旋转机械的状态监测与故障诊断
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3．相位 许多设备故障单从幅值谱图上判断是不易区分的，这时
需要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。 例如，对于转子临时弓形弯曲、转子缺损和滑动轴承故
障，其频谱都以一倍频为主，不易区分。 如果进一步对其相位进行监测分析，则可以比较容易地
将它们区分开： 转子临时弓形弯曲时相位比较稳定地变化； 转子缺损时相位会发生突变，然后保持稳定； 轴承故障时相位在一定范围内不稳定地变化。
振幅可以分为位移振幅、速度振幅、加速度振幅。
在旋转机械状态监测实际应用中，位移振幅通常用 双振幅，即峰-峰值（P-P值）来表示；速度振幅通常用 单振幅有效值，即振动烈度（Vrms）来表示；加速度 振幅通常用最大单峰值来表示。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
2．振动频率
振动频率可分为基频（周期的倒数）和倍频（各次谐波 频率），它是描述机器状态的另一个特征参量，也是测量和 分析的主要参数。
随转速的变化振幅有突发变化的可 能（增大或减小）
Βιβλιοθήκη Baidu）故障分类
不平衡
刚性转子
不对中
同步振动（强迫振动）装轴配弯件曲或基础松动
转子与定子摩擦
转子横向裂纹
旋转机械故障
油膜涡动
亚同步振动（自激振动）油旋膜转振失荡速
柔性转子
喘振
顶隙激振
旋转机械故障分类
1 旋转机械的状态特征参数与测试
因为特定的振动频率往往对应一定的故障，所以对振动 频率的监测和分析在评定设备状态过程中是必不可少的。
在旋转机械中，振动频率多以转子转速的整数倍或分数 倍形式出现，因此振动频率除了可表示为每分钟的周期数 （r/min）或每秒钟的周期数(Hz)表示外，还可以简单地表示 为转速的整数倍或分数倍。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
1 旋转机械的状态特征参数与测试
4．转速 旋转机械的转速变化与设备的运行状态有着非常密切的关
系，它不仅表明了设备的负荷，而且当设备发生故障时，通常 转速也会有相应的变化。 例如：
当离心式压缩机组发生喘振时，转速会有大幅度的波动； 当转子与静止件发生碰磨时，转速也会表现得不稳定。 因此，转速通常是设备状态监测与故障诊断中比较重要的 参数。
频率与转速 振动频率随转速之变化而变化， 变化的关系 显比例关系。
振幅与转速 变化的关系
振幅随转速之增加而增加，达到 临界转速时振幅出现峰值，然后 则随转速之增加而减小，趋于某 定值。
自激振动（柔性系统）
在振动过程中，由于系统内部有能 量输入而引起的。
振动频率一般低于工频
振动频率在一定范围内可能存在某 种比例关系，但超过一定范围后则 主要与转子的一阶自振频率有关
1 旋转机械的状态特征参数与测试
旋转机械的振动检测
大型旋转设备发生故障时，转子振动的变化比轴 承座要敏感，其振动信息更为直接、有效。对于轴承 和齿轮等零部件的故障，轴系的振动反映也明显得多。 因此在对旋转机械进行振动检测时，测量转子振动是 首选，但在不具备条件时也可以测量外壳或轴承座的 振动情况。
旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心 式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及 电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系 统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每 分钟几十到几万、几十万转。
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的故障诊断，是在获取机器的稳态数据、 瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础 上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故 障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断， 才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论， 提出治理措施。
判别依据：一般工作频率<100Hz的机械系统属于刚性转子 系统，该系统一般采用滚动轴承。
同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 一般采用滚动轴承
2）系统分类——以临界转速分类
⑵ 柔性转子系统--工作转速在一阶临界转速以上的 系统
判别依据：一般工作频率>100Hz的机械系统属于柔性转 子系统。
旋转机械的状态监视与故障诊断
主要内容
1 转子系统振动故障诊断 2 齿轮箱故障诊断 3 滚动轴承故障诊断
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的状态特征参数与测试 旋转机械振动评定标准 旋转机械振动故障分析常用方法 转子系统主要故障及其诊断
6.1 转子系统振动故障诊断
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。
振动特点：振动频率（自激振动）<工作频率，并与一阶 横向自振频率有关。
自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而 产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。
一般采用滑动轴承。
两种系统振动特点比较
激振原因
频率与工作 频率的关系
强迫振动（刚性系统）
由于外部激振力 或激振位移引起的
振动频率与工作频率同步
轴向振动----振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障如不 对中将会激发轴向 振动；
扭转振动----沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴将
会产生扭振。
x
0
z
y 最简单的转子系统
2）系统分类——以临界转速分类
⑴ 刚性转子系统----工作转速在一阶临界转速以下的 系统：
一阶临界转速：转子系统有多个自振频率，当转速逐渐增 大到横向振动的一阶自振频率时，将发生一阶共振，所对 应的转速称为一阶临界转速。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
旋转机械的状态特征参数
1、振幅 3、相位 5、时域波形 7、轴向位置（轴位移）
2、振动频率 4、转速 6、轴心轨迹
1 旋转机械的状态特征参数与测试
1、振幅
振幅是描述设备振动大小的一个重要参数。运行正 常的设备，其振动幅值通常稳定在一个允许的范围内， 如果振幅发生了变化，便意味着设备的状态有了改变。 因此对振幅的监测可以用来判断设备的运行状态。
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的核心----转子系统（转轴组件），它包 括：
转子（轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器）； 滑动轴承、滚动轴承； 支座（定子、机座）； 密封、密封装置。
1）转子系统的振动分类：
横向振动----振动发生在包括转轴的横向xoy平面内，大多 数故障所激发的振动为此类振动；
需要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。 例如，对于转子临时弓形弯曲、转子缺损和滑动轴承故
障，其频谱都以一倍频为主，不易区分。 如果进一步对其相位进行监测分析，则可以比较容易地
将它们区分开： 转子临时弓形弯曲时相位比较稳定地变化； 转子缺损时相位会发生突变，然后保持稳定； 轴承故障时相位在一定范围内不稳定地变化。
振幅可以分为位移振幅、速度振幅、加速度振幅。
在旋转机械状态监测实际应用中，位移振幅通常用 双振幅，即峰-峰值（P-P值）来表示；速度振幅通常用 单振幅有效值，即振动烈度（Vrms）来表示；加速度 振幅通常用最大单峰值来表示。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
2．振动频率
振动频率可分为基频（周期的倒数）和倍频（各次谐波 频率），它是描述机器状态的另一个特征参量，也是测量和 分析的主要参数。
随转速的变化振幅有突发变化的可 能（增大或减小）
Βιβλιοθήκη Baidu）故障分类
不平衡
刚性转子
不对中
同步振动（强迫振动）装轴配弯件曲或基础松动
转子与定子摩擦
转子横向裂纹
旋转机械故障
油膜涡动
亚同步振动（自激振动）油旋膜转振失荡速
柔性转子
喘振
顶隙激振
旋转机械故障分类
1 旋转机械的状态特征参数与测试
因为特定的振动频率往往对应一定的故障，所以对振动 频率的监测和分析在评定设备状态过程中是必不可少的。
在旋转机械中，振动频率多以转子转速的整数倍或分数 倍形式出现，因此振动频率除了可表示为每分钟的周期数 （r/min）或每秒钟的周期数(Hz)表示外，还可以简单地表示 为转速的整数倍或分数倍。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
1 旋转机械的状态特征参数与测试
4．转速 旋转机械的转速变化与设备的运行状态有着非常密切的关
系，它不仅表明了设备的负荷，而且当设备发生故障时，通常 转速也会有相应的变化。 例如：
当离心式压缩机组发生喘振时，转速会有大幅度的波动； 当转子与静止件发生碰磨时，转速也会表现得不稳定。 因此，转速通常是设备状态监测与故障诊断中比较重要的 参数。
频率与转速 振动频率随转速之变化而变化， 变化的关系 显比例关系。
振幅与转速 变化的关系
振幅随转速之增加而增加，达到 临界转速时振幅出现峰值，然后 则随转速之增加而减小，趋于某 定值。
自激振动（柔性系统）
在振动过程中，由于系统内部有能 量输入而引起的。
振动频率一般低于工频
振动频率在一定范围内可能存在某 种比例关系，但超过一定范围后则 主要与转子的一阶自振频率有关
1 旋转机械的状态特征参数与测试
旋转机械的振动检测
大型旋转设备发生故障时，转子振动的变化比轴 承座要敏感，其振动信息更为直接、有效。对于轴承 和齿轮等零部件的故障，轴系的振动反映也明显得多。 因此在对旋转机械进行振动检测时，测量转子振动是 首选，但在不具备条件时也可以测量外壳或轴承座的 振动情况。
旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心 式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及 电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系 统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每 分钟几十到几万、几十万转。
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的故障诊断，是在获取机器的稳态数据、 瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础 上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故 障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断， 才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论， 提出治理措施。
判别依据：一般工作频率<100Hz的机械系统属于刚性转子 系统，该系统一般采用滚动轴承。
同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 一般采用滚动轴承
2）系统分类——以临界转速分类
⑵ 柔性转子系统--工作转速在一阶临界转速以上的 系统
判别依据：一般工作频率>100Hz的机械系统属于柔性转 子系统。
旋转机械的状态监视与故障诊断
主要内容
1 转子系统振动故障诊断 2 齿轮箱故障诊断 3 滚动轴承故障诊断
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的状态特征参数与测试 旋转机械振动评定标准 旋转机械振动故障分析常用方法 转子系统主要故障及其诊断
6.1 转子系统振动故障诊断
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。
振动特点：振动频率（自激振动）<工作频率，并与一阶 横向自振频率有关。
自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而 产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。
一般采用滑动轴承。
两种系统振动特点比较
激振原因
频率与工作 频率的关系
强迫振动（刚性系统）
由于外部激振力 或激振位移引起的
振动频率与工作频率同步
轴向振动----振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障如不 对中将会激发轴向 振动；
扭转振动----沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴将
会产生扭振。
x
0
z
y 最简单的转子系统
2）系统分类——以临界转速分类
⑴ 刚性转子系统----工作转速在一阶临界转速以下的 系统：
一阶临界转速：转子系统有多个自振频率，当转速逐渐增 大到横向振动的一阶自振频率时，将发生一阶共振，所对 应的转速称为一阶临界转速。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
旋转机械的状态特征参数
1、振幅 3、相位 5、时域波形 7、轴向位置（轴位移）
2、振动频率 4、转速 6、轴心轨迹
1 旋转机械的状态特征参数与测试
1、振幅
振幅是描述设备振动大小的一个重要参数。运行正 常的设备，其振动幅值通常稳定在一个允许的范围内， 如果振幅发生了变化，便意味着设备的状态有了改变。 因此对振幅的监测可以用来判断设备的运行状态。
6.1 转子系统振动故障诊断
旋转机械的核心----转子系统（转轴组件），它包 括：
转子（轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器）； 滑动轴承、滚动轴承； 支座（定子、机座）； 密封、密封装置。
1）转子系统的振动分类：
横向振动----振动发生在包括转轴的横向xoy平面内，大多 数故障所激发的振动为此类振动；