旋转机械故障诊断PPT讲稿

强迫振动
自激振动
激振原因
由于外部激振力或激振位移引起的
在振动过程中，由于系统内部有能量输 入而引起的
频率与工作频 振动频率 = 工作频率
Baidu Nhomakorabea
率的关系
（同步振动）
振动频率 < 工作频率 （亚同步振动）
频率与转速变 化的关系
振动频率随转速变化而变化，呈比例 关系
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
旋转机械振动及故障概述
• 振动的分类
– 横向振动：振动发生在包括转轴的横向xoy平 面内，大多数故障所激发的振动为此类振动
– 轴向振动：振动发生在转轴轴线z方向上，某些 故障如不对中将会激发轴向振动
– 扭转振动：沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子 的柔性轴将会产生扭振x
• 产生扭转振动的根本原0因是旋转机械的z 主动力矩与
负荷反力矩之间失去平衡，致使合成扭矩方向来回
变化。
y
最简单的转子系统
旋转机械振动及故障概述
• 旋转机械故障原因分类
– 设计原因 • 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动/自
激振动
• 结构不合理，应力集中 • 设计工作转速接近或落入临界转速区 • 热膨胀量计算不准，导致热态不对中 – 制造原因 • 零部件加工制造不良，精度不够 • 零件材质不良，强度不够，制造缺陷 • 转子动平衡不符合技术要求
• 正进动时，回转力矩可以提高转子的刚度，临界转
支承临界 刚度对临界转速的影响
转 速
临界转速 : c
k m
0
小
支承刚度
大
K
支承刚度降低，临界转速随之下降
单转子的临界转速和振型
• 单转子的临界转速和振型
650MW 发电机转子
n1= 604 r/min
n2= 1840 r/min
n3= 4651 r/min 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型
– What？当转子转速达到某一数值后，振动就 大得使机组无法继续工作，即所谓临界转速
– 现象？转子在临界转速下会发生剧烈振动 – 大小？临界转速数值上一般等于转子横向振动
的固有频率。大小决定于转子的结构（质量和 刚度的分布）和轴承的结构(边界条件) – 形式？一个实际的转子往往有多阶临界转速， 从低到高依次称为第一阶、第二阶、第三阶等 – 特点？每一阶临界转速下，转子有一个对应的
多转子轴系的2临00界M转W汽速轮和发振电型机组
高压转子 中压转子 低压转子
发电机转子
多转子轴系的临界转速和振型
高压转子 中压转子
低压转子
发电机转子
200MW 汽轮发电机组轴系
发电机转子型 n1 =1002 r/min
中压转子型 n2 = 1470 r/min
高压转子型 n3 = 1936 r/min
旋转机械振动及故障概述
• 旋转机械故障原因分类
– 机器劣化的原因 • 长期运行，转子的挠度增大或动平衡劣化 • 转子局部损坏、脱落或产生裂纹 • 零部件磨损、点蚀或腐蚀 • 配合面受力劣化、产生过盈不足或松动等，破坏了
配合的性质和精度
• 机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
转子的临界转速
• 临界转速
旋转机械故障诊断课件
旋转机械故障诊断技术
• 旋转机械振动及故障概述 • 旋转机械典型故障分析 • 小结
旋转机械振动及故障概述
• 何谓旋转机械
– 主要运动由旋转运动来完成的机械 • 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机
– 核心：转轴组件 • 转子、轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器 • 滑动轴承、滚动轴承 • 支座、定子、机座 • 密封、密封装置
➢ 轴系的各阶临界转速高于相应的单转子的临界转速 ➢ 弹性支承转子的临界转速低于刚性支承转子的临界转速
• 转旋子转系机统械分振类动及故障概述
– 刚性转子系统：工作转速在一阶临界转速以下 • 判别依据：一般工作转速<6000r/min 的机械系统属于刚性
转子系统
• 同步振动：振动频率 = 工作频率 • 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应
单O’ 圆盘转子r的/e 临界转速
m A
k
O
y
C
r
e A
O
1 0
x
c
圆盘惯性力 ＋ 轴弹性力 ＝ 偏心的离心力
m m
d2 x
dt 2 d2 y
dt 2
kx ky
me 2 me 2
cos t sint
临界转速 c
k m
由上式中解出x和y,并求得振幅r。
转子的临界转速
• 影响临界转速的因素
– 支承刚度 • 只有在支承完全不变形的条件下，支点才会在转子
运动过程中保持不动。考虑支承的弹性变形时，就 相当于弹簧与弹性转轴相串联。
• 支承与弹性转轴串联后，总的弹性刚度要低于转轴
本身的弹性刚度，使转子的临界转速降低。
– 回转力矩 • 转子的轴线与支点的连线有夹角，会产生回转力矩，
也称陀螺力矩。
– 柔性转子系统：工作转速在一阶临界转速以上 • 判别依据：一般工作转速>6000r/min 的机械系统属于柔性
转子系统
• 亚同步振动：振动频率 < 工作频率 • 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
旋转机械振动及故障概述
• 两种转子系统振动特点比较
刚性系统
柔性系统
振动特点
低压转子型 n4 = 2014 r/min
发电机转子型 n5 = 2678 r/min
轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。
多转子轴系的2临00界MW转汽速轮和发电振机型组轴系
单个 转 子 高压转子 中压转子 低压转子
发电机转子
刚性支承 1805 1316 1965 1053 3149
弹性支承 1693 1221 1740 943 2654 多跨 轴 系 高压转子型 中压转子型 低压转子型 发电机转子型 刚性支承 2284 1643 2592 1142 3444 弹性支承 1936 1470 2014 1002 2678
振幅与转速变 化的关系
振幅随转速增加而增加，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
随转速的变化振幅有突发变化的可能 （增大或减小）
旋转机械振动及故障概述
• 旋转机械故障原因分类
– 安装/维修的原因 • 机械安装不当，零部件错位，预负荷大 • 轴系对中不良 • 机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调
整不当
• 转子长期放置不当，改变了动平衡精度 – 操作运行的原因
• 工艺参数(如介质的温度、压力、流量、负荷)偏离
设计值
• 转速接近或落入临界转速区