航空发动机振动检测与诊断

转子系. 统模型
转子系统常见故障机理分析
转子系统分类 刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界以
下的转子系统。目前大多数低速（工作频率<100Hz） 机械均属于刚性转子系统。
柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界以 上的转子系统。例如一些大型高速（工作频率 >100Hz）旋转机械均属于柔性转子系统。
振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、
转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统
上几个测点可以确定转子系统的各阶振型。
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转子系统常见故障机理分析
瀑布图
利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原 因和阻尼大小。
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转子系统常见故障机理分析
►转子系统振动故障机理及特征分析
转子不平衡 原因 转子系统质量偏心（制造误差、装配误差、 材质不均……）； 转子部件出现缺损（腐蚀、摩擦、局部破损 等）。
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转子系统常见故障机理分析
静态参数 轴心位置：在稳定情况下，轴承中心相对于转 轴轴颈中心的位置 轴向位置 差胀：转子与静子之间轴向间隙的变化值 对中度：轴系转子之间的连接对中程度 温度：轴瓦温度反映轴承运行情况 润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况
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转子系统常见故障机理分析
►旋转机械振动故障分析常用方法
振动具有可识别性。由不同类型、性质、原因 和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特 征。
振动识别具有复杂性。振动信号性质、特征不 仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。
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转子系统常见故障机理分析
► 转子系统、转子振动和转子故障之间的分类
转子振动分类
横向振动——发生在包括转轴的横向平面内（xoy） 轴向振动——发生在转轴的轴线方向上（x轴） 扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振
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转子系统常见故障机理分析
一倍频——转子不平衡、轴承工作不良、对中 不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。
二倍频——转子对中不良、轴弯曲、松动等， 主要是对中不良。
0.5倍频——油膜失稳；轴承工作不良（如间隙、 接触、摇摆等）；旋转失速（喘振的先兆）的频率 为(0.4~0.8)倍工频，也有可能。
轴心轨迹的旋转方向 若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致，
称为正向进动。反之，称为反向进动。 当转子具有不平衡、不对中、油膜涡动等故
障时表现为正向进动；当转子与定子发生摩擦时， 表现为反向进动。
轴心轨迹的稳定性 一般情况下，轴心轨迹保持稳定。一旦发生形
状大小的变化或轨迹紊乱，则揭示机器运行状态已 发生变化或进入异常。
第五章 航空发动机振动 监测与诊断
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航空发动机的主要激振源
► 转子激振源
转子不平衡（振动频率与转速相等）
单圆盘转子
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航空发动机的主要激振源
临界转速：
旋转机械在启停升降速 过程中，往往在某个(或某几 个)转速下出现振动急剧增大 的现象。原因往往是由于转 子系统处于临界转速附近产 生共振。
转子的临界转速个数与 转子的自由度相等。
时间波形法——通过观察振动波形的特征来获 取诊断信息
含有周期成分及随机噪声的振动波形 经平滑处理后的振动波形
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转子系统常见故障机理分析
径向点触摩擦时的振动波形
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转子系统常见故障机理分析
在正常的状态下 ， 波形图应为较平滑的正弦 波，且重复性好。
（ 1 ） 动不平衡时，在一个周期内为典型的正 弦波；
（ 2 ） 对 中不良时，在一个周期内为波峰翻倍 ，波形光滑、稳定、重复性好；
（ 3 ） 摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、 或有削波；
（ 4 ） 自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时， 波形杂乱、重复性差、波动性大。
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转子系统常见故障机理分析
频谱分析法
幅值谱及相位谱
幅值谱
正常运转状态下，一倍频最大，二倍频次之、 约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐 步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。
D
D
D
D
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转子系统常见故障机理分析
阶比幅值谱
阶比幅值谱
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转子系统常见故障机理分析
自功率谱图
滚动轴承的功率谱图 优点： ✓ 它可以把能量集中的谱峰更加突出地表现出来。 ✓ 它不仅可以表现某些特征频率值的能量集中状况，而且 可以研究某一段频带范围内能量分布的水平。 ✓ 它比幅值谱有更加广泛的用途。
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹图
轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而 形成的轨迹。
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹的合成
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹的形状
不平衡
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不对中 油膜涡动
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转子系统常见故障机理分析
转子与静止部件的碰撞和摩擦
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转子系统常见故障机理分析
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转子系统常见故障机理分析
转子故障分类
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► 监测参数
动态参数 振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速 度或加速度表示 振动烈度：近年来国际上已统一使用振动烈 度作为描述机器振动状态的特征量
vrm s 1 2(A 12 12A 22 22A n2 n2)
相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡 等具有重要意义
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转子系统常见故障机理分析
转速跟踪法 奈奎斯特图分析法（极坐标图）
0 2485
2555
0
0 2415
2590
0 2345 02215
0
转轴随转速变
1923 0
270
461
9 0 化时的工频振
04 9 0 0
02621
03535
wk.baidu.com
动矢量图
0 03 1 5 0
0 2870 0 2800
02660
0
02 6 9 5
180 .
转子系统常见故障机理分析
波特图——振幅与频率，相位与频率的关系曲线
50
90
40
150
30
210
20
270
10
330
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
频率/ Hz
30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
频率/ Hz
从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的
支承不对中（振动频率为 转子转速两倍）
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航空发动机的主要激振源
► 气动激振力 ► 轴承激振源
► 齿轮激振源
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转子系统常见故障机理分析
► 转子系统、转子振动与转子故障的关系
振动广泛存在。设备在动态下都会或多或少地 产生一定的振动。
振动监测具有有效性。当设备发生异常或故障 时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。