机械故障诊断技术6-旋转机械故障诊断

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1、第六章旋转机械故障诊断6．1旋转机械振动的动力学特征及信号特点6.1.1转子特性转子组件是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零件（如：叶轮、齿轮、联轴节、轴承等）所组成。从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。刚性转子：转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子，如电动机、中小型离心式风机等。柔性转子：转动频率高于转子一阶横向固有频率的转子为柔性转子，如燃气轮机转子。在工程上，我们也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界转速。当代的大型转动机械，为了提高单位体积的做功能力，一般均将转动部件做成高速运转的柔性转子(工作转速高于其固有频率对应的转速)，采用滑动轴承

2、支撑。由于滑动轴承具有弹性和阻尼，因此，它的作用远不止是作为转子的承载元件，而且已成为转子动力系统的一部分。在考虑到滑动轴承的作用后，转子——轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就和单个振动体不同了。柔性转子的临界转速由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作，所以在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有频率转速下运转时，机组的振动是一般的强迫振动，幅值都不会太大，共振点是一个临界点。故此，机组发生共振时的转速也被称之为临界转速。转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关。实际情况表明：带有一个转子的轴系，可简化成具有一个

3、自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转速，依次类推。其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1，比之大的依次叫做二阶临界转速nc2、三阶临界转速nc3。工程上有实际意义的主要是前几阶，过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。临界转速的变动为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各临界转速的一定范围之外，一般要求：刚性转子n<0.75nc1柔性转子1.4nc1

4、界转速和机组实际的临界转速可能不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。设备故障诊断人员应该了解影响临界转速改变的可能原因。一般地说，一台给定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。但实际上，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影响到临界转速的改变。多数情况下，这种临界转速的改变量不大，处在规定必须避开的转速区域内，因而被忽略。6．1．2转子—轴承系统的稳定性转子系统的稳定与失稳：转子——轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干扰扰动后

5、能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增加而消失，则转子系统是稳定的。若响应随时问增加，则转子系统就失稳了。油膜涡动与油膜振荡：在瓦隙较大的情况下，转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合力与载荷不能平衡，就会引起油膜涡动。油膜涡动是一种比较典型的失稳。机组的稳定性能在很大程度上取决于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。反之系统具有负阻尼时，油膜涡动就会发展为油膜振荡。油膜涡动与油膜振荡都是油膜承载压力波动的反映，表现为轴的振动。（1）油膜涡动与油膜振荡的发生条件①只发生在使用压力油润滑的滑动

6、轴承上。在半润滑轴承上不发生。②油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。（2）油膜涡动与油膜振荡的信号特征①油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持f=（0.43～0.48）fn。②油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附近，不随转速变化。③两者的振动随油温变化明显。（3）油膜涡动与油膜振荡的振动特点①油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双椭圆，较稳定。②油膜振荡是自激振荡，维持振动的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变。（4）消除措施①设计时使转子避开油膜共振区；②增大轴承比压，减小承压面；

7、③减小轴承间隙；④控制轴瓦预负荷，降低供油压力；⑤选用抗振性好的轴承结构；⑥适当调整润滑油温；⑦从多方面分析并消除产生的因素。6.1.3转子的不平衡振动机理旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心存在一定程度的偏心距。静不平衡：偏心距较大时，静态下，所产生的偏心力矩大于摩擦阻力矩，表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部，其偏心力矩小于