旋转机械的振动监测与诊断

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1、旋转机械的振动　　　　　　监测与诊断主要内容旋转机械的振动及故障概论旋转机械的监测参数旋转机械振动故障分析常用方法旋转机械的典型故障及其诊断方法1、旋转机械的振动及故障概论旋转机械的定义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。旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重要工程领域。旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术，提出了迫切的要求。进而形成了近年来国内外广泛的旋转机械振动

2、监测和故障诊断技术。机械振动旋转机械的机械振动特点1º振动存在具有广泛性即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动。2º振动监测的有效性当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。这就使人们可以从振动信号中获取诊断信息。3º振动的可识别性由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可以从振动信号中识别故障。4°振动识别的复杂性振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且与机械系统的固有特性有关：1’同一故障对不同的转子系统，其振动的幅值和相位可能相差很大；2’同一故障发生在不

3、同部位，振动信号可能相差很大；3’同一故障在不同位置布置测点，所得的振动信号亦会有较大差别。在机械故障诊断中，振动信号能够更迅速、更直接的反映机械设备的运行状态，据统计，70％以上的故障都是以振动形式表现出来。为了便于分析，因此首先介绍有关振动的一些概念。机械振动及其种类机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往复运动。1º按振动产生的原因分：自由振动－给系统一定能量后，系统所产生的振动。若系统无阻尼，则维持等幅振动，反之，为衰减振动；受迫振动－系统在外界持续力作用下，被迫产生的振动（刚性转子系统）；自激振动－系统从本身运动中吸收能量转变成交变力维持的振动（柔性转子系统）；机械故障的主要原因

4、1、设计原因①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动②结构不合理，应力集中③设计工作转速接近或落入临界转速区④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良?2、制造原因①零部件加工制造不良，精度不够②零件材质不良，强度不够，制造缺陷③转子动平衡不符合技术要求3、安装、维修①机械安装不当，零部件错位，预负荷大②轴系对中不良③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度4、操作运行①过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运

5、行工况不正常②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性③运行点接近或落入临界转速区④润滑或冷却不良⑤转子局部损坏或结垢⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久?5、机器劣化①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化②转子局部损坏、脱落或产生裂纹③零部件磨损、点蚀或腐蚀等④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形转子振动的基本特性单圆盘转子转子振动形式横向振动——振动发生在包括转轴的横向平面内轴向振动——振动发生在转轴的轴线方向上（x轴）扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振图转子系统模型转子的临界转速旋转机械在

6、启停升降速过程中，往往在某个(或某几个)转速下出现振动急剧增大的现象。原因往往是由于转子系统处于临界转速附近产生共振。转子的临界转速个数与转子的自由度相等。由于转子的转速限制，往往只能遇见数个临界转速。650MW发电机转子n1=604r/minn2=1840r/minn3=4651r/min多自由度转子有多个临界转速和相应的振型转子分类刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界以下的转子系统。目前大多数低速（工作频率<100Hz）机械均属于刚性转子系统。柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界以上的转子系统。例如一些大型高速（工作频率>100Hz）旋转机械均属于柔性转子系统。返回2、旋转机械的监测

7、参数检测参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数两种。1º动态参数1’振幅它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示。2’振动烈度近年来国际上已统一使用振动烈度作为描述机器振动状态的特征量。3’相位它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义。2º静态参数1’轴心位置在稳定情况下，轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置。在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一定的位置上浮动。在异常情况下