动会随不对中严重程度的增加而增大。
不对中是非常普遍的故障，即使采用自动调位轴承和可调节联轴器也难以使轴系及轴承绝对对中。
当对中超差过大时，会对设备造成一系列有害的影响，如联轴节咬死、轴承碰磨、油膜失稳、轴挠曲变形增大等，严重时将造成灾难性事故。
图1-1 转子不对中的受力情况如图1-2所示，轴系不对中一般可分为以下三种情况:(1)轴线平行位移，称为平行不对中;(2)轴线交叉成一角度，称为角度不对中;(3)轴线位移且交叉，称为综合不对中。
图1-2 齿式联轴器转子不对中形式二、不对中振动的机理大型高速旋转机械常用齿式联轴器，中小设备多用固定式刚性联轴器，不同类型联轴器及不同类型的不对中情况，振动特征不尽相同，在此分别加以说明。
1(齿式联轴器连接不对中的振动机理齿式联轴器由两个具有外齿环的半联轴器和具有内齿环的中间齿套组成。
两个半联轴器分别与主动轴和被动轴连接。
不对中故障诊断及案例（图）
不对中故障诊断及案例（图）一、什么是不对中？机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。
由于机器的安装误差、承载后的变形以及机器基础的沉降不均等，造成机器工作状态时各转子轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为不对中。
不对中这个术语在有些场合会引起歧义。
在状态监测中不对中通常指的是由联轴器联接转子引起的不对中。
（在一个设备两端轴承中心不在一个轴线上有的场合也叫做轴承不对中）。
1.1 什么是对中什么是联轴器不对中：从上面不对中的定义可以看出，实际中是不可能存在理想的完全在一条直线上的转子联接。
因此，实际运行的转子总是存在一定的不对中量的。
在工业现场使用的旋转机械设备有“二不一有”的说法，就是任何运动的机械设备总是有“不平衡”，“不对中”，有“摩擦”。
因此，和不平衡一样，不对中只有在不对中量超过一定程度才称之为不对中故障，只有超过一定程度成为故障后才需要进行维修维护处理。
二、不对中的类型和危害2.1 不对中的类型1.平行不对中轴线产生平行位移，叫做平行不对中。
2.角度不对中轴线角度位移，叫做角度不对中。
3.综合不对中轴线即产生平行位移又产生角度位移，叫做综合不对中。
综合不对中=平行不对中+角度不对中2.2 不对中的危害有文献记录，几乎50%的旋转机械的停机故障是由不对中引起的。
也有资料称转子系统机械故障的60%是由不对中引起的。
上图为对两种联轴器不同对中情况的红外成像图，右侧的不对中情况明显的产生更大的热量。
良好的对中将带来：●减少生产损失●延长设备的生产时间●减少轴承和密封失效●减少设备的振动●减少联轴节的磨损●降低维修成本●解决对中不良故障将使您节约运行成本一个联轴节对中偏差0.5mm的电机的电流是12.2 A，使用激光对中仪对中后，联轴节对中偏差降为0.05mm，此时电机电流降为11.8 A，节约了3.28%的能量。
我们只按节约1%的能量来进行下面的计算。
旋转机械故障诊断-不平衡
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子运动的力学模型
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子在低速时，G在C的外侧，且O、C、G三点成一直线。当不计圆盘 重力影响和系统阻尼时，转子受到的离心力m(e+δ)w2与弹性恢复力k δ相 平衡，即可得到圆盘处的动挠度公式：
w e w 2 ew n 2 k w2 1 w m w n
6.1 转子不平衡故障诊断
• 6.1.4.2 转子运行中的不平衡 • 转子在运行过程中的不平衡，可分两类情况：
• 为转子弯曲 • 原始平衡状态破坏
• （1）转子弯曲
• 永久性弯曲 • 临时性弯曲
6.1 转子不平衡故障诊断
• a、临时性弯曲 • 指转子因外部环境影响或外力的作用而产生弯曲变形，这种变 形不需经过动平衡，而是只需采取一些简单的措施（如经过低 速长时间盘车方式）或改变操作方式即可减缓或消除不平衡振 动。 • 常见的临时性弯曲主要有下列几种情况。
• 6.1.4.1 固有质量不平衡 • 固有质量不平衡：是指转子在原始状态下已经存在的不平 衡，而与操作运行情况无关。 • 主要原因有：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动 平衡方法不正确等问题。
6.1 转子不平衡故障诊断
• 固有质量不平衡将在转子上产生稳定的每转一次的转速频 率振动，在给定转速下其幅值和相位在短时间内一般不随 时间变化。 • 防治办法：改善转子的平衡状态来降低转子的激振力。 • 很多高速的大型机组，联轴节与转子之间正确的平衡方法 是很重要的。联轴节制造厂在出厂前一般都做了整体动平 衡，半联轴节应该紧紧配合在轴上与转子一起动平衡，但 是转子动平衡时不允许在联轴节中间套或半联轴节上再去 重或配重，否则将破坏整个轴系的平衡状态，产生新的不 平衡。
旋转机械转子不平衡故障诊断与处理
作者 简介 张玲 （ ９ ５ ），女 ，辽宁辽阳人 。大学本科 ， １８一
Ｒ Ｍ管理 工程师 ，在 中国石油辽 阳石 化公司生产监测部机械技术 Ｃ 研究所工作 。
５ 一 一 故障诊断 ８
．
２ ２第 备 石１ 化 设 ０和 工 油年
１ 卷 ５
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图２
图３
第３ 期
． ７． ５
旋转机械转子不平衡故障诊断与处理
张玲
（ 中国石油辽阳石化分公司生产检测部 ，辽宁 辽阳 １ １０ ） ３ １０
［ 要］通过一个转子不平衡故障诊断的实例，证 实 了故 障特征 方法判 断旋转机械转子不平衡故障的有效性。 摘 ［ 关键词］旋转机械 ；转 子不平衡 ；故障诊断；有效性
转 子不 平衡 是 由于 转 子 部 件 质 量 偏 心 或 转 子
部件 出现 缺 损 造 成 的 故 障 ， 它是 旋 转 机 械 最 常 见 的故 障 。据 统计 ，旋 转机械 约 有７％的故障 与转 子 ０ 不平 衡 有 关 。 因此 ，对 不平 衡 故 障 的研 究 与 诊 断 最具 实际 意义 。
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图１ 转 子力学模型
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设备不平衡诊断案例
设备不平衡诊断案例
设备不平衡是设备故障的一种常见形式，它会导致设备振动增大，磨损加剧，甚至可能引起设备故障或事故。
以下是一个设备不平衡的诊断案例：
某化工厂有一台大型离心机，用于分离化学物质。
在过去的一年中，操作员发现该离心机在运行过程中振动逐渐增大，同时伴随着异常的噪音。
尽管离心机仍在正常工作，但这种振动和噪音的增加表明可能存在设备故障。
工厂维修人员首先检查了离心机的机械部分，如轴承、齿轮等，未发现明显异常。
然后他们对离心机的旋转部分进行了检查，发现转子不平衡。
转子不平衡可能是由于转子材料不均匀、转子受到外力作用、转子热变形等原因引起的。
维修人员对转子进行了重新平衡校准，并对离心机进行了整体检查和维修。
经过这些工作后，离心机的振动和噪音问题得到了解决，设备运行恢复正常。
这个案例表明，对于设备故障的诊断，需要综合考虑多个因素，包括设备的运行历史、故障现象、机械结构等。
同时，也需要采用各种检测和诊断技术，如振动分析、声发射技术、油液分析等，以准确地定位故障原因，制定合理的维修方案，保证设备的正常运行。
转机械转子不平衡故障诊断与处理
转机械转子不平衡故障诊断与处理哎呀，这转机械转子不平衡故障可真让人头疼啊！你说要是这转子不平衡，那机器还能正常运转吗？肯定不能啊！那怎么办呢？别着急，我这就来给你说说怎么诊断和处理这个问题。
咱们得弄清楚什么叫转机械转子不平衡。
简单来说，就是转子的重心和旋转轴之间的距离不相等，导致转子在运转过程中产生振动和噪音。
这可不是一个小问题，如果不及时处理，可能会导致机器损坏甚至出现安全事故。
那么，如何诊断这种故障呢？其实也很简单，只要用一个叫做动平衡仪的工具就行了。
动平衡仪是一种专门用来检测物体平衡性能的仪器，它可以通过测量转子的振动情况来判断是否存在不平衡现象。
如果你没有动平衡仪，也可以用手摸一摸转子，感觉一下有没有明显的摇晃感。
不过这个方法比较费时间，而且准确性可能不如动平衡仪高。
找到问题所在之后，接下来就是处理了。
处理转机械转子不平衡的方法有很多种，这里我就给你介绍几种常见的方法吧。
第一种方法是增加转子的重量。
这种方法的原理是通过增加转子的重量，使得转子的重心下降，从而达到平衡的目的。
不过这种方法需要重新设计和制造转子，成本比较高，而且对于某些特殊场合可能不太适用。
第二种方法是减少转子的重量。
这种方法的原理是通过减轻转子的重量，使得转子的重心上升，从而达到平衡的目的。
不过这种方法同样需要重新设计和制造转子，成本也比较高。
第三种方法是给转子加装偏心块。
偏心块是一种专门用来调整转子平衡的装置，它可以在一定程度上抵消转子的不平衡力矩，从而达到平衡的目的。
这种方法操作简单，成本较低，但是对于一些高速旋转的转子可能不太适用。
第四种方法是给转子做动平衡校正。
动平衡校正是通过专业的技术和设备，对转子进行精确的平衡调整，使得转子的重心和旋转轴之间的距离达到最佳状态。
这种方法效果最好，但是成本也最高。
处理转机械转子不平衡故障需要根据具体情况选择合适的方法。
如果你对这个问题不是很了解，建议还是找专业人士来处理吧。
毕竟安全第一嘛！。
旋转机械故障诊断不平衡
6.1 转子不平衡故障诊断
6.1.4.2 转子运行中的不平衡 转子在运行过程中的不平衡，可分两类情况：
为转子弯曲 原始平衡状态破坏
（1）转子弯曲 永久性弯曲 临时性弯曲
6.1 转子不平衡故障诊断
• 两轴承间距l，转子质量m，质心M距旋转中心O的 距离为e（偏心距），旋转角速度w。
w F
M e
A
B
O
l/2
l/2
6.1 转子不平衡故障诊断
转子产生的离心力为：
F
mew2
G
e
2n
2
Gen2
(N)
g 60 900
式中：
m—转子质量，kg； G—转子重量，N； g—重力加速度，g=9.81m/s2； e—偏心距，m； n—转速，r/min。
6.1 转子不平衡故障诊断
从表中可以看出，动平衡前后相位稳定，动平衡后通频 振幅和工频振幅降低明显，其原因如下：
1、气压机和齿轮箱之间的联轴节长度较长，达302mm， 气压机转子在这一端具有较长的外伸端，因此该联轴节上 的不平衡量对于引发转子振动十分敏感。
2、转子工作转速接近第二阶临界转速，微量的不平衡将 在工作转速下引起明显的转子振动。当转速下降至 10000r/min以下，转子脱离了二届临界转速，振幅的下 降程度就十分明显。
力 F 通过转轴作用在轴承上，使轴承承受附加动载荷， 引起转子或轴承的不平衡振动。
6.1 转子不平衡故障诊断
例：m=10kg，偏心距e=0.2mm，当转速n=6000 r/min时，不平衡质 量所产生的离心力的大小为：
转机械转子不平衡故障诊断与处理
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转子不平衡故障诊断实例
转子不平衡故障诊断实例发布时间：2021-10-09T01:13:36.168Z 来源：《中国电业》2021年第15期作者：谢春燕[导读] 旋转设备故障的多样性以及故障因果关系的非对应性，使得旋转设备故障诊断较为复杂。
谢春燕国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油化工安装检修分公司宁夏灵武， 750411摘要：旋转设备故障的多样性以及故障因果关系的非对应性，使得旋转设备故障诊断较为复杂。
本文故障诊断实例来自化工单位真实的案例，对转子不平衡故障特征进行了详细的分析和描述，同时验证了转子不平衡故障分析结论，对旋转设备故障诊断有实际的参考意义。
关键词：压缩机；故障；诊断；不平衡1 设备基本情况由GE新比隆公司设计制造的甲醇合成气压缩机，包括一台4.0MPa中压过热蒸汽驱动的透平、一台BCL455型（低压缸）和一台2BCL506型（高压缸）离心式压缩机，其中蒸汽透平布置在中间，压缩机高压缸分二段。
该压缩机2017年更换了高低压缸转子、干气密封，2020年更换干气密封、检查了轴瓦，正常运行时转速保持在9500rpm左右（额定转速9725rpm），一直以来机组的振动、位移、瓦温等未发现异常情况。
2 机组故障情况说明该机组高压缸两侧振动幅值正常在10um左右稳定运行，2021年7月28日高压缸两侧振动同时突增15um左右，瞬间突增后振动幅值稳定在25μm左右继续运行。
此过程中低压缸及汽轮机振动幅值稳定。
7月29日08:40计划停机检修，09:50退气降转速至8100RPM时高压缸振动高高联锁跳车（H=50um,HH=70um)，非正常停机。
3 机组故障特征分析（1）高压缸两侧振动测点在7月28日10:31分同时上涨约15um左右。
低压缸及汽轮机各振动测点稳定。
说明故障只发生在高压缸上。
（2）高压缸两侧振动测点波动的同时，四个测点相位同时也发生了变化。
具体变化见下表：（3）高压缸振动突变主要成分表现为1X。
（4）高压缸振动突变前后轴心轨迹表现为椭圆形，正进动。
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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
参考文献
[1] 高殿成. 330MW汽轮机联轴器松动故障诊断分析[J]. 机械工程师,
2011(6):167-168. [2] 冯斌. 磁悬浮转子状态监测与故障诊断[D]. 武汉理工大学, 2009. [3] 张玲. 旋转机械转子不平衡故障诊断与处理[J]. 石油和化工设备,
图1 转子力学模型
三
转子不平衡故障特征
3.1时域波形特征 常用工程信号都是时间波形的形式，时间波形有直观、易于理解等特点，由
于是最原始的信号，所以包含的信息量大，缺点是不太容易看出所包含的信息与 故障的联系。对于某些故障信号，其波形具有明显的特征，这时可以利用时间波 形做出初步判断。对于旋转机械，其不平衡故障严重时，信号中有明显的以旋转 频率为特征的周期成分。
THE END
谢谢
图3 转子不平衡故障谱图
三
转子不平衡故障特征
3.3 转子不平衡故障轴心轨迹特征 轴心运动轨迹是利用安装在同—截面内相互垂直的两支电涡流传感器对轴 颈振动测量后得到的，如图4所示，它可以用來指示轴颈轴承的磨损、轴
不对中、轴不平衡、液压动态轴承润滑失稳以及轴摩擦等。传感器的前置 放大器输出信号经滤波后将交流分量输入示波器的x轴和y轴或监测计算机， 便可以得到转子的轴心轨迹。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。
表1 机组运行6075r/min时各测点振值及GAP电压值
2.测点VT2431/VT2432和VT2433/VT2434均以工频占主导(见图7)。
图7 轴承测点VT2431(VT2432)频谱图
五
转子不平衡故障诊断应用实例
3.测点VT2431/VT2432轴承轴心轨迹测点为不规则椭圆
图8 轴承测点VT2431(VT2432)轴心轨迹
不平衡有关。因此，对转子不平衡故障的研究与诊断也 最具有实际意义。
二
不平衡故障机理
转子的结构形式很多，但对于一些简单的旋转机械，为了分析与计算简便，通常将转子的力学模 型简化装在一圆盘装在一无质量的弹性转轴上。考虑到转轴两端的支承不可能是绝对刚性不变形的， 而且存在有一定的阻尼，因此将轴承与轴承座支承简化为弹簧与阻尼的力学模型。
四
转子不平衡故障诊断方法
转子系统属于旋转机械系统，即使轻微的机械损伤或缺陷都会引起转 子系统的振动。这些振动包括小到几乎微不足道的振动到大到足以引起 机械破坏的振动。因此，转子系统的故障几乎都是以振动的形式表现出 来，从转子系统的时域波形及其频谱和轴心轨迹中提取出一些重复性较 好、可靠性较高的特征参数，将其与转子的不平衡故障建立特定的联系， 从而可以间接地通过对振动信号进行时频域分析获得的参数来对转子的 不平衡故障进行诊断和预测。
转子不平衡故障诊断方法及 应用实例分析
目 录 CONTENTS
一 选题意义 二 不平衡故障机理 三 转子不平衡故障特征 四 转子不平衡故障诊断方法 五 转子不平衡故障诊断应用实例
一
选题意义
许多现代机械如发电机组,航空发动机,离心式压缩机,汽轮 机，燃气轮机等都是以转子为主要元件的旋转机械。任
何转子由于材质不均匀、部件缺损、制造和安装误差等 因素,不可避免地存在着偏心,同时,工作过程中还可能产生 转子的热变形以及磨损和介质的粘附等现象,这些因素均 会导致实际转子的中心惯性主轴或多或少地偏离其旋转 轴,产生不平衡,这一不平衡会引起转子的挠曲和内应力,使 机器产生振动和噪声,对旋转机械的运行状态产生恶劣的 影响。据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子的
3.结论：空压机转子存在不平衡故障。
图10 空压机测点轴心轨迹图
五
转子不平衡故障诊断应用实例
5.3转子不平衡故障仿真实例 1.转子不平衡故障仿真实验装置如图11所示。
2.不平衡实验方法 在转子侧面凹槽内加入两个螺钉,螺钉要集中放置以使转 子发生质量不平衡，加入后拧紧。 3.转子不平衡时频域特征 对比图12、13发现，利用此仿真系统，从时域波形信号 尚不能明显识别出不平衡故障，需要对时域信号进一步 地分析。 对比图12、13发现，利用此仿真系统，从时域波形信号 尚不能明显识别出不平衡故障，需要对时域信号进一步 地分析。 由图14-图15知，当机器正常运转的情况下，对振动信号 时间波形进行频谱分析，可知其频率成分以基频为主， 含有极少量的倍频成分。当发生转子不平衡故障时，基 频的振幅明显增大，同时二倍频成分较为突出。
设转子的质量为M，偏心质量为m,偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零， 具有挠度为a，如图1所示。由于偏心质量m与偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩 或两者兼而有之。离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度w有关，即F=mew2(F为交变力)。 众所周知，交变的力(方向、大小均周期性变化)会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。
三
转子不平衡故障特征
3.2 不平衡故障频谱特征 对故障进行定位的一种常用方法是进行信号的频域分析。所谓频域分析， 是把时间为横坐标的时域信号通过傅里叶变换分解为频率为横坐标的频 域信号，从而求得关于原时域信号频率成分的幅值和相位信息的一种分 析方法。通过对各频率成分的分析，对照机械零部件运行时的特征频率， 以便查找故障源。频域分析方法已成为机械设备故障振动诊断的主要方 法。 如图3所示，当转子存在不平衡故障时，由于非线性关系常伴有较小的高 次谐波分量，但是频谱中的谐波能量主要集中于基频(1X频)。
5.2 空压机转子不平衡故障实例 某空压机转子测得的双通道功率谱信号如图9所示。空压机转速为5400rpm， 轴频为90Hz。
图9 空压机功率谱
1.空压机功率谱中，虽然存在高次谐波分量，但是基波分量占 主要成分。
2.测点信号的轴心轨迹图如图10所示，一倍频提纯后，该测点 的轴心轨迹为椭圆，而且轴心轨迹很稳定。
图5 轴心轨迹
图4 轴心轨迹测量传感器的安装
对于仅由质量不平衡引起的转子振动，若转子各个方向的弯曲刚度及支承 剛度都相等，则轴心轨迹为圆，在x和y方向为只有转动频率的简谐振动，并且 两者的振幅相等，相位差为90°。实际上，引起转子振动的原因也并非只有质 量不平衡，大多数情况下转子各个方向的弯曲刚度和支承刚度并不相同,因此 轴心轨迹不再是圆，而是一个椭圆(如图5)或更复杂的图形，反映在x和y方向的 振幅并不相等，相位也不是90°。 转轴轴心相对于轴承座的运动轨迹，直观地 反映了转子瞬时运动状态，它包含着许多有关机械运转状态的信息。因此，轴 心轨迹分析是诊断设备故障很有用的一种方法，对确诊设备故障能起到很好的 作用。
五
转子不平衡故障诊断应用实例
5.1 石化厂轴承箱异常振动实例 某石化公司炼油厂一台压缩机组轴承箱振值突然增大，现已超过报 警值，该压缩机组由电机驱动，由刚性联轴器连接，电机转速 7501~11212r/min，该机组结构简图如图6所示。
图6 该机组结构简图
五
转子不平衡故障诊断应用实例
1.从表1测得的数据来看，测点VT2431/VT2432和VT2433/VT2434水平 方向全频值均大于垂直方向全频值。