转子系统故障诊断
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。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
第6章旋转机械故障诊断
▪ 半速涡动
➢ 因为油具有黏性，所 以轴颈表面的油流速 度与轴颈线速度相同， 均为rω，而轴瓦表面 的油流速度为0
➢ 假设油流速度呈直线 分布
➢ 轴颈某一直径扫过的 面积，即为油楔入口 与出口的流量差
rωl C e dt rωl C e dt 2rlΩedt dQ
2
2
1 1 dQ
（1）原始不平衡； （2）渐变不平衡； （3）突发不平衡。
转子不平衡的轴心轨迹
同步采集
转子不平衡故障谱图
转子不平衡与转速的关系
•当ω<ωn，即在临界转速下，振幅随着转速的增加而增 大； •当ω接近ωn时，发生共振，振幅具有最大峰值； •当ω>ωn，即在临界转速上，转速增加时振幅趋于一个 较小的稳定值； •当工作转速一定时，相位稳定.
第6章旋转机械故障诊断
2021年7月30日星期五
大型汽轮机外形及转子
多级汽轮机转子
转子是由合金钢锻件整体精加工，并且在装配上叶片后，进行全速转动试验和精确动平衡
6．1 动力学特征及信号特点
▪ 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
中
向振动较大。
频谱中2X较大，常常超过1X，这与联轴节
A
结构类型有关。 角不对中和平行不对中严重时，会产生较多
谐波的高次（4X～8X）振动。
联轴节两侧径向振动相位差180。
联角
轴不
器
Байду номын сангаас
对 中
不
典型的频谱
相位关系
对
定义：当转子轴线之间存在偏角位移。
2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类 型和结构
转子不平衡故障诊断方法及应用实例分析
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
转子系统状态监测与故障诊断技术课件PPT
瀑布图
利用FFT频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次
分析(Order Tracking)，以便进一步了解振动的构成
原因
趋势分析
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。
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
相对轴位移
终作用在转子上，它相对于转子是静止的，其振动频率就是
转子的转速频率，也称为工频(即工作频率)，在频谱分析时，
首先要找的就是工频成分。其特征有：·
不平衡振动的某些特征
(１) 在现场安装发动机侧靠背轮时，靠背轮采用冷装方法安装，紧力不够，当转速升高时，紧力消失，在靠背轮处产生不平衡力，两
转子的对中性也产生变化，随着转速升高及负荷增大,该处轴振动幅值明显增大。
⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度
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
第3项以下总称为高次谐波振动，2x，3x，…，nx
•
两个方向互相垂直的简谐振动的合成
3、监测参数及分析方法
振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表
示
分频振动：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要
有工频（1X）、半倍频（0.5X）和二倍频（2X）等
频率：描述机器振动状态的十分重要的特征量
相对于转轴上某
一确定标记的相
转子的故障诊断系统研究
摘要现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化的方向发展。
由此而导致设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越来越复杂，同时对设备管理与维修人员的素质要求也越来越高。
保证高效、安全生产，减少设备特别是重要设备因故障引起的停机时间，是企业提高经济效益和社会效益的前提，而设备状态监测与故障诊断技术将为此提供一个有效的解决途径。
在机械学领域内，机械故障诊断技术可谓是一项富有活力的新技术。
近三十年来，随着微电子技术，计算机技术以及由此而引发的信息技术革命向古老传统机械科学领域的渗透，机械故障诊断技术应运而生。
近年来，工业界、学术界对现代机械故障诊断技术认识的深化与日俱增。
本论文以转子为主要研究对象，对其振动监测及故障诊断的技术进行了分析研究。
根据故障诊断的基本工作原理，基于MATLAB系统对转子系统产生的振动信号进行采集、存取并进行时频域分析。
在此基础上更利于旋转机械故障的诊断与处理从而减少机械故障给生产带来的损失关键词：转子；旋转机械；故障诊断；MATLABAbstractThe development of modern machinery and equipment is a cleartrend is the large-scale,high-speed,continuous and automaticdirection.Thus cause the device to more and more functions,more and more high performance,composition and structure of more complex,while the equipment management and maintenance staff,the quality requirements are also ncreasing. Ensure the efficient and safe production, it is important to reduce the equipment, particularly equipment downtime caused by failures, economic and social benefits of enterprise to improve the premise, and equipmentcondition monitoring and fault diagnosis technology would providean effective solution.In the field of mechanics, machine fault diagnosis techniques can be described as a dynamic new technology. Past three decades, with the micro-electronics technology, computer technology, and thustriggered the ancient tradition of the information technology revolution to the penetration of mechanical science, mechanical fault diagnosis technology came into being. In recent years, the industrial sector, academia, fault diagnosis technology of modern machineryand deepens the understanding growing.In this thesis, the rotor as the main research object, its vibration monitoring and fault diagnosis techniques are analyzed. Faultdiagnosis based on the basic working principle of the rotor systembased on MATLAB system vibration signals generated byacquisition, access and the time and frequency domain analysis. On this basis, more conducive to rotating machinery fault diagnosis andtreatment thereby reducing mechanical failure caused the loss to the production.KeyWords: rotor, rotating machinery, fault diagnosis, MATLAB目录摘要 (I)Abstract (I)1 绪论 (1)1.1 课题的研究背景和研究意义 (1)1.2 机械设备诊断技术的意义 (2)1.3 机械设备故障诊断的基本方法 (4)1.4转子诊断技术与应用现状 (5)1.5转子故障诊断技术的发展方向 (7)1.6本课题主要研究内容 (7)本章小结 (8)2 旋转机械典型故障的研究与诊断实例 .............................................................- 9 -2.1 旋转机械的典型故障原因及特征分析 .....................................................- 9 -2.1.1 转子不平衡(失衡) .............................................................................- 9 -2.1.2 转子不对中 .....................................................................................- 12 -2.1.3 基座或装配松动 .............................................................................- 14 -2.1.4 油膜涡动及油膜振荡 .....................................................................- 14 -2.1.5 旋转失速和喘振 .............................................................................- 14 -2.2 电动机转子系统振动监测及故障诊断的技术研究 ...............................- 14 -本章小结 ..........................................................................................................- 16 -3 转子的故障信号分析处理 .. (17)3.1 信号的频域分析方法 (17)3.2 转子故障的判断标准 (21)3.2.1 按轴承振幅的评定标准 (22)3.2.2 按轴承烈度的评定标准 (23)3.2.3 按轴振幅的评定标准 (25)3.2.4 其他有关标准 (26)4 故障诊断系统总体设计 ...................................................................................- 29 -4.1 Matlab软件简介........................................................................................- 29 -4.2 转子故障诊断系统总体设计 ...................................................................- 31 -4.2.1 系统界面子系统 .............................................................................- 31 -4.2.2 数据加载子系统 .............................................................................- 32 -4.2.3 时域分析子系统 .............................................................................- 32 -4.2.4 频域分析子系统 .............................................................................- 33 -4.2.5 打印子系统 .....................................................................................- 35 -5 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1 绪论1.1 课题的研究背景和研究意义航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械，在国防、能源、电力、交通、机械和化工等领域中广泛应用并发挥着重要作用。
故障诊断文献综述
模式识别分析 智能诊断技术 预测状态
内容三：电机转子故障诊断
电机转子故障类型：导条断裂、端环断裂以及转子动、静偏心 引起不对称现象
定子电流重新分布
产生相应谐波分量
方法：电流信号分析法（MCSA）
电流信号分析法
优点：非侵入式、远程故障诊断 缺点：故障信号较微弱、信号成分复杂 解决方法：去除基频信号干扰、凸显故障信号
内容一：电力拖动系统
注：用电动机作为原动机带动生产机械运动的拖动方式，称电力拖动。 本课题研究的生产机械是旋转机械。
电动机转子的故障诊断：电流信号分析法 旋转机械转子系统故障诊断： 振动分析法（主要） 电流分析法（次要） 多源融合技术（电流与振动 )
内容二：故障诊断步骤
采集信息（种类、方式）来自提取故障特征（信号处理技术）
内容五：多源融合技术
5、探究多源融合技术在转子系统故障诊断中的可行性 难点:（1）、异质传感器数据的建模、协同 （2）、怎样实现振动信号与定子电流信号的 数据融合
常见方法：起动电流法 傅里叶变换 Park矢量法 Hibert变换 自适应滤波 小波变换 仿真模拟
内容四：旋转机械转子系统故障诊断
转子系统常见故障类型：转子不平衡、转子不对中、碰摩、 轴承及其支承故障、裂纹、油膜涡动、油膜振荡。 方法1：振动信号分析法 常用方法： 时域分析：利用信号幅值、周期、相位、均值、 均方值、方差分析 频域分析：快速傅里叶变换(FFT)基础上进行 相干分析、 传递函数分析、细化谱分析、 时间序列分析、倒频谱分析、包络分析 时频分析：短时傅立叶变换(STFT)、 小波(wavelet)变换以及Hilbert一Huang变换分析。 方法2：电流分析法
面向转子系统电机电流与振动的 多源信息融合技术动态
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。
转子系统全矢振动能量谱故障诊断研究
（ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｈ ｅ ’ ｎ ａ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｈ ｅ ａ ｍ ｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｓｅ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ， ｂ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ｔｕ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｔ ｖ ｅ ｙ ｒ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆａ ｎｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｅｌ ｎ ｓ ｉ
容易 出现误诊 或漏诊状况。为解决上述 问题， 提 出振动能量谱的概念 ， 并结合全矢谱技术进行双通道信息融合 ， 形成全矢
振动能量谱 ， 将其运用于转子 系统 的故障诊断当中。 实验证 明， 全矢振动能量谱较之 于传统的幅值谱方法 ， 能更加 准确 、
有 效 的识 别 转 子 故障 。
关键 词 ： 全矢谱 ； 振 动 能量 ； 故 障诊 断 ； 转 子 系统
中图分类号 ： Ｔ ＨＩ ６ ； Ｔ Ｋ ２ ６ ３ ． ６ ＋ １
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ２ ６ ５ — ０ ３
转子裂纹故障诊断 (DEMO)
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。
异步电动机转子故障诊断方法
中 图 分 类 号 Ｔ ３ ３ 文 献 标 识 码 Ｂ 文 章 编 号 １０ ７ ８ （０ ６ ０ ０ ３ ０ Ｍ４ ０ ８— ２ １ ２０ ）６— ０ ９— ５
Ｔｈ ａ ｎｏ ｉ ｅｈｏ ｓ ｆ ｒ Ｒｏ ｏ ｕ ｔｏ ｎｄ ｔｏ Ｍ ｏ ｏ ｓ ｅ Ｄｉ ｇ ｓｓＭ ｔ ｄ ｏ ｔ ｒ Ｆａ ｌ ｆＩ ｕｃ ｉ ｎ ｔ ｒ Ｃｈ ｎ Ｗｅｗｅ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｆａ ｇ Ｒｕ ｍｉｇ
ｖ ｎ ａ ｅ ｆｄ ｆ ｒ ｎ ｔ ｏ ｓ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｉ ｃｉｎ ｆ ａ ｌ ｄ ａ ｎ ｓｓｏ ｏｏ ． ａ ｔ ｇ ｓ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔｍｅｈ ｄ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｄ ｒ ｔ ｓｏ ｕ ｔ ｉｇ ｏ ｉ ｆ ｔ ｒ ｅ ｏ ｆ ｒ
图 １ 异步 电机转子故障诊断方法分类 图
１ 基 于信 号检 测 的诊 断方 法
转子断条故障是异步 电动机常 见的故障之
一
有效的诊断 ， 有着重要的研究价值。常用的转子 断条故障检测方法有 多种 ， 根据检测信号的不同 可分为电流分析法 、 电残压法、 失 瞬时功率法、 脉 振磁场分析法、 电磁转矩分析法、 振动噪声分析法
２０ ０６年第６ 期
第４ 卷（ １ 总第 １３期 ） ３
等。
１ １ 电流分析 法 ．
判断故障严重程度。因此 ， 还需要克服如何提高 诊断 精度 的缺 陷 。
１４ 脉振 磁场 分析法 ． 脉振磁 场 分析 法 的 工作 原 理 是 ： 电机 正 常 运
当转子出现导条断裂情况时 ， 三相对称电ห้องสมุดไป่ตู้
。
对异步电动机转子故障进行检测 ， 以便实施
基于神经网络的转子系统故障诊断
第 １ 期 （ 第 １ ０期 ） 总 ， １
２０ ０ ７年 ２ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＆． ＡＵ Ｔ（Ｍ ＡＴＩ ＲＩ ） ＯＮ
Ｎ ｏ．１
Ｆｅ ｂ．
● 一出Ｏ ，一 ｒ ｒｖ √ ，
’
— —
Ｋｏ ｏ ｅ ｈ ｎ ｎ网络 的结 构 见 图 １ 。网络 由输 入层 和输 出层组 成 ，其学 习算 法 如下 ］ ：
（ ） 始化 。将 网络 的连接 权 ｛ ，赋 予 ［ １ 区 １初 叫 ｝ Ｏ ］ 间的 随机 值 ， 中 一 １ ２ … ， ， 一１ ２ … ， ； 定 其 ，， Ⅳ Ｊ ，， Ｍ 确 学 习率 ７ ｆ 的 初 始 值 （ ） Ｏ （ ） １ ； 定 领 域 （） Ｏ （ ＜７ Ｏ ＜ ） 确 Ⅳ ｆ 的 初 始值 Ｎ Ｏ ， 域 Ｎ ｆ 是 指 以步 骤 （ ） （） （ ）领 （） ４ 确 定 的 获胜 神 经元 ｇ为 中心 ， 且包 含 了若 干神 经 元 的 区 域范围， 这个 区域 一般 是均 匀 对称 的 ， 典 型的 是正方 最
利 用振 动特 性标 准表来 诊 断转 子振 动特 性 的方法 存 在精 度低 、诊 断误 差大 的缺 点 ，如轴 承 的振动 裂度 为 １ ２ ｍｍ／ ．３ ｓ时 ，其 刚 性 支 承 是 属 于 “ ” 还 是 好 “ 良”以及振 动裂 度为 ４ ６ ｍｍ／ 时 ， 柔性 支撑 是 属 ．２ ｓ 其 于 “ 良”还 是 “ 及格 ” 。都无 法从 表 １中确 定 。针 对 这 问题 ， 本文 提 出了一 种基 于 Ｋｏ ｏ ｅ ｈ ｎ ｎ网络 的转子 振 动 故 障 诊 断 的 新 方 法 。 ， 以 轴 承 振 动 裂 度 作 为 ］ Ｋｏ ｏ ｅ ｈ ｎ ｎ网络 的训 练样 本 输 入 ，并 通 过 网络 的学 习 、 聚类 ，产 生 Ｋｏ ｏ ｅ ｈ ｎ ｎ网络 聚类 中心 ，根据 网络聚类 的 特 点 以及聚类 的中心来 判 断转 子 的振动特 性 和实质 。
大型异步电机转子状态监测与故障诊断
ｔ ｅ ｆ ｌ ｆｂｒ ｋｅ ｒ ｔ ｒ ｃ ｒｅｃｌ ｎ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｉｙ ｈ ｈ ａｕ ｔｏ ｏ ｎ ｏ ｏ ｏ ｒ ｔｙ ａ ｄ ｔｍ ｌ ｏ ｖ ｒｆ ｔ ｅ
研究与交流
翻
毋
ｅ
大 型异步 电机转 子 状态监 测 与故 障诊 断
徐 国忠 顾 永 芳
华电新疆发 电有限公 司苇湖梁 电厂 （ ２ ０ ５ ２３０ ）
Ｒｏ ｏ ｎ ｉ ｉ ｎ Ｍ ｏ ｉ ｏ ｉ ｎ ｕ ｔＤ ｉ ｇ ｓ ｓｆ ｒ Ｌａ ｇ — ｉ ｅ Ａｓ ｎｃ ０ ｕｓＭ ａ ｈｉ ｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｄ ｔ ｏ ｎ ｔ ｒ ｎｇ ａ ｄ Ｆａ ｌ ａ ｎｏ ｉ ｏ ｒ ｅ ｓ ｚ ｙ ｈｒ ｎＯ ｃ ｎ
Ｘｕ Ｇｕ ｚ ｎ ｏ ｈｏ ｇ Ｇｕ Ｙ ｇ） ｎ ｏｎ Ｃ ｇ ａ
Ｘｉ ａ ｇＨ ａ ｉ ｉｕｉｎ ｏ ｒ ｏ， ｔ ￣ｉｎ ｕ ｄａ Ｗｅｈ ｌ ｇＰ ｗｅ ．Ｌ ｄ ｎ ａ Ｃ
摘 要 ： 究 了电机 转 子 断条 故 障诊 断 的基 本 原 研 理 ， 出了基于ＤＳ 和ＡＲＭ的新颖双处 理器 的电机 状态 提 Ｐ 监 测与 故障诊断系统 。 采用电机电流频谱分析 （ Ｓ ＭＣ Ａ） 的方法 提取 电机 转 子故障特 征分 量， 仿真 和实验 结果 表 明 ， 系统 能够及 时准确 检 测出 电机 转 子断 条故 障 ， 本 验 证 了系统 硬件设 计和故障诊 断算法 的有 效性 。 关键 词 ： 电机 故障诊 断 非侵入 式 人机接 【 ＿ ＝ ｌ 断条 电机电流频谱分析
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4.1 转子不平衡
(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡
平衡孔
平衡块
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时域波形
不平衡故障的振动特征：
波形、频谱：正弦波，一倍频为主； 轴心轨迹：椭圆。
频谱图
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故障诊断基础——振动信号采集
信号拾取
加速位 速 度度移
信号调理
信号转换
抗混 滤波
（低通）
模拟
数字
（采样定理）
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故障诊断基础——振动信号分析
(1) 时域分析
有量纲指标 无量纲指标
相关分析
(2) 频域诊断
倍频分析 边频分析
由于旋转机械的结构及其零部件的加工和安装方面的缺陷， 使机器在运行时引起振动，其振动类型可分为横向振动、轴向 振动和扭转振动三类。
横（径）向振动
轴向振动
扭转振动
其中，过大的横（径）向振动往往是机器破坏的主要原因，所以 成了振动监测的主要对象，也是对机组状态进行诊断的主要依据。
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4.1 转子不平衡
(3) 解调分析
Hilbert变换
包络解调
(4) 时频联合分析
短时傅里叶 WVD
小波分析
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第四章 转子系统故障诊断
4.1 旋转机械振动的基本特性 4.2 转子不平衡故障 4.2 转子不对中故障
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4.1 旋转机械振动的基本特性
(1) 什么是旋转机械？ 旋转机械：主要功能由旋转运动来完成的机
模拟械故，障尤试其验是台指主要部件做旋转运动的、转速较高
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4.1 转子不平衡
故障实例1
TO
TI
透平机 齿轮箱 风机
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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4.1 转子不平衡
(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡
分解后的不平 衡载荷
不平衡 转矩
不平衡 力
I
II
配重面
转子平衡基本思想：
在思平面考I中：F′在的反不方向 上加解校正体质情量况m1，下加，重 半径应为r如1使何m1r消1ω2除= F′。 在设平面备Ⅱ的中不F″的平反方 向 加衡m问2( 半题径？为 r2) ， 以
(3) 不平衡故障的振动特征
特征参量 原始不平衡
故障特征 渐变不平衡
突发不平衡
时域波形
正弦波
正弦波
正弦波
特征频率
1X
1X
1X
常伴频率 较小的高次谐波 较小的高次谐波 较小的高次谐波
振动稳定性
振动方向 相位特征 轴心轨迹
稳定
径向 稳定 椭圆
逐渐增大
径向 渐变 椭圆
突发性增大后稳 定 径向
突变后稳定 椭圆
(2) 不平衡的产生原因
类型
解决措施
①按技术要求对转子进行动平衡
原始不平衡 ②按要求对位安装转子上的零部件
③消除转子上松动的部件 ①转子除垢，进行修复
渐变不平衡 ②定期检修
③保证介质清洁，不带液，防止结垢和腐蚀 ①停机检修，更换损坏的转子
突发不平衡 ②停机清理流道异物
③消除应力，防止转子损坏
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4.1 转子不平衡
平衡F″。
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4.1 转子不平衡
(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡
Bently 动平衡试 验台
配重盘
影响系数法（前提：线性系统假设）： 图中： I，II——校正平面 Q1，Q2——试重 A，B——测振点
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4.1 转子不平衡
(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡
第一步：
测出平衡前A、B两点振动的原始 值A0、B0，包含振幅和相位。
m&y&
cy&
ky
me2
sin
t
&x& 2nx& n x e2 cos t
&y&
2ny&
n
y
e2
sin
t
x X cos(nt x )
y
Y
cos(nt
y
)
3
故障诊断基础——机械振动
例 圆盘转子的不平衡振动
幅频与相频曲线
4
故障诊断基础——机械振动
例 圆盘转子的不平衡振动
轴心轨迹
高次谐波较小， 呈“枞树形”
同样测得轴承振动为A2、B2，同理
可得A2-A0和B2-B0 以及影响系数α2、
β2。
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4.1 转子不平衡
(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡 第五步：
设校正平面I、II中所需的校正质 量为W1、W2 ,则W1、W2应满足下 列方程：
α1W1+α2W2=-A0 β1W1+β2W2=-B0
第六步：
（不平衡故障、轴承
故障的）机械。 如: 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。
Bently转子试验台 （不平衡故障、油膜 涡动）
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4.1 旋转机械振动的基本特性
(1) 什么是旋转机械？ 大 型 汽 轮 机 转 子
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4.1 旋转机械振动的基本特性
(2) 旋转机械的振动特性
(1) 何为不平衡？ 因工作原理、制造误差、装配误差、材质不均匀、
结垢不均匀、零部件脱落等原因，转子在工作过程中 常常出现不平衡现象。
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4.1 转子不平衡
例：风机转子不平衡 产生 原因
后果
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4.1 转子不平衡
(2) 不平衡的产生原因
• 原始不平衡 • 渐发不平衡 • 突发不平衡
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4.1 转子不平衡
第二步：
先在平面I上加一试重Q1 ，角度为 r1，并在平稳转速下测得两轴承的 振动为A1、B1
20Βιβλιοθήκη 4.1 转子不平衡(4) 不平衡的解决措施——现场动平衡
第三步：
计算单位试重引起的效果矢量，影响系数α1、β1，即 α1=(A1-A0)/Q1; β1=(B1-B0)/Q1
第四步：
取走Q1，再在平面Ⅱ上加试重Q2 。
Equipment Fault Diagnostics
第四章 转子系统故障诊断
重点实验室 张建宇
2011-11-21
1
故障诊断基础——机械振动
无阻尼 自由振动
K
c
有阻尼 自由振动
m
F F0 sin t
x
强迫振动模型
2
故障诊断基础——机械振动
例 圆盘转子的不平衡振动
力学 模型
振动响应：
m&x& cx& kx me2 cos t