转子系统故障诊断

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4.1 转子不平衡
例：风机转子不平衡
4.1 转子不平衡
(2) 不平衡的产生原因
产生 原因
后果
• 原始不平衡 • 渐发不平衡 • 突发不平衡
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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”
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。
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
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。
明显 不变 不变 不变 不变 不明显
7 其他识别方法
①机器开始升速时， 在低速阶段振动幅值 就比较高 ②刚性转子两端相位 差180o
①升速时转速逐步增 大，但在某一转速下 振动有一“凹谷”
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4.4 其他类型转子故障
(2) 支承松动 指系统接合面存在间隙或联接刚度不足，造成机械阻尼 偏低，机组运行振动过大的一种故障。
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4.4 其他类型转子故障
(1) 转子弯曲
转子弯曲与转子质量偏心类似，都会产生与质量偏心类似的 旋转矢量激振力。 与不平衡不同之处在于轴弯曲会使轴两端产生锥形运动，因 而在轴向还会产生较大的工频振动。 转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离 心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在 某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生 一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。
突变后稳定 椭圆
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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
平衡孔
平衡块
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本章内容
4.1 旋转机械振动的基本特性 4.2 转子不平衡故障 4.3 转子不对中故障 4.4 其他类型转子故障
4.1 转子不平衡
(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。
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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平行不对中 e ≠ 0, ϕ = 0
4.3 转子不对中故障
(2) 不对中的危害
增 加 机 器 的 振 动
角度不对中 e = 0, ϕ ≠ 0
综合不对中 e ≠ 0, ϕ ≠ 0
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4.3 转子不对中故障
(2) 不对中的危害 过 度 的 联 轴 器 损 坏
4.3 转子不对中故障
(2) 不对中的危害 增 加 密 封 件 的 磨 损
当轴承套与壳体具有较大间隙时， I、轴承套受转子离心力的作用沿 圆周方向发生周期性变形，从而改 变了轴承的几何参数，影响油膜的 稳定性； II、当轴承座螺栓紧固不牢时，由 于结合面上有间隙，系统发生不连 续的位移。
4.4 其他类型转子故障
(2) 支承松动 产生松动的常见原因：
支承系统接合面间隙过大； 紧力不足； 在外力或温升作用下产生间隙； 固定螺栓强度不足导致断裂或缺乏防松措施； 基础施工质量欠佳。
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4.3 转子不对中故障
(2) 不对中的危害 增 加 轴 承 的 磨 损
4.3 转子不对中故障
(2) 不对中的危害 过 高 的 能 源 消 耗
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4.3 转子不对中故障
(4) 不对中的振动特征
特征参量
平行不对中
故障特征 角度不对中
综合不对中
时域波形 特征频率
1X频与2X频叠加 波形
2X频明显较高
(2) 支承松动——故障振动特征
序号 特征参量 故障特性
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时域波形 基频、分数谐波、高次谐波叠加波形
2
特征频率 基频、数谐波
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常伴频率 2X, 3X, ….
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振动稳定性 不稳定，工作转速达到某一阈值时，振幅
突然增大或减小
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振动方向 松动方向振动大
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相位特征 不稳定
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轴心轨迹 紊乱
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进动方向 正进动
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4.4 其他类型转子故障
转子弯曲的振动特征
特征参量
故障特征
永久性弯曲
临时性弯曲
1 时域波形 正弦波
正弦波
2 特征频率 1X
1X
3 常伴频率 2X、高次谐波 2X频、高次谐波
4 振动稳定性 稳定，启动时起 稳定，升速过程振动有一“
始振动就较高 凹谷”
5 振动方向 径向
径向
6 相位特征 稳定
正常运行时稳定，开机过程
转子系统故障诊断
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
（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
1X频与2X频叠加 波形
2X频明显较高
1X频与2X频叠加 波形
2X频明显较高
常伴频率
振动稳定 性 振动方向
1X频、高次谐波 稳定
径向为主
1X频、高次谐波 稳定
1X频、高次谐波 稳定
径向、轴向均较大 径向、轴向均较大
轴心轨迹 双环椭圆
双环椭圆
双环椭圆
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4.3 转子不对中故障
(4) 不对中的振动特征
MO MI PI PO
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4.4 其他类型转子故障
(1) 转子弯曲
分类： 永久性弯曲：转子轴呈弓形弯曲后无法恢复。造成永久弯曲
的原因有设计制造缺陷（转轴结构不合理、材质性能不均匀）、 长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷等。
临时性弯曲：指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲的原因有预 负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快局部碰磨产生温 升等致使转子热变形不均匀等。
其他形式： 动静件碰摩 油膜涡动/振荡
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电机
水泵
2X频率 1X频率
叶片通 过频率
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4.4 其他类型转子故障
(1) 转子弯曲
有人习惯将转子弯曲与不平衡同等看待！
二者区别： 质量不平衡指各横截面的质心连线与其几何中心连线存在偏 差； 转子弯曲指各横截面的几何中心连线与旋转轴线不重合。 结论：二者都会使转子产生偏心质量，从而使转子产生不平衡 振动。 结论：二者都会使转子产生偏心质量，从而使转子产生不平 衡振动。
4.3 转子不对中故障
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。
高线精 轧机组
空压机组
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4.3 转子不对中故障
(1) 何为不对中？
产生原因：由于安装误差、工作热膨胀、承载变形以及基础的 不均匀沉降等，可能会造成机器工作时各转子轴线之间产生不 对中。
正确对中 e = 0, ϕ = 0
频谱图
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4.1 转子不平衡
(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
4.4 其他类型转子故障
(2) 支承松动——振动敏感参数
序号 敏感参数
故障特征
1 随转速变化 2 随油温变化 3 随介质温度变化 4 随压力变化 5 随流量变化 6 随负荷变化 7 其它诊断方法
很明显 不变 不变 不变 有变化 很明显 振动具有非线性特征； 振动对偏心率和转速非常敏感。
4.4 其他类型转子故障
由于存在松动，极小的不平衡或者不对中都会导致支承系 统产生很大的振动。
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4.4 其他类型转子故障
(2) 支承松动
（1）时域波形存在 基频、分频和高次谐 波叠加成分； （2）频域谱含有基 频和分频，并伴有倍 频成分； （3）振动信号轴心 轨迹紊乱； （4）存在壳体剧烈 振动现象。
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4.4 其他类型转子故障
中有变化较稳定
7 轴心轨迹 椭圆
椭圆
8 进动方向 正进动
正进动
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4.4 其他类型转子故障
转子弯曲的振动敏感参数
敏感参数
随敏感参数变化情况
永久性弯曲
临时性弯曲
1 振动随转速变化 2 振动随油温变化 3 振动随介质温度变化 4 振动随压力变化 5 振动随流量变化 6 振动随负荷变化
明显 不变 不变 不变 不变 不明显