旋转机械的振动监测与诊断
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• 2、制造原因 ①零部件加工制造不良，精度不够 ②零件材质不良，强度不够，制造缺陷 ③转子动平衡不符合技术要求
• 3、安装、维修 ①机械安装不当，零部件错位，预负荷大
②轴系对中不良
③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整 不当
④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装 精度
⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度
1º 动态参数 1’ 振幅
它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加 速度表示。 2’ 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。 3’ 相位
它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及 转子的动平衡等具有重要意义。
2º 静态参数
1’ 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。
转子分类
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。
返回
2、旋转机械的监测参数
检测参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数 两种。
⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度
• 4、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 匀或在临界区停留时间过久������ • 5、机器劣化 ①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化 ②转子局部损坏、脱落或产生裂纹 ③零部件磨损、点蚀或腐蚀等 ④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破 坏了配合性质和精度 ⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
旋转机械的振动 监测与诊断
主要内容
旋转机械的振动及故障概论 旋转机械的监测参数
旋转机械振动故障分析常 用方法
旋转机械的典型故障及其诊 断方法
1、旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的定义 旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是 指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重 要工程领域。
图 转子系统模型
转子的临界转速
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。
由于转子的转速限制，往 往只能遇见数个临界转速。
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
1º 按振动产生的原因分：
•
自由振动－给系统一定能量后，系统所产生
的振动。若系统无阻尼，则维持等幅振动，反之，
为衰减振动；
•
受迫振动－系统在外界持续力作用下，被迫
产生的振动（刚性转子系统）；
•
自激振动－系统从本身运动中吸收能量转变
成交变力维持的振动（柔性转子系统）；
机械故障的主要原因
• 1、设计原因 ①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振 动或自激振动 ②结构不合理，应力集中 ③设计工作转速接近或落入临界转速区 ④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良������
旋转机械的机械振动特点 1º 振动存在具有广泛性 即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一
定的振动。 2º 振动监测的有效性 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。这就使人们可以从振动信号中获取 诊断信息。
3º 振动的可识别性 由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激
转子振动的基本特性
单圆盘转子
mx Fx k x my Fy k y
xXcos(n x) yYcos(n y)
n k/m
转子振动形式
• 横向振动——振动发生在包括转轴的横向平面内 • 轴向振动——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
指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度
轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压
反映滑动轴承油膜的建立情况。
返回
3、旋转机械振动故障分析常用方法
• 针对旋转机械的特点，常用的旋转机械振 动故障图形分析方法有： 时域波形图、波特图、极坐标图、瀑布图、 轴心位置图、轴心轨迹图、频谱图、相位 分析、趋势分析等。
• 3’同一故障在不同位置布置测点，所ຫໍສະໝຸດ Baidu的振动 信号亦会有较大差别。
在机械故障诊断中，振动信号能够更迅速、更 直接的反映机械设备的运行状态，据统计，70％ 以上的故障都是以振动形式表现出来。为了便于 分析，因此首先介绍有关振动的一些概念。
机械振动及其种类
机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往 复运动。
旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别 迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋 转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安 全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术， 提出了迫切的要求。进而形成了近年来国内外广泛的旋转 机械振动监测和故障诊断技术。
机械振动
在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一 定的位置上浮动。在异常情况下，由于偏心太大， 会发生轴承磨损的故障。
2’ 轴向位置
是机器转子上止推环相对于止推轴承的位置。 当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良 后果。
3’ 差胀 指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化
值。它对机组安全启动具有十分重要的意义。 4’ 对中度
发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、 相位差别、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可 以从振动信号中识别故障。
4°振动识别的复杂性
振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且与机械 系统的固有特性有关：
• 1’同一故障对不同的转子系统，其振动的幅值 和相位可能相差很大；
• 2’同一故障发生在不同部位，振动信号可能相 差很大；
• 3、安装、维修 ①机械安装不当，零部件错位，预负荷大
②轴系对中不良
③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整 不当
④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装 精度
⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度
1º 动态参数 1’ 振幅
它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加 速度表示。 2’ 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。 3’ 相位
它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及 转子的动平衡等具有重要意义。
2º 静态参数
1’ 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。
转子分类
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。
返回
2、旋转机械的监测参数
检测参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数 两种。
⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度
• 4、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 匀或在临界区停留时间过久������ • 5、机器劣化 ①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化 ②转子局部损坏、脱落或产生裂纹 ③零部件磨损、点蚀或腐蚀等 ④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破 坏了配合性质和精度 ⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
旋转机械的振动 监测与诊断
主要内容
旋转机械的振动及故障概论 旋转机械的监测参数
旋转机械振动故障分析常 用方法
旋转机械的典型故障及其诊 断方法
1、旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的定义 旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是 指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重 要工程领域。
图 转子系统模型
转子的临界转速
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。
由于转子的转速限制，往 往只能遇见数个临界转速。
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
1º 按振动产生的原因分：
•
自由振动－给系统一定能量后，系统所产生
的振动。若系统无阻尼，则维持等幅振动，反之，
为衰减振动；
•
受迫振动－系统在外界持续力作用下，被迫
产生的振动（刚性转子系统）；
•
自激振动－系统从本身运动中吸收能量转变
成交变力维持的振动（柔性转子系统）；
机械故障的主要原因
• 1、设计原因 ①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振 动或自激振动 ②结构不合理，应力集中 ③设计工作转速接近或落入临界转速区 ④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良������
旋转机械的机械振动特点 1º 振动存在具有广泛性 即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一
定的振动。 2º 振动监测的有效性 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。这就使人们可以从振动信号中获取 诊断信息。
3º 振动的可识别性 由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激
转子振动的基本特性
单圆盘转子
mx Fx k x my Fy k y
xXcos(n x) yYcos(n y)
n k/m
转子振动形式
• 横向振动——振动发生在包括转轴的横向平面内 • 轴向振动——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
指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度
轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压
反映滑动轴承油膜的建立情况。
返回
3、旋转机械振动故障分析常用方法
• 针对旋转机械的特点，常用的旋转机械振 动故障图形分析方法有： 时域波形图、波特图、极坐标图、瀑布图、 轴心位置图、轴心轨迹图、频谱图、相位 分析、趋势分析等。
• 3’同一故障在不同位置布置测点，所ຫໍສະໝຸດ Baidu的振动 信号亦会有较大差别。
在机械故障诊断中，振动信号能够更迅速、更 直接的反映机械设备的运行状态，据统计，70％ 以上的故障都是以振动形式表现出来。为了便于 分析，因此首先介绍有关振动的一些概念。
机械振动及其种类
机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往 复运动。
旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别 迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋 转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安 全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术， 提出了迫切的要求。进而形成了近年来国内外广泛的旋转 机械振动监测和故障诊断技术。
机械振动
在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一 定的位置上浮动。在异常情况下，由于偏心太大， 会发生轴承磨损的故障。
2’ 轴向位置
是机器转子上止推环相对于止推轴承的位置。 当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良 后果。
3’ 差胀 指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化
值。它对机组安全启动具有十分重要的意义。 4’ 对中度
发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、 相位差别、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可 以从振动信号中识别故障。
4°振动识别的复杂性
振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且与机械 系统的固有特性有关：
• 1’同一故障对不同的转子系统，其振动的幅值 和相位可能相差很大；
• 2’同一故障发生在不同部位，振动信号可能相 差很大；