故障诊断方法与应用-旋转机械故障机理与诊断技术

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1、旋转机械典型故障分析转子不平衡的故障机理与诊断不对中故障机理与诊断油膜轴承的故障机理与诊断旋转失速与喘振故障机理与诊断动静件摩擦的故障机理与诊断转子支承部件松动的故障机理与诊断转轴裂纹的故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断故障原因分析制造时几何尺寸不同心、材质不均安装方式不好，如用斜键等轴水平放置太久，或受热不均，造成永久或暂时变形工作中的液、固杂质或腐蚀，使转子不对称磨损或不对称沉积零件配合过松，旋转时间隙变大，造成偏心旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障不平衡的原因转子机械损伤污染物堆积轴弯曲轴孔偏离中心风扇机械损伤污染物堆积轴孔偏

2、离中心齿轮机械损伤轴孔偏离中心转子不平衡故障不平衡的原因滑轮/槽轮机械损伤琐丝太大轴孔偏离中心飞轮机械损伤偏心孔轴孔偏离中心轴轴弯曲不规则加工转子不平衡故障不平衡的原因叶轮机械损伤腐蚀联轴器机械损伤轴孔偏离中心电气绕组铜线分布不均转子不平衡故障不平衡的原因铸造缺陷热膨胀由于每个部件的热膨胀率不同影响转子平衡轴孔太大转子不平衡故障机理与诊断不平衡的种类按发生不平衡的过程分原始不平衡渐发性不平衡突发性不平衡按机理可分为：静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断刚性转子不平衡的形式静不平衡离心惯性力系有合

3、力动不平衡=静不平衡+偶不平衡离心惯性力系合成为一合力和一合力偶偶不平衡离心惯性力系有合力偶旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断故障机理如下图所示单盘转子系统，由于质心与旋转中心不重合而产生不平衡交变的力(方向、大小周期性变化)会引起振动转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致。旋转机械故障诊断转子不平衡F（t）tec(a)转子系统MFsinty(t)ck(b)振动模型转子不平衡故障机理与诊断无阻尼时，O、O’、G三点成一直线实际转子总存在阻尼工作介质、轴承油膜的黏性阻尼，滑动面之间的摩擦阻尼，轴

4、材料不完全弹性的内摩擦阻尼，转子轴承系统因变形能耗产生的结构阻尼阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断不平衡故障的振动机理旋转机械故障诊断转子不平衡设：偏心距e，转子质量M，轴刚度k，阻尼系数c，转速n（r/min），角速度=2n/60，离心力F=Me2，分解为两方向的力为：两力相差90，振动方程式为：归一化后：其中：阻尼系数自振频率；激振频率。转子不平衡故障机理与诊断故障机理旋转机械故障诊断转子不平衡上式的通解为：公式第一部分为瞬态解，是衰减的自由振动，很快消失；公式第二部分为稳

5、态解，是强迫振动：其中：转子不平衡故障机理与诊断故障机理旋转机械故障诊断转子不平衡H()----幅频响应函数，表示振幅Y随频率比/n的变化而变化的放大系数，当/n1时出现共振峰；()---相频响应函数，当/n1时出现节点。转子不平衡故障机理与诊断阻尼对转子临界转速的影响阻尼对临界转速无影响，但对共振峰的高低有较大影响。旋转机械故障诊断转子不平衡不敏感转子阻尼小阻尼大转速振幅转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障的频谱特征振动幅值与转速平方成正比工频的1倍频能量较大同一平面x,y振动相位差90转子不平衡故障的时域特征呈现为

6、类似简谐振动的波形由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断轴心轨迹转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹正向进动：轴转向与轴心轨迹转向一致不平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等逆向进动：轴转向与轴心轨迹转向相反干摩擦等少数情况下发生转子不平衡的轴心轨迹轴在各个方向上刚度有差别，所以转子轴心轨迹通常为椭圆从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡与转速的关系当ω<ωn时，即在

7、临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当ω>ωn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ω接近ωn时，发生共振，振幅具有最大峰值当工作转速一定时，相位稳定旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡的主要特征转子不平衡故障机理与诊断故障特征原始不平衡、渐变不平衡、突发不平衡旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断故障特征静不平衡、力偶不平衡的幅值谱相似静不平衡转子两侧轴承的振动相位相同力偶不平衡转子两侧轴承的振动相位相反旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断诊断实例1某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转

8、子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。旋转机械故障诊断转子不平衡压缩机振动特征转子不平衡故障机理与诊断诊断实例1振动特