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
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。
汽轮发电机转子典型故障机理分析及诊断方法
汽轮发电机转子典型故障机理分析及诊断方法作者：刘志岩来源：《山东工业技术》2017年第16期摘要：目前电力工业生产中汽轮发电机组的转子故障成为影响机组安全稳定运行的重要缺陷，一旦发电机转子产生故障，将直接影响机组安全运行，甚至将导致机组非停。
因此分析汽轮发电机转子的典型故障，并提出诊断方法和解决方案成为电力生产中不得不面对的问题。
关键词：偏心；不对称；摩擦力DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.16.0470 引言由汽轮发电机转子常见故障入手，分析了常见故障的机理成因，故障造成的危害，在此基础上提出了偏心故障的诊断方法，不对称冷却的预防措施和不对称摩擦的诊断方法，为发电子转子日常维护提供了理论依据。
1 定转子间气隙偏心1.1 偏心故障机理及其成因发电机转子的三个中心包括定子中心、转子中心、转子旋转中心，这三个中心是发电机定转子通过气隙磁场耦合形成的。
发电机正常运行时电磁力均匀对称的分别在转子上，发电机间气隙分别均匀，三个中心重合。
若由于某种原因造成气隙偏心，即三个中心不重合时，将形成动态偏心和静态偏心两种气隙偏心。
动态偏心是由于轴承磨损、转轴弯曲挠度、安装不规范等原因造成的转子中心与旋转中心不吻合。
最小间隙是随着空间和时间而变化，不在是静止的。
这样由于静止部件和主轴之间的摩擦产生的高热，主轴就会因高热而膨胀，造成主轴弯曲。
静态偏心是导轴承中心从定子中心向某个方向偏移，使得转子气隙变化，转子相对于定子偏心。
致使发电机转子的旋转中心与定子中心不吻合。
静态偏心一般不随转子旋转而改变，它会在某一固定位置，一般是由于装配不合格或加工精度的原因造成的。
1.2 偏心故障的危害一般动态偏心会造成磁通分布不对称，转子很可能会产生单极效应，导致轴电压的产生，甚至可能会导致轴承油膜击穿，形成的轴电流烧损轴瓦。
静态偏差同样会引起发电机定转子振动，恶化轴承工作状况，使线棒磨损严重，甚至危及到发电机的正常运行。
基于旋转机械转子不平衡故障的诊断与分析
基于旋转机械转子不平衡故障的诊断与分析王宇飞 兰州石化职业技术学院 兰州谢永鹏 中国石油兰州石化公司 兰州[摘 要]化工生产中，石油、化工产品都是利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求，将原料经过一系列加工处理得到的。
在生产过程中需要有相应的机器和设备以满足生产的工艺要求。
结合石化生产的特殊性，设备的安全可靠运行是重中之重。
而在机器设备的故障中，旋转机械故障占了很大的比重，旋转机械约有近七成的故障与转子不平衡有关。
因此，对旋转机械的转子不平衡故障的研究和诊断最有实际意义。
[关键词] 旋转机械 转子不平衡 故障诊断 状态监测中图分类号 TP206+.3[正 文]一、引言近年来化工生产中的设备、机器有着明显趋势就是向功能原理多样化、大型化、连续化和集成化方向发展。
以此提高生产效率，降低生产成本，使用较低的消耗来充分完成设备的工艺目标。
然而，一旦机器设备发生故障，所造成的后果将是十分严重的，甚至是灾难性的。
首先，生产过程被中断，最直接的就是经济损失；其次，由于石化生产的特殊性，可能造成人身伤亡以及对环境的污染。
在机器设备的故障中，旋转机械故障占了很大的比重。
如风机、压缩机和汽轮机等设备，都是石油、化工、冶金和电力等现代企业中的关键生产工具。
通常大型旋转机械的故障常在振动状况方面体现出来，要保证设备安全可靠运行，就必须对其进行故障诊断和状态的监测。
现代化生产中，不能停留在设备的事故后维修，要进行故障前的监测并对得到信息进行分析同时预测设备下一步的运行趋势。
据统计，旋转机械约有近七成的故障与转子不平衡有关。
因此，对旋转机械的转子不平衡故障的研究和诊断最有实际意义。
二、不平衡故障的产生１、原理旋转机械的转子不平衡是指转子受材料质量分布、加工误差和装配技术以及长期运行中产生不均匀的磨损、腐蚀、变形、零件脱落、不均匀结垢等各种因素的影响，使其质量中心和旋转中心线之间存在一定的偏心距，转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。
不对中故障机理与诊断
不对中故障机理与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。
J.—_…L一如图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。
机械故障诊断—第四章 旋转机械故障诊断
1疲劳，腐蚀 2超期服役
1停机检修，更换损坏的转子 2停机清理流道异物 3消除应力，防止转子损坏
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治理措施
1按技术要求对转子进行动 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
六、转子不平衡故障诊断实例 例1：某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发 生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常 运行。主要振动特征如图4.6所示。
2.不同轴 所谓旋转轴不同轴，是指用联轴器连接起来的两根轴的中心线有偏 移。存在不同轴时，容易发生轴向振动，使转子发生暂时或永久变形， 使轴承和联轴器工作情况恶化、机械寿命缩短等。不同轴较轻时，其 频率成分为旋转基本频率；不同轴严重时，会产生旋转基本频率的高 次成分。造成不同轴的主要原因有制造精度差、安装不良、热变形不 均匀、联轴器松动、地基下沉等。 对于不平衡引起的振动，振幅的增大与转速的平方成比例；对于 不同轴引起的振动，振幅大体为一常数，与转速的变化无关。 3.松动 松动现象是由螺栓紧固不牢引起的，或由于基础松动、过大的轴承 间隙等引起的。松动会使设备发生严重振动。松动引起的振动特征如 下： （1）振动方向常表现为上下方向的振动； （2）振动频率除旋转基本频率fr外，可发生高次谐波（2fr，3fr，…）成 分，也会发生1/2fr，1/3fr，…等分数谐波和共振； （3）振动相位无变化； （4）振动形态使转速增减、位移突然变大或减小。
(a)原始不平衡 (b)渐变不平衡 (c)突发不平衡 图4.5 几种不同性质的不平衡的振幅变化趋势
五、转子不平衡故障原因分析及治理措施 上述三类转子不平衡的故障原因分析及相应治理措施见表4.3。
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
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图5.8 典型不对中谱图
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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
电机转子不平衡的原因
电机转子不平衡的原因
嘿，电机转子不平衡，这事儿可真让人头疼呢。
那为啥电机转子会不平衡呢？咱来好好唠唠。
一个原因呢，可能是制造的时候就没弄好。
你想啊，生产电机的厂家要是不仔细，加工的时候尺寸有点偏差啥的，那转子可不就容易不平衡嘛。
就好比你做个蛋糕，要是材料没放对，或者搅拌得不均匀，那做出来的蛋糕肯定不好看，也不好吃。
电机转子也一样，制造的时候得精细点，不然就容易出问题。
还有啊，安装的时候要是不注意，也会导致转子不平衡。
比如说，螺丝没拧紧啦，或者部件没安装到位啦。
这就像你搭积木，要是没搭好，轻轻一碰就倒了。
电机转子也是，安装不好的话，一转起来就晃悠，不平衡了。
使用过程中也可能让转子不平衡。
比如说，电机长时间运行，零件磨损了。
或者有啥东西掉进电机里了，把转子给弄偏了。
这就好比你开车，开久了车胎会磨损，车子就可能不稳。
电机也一样，用久了就可能出问题。
我认识一个开工厂的老李。
有一次，他们工厂的电机老
是出问题，一检查，发现是转子不平衡。
他们找了半天原因，最后发现是安装的时候有个螺丝没拧紧。
这可把老李气坏了，赶紧让人把螺丝拧紧，电机就好了。
还有一次，电机又不对劲了，这回是因为有个小零件掉进电机里了，把转子给弄偏了。
老李他们费了好大劲才把那个小零件弄出来，电机才恢复正常。
所以啊，要是电机转子不平衡，就得好好找找原因，对症下药，才能解决问题呀。
转子系统的故障机理及其诊断技术
转子系统的故障机理及其诊断技术1概述旋转机械的种类繁多，有发电机、汽轮机、离心式压缩机、水泵、通风机以及电动机等等，这类机械的主要功能都是由旋转动作完成。
旋转机械故障是指机械的功能失常，即其动态性能恶化，不符合技术要求。
例如机械运行失稳，机械发生异常振动和噪声，机械的工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机械发生故障的原因不同，所产生的信息也不一样，根据机械特有的信息，可以对机械故障进展诊断。
但是机械发生故障的原因往往不是单一的因素，特别是对于机械系统中的旋转机械故障，往往是多种故障耦合结果，所发对旋转机械进展故障诊断，必须进展全面的综合分析研究。
旋转机械的主要功能是由旋转动作写成的，转子是最主要的部件。
旋转机械发生故障诊断的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。
因此，了解与掌握转子系统在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高故障诊断的准确度具有重要的理论意义和实际的工程价值。
2转子系统的故障机理2.1转子不平衡故障机理转子不平衡包括转子的质量偏心及转子部件出现缺损。
转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的,称此为初始不平衡。
转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用,使转子的零部件(如叶轮、叶片等)局部损坏、脱落,碎块飞出等,造成的新的转子不平衡。
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2.1所示。
由于偏心质量m和偏心距e的存在,当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。
离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转速度有关,即。
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。
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。
转子不平衡的原因
转子不平衡的原因
1. 设计问题：
（1）旋转体几何形状设计不对称，重心不在旋转轴线上。
（2）在转子内部或外部有未加工的表面，引起质量分布不匀。
（3）零件在转轴上的配合面粗糙或配合公差不合适，产生径向或轴向摆动。
配合过松时，高转速下转子内孔扩大造成偏心。
（4）轴上的配合键装于键槽，形成局部金属空缺。
（5）轴上转动部件未对称安装，且有配合间隙。
2. 材料缺陷：
（1）、铸件有气孔，造成材料内部组织不均匀，材料厚薄不一致如：焊接结构由于厚度不同而造成质量不对称。
（2）、材料较差，易于磨损、变形造成质量分布不匀。
3. 加工与装配误差：
（1）焊接和浇铸上的造型缺陷。
（2）切削中的切削误差。
（3）叶轮在装配时配合误差的累积，引起重心偏移，因此对于高速转子每装上一个叶轮需要进行一次动平衡。
（4）、材料热处理不符合条件要求，或残余应力未消除加工和焊接时的扭曲变形，使转子永久性变形。
（5）配合零件不一致造成质量不对称。
如：螺孔深度或螺钉长度不一致等。
（6）联轴器不对中，对于其中一个转子来讲，一种平行不对中相当于对转子加了一个不平衡负荷。
因此也表现出不平衡的特征。
4. 动平衡的方法不对
对于挠性转子，其工作转速下的振型与其一阶振型有显著差别。
因此仅在低速下对转子做动平衡，在高速下仍会发生很大的振动。
旋转机械的故障诊断
旋转机械的故障诊断1.不平衡不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障。
引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。
2.不对xx转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。
联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。
偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。
轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。
平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。
轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。
轴承不对中使轴系的载荷重新分配。
负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还使轴系的临界转速发生改变。
3.轴弯曲和热弯曲轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。
转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。
转子不论发生永久性弯曲还是临时性弯曲，都会产生与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。
4.油膜涡动和油膜振荡油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承中由于油膜的动力学特性而引起的一种自激振动。
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
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２ ２第 备 石１ 化 设 ０和 工 油年
１ 卷 ５
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图２
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第３ 期
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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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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！。
600MW超临界机组转子不平衡故障分析与处理
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｍｅ ｈａ ｉｍ ， ｅ ｓ ｎｓ ｎ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｓ ｆ ｔ ｅ ｍｂＪａ ｃ ｆｕｌ ｔ ａ ｔ： ｅ ｃ ｎ ｓ ｒ ａ ｏ ａ ｄ ｉ ｒ ｔｏ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ｏ ｈ ｉ ｉ ｎｅ ａ ｔ ｗａｅ ｒ ｐｒｓ ｎ ｅ ｅ ｅ ｔｄ，ａ ｄ ６ ０ＭＷ ｎ ａ ０
第５ ４卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ６月
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轮
机
技
术
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ １５ ．
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ０ＧＹ
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６０ ０ ＭＷ 超 临界 机 组 转 子 不 平 衡 故 障分 析 与处 理
陈松 平 张 煜 刘 烨 宋 光 雄 谢 军 星。 ， ， ， ，
（ １华 北 电力 大学 电站 设备 状 态监 测与控 制教 育部 重 点 实验 室 ， 京 １２０ ； 北 ０ ２６
２国电福州发电有限公司， 州 ３０ ０ ； 福 ５ ３９ ３苏州热工研究院有限公 司， 苏州 ２ ５０ ） １０４
摘要： 分析 了质量不 平衡 故障机理 、 因和振 动特征 ， 原 针对某 电厂 ２号 ６０ Ｍ 超临界 机组 ９号 瓦及 １ 瓦轴振大 ０ Ｗ 号 的问题 ， 进行 了测试 和分 析 ， 判断 １ 、 号 ９号轴 瓦轴 振大为不平衡量增大所致 ， 分析了引起不平衡的原 因。根 据诊断 结果 ， １ 、 对 号 ９号轴 瓦进行 了动平衡 和抽高 中压转子返 厂处理 。并 与同类故 障进 行 比较 ， 给今后 相似 故障 的分 析 处理 提供 参考。
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①疲劳，腐蚀 ②超期服役
①按技术要求对转子进行动
①转子除垢，进行修复
平衡
①停机检修，更换损坏的转子
②定期检修
6 治理措施 ②按要求对位安装转子上的
②停机清理流道异物
③保证介质清洁，不带液，防
零部件
③消除应力，防止转子损坏
止结垢和腐蚀
③消除转子上松动的部件
六、转子不平衡故障诊断实例 例 1:某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振 动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。主要振动特征如图 1-7 所示。
①热处理不良，有应力 ②人口滤网制造缺陷
①转子上零部件安装错误
3 安装维修
①转子未除垢Байду номын сангаас
②零件漏装
①转子有较大预负荷
①超速、超负荷运行
4 操作运行
①介质带液，造成腐蚀 ②介质脏，造成结垢
②人口阻力大，导致部件损坏， 进人流道
③介质带液，导致腐蚀断裂
5 状态劣化 ①转子上配合零件松动
①转子回转体结垢 ②转子腐蚀
表 1-1 转子不平衡的振动特征
表 1-2 转子不平衡的振动敏感参数
图 1-5 几种不同性质的不平衡的振幅变化趋势 (2)矢量域变化不同
原始不平衡：矢量域稳定于某一允许的范围，见图 1-6 (a)；
图 1-6 原始不平衡的矢量域
渐变不平衡：矢量域逐渐变化，见图 1-6 (b)； 突发不平衡：矢量域某一时刻发生突变，见图 1-6（c），然后稳定。 五、转子不平衡故障原因分析及治理措施 上述三类转子不平衡的故障原因分析及相应治理措施见表 1-3。
处理措施：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅速恶化。考虑到化工生产工 艺流程生产不能中断，经研究决定，监护运行。
生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势。 维持运行一个大修周期（18 个月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现 动平衡严重超标。 例 2：某 52 万吨／年尿素装置 CO2 压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值正常， 但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以 1× 频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。如图 1-21 所示。
图 1-21 CO2 压缩机渐变不平衡振动特征 诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照本节所述对几类不平衡 故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的。 处理措施：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生产一旦中断将会导致巨大 的经济损失，因此决定利用在线监测系统监护其运行，待大修时再做处理。 生产验证：6 个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间检查，转子并不弯曲； 目测检查，无结垢和腐蚀现象，一时对故障诊断结论提出了怀疑。但送专业厂拆卸检查后发 现，一轴套内侧（不拆卸转子时看不到部分）发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐 增大。
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）。
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 性及相频特性在上节已介绍（图 1-4）。
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。
表 1-3 转子不平衡故障原因分析与治理措施
序号 原因分类
初始不平衡
主要原因 渐变不平衡
突发不平衡
1 设计原因 ①结构不合理
①结构不合理，易结垢 ②材质不合理，易腐蚀
①结构不合理，应力集中 ②系统设计不合理，造成异物 进人流道
①制造误差大 2 制造原因 ②材质不均匀
③动平衡精度低
①材质用错 ②光洁度不够，易结垢 ③表面处理不好，易腐蚀
(2)频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波，使整个频谱呈所 谓的“枞树形”，如图 1-3 所示。
图 1-2 转子不平衡的轴心轨迹
图 1-3 转子不平衡故障谱图 (3)当 ω＜ωn 时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当 ω＞ωn 后，即在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当 ω 接近于 ωn 时，即 转速接近临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值。振动幅值对转速的变化很敏感，如图 1-4 所示。 (4)当工作转速一定时，相位稳定。 (5)转子的轴心轨迹为椭圆。 (6)从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。
图 1-4 转子不平衡的主要特征 转子不平衡的故障机理与诊断(2) 四、诊断方法
转子不平衡的诊断依据主要见表 1-1 和表 1-2, 对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三种形式，其共同点较多，但可以 从以下两个方面对其进行甄别。 (1)振动趋势不同 原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，见图 1-5（a）； 渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高，见图 1-5 (b）； 突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图 1-5（c)。
图 1-7 压缩机振动特征
由图可见：①振动大小随转速升降变化明显；②时域波形为正弦波；③轴心轨迹为 椭圆；④振动相位稳定，为同步正进动；⑤频谱中能量集中于 1×频，有突出的峰值，高次 谐波分量较小。
诊断意见：根据以上振动特征，由表 1-3 可知，压缩机发生强烈振动的原因是由于 转子不平衡造成的。
检查该转子的库存记录，库存时间较长，因转子较重，保管员未按规定周期盘转， 初步断定是转子动平衡不良造成的。