高速转子故障模拟实验研究.pdf

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1、第38卷第4期化工机械417高速转子故障模拟实验研究宋军舰4郝点曹建强(中国石油大学(华东)机电工程学院)摘要在分析高速转子的典型故障机理及危害的基础上，利用多功能柔性转子实验台及PL302双通道数据采集器等测试设备对高速旋转机械的不对中、不平衡及基础松动等故障进行模拟，并根据振动信号分析故障的振动特征及规律，为旋转机械的状态监测及故障诊断提供了依据。关键词高速转子故障模拟频谱分析中图分类号TQ05l文献标识码A文章编号0254．6094(2011)04．0417抑3旋转机械广泛地应用于燃气轮机、航空发动

2、机、压缩机及各种电动机等机械装置中，在石油、石化、电力及航空等领域中起着非常重要的作用。旋转机械发生故障的主要特征是伴有异常的振动和噪声，其振动信号的幅域、频域和时域都能反映机器的故障信息。因此，了解旋转机械在故障状态下的振动机理及特征，对于监测机器的运行状态和提高故障诊断的准确率都非常重要¨’“。1测试仪器及实验装置本次实验使用的数据采集器是P1302双通道频谱测试仪，分析软件足PM(PredictiveMainte—nance)系统软件，窗函数采用HANNING。实验装置选用美国BN公司设计制造的多功

3、能柔性转子实验台系统，实验时使用誓转子，转子转速由EN-TEK激光转速测量仪获得，使用的传感器是电涡流传感器。转子的主要参数为：临界转速6598r／min基频110Hz共振区转速6000—7000r／min测试时主要频率500、250、200Hz2旋转机械常见故障模拟及分析旋转机械的振动往往与转速有关，工作状态可以由与转速成正比的振动信号各阶频率分量之间的相互关系识别出来，研究它们的变化特征和发展趋势可以确定旋转机械的工作状态和故障情况。2．1正常情况首先测试出转子系统正常情况下的频谱图，以便于对比出故障

4、的特征，图1为正常情况下转子共振区的频谱图。}望套蜷L—JL图l正常转子共振区的频谱图频谱分析：a．基频(110Hz)的波峰最高，正常情况下的实验台可能具有原始的不平衡；b．低频干扰的存在使波形图出现波浪形载波现象。2．2不对中故障模拟大型机组通常由多个转子组成，每个转子之间用联轴器连接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机器基础的不均匀沉降等，有可能会造}宋军舰，男，1984年5月生，硕士研究生。山东省东营市，25706l。418化工机械2011年成机器的各转

5、子轴线之间产生不对中，在其运转过程中将产生一系列有害于设备的动态效应．如引起机器联轴器偏转、轴承早期破坏、油膜失稳、轴弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。其中轴系不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中3种情况”1，由于多功能柔性转子实验台的转子跟电机是橡胶联轴节连接，且机座是固定的，无法改变，故只能做轴承平行不对中，即在一侧的轴承用铁片将其垫高，来模拟不对中故障(图2、3)。6叠斑．^1．．，O．0∞500∞l∞．O∞150000200000叛翱州z图2不对中时共振区的频谱图0000

6、50Ⅻ100000150000200000250000额睾『州z图3不对中故障时的三维谱图频谱分析：a．频谱图的二倍频比正常时的波峰明显增大，比初始状态时大许多倍，三维谱没有在升降速过程中出现明显的高次分频成分，这是一个典型的不对中故障；b．从三维谱”1上可以看出，低转速下不对中时二阶频随转速升高不是非常明显，而一阶频则出现下降的趋势；在共振区二倍频明显增加，且远大于一倍频。2．3不平衡故障模拟转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计．旋转机械约有一半

7、以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断最有实际意义。造成转子不平衡的具体原因很多，实验中，在转子加}一个附加的不平衡的质量，来模拟转子不平衡故障(图4、5)。古圣联：孽聋．6．翱，纷Ⅲz图4不平衡的共振区频谱图顿璋狎Hz囤5不平衡时的三维谱图频谱分析：a．与正常情况相比，频谱与三维谱出现明显的一阶频，而大振幅的一阶频是不平衡和轴弯曲的明显特征；b．一阶频随转速增加而增加，共振区时占主要成分”。；c．出现高次的非线性振动．相对转速变化不明显；d．转速高时出现更多的高次谐波，而降速过程的高

8、次谐波不明显，说明高次谐波主要由激振力引起。2．4基础松动故障模拟当基础松动时转子系统在不平衡力的作用下，会引起支座的周期性跳动，导致系统的刚性变化并伴有冲击效应，因而会引起非常复杂的运动现象”1。另外，基础松动通常会引发转静子之间的碰摩故障。在实验中把机座一边的地脚螺栓松开来模拟基础松动，其频谱如图6所示。}o、丞媾第38卷第4期化工机械419翱率FHz图6基础松动时的三雏谱图频谱分析：a．出现大量的高次和分频谐波，谐波的形