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1、旋转机械的状态监测与故障诊断6.1 转子系统振动故障诊断n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与测试n旋转机械振动评定标准旋转机械振动评定标准n旋转机械振动故障分析常用方法旋转机械振动故障分析常用方法n转子系统主要故障及其诊断转子系统主要故障及其诊断6.1转子系统振动故障诊断转子系统振动故障诊断n旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，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、转速较高的机尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。械。n旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵
2、、水轮机、通风机以及式压缩机、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。分钟几十到几万、几十万转。6.1转子系统振动故障诊断转子系统振动故障诊断n旋转机械的故障诊断，是在获取机器的稳态数据、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，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通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及
3、故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定及故障敏感参数等，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，提出治理措故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。施。6.1转子系统振动故障诊断转子系统振动故障诊断n旋转机械的核心旋转机械的核心-转子系统（转轴组件），它包转子系统（转轴组件），它包括：括：转子（轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器）；转子（轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器）；滑动轴承、滚动轴承；滑动轴承、滚动轴承；支座（定子、机座）；支座（定子、机座）；密封、密封装置。密封、密封装置。1）转子系统的振动分类：）转子系统的振动分类：n横向振动横向振动-振动发生在包括转轴的横向振
4、动发生在包括转轴的横向xoy平面内，大平面内，大多数故障所激发的振动为此类振动；多数故障所激发的振动为此类振动；n轴向振动轴向振动-振动发生在转轴轴线振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障如不方向上，某些故障如不对中将会激发轴向对中将会激发轴向振动；振动；n扭转振动扭转振动-沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴将会产生扭振。将会产生扭振。yxz0最简单的转子系统最简单的转子系统2）系统分类）系统分类以临界转速分类以临界转速分类刚性转子系统刚性转子系统-工作转速在一阶临界转速以下工作转速在一阶临界转速以下的系统：的系统：n一阶临界转速一阶临界转速：转子系统有
5、多个自振频率，当转速逐渐增：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。应的转速称为一阶临界转速。n判别依据：判别依据：一般工作频率一般工作频率100Hz的机械系统属于柔性转的机械系统属于柔性转子系统。子系统。n振动特点：振动频率（自激振动）振动特点：振动频率（自激振动）工作频率，并与一阶工作频率，并与一阶横向自振频率有关。横向自振频率有关。n自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而自激振动：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
6、同步振动。产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。n一般采用滑动轴承。一般采用滑动轴承。两种系统振动特点比较两种系统振动特点比较强迫振动（刚性系统）强迫振动（刚性系统）自激振动（柔性系统）自激振动（柔性系统）激振原因激振原因由于外部激振力由于外部激振力或激振位移引起的或激振位移引起的在振动过程中，由于系统内部有能量在振动过程中，由于系统内部有能量输入而引起的。输入而引起的。频率与工作频率与工作频率的关系频率的关系振动频率与工作频率同步振动频率与工作频率同步振动频率一般低于工频振动频率一般低于工频频率与转速频率与转速变化的关系变化的关系振动频率随转速之变化而变化，振动频率随转速之变化而变化
7、，显比例关系。显比例关系。振动频率在一定范围内可能存在某种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与转子的一阶自振频率有关振幅与转速振幅与转速变化的关系变化的关系振幅随转速之增加而增加，达到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，趋于某则随转速之增加而减小，趋于某定值。定值。随转速的变化振幅有突发变化的可能随转速的变化振幅有突发变化的可能（增大或减小）（增大或减小）3）故障分类）故障分类旋转机械故障分类1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状
8、态特征参数与测试旋转机械的状态特征参数旋转机械的状态特征参数1、振幅、振幅 2、振动频率、振动频率3、相位、相位 4、转速、转速5、时域波形、时域波形 6、轴心轨迹、轴心轨迹7、轴向位置（轴位移）、轴向位置（轴位移）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与测试1、振幅、振幅 振振幅幅是是描描述述设设备备振振动动大大小小的的一一个个重重要要参参数数。运运行行正正常常的的设设备备，其其振振动动幅幅值值通通常常稳稳定定在在一一个个允允许许的的范范围围内内，如如果果振振幅幅发发生生了了变变化化，便便意意味味着着设设备备的的状状态态有有了了改改变变。因此对振幅的监测可以用来判断设备的运行状
9、态。因此对振幅的监测可以用来判断设备的运行状态。振幅可以分为位移振幅、速度振幅、加速度振幅。振幅可以分为位移振幅、速度振幅、加速度振幅。在在旋旋转转机机械械状状态态监监测测实实际际应应用用中中，位位移移振振幅幅通通常常用用双双振振幅幅，即即峰峰-峰峰值值（P-P值值）来来表表示示；速速度度振振幅幅通通常常用用单单振振幅幅有有效效值值，即即振振动动烈烈度度（Vrms）来来表表示示；加加速速度度振幅通常用振幅通常用最大单峰值最大单峰值来表示。来表示。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与测试2振动频率振动频率 振振动动频频率率可可分分为为基基频频（周周期期的的倒倒数数）和和倍倍频频
10、（各各次次谐谐波波频频率率），它它是是描描述述机机器器状状态态的的另另一一个个特特征征参参量量，也也是是测测量量和和分析的主要参数。分析的主要参数。因因为为特特定定的的振振动动频频率率往往往往对对应应一一定定的的故故障障，所所以以对对振振动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。频率的监测和分析在评定设备状态过程中是必不可少的。在在旋旋转转机机械械中中，振振动动频频率率多多以以转转子子转转速速的的整整数数倍倍或或分分数数倍倍形形式式出出现现，因因此此振振动动频频率率除除了了可可表表示示为为每每分分钟钟的的周周期期数数（r/min）或或每每秒秒钟钟的的周周期期数数(Hz)表表示示外外
11、，还还可可以以简简单单地地表表示示为转速的整数倍或分数倍。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旋转机械的状态特征参数与测试3相位相位 许许多多设设备备故故障障单单从从幅幅值值谱谱图图上上判判断断是是不不易易区区分分的的，这这时时需需要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。要对相位信息进行进一步的分析，以做出正确判断。例例如如，对对于于转转子子临临时时弓弓形形弯弯曲曲、转转子子缺缺损损和和滑滑动动轴轴承承故故障障，其频谱都以一倍频为主，不易区分。其频谱都以一倍频为主，不易区分。如如果果进进一一步步对对其其相相位位进进行行监监测测分分析析，则则可可以以比比较较容容易易地地将
12、将它们区分开：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；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。轴承故障时相位在一定范围内不稳定地变化。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与测试4转速转速 旋旋转转机机械械的的转转速速变变化化与与设设备备的的运运行行状状态态有有着着非非常常密密切切的的关关系系，它它不不仅仅表表明明了了设设备备的的负负荷荷，而而且且当当设设备备发发生生故故障障时时，通通常常转速也会有相应的变化。转速也会有相应的变化。例如：例如：当离心式压
13、缩机组发生喘振时，转速会有大幅度的波动；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。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。参数。旋转机械的振动检测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。和齿轮等零部件的故障，轴系的振动反映也明
14、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。振动情况。1 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与测试1 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与测试测点数量与布置测点数量与布置 原原则则：通通过过对对整整个个机机组组结结构构特特性性的的全全面面了了解解和和认认真真分分析，以最少的传感器，最灵敏地测出整个机组系统的工况。析，以最少的传感器，最灵敏地测出整个机组系统的工况。注注意意：对对于于在在机机壳壳（轴轴
15、承承座座）上上的的振振动动测测量量，测测点点的的选选择择应应考考虑虑环环境境因因素素，避避免免选选择择高高温温、高高湿湿度度、出出风风口口和和温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证测量的有效性。温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证测量的有效性。注注意意：为为降降低低系系统统成成本本，对对于于高高频频的的随随机机振振动动和和冲冲击击振振动动可可以以只只确确定定一一个个方方向向为为测测量量点点。但但对对于于低低频频段段的的确确定定性性振振动动（常常为为低低频频振振动动）必必须须同同时时测测量量水水平平和和垂垂直直两两个个方方向，有条件时还应增加轴向测点。向，有条件时还应增加轴向测点。1）轴的径向振动
16、测量）轴的径向振动测量 测量轴颈的径向振动通常是在一个平面内相互垂测量轴颈的径向振动通常是在一个平面内相互垂直的两个方向分别安装一个传感器。直的两个方向分别安装一个传感器。2）机壳（轴承座）的振动测量机壳（轴承座）的振动测量 测测量量点点应应尽尽量量靠靠近近轴轴承承的的承承载载区区，与与被被监监测测的的转转动动部部分分最最好好只只有有一一个个界界面面，尽尽可可能能避避免免多多层层相相隔隔，使使振振动动信信号号在在传传递递过过程程中中减减少少中中间间环环节节和和衰衰减减量量。测测量量点点必必须须有有足足够够的的刚刚度度，轴轴承承座座底底部部和侧面往往是较好的测量点。和侧面往往是较好的测量点。3）
17、旋转机械振动相位检测）旋转机械振动相位检测 是指基频（以转子转速为频率）信号相对于转轴上是指基频（以转子转速为频率）信号相对于转轴上某一某一确定相位标志确定相位标志之间的相位差。这样定义是因为旋转之间的相位差。这样定义是因为旋转机械的许多故障都与基频有关。确定标记在工程上通常机械的许多故障都与基频有关。确定标记在工程上通常是键相槽位置，而检测键相槽位置所用的传感器是电涡是键相槽位置，而检测键相槽位置所用的传感器是电涡流传感器，因此而被称为流传感器，因此而被称为“键相位传感器键相位传感器”。1 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与测试1旋转机械的状态特征参数与测试旋转机械的状
18、态特征参数与测试键相位传感器的安装键相位传感器的安装 键键相相位位信信号号是是通通过过对对键键相相标标记记（即即在在被被测测轴轴上上设设置置的的一一个个凹凹槽槽或或凸凸键键）测测量量得得到到的的，当当这这个个凹凹槽槽或或凸凸键键转转到到探探头头安安装装位位置置时时，相相当当于于探探头头与与被被测测面面间间距距突突变变，传传感感器器会会产产生生一一个个脉脉冲冲信信号号。轴轴每每转转一一圈圈，就就会会产产生生一一个个脉脉冲冲信信号号，通通过过将将脉脉冲冲与与轴轴的的振振动动信信号号比比较较，可可以以确确定定振振动动的的相相位位角角，也也可可用用于于轴轴的的动动平平衡衡分分析析以以及及设设备备的的故
19、故障障分分析析与与诊诊断断等等方方面。面。凹凹槽槽或或凸凸键键要要足足够够大大，以以保保证证产产生生的的脉脉冲冲峰峰值值不不小小于于5V。一一般般若若采采用用8mm探探头头，则则这这一一凹凹槽槽或或凸凸键键宽宽度度应应大大于于7.6mm，深度或高度应大于，深度或高度应大于1.5mm，长度应大于，长度应大于10mm。键相位传感器的安装键相位传感器的安装1 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与测试相位角的定义相位角的定义 定义如下：如图所示，假设定义如下：如图所示，假设在轴上键槽位置为在轴上键槽位置为O，传感器安，传感器安装位置为装位置为O，O转至与转至与O重合时重合时得到得到
20、 一键相脉冲信号，这一脉一键相脉冲信号，这一脉冲信号即作为相位的参考冲信号即作为相位的参考 脉冲信脉冲信号。若将任意测点经过滤波后的号。若将任意测点经过滤波后的基频信号描绘在同一时间轴上，基频信号描绘在同一时间轴上，就可以按参考脉冲信号来定出基就可以按参考脉冲信号来定出基频信号的相位。频信号的相位。1 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与测试4）旋转机械的转速检测）旋转机械的转速检测1 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与测试 齿式轮盘测速齿式轮盘测速 转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽或凸键标己或者在轴
21、上安装一个齿轮盘使每转产生多或凸键标己或者在轴上安装一个齿轮盘使每转产生多个脉冲。个脉冲。5）轴向位移检测）轴向位移检测 测量转子的轴测量转子的轴向位移时，测量面向位移时，测量面应该与轴是一个整应该与轴是一个整体，这个测量面以体，这个测量面以探头中心线为中心。探头中心线为中心。1 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与测试6）轴心轨迹测试）轴心轨迹测试 轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转和振动情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信和振动情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信息。息。1 1 旋转机械的状态特征参数与测试旋转机
22、械的状态特征参数与测试正向进动正向进动（轴转向与轴心轨迹（轴转向与轴心轨迹转向一致）转向一致）-例如：转子不例如：转子不平衡、不对中、油膜失稳产生平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等均为正向进动。绝大多涡动等均为正向进动。绝大多数为正向进动。数为正向进动。逆向进动逆向进动（轴转向与轴心轨迹（轴转向与轴心轨迹转向相反）转向相反）-干摩擦等少数干摩擦等少数情况下发生。情况下发生。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与测试7）轴承温度测量）轴承温度测量 轴承温度是指示轴承状轴承温度是指示轴承状态和负荷变化的最敏感的参态和负荷变化的最敏感
23、的参数，轴承温度也是一个快速、数，轴承温度也是一个快速、灵敏、易于测量的参数。灵敏、易于测量的参数。测量径向轴承轴瓦温度测量径向轴承轴瓦温度的热电偶温度传感器或者热的热电偶温度传感器或者热电阻温度传感器应安装在轴电阻温度传感器应安装在轴承下瓦块的最大负荷区，一承下瓦块的最大负荷区，一般在旋转方向上偏离中心线般在旋转方向上偏离中心线大约大约20处。处。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与测试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与测试现场测试的准备步骤及测试中应注意的问题现场测试的准备步骤及测试中应注意的问题 (1)了了解解测测试试对对象象的的原原理理和和结结构构
24、，例例如如，被被测测对对象象是是旋旋转转机机械械还还是是往往复复机机械械或或其其他他机机械械，是是滚滚动动轴轴承承还还是是滑滑动动轴轴承承，是是否否存存在在外外来来激激励励振振动动，可可能能出出现现的的故故障障及及故故障障反反映映在在哪哪些些部部位位，哪些参数的变化上最为敏感。哪些参数的变化上最为敏感。(2)了了解解被被测测对对象象的的运运行行状状况况，例例如如，易易发发故故障障，曾曾经经发发生生过的故障履历。过的故障履历。(3)确确定定满满足足测测量量的的目目的的需需要要哪哪些些数数据据，应应对对哪哪些些参参量量进进行行测定。测定。(4)估估计计被被测测对对象象的的振振动动类类型型、振振级级
25、和和可可能能产产生生的的最最低低和和最最高高频频率率，同同时时根根据据环环境境条条件件(如如温温度度、湿湿度度、电电磁磁场场等等)确确定定传传感器类型及与其相配套的中间变换器和显示记录仪器。感器类型及与其相配套的中间变换器和显示记录仪器。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与测试 (5)画画出出测测试试系系统统的的工工作作框框图图及及仪仪器器的的连连接接草草图图，标标出出所所用用仪仪器器的的型型号号和和序序号号，以以便便于于测测试试系系统统的的安安装装、校校准准和和编编制制测测试试报告。报告。(6)标标定定和和检检测测整整个个测测试试系系统统，特特别别是是传传感感器器和和与与其
26、其相相连连的的前置放大器。前置放大器。(7)确确定定传传感感器器的的安安装装位位置置、方方法法以以及及安安装装固固定定件件结结构构，评评价价是是否否会会因因传传感感器器附附加加质质量量的的影影响响对对测测试试对对象象造造成成影影响响(例例如：改变原有振动频率、振幅如：改变原有振动频率、振幅)。(8)做做好好测测试试准准备备，包包括括安安装装传传感感器器、连连接接各各仪仪器器的的连连线线、确认各仪器控制旋钮的位置、检查电源等。确认各仪器控制旋钮的位置、检查电源等。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与测试 (9)测测试试过过程程中中应应对对测测试试环环境境做做出出详详细细记记录录
27、，以以便便在在数数据据分分析时参考和及时发现一些偶然因素。析时参考和及时发现一些偶然因素。(10)在在测测试试过过程程中中应应经经常常检检查查测测试试系系统统的的“背背景景噪噪声声”，在在分分析析时时再再除除掉掉这这部部分分因因素素，在在实实测测中中，背背景景噪噪声声至至少少应应小小于于所所测测振振动动的的13。也也就就是是说说，“背背景景噪噪声声”至至少少应应低低于于所所测测振振级的级的10dB。(11)对对测测量量数数据据进进行行处处理理和和分分析析时时，应应查查阅阅测测试试过过程程的的原原始始记记录录，如如有有特特殊殊影影响响因因素素，应应采采取取手手段段消消除除其其影影响响或或剔剔除除
28、混混有伪信号的数据，以保证得到正确的结果。有伪信号的数据，以保证得到正确的结果。2旋转机械振动评定标准旋转机械振动评定标准1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准）以轴承振动位移峰峰值作评定标准位移的峰位移的峰-峰峰值值x p-p可以从一般可以从一般的测振仪中读出。的测振仪中读出。用于汽轮机、压用于汽轮机、压缩机初步状态评判。缩机初步状态评判。x(t)t0 峰-峰值的测量方法x p-p1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准）以轴承振动位移峰峰值作评定标准2旋转机械振动评定标准旋转机械振动评定标准2）以轴承振动烈度作为评定标准）以轴承振动烈度作为评定标准2）以轴承振动烈度作为评定标准）以轴承振动烈度作为评
29、定标准2旋转机械振动评定标准旋转机械振动评定标准3）以轴振动的位移峰峰值作为评定标准。）以轴振动的位移峰峰值作为评定标准。美国石油协会标准：中小型涡轮机械轴美国石油协会标准：中小型涡轮机械轴3旋转机械振动故障分析常用方法旋转机械振动故障分析常用方法n针对旋转机械特点，有多种针对旋转机械特点，有多种图形分析方法图形分析方法：时域波形图时域波形图波特图波特图极坐标图极坐标图瀑布图瀑布图轴心位置图轴心位置图轴心轨迹图轴心轨迹图频谱图频谱图相位分析图相位分析图趋势分析图趋势分析图1）时域波形图）时域波形图n波形分析法是通过观察振动波形的特征来波形分析法是通过观察振动波形的特征来获取诊断信息。获取诊断信
30、息。n振动波形：振动位移、速度或加速度随时振动波形：振动位移、速度或加速度随时间变化的曲线。间变化的曲线。1）时域波形图）时域波形图n与同步振动有关的各种故障所激发的振动都属于周期函数，其基本成与同步振动有关的各种故障所激发的振动都属于周期函数，其基本成分是以基频（工作频率）成分为主及若干高次谐波函数再附加随机噪分是以基频（工作频率）成分为主及若干高次谐波函数再附加随机噪声所组成。声所组成。x(t)to含有周期成分及随机噪声的振动波形例：对曲线经平滑处理后的振动波形，如图所示。若其例：对曲线经平滑处理后的振动波形，如图所示。若其频率频率f=1/T与转子的工作频率相等，则可初步判定振动与与转子的
31、工作频率相等，则可初步判定振动与不平衡有关。不平衡有关。x(t)to 经平滑处理后的振动波形T2）波特图）波特图n波德图是描述某一波德图是描述某一频带下振幅和相位与频带下振幅和相位与频率的关系曲线。频率的关系曲线。3）极坐标图）极坐标图n极坐标图实质上就是振动向极坐标图实质上就是振动向量图。极坐标图除了记录转量图。极坐标图除了记录转子在升速或降速过程中系统子在升速或降速过程中系统幅值与相位的变化规律外，幅值与相位的变化规律外，也可以描述在定速情况下，也可以描述在定速情况下，由于工作条件或负荷变化而由于工作条件或负荷变化而导致的基频或其他谐波幅值导致的基频或其他谐波幅值与相位的变化规律。与相位的
32、变化规律。4）轴心轨迹图）轴心轨迹图n轴心轨迹轴心轨迹-转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。放大器高通滤波器放大器高通滤波器轴心轨迹Y向涡流传感器x向涡流传感器y4）轴心轨迹图）轴心轨迹图n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。则揭示机器设备运行状态已发生变化或进入异常。5）轴心位置图）轴心位置图6）瀑布图）瀑布图n瀑布图是将振动信号的功率谱或幅值谱随着转速的瀑布图是将振动信号的功率谱或幅值谱随着转速的变化叠置而成的三维谱图变化叠置而成的三维谱图.它可以显示各种谐波成它可以显示各种谐波成分谱图随着转速变化的情况。分谱图随着转
33、速变化的情况。机器在不同转速下的功率谱叠置成的瀑布图频率分量转速07）趋势图）趋势图旋转机械故障多种多样，常见故障类型包括：旋转机械故障多种多样，常见故障类型包括：1、转子不平衡、转子不平衡2、转子不对中、转子不对中3、转子弯曲、转子弯曲4、油膜振荡（滑动轴承）、油膜振荡（滑动轴承）5、动静件摩擦、动静件摩擦6、转轴裂纹、转轴裂纹3转子系统主要故障及其诊断转子系统主要故障及其诊断3转子系统主要故障及其诊断转子系统主要故障及其诊断3转子系统主要故障及其诊断转子系统主要故障及其诊断1、不平衡的种类、不平衡的种类 （1）原始不平衡原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及是由于转子制造误差、装配误差
34、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。精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。（2）渐发性不平衡渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中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。值随运行时间的延长而逐渐增大。（3）突发性不平衡突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流是
35、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道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在在定水平上。定水平上。1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断2、不平衡的故障机理、不平衡的故障机理 由于有偏心质量由于有偏心质量m和偏心距和偏心距e的存在，当转子转动时将的存在，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偏心质量m、偏心距、偏心距e及旋转角速度及旋转角速度有关，即有关，即F=me2。交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就交变的力（方向、大小均
36、周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。是不平衡引起振动的原因。1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断F（t）te c（a）转子系统MFsin ty(t)ck(b)振动模型 转子系统及其振动模型转子系统及其振动模型n设：偏心距设：偏心距e，转子质量，转子质量M，轴刚度，轴刚度k，阻尼系数，阻尼系数c，转速，转速n（r/min）,角角速度速度=2 n/60,离心力离心力F=Me 2,分解为两方向的力为：分解为两方向的力为：H（）-幅频响应函数，表示振幅幅频响应函数，表示振幅Y随频率比随频率比 /n的的变化而变化的放大系数，当变化而变化的放大系数，当 /n 1时出现共
37、振峰；时出现共振峰；（）-相频响应函数，表示强迫振动的相角随转速变相频响应函数，表示强迫振动的相角随转速变化情况。化情况。3、转子不平衡故障的主要振动特征：、转子不平衡故障的主要振动特征：（1）振动的时域波形近似为正弦波。）振动的时域波形近似为正弦波。（2）频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较）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。小的高次谐波。1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断 (3)当当n后，即在临界转速以上，转速增加时振后，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；当幅趋于一个较小的稳定值；当接近于接近于n时，即转速接近时，即转速
38、接近临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值。振动幅值对临界转速时，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。转速的变化很敏感。(4)当工作转速一定时，相位稳定。当工作转速一定时，相位稳定。(5)从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断4、诊断方法、诊断方法 对于对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三不平衡这三种形式，其共同点较多，但可以通过以下方法对其进行种形式，其共同点较多，但可以通过以下方法对其进行甄别。甄别。(1)振动趋势不同振动趋势不同 原始不平
39、衡：在运行初期机组的振动就处于较高的原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，见图水平，见图(a)；渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高，见图推移，振值逐步升高，见图(b)；突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图高的水平，见图(c)。1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断5、转子不平衡故障原因分析及治理措施、转子不平衡故障原因分析及治理措施 1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断6、诊断实例、诊断实例1）转子不平衡转子
40、不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断1）转子不平衡转子不平衡的故障机理与诊断的故障机理与诊断2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断1
41、、不对中的类型、不对中的类型 轴承不对中：轴承不对中：轴颈在轴承中偏斜。轴颈在轴承中偏斜。轴轴系系不不对对中中：机机组组各各转转子子之之间间用用联联轴轴节节连连接接时时，中中心心线线不处在同一直线上。不处在同一直线上。危害：危害：滚动轴承：滚动轴承：振动噪声、过度磨损、振动噪声、过度磨损、“卡死卡死”等；等；滑动轴承滑动轴承：油膜承载失稳，半速涡动，油膜振荡，严重：油膜承载失稳，半速涡动，油膜振荡，严重时油膜破裂而烧损轴瓦。时油膜破裂而烧损轴瓦。2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断(1)平行不对中平行不对中轴系不对中一般可分为三种情况：轴系不对中一般可分为三种情况：2）转子
42、不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断(2)角度不对中角度不对中 (3)综合不对中综合不对中2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断2、不对中振动的机理、不对中振动的机理大型高速旋转机械常用齿式联轴器；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。中小设备多用固定式刚性联轴器。1）齿式联轴器连接不对中的振动机理）齿式联轴器连接不对中的振动机理2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断 (1)平行不对中平行不对中 正常时：中间齿套与半联轴器组成移动副。正常时：中间齿套与半联轴器组成移动副。存存在在径径向向位位移移时时：中中间间齿齿套套作作平
43、平面面圆圆周周运运动动，圆圆周直径为径向位移周直径为径向位移y。2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断 设设A为主动转子的轴心投影；为主动转子的轴心投影；B为从动转子的轴心投影；为从动转子的轴心投影；K为中间齿套的轴心；为中间齿套的轴心；AB长长为为D,K点点坐坐标标为为K(x，y），取取为为自自变变量量，则有则有2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断对对求导，得求导，得 K点点转转动动角角速速度度为为转转子子角角速速度度的的2倍倍，其其径径向向振振动动频频率为转子工频的两倍。率为转子工频的两倍。由由于于中中间间齿齿套套平平面面运运动动的的角角速速度度()等
44、等于于转转轴轴的的角角速速度度，即即，所所以以K点点绕绕圆圆周周中中心心运运动动的的角角速速度度K为为K点的线速度为点的线速度为2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断 (2)角度不对中角度不对中 当当转转子子轴轴线线之之间间存存在在偏偏角角位位移移时时，从从动动转转子子与与主主动动转子的角速度是不同的。从动转子的角速度为转子的角速度是不同的。从动转子的角速度为为主动转子的角速度；为主动转子的角速度；为从动转子的角速度；为从动转子的角速度；为从动转子的偏斜角；为从动转子的偏斜角；为主动转子的转角。为主动转子的转角。式中式中2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断
45、 从从动动转转子子每每转转动动一一周周其其转转速速变变化化两两次次，如如下下图图所所示示，变化范围为变化范围为转速比的变化曲线转速比的变化曲线2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断偏偏角角不不对对中中使使联联轴轴器器附附加加一一个个弯弯矩矩，转转轴轴每每旋旋转转一一周周，弯弯矩矩作作用用方方向向交交变变一一次次，因因此此，偏偏角角不不对对中中增增加加了了转子的轴向力，使转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动转子在轴向产生工频振动。2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断 (3)综合不对中综合不对中转转子子振振动动的的机机理理是是平平行行不不对对中中与与角角度度
46、不不对对中中的的综综合合结果：结果：激振频率为角频率的激振频率为角频率的2倍倍；转子轴向振动的频率与角频率相同。转子轴向振动的频率与角频率相同。2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断 2）刚性联轴器连接转子不对中的故障机理）刚性联轴器连接转子不对中的故障机理 刚刚性性联联轴轴器器连连接接的的转转子子对对中中不不良良时时，由由于于强强制制连连接接所产生的力矩，使转子发生弯曲变形。所产生的力矩，使转子发生弯曲变形。激振频率为角频率的激振频率为角频率的2倍倍；转子轴向振动的频率与角频率转子轴向振动的频率与角频率相同。相同。轴线平行位移轴线平行位移轴线角度位移轴线角度位移2）转子不对
47、中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断3）转子不对中的故障特征）转子不对中的故障特征 以齿式联轴器不对中为例介绍其故障特征：以齿式联轴器不对中为例介绍其故障特征：(1)故障的特征频率为角频率的故障的特征频率为角频率的2倍。倍。(2)激励力随转速的升高而加大；激励力随转速的升高而加大；激励力与不对中量成正比。激励力与不对中量成正比。(3)平行不对中：齿套轴心线回转轮廓为圆柱体平行不对中：齿套轴心线回转轮廓为圆柱体 偏角不对中：双锥体偏角不对中：双锥体 综合位移不对中：综合体综合位移不对中：综合体 回转范围由不对中量决定。回转范围由不对中量决定。(4)不不对对中中量量很很大大时时，转转子子产
48、产生生异异常常振振动动，轴轴承承过过早早损损坏坏，对转子系统具有较大的破坏性。对转子系统具有较大的破坏性。2）转子不对中转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断4）转子不对中故障原因分析及治理措施）转子不对中故障原因分析及治理措施 1.设计原因：设计原因：热膨胀量计算不准热膨胀量计算不准压力变化对机壳的影响计算不准压力变化对机壳的影响计算不准冷态对中数据不准冷态对中数据不准2.制造原因：制造原因：材质不均匀材质不均匀3.安装维修：安装维修：冷态对中数据不符合要求冷态对中数据不符合要求检修失误造成热态膨胀受阻检修失误造成热态膨胀受阻机壳保温不良，热胀不均匀机壳保温不良，热胀不均匀2）转子不对中
49、转子不对中的故障机理与诊断的故障机理与诊断4.操作运行：操作运行：超负荷运行超负荷运行介质温度偏离设计值介质温度偏离设计值5.状态劣化：状态劣化：机组基础或基座沉降不均匀机组基础或基座沉降不均匀基础滑板锈蚀，热胀受阻基础滑板锈蚀，热胀受阻机壳变形机壳变形治理措施：治理措施：核对设计给出的冷态对中数据核对设计给出的冷态对中数据按技术要求检查调整轴承对按技术要求检查调整轴承对中中检查热态膨胀是否受限检查热态膨胀是否受限检查保温是否完好检查保温是否完好检查调整基检查调整基础沉降础沉降 1、转子弯曲的种类、转子弯曲的种类 转子弯曲有永久性弯曲和临时性弯曲两种情况。转子弯曲有永久性弯曲和临时性弯曲两种情
50、况。永永久久性性弯弯曲曲是是指指转转子子轴轴呈呈弓弓形形弯弯曲曲后后无无法法恢恢复复。造造成成永永久久弯弯曲曲的的原原因因有有设设计计制制造造缺缺陷陷（转转轴轴结结构构不不合合理理、材材质质性性能能不不均均匀匀）、长长期期停停放放方方法法不不当当、热热态态停停机时未及时盘车或遭凉水急冷等。机时未及时盘车或遭凉水急冷等。临临时时性性弯弯曲曲是是指指可可恢恢复复的的弯弯曲曲。造造成成临临时时性性弯弯曲曲的的原原因因有有预预负负荷荷过过大大、开开机机运运行行时时暖暖机机不不充充分分、升升速速过快局部碰磨产生温升等致使转子热变形不均匀等。过快局部碰磨产生温升等致使转子热变形不均匀等。3）转子弯曲转子弯