旋转机械的常见故障诊断
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断
----机组振动的原因及分析
一、 旋转机械的分类
旋转机械是指主要功能是由旋转动作来完成的机械，尤其是指转速较高的机械。大致可分为以下几类：
1：动力机械
（1） 原动机 如蒸汽涡轮机、燃气涡轮机等，利用高压蒸汽或气体的压力能膨胀做功推动转子旋转。
（2） 流体输送机械 这类机械的转子被原动机拖动，通过转子的叶片将能量传递被输送的流体，他可分为以下两类：
7、 转子在运转时突然破裂等因素产生的不平衡。
不平衡因素有时只有一种，有时有几种同时存在。
三）、不平衡产生的振动有以下特点
1、 当转子的转速低于临界转速时，振幅随转速的上升而上升；当转子的转速高于临界转速时，随着转速的上升振幅趋于一个较小的定值。
2、 由于作用力方向随着转子的转动而转动，振动在频谱图上反映的是转子的工作频率。
四、 不平衡的诊断及对策
一）、转子的静平衡和动平衡
1、 转子的静平衡：使转子产生偏心距的称为静不平衡。静不平衡是质量的平衡，在水平轨道上既可以测量出不平衡质量的方位，通过加重或去重可以做到静平衡。
2、 转子的动平衡：多盘转子在转子的不同平面存在大小相等，方向相反的两个或多个不平衡质量，转子总的偏心距为零，作静平衡实验室转子可以随遇平衡，转子在旋转时产生两个大小相等、方向相反的离心力组成离心力矩，从而引起震动。
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断主要是通过观察和分析机械运行过程中
的异常现象来判断故障原因。
以下是一些常见的旋转机械
故障诊断方法：
1. 震动分析：通过测量机械运行时的振动幅值和频率，分
析振动的特点和变化趋势，判断故障位置和类型。
常见的
故障类型包括不平衡、轴承损坏和轴承松动等。
2. 温度监测：通过测量机械的各个部件的温度，判断是否
存在过热的情况。
过高的温度可能是由于摩擦、润滑不良
或散热不良等原因引起的故障。
3. 声音分析：通过对机械工作过程中产生的声音进行分析，判断是否存在异响或噪音。
噪音可以是由于轴承损坏、齿
轮磨损或螺栓松动等引起的。
4. 润滑油分析：通过对机械润滑油的化学成分和物理性质
进行分析，判断是否存在金属粉末、水分或杂质等异常。
这些异常可能是由于零件磨损或润滑油质量不佳引起的故障。
5. 可视检查：通过对机械各个部件的外观进行检查，观察
是否存在磨损、裂纹或松动等现象。
这可以帮助诊断轴承、齿轮和联接件等部件的故障。
以上是常见的旋转机械故障诊断方法，诊断时可以结合多
种方法综合分析，准确判断和定位故障原因，以便及时进
行修复或更换有问题的部件。
5 旋转机械常见故障特征
特征频 常伴 振动稳 振动 相位 轴心 时域 率 频率 定性 方向 特征 轨迹 波形 1× 简谐 稳定 径向 稳定 椭圆 波形
转子不平衡振动敏感参数
1 振动 随转 速变 化 明显 2 振动 随负 荷变 化 不明 显 3 振动 随油 温变 化 不变 4 振动 随流 量变 化 不变 5 振动 随压 力变 化 不变 6 其它 识别 方法 低速 时趋 于零
转子不平衡产生的原因
转子不平衡产生的原因
转子不平衡类型
力不平衡
力偶不平衡
转子不平衡类型
动不平衡
悬臂转子不平衡
转子不平衡动力学特性
x = Acos(Ωt +θ )
me λ2 A= • M (1− λ2 )2 + 4ζ 2 λ2
2ζλ tanθ = 1− λ2
转子不平衡振动特征
1 2 3 4 5 6 7
转子不对中故障形式
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障轴心轨迹
∆α
∆y Z
∆α / 2
Z
∆L
(b)
Z
∆y
∆L
(a)
∆L
(c)
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障特征
1）齿式联轴器不对中故障的特征频率为轴转 角频率的2 角频率的2倍。 由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 2）由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 随转速的升高而加大，因此， 随转速的升高而加大，因此，高速旋转机 械应更加注重转子的对中要求。 械应更加注重转子的对中要求。 激励力幅与不对中量成正比， 3）激励力幅与不对中量成正比，随不对中量 的增加，激励力幅呈线性加大。 的增加，激励力幅呈线性加大。
设备状态监测与故障诊断技术第5章-旋转机械故障诊断技术
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图5.8 典型不对中谱图
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பைடு நூலகம்
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实例四: 转子不对中故障的诊断
MO MI PI PO
电机
水泵
出现2×频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8字形。 振动有方向性。 轴向振动一般较大。 本例中, 出现叶片通过频率。
2X频率 1X频率
叶片通 过频率
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转子不平衡故障包括: ①转子质量不平衡、 ②转子偏
心、 ③轴弯曲、 ④转子热态不平衡、 ⑤转子部件
脱落、 ⑥转子部件结垢、 ⑦ 联轴器不平衡等，不
同原因引起的转子不可编平辑课衡件P故PT 障规律相近，但也各有 3
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
1．转子质量不平衡
力不平衡: 不平衡产生的振动幅值在转子第一临界转速以下随转速的 平方增大。例如，转速升高1倍，则振动幅值增大3倍。在转子重 心平面内只用一个平衡修正重量便可修正之。
4．转子热态不平衡: 在机组的启动和停机过程中，由于热交换速
度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生
瞬时热弯曲，产生较大的不平衡。热弯曲引起的振动一般与负
荷有关。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
5. 转子部件脱落 可以将部件脱落失衡现象看作对工作状态的转子
掌握滚动轴承故障诊断技术、齿轮故障诊断技术；
了解电动机故障诊断技术、皮带驱动故障诊断技术；
2024/8/熟1 悉利用征兆的故障诊可断编辑方课件法PPT。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
旋转机械常见的11种故障原因
旋转机械常见的11种故障原因，你是不是都了解常见的旋转机械故障原因都有哪些呢？就让我们为大家一一介绍一下吧。
旋转机械的故障诊断1.不平衡不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障。
引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。
2.不对中转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。
联轴器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三种情况。
平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。
偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。
轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。
平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。
轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。
轴承不对中使轴系的载荷重新分配。
负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还使轴系的临界转速发生改变。
3.轴弯曲和热弯曲轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。
转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。
转子不论发生永久性弯曲还是临时性弯曲，都会产生与质量偏心情况相类似的旋转矢量激振力。
旋转机械故障诊断技术及处理方法
推力盘
耸起,刮伤,裂纹
围带、拉筋 断裂,摩擦
靠背轮
连接不良,磨损,断裂
冷却风扇 弯曲,断裂,裂纹,摩擦,不合适间隙,腐蚀,积垢,共振
造成发电机产生热不平衡的原因是由于转子上某些零件产生不对称热变形和转子热弯 曲。产生不对称热变形的零件主要是端部零件，特别是端部线包，由于线包受热膨胀在径向 发生不对称位移，破坏了转子的质量平衡。热弯曲的原因主要是由制造和材质方面的缺陷所 引起，另一方面是运行方面的原因引起的。 b.汽轮机转子的热不平衡
(3) 大修时进行过可能破坏转子质量平衡的技术操作：如拆装或更换叶轮、叶片等。 1.2 靠背轮和转子找中心不正 a.靠背轮的影响
⑴ 靠背轮平面瓢偏，当拧紧靠背轮螺丝后，转子将产生静变形（即挠度），在轴颈上会 呈现较大的晃摆，在旋转状态处，静变形将产生旋转的强迫振动。
⑵ 靠背轮连接螺栓有紧力差别，其产生的后果将会像瓢偏一样。 ⑶ 两个靠背轮止口或连接螺栓节圆不同心，当拧紧靠背螺丝后，两个转子会产生偏心， 这种偏心在旋转状态下直接产生激振力，而且以力偶形式作用在两个相邻的轴承上。 靠背轮本身及连接缺陷所造成振动的特点是：振动的主要分量与转速相符，但包含有一 定的非基波分量，因此在激起普通强迫振动的同时，可能还会激起高次谐波和分谐波共振。 b.转子找中心的影响 通常所指的转子找中心，实际上是找轴承中心，即通过调整轴承座的标高和左右位置， 使冷态下两靠背轮圆周和平面的偏差力求最小，使轴系在给定的支撑数目下，能连成一条连 续的自然垂弧曲线。对于刚性或半绕度性靠背轮，由于它有对中的止口配合部分或配合螺栓 部分，所以即使中心略有不正，即轴承座定位略有不当，当拧紧螺丝后，转子将会自动同心， 因而它并不直接产生振动的激振力，但由于轴承座相对位置的变动将会引起下列后果： ⑴ 使轴瓦载荷分配不合理，载荷过大者会使轴瓦温度升高，过小者易使转子失稳，发 生轴瓦自激振动。 ⑵ 破坏了已经调整好的动静间隙，可能会引起静摩擦或汽流激振。
机械故障诊断—第四章 旋转机械故障诊断
2
制造原因
1制造误差大 2材质不均匀 3动平衡精度低 1转子上零部件安装错误 2零件漏装
3
安装维修
1转子有较大预负荷
4
操作运行
1介质带液，造成腐蚀 2介质脏，造成结垢
1超速、超负荷运行 2入口阻力大，导致部件损坏，进人 流道松动
1转子回转体结垢 2转子腐蚀
图4.1 转子力学模型
由于有偏心质量m和偏心距e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 力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有 F me 2 。众所周知，交变的力(方向、大小 关，即 均周期性变化)会引起振动，这就是不平衡引起振动 的原因。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。
例2：某52万吨／年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值 正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。其时域波形为 正弦波，分析其频谱，以1×频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢 的变化。如图4.7所示。
(a)时域波形
(b)幅值谱
(c)振动趋势
(d)矢量域图
图4.7 CO2压缩机渐变不平衡振动特征
3.非定常强迫振动 非定常强迫振动是由外来扰动力而引起的一种强迫振动。其特点是 与扰动力具有相同的频率；振动本身反过来会影响扰动力的大小与相 位；振动的幅值和相位都是变化的。比如转子轴上某一部位出现不均 匀的热变形，就相当于给转子增加了不平衡质量，它将会使振动的幅 值和相位都发生变化。反过来，振动幅值和相位的变化又影响不均匀 热变形的大小与部位，从而使强迫振动连续不断地发生变化。 二、旋转机械常见故障及其特点 1.不平衡 转子不平衡是旋转机械的常见故障之一。在制造与维修过程中，虽 都要对转子作仔细平衡，使不平衡量小于限定值。但经过一段时间的 运行，不平衡量会逐渐增大。由于转子处于高速运行状态，偏心量的 少许增加，都会使惯性离心力剧增，使机器的功能下降，甚至无法继 续运行。 转子不平衡引起的振动有以下特点： 1. 振幅随转速的上升而增加； 2. 振动的频率与转子的旋转频率相同； 3. 振动方向以径向为主； 4. 振动相位常保持一定角度。 当不平衡重量只存在于一个平面内时，这种不平衡称为静不平衡；而当 在多个平面内有不平衡情况时，就是动不平衡。
机械故障诊断技术6旋转机械故障诊断课件
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。
② 带滚动轴承和齿轮箱的机组，不对中故障可能引发出通过频率或啮合 频率的高频振动，这些高频成分的出现可能掩盖真正的振源。如高频振 动在轴向上占优势，而联轴器相联的部位轴向工频亦相应较大，则齿轮 振动可能只是不对中故障所产生的过大的轴向力的响应。
③ 轴向工频有可能是角度不对中，也有可能是轴承不对中。一般情况， 角度不对中，轴向工频振值比径向为大；而轴承不对中正好相反，因为 后者是由不平衡引起，它只是对不平衡力的一种响应。
• 6．1．8 碰摩故障的机理
动静件之间的轻微摩擦，开始时故障症状可能并不十分明显，特 别是滑动轴承的轻微碰摩，由于润滑油的缓冲作用，总振值的变化是 很微弱的，主要靠油液分析发现这种早期隐患；有经验的诊断人员， 由轴心轨迹也能做出较为准确的诊断。 当动静碰摩发展到一定程度后，机组将发生碰撞式大面积摩擦，碰摩特 征就将转变为主要症状。
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。
• 6.1.7 连接松动故障的机理
松动振动异常的基本原因：振动幅值由激振力和机械阻抗共同决定，
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旋转机械的常见故障诊断
摘要:沈鼓做为一家世界知名的鼓压风机制造企业,旋转机械是我们厂的支柱产品。
所以,旋转机械的故障诊断与分析,对于我厂产品的质量的好坏,产品是否能够让用户满意,以至于企业的生存和核心竞争力,都有着致关重要的作用。
作为一门独立的学科,依靠振动分析仪对旋转机械的异常故障进行诊断和判别,必须有较高的技术水平。
这个诊断和判别与医学上的诊断和判别是一个道理。
要能够准确地诊断和判别,要依靠大量的临床实践和临床经验,这必须有医学上的理论基础根据。
关键词:鼓压风旋转机械诊断判别
尽管旋转机械的故障是由机械仪表自行诊断是最终目的,但机械还是机械,它不是万能的,现实的问题不能全部死搬硬套,自动诊断。
系统的诊断只能做参考,最终诊断还需要人的大脑。
人—机对话,还需要人的大脑。
下面举几个各种类型振动的典型例子,可以认为是固定模式的一类,可以在判断故障时做以参考。
1 不平衡
大家知道,转动部分在转动过程中,一定会产生振动,振动是绝对的,不振动是相对的,不平衡是绝对的,平衡也是相对的。
转动部分或多
或少会有残余的不平衡量存在。
这种不平衡量是由于转子的重心偏移所产生的。
由于重心偏移而引起离心力F=W/gεω2(W:转子重量,kg;g:重力加速度,cm/s2;ε:偏心量;ω:回转角速度;F:离心力)。
这种情况,机械在转动时会发生振动,明显地表现为1次/转。
如是3000 r/min,振动频率为50 Hz。
这种由于偏心、不平衡产生的离心力,迫使转子在运转过程中发生振动,其振动频率为转速的一次方成正比,转速高而高,转速低而低,这是判断转子由于偏心而产生振动的不平衡的最简单也是最直观的判断方法。
2 热的不平衡
已在常温下平衡好的转子,当进入工况后,由于热的影响温度的上升,转子转轴导热性的影响,转子可能会产生弯曲。
这种振动可随时间的延长而变大。
也可能随负荷的变化而改变。
3 找正同轴度的变化,而引起的不平衡振动
即使多缸的每个转子都是完全平衡了,但当将二个或三个以上的转子联接在一起时,如果不能正确对中,也就是说给每个转子重新增加了新的不平衡量,那么整个转子在运转中,也会发生振动。
这相当于转子轴被强制弯曲。
发生角不对中或端面不对中的振动,还可能是在找正对中时,对温度梯度的影响考虑不周,预留量不合适也会产生振动,这种情况一般发生二倍频的现象。
4 油膜振荡问题
具有油膜的滑动轴承的转子系统,由于滑动轴承油膜引起的自激振动,即使时完全平衡好的转子,也会产生非常激烈的振动,使巴氏合金烧损。
这种振动在一般的讲来认为是“油膜振荡”。
油膜振荡在实际过程中有如下特点,可以做为诊断和判别的一个基准:
(1)发生振动的频率与转子在某个转速下的固有频率相等。
(2)这一振动的频率是基频的1/2以下,严格说来是0.42～0.49,但根据实际运转的经验,在0.3以上也可发生。
(3)尽管转速上升,但频率特性不变(频率不变)。
(4)在转速升、降时,由于有摩擦振动发生和消失都有滞后现象。
(5)振动的发生和消失时实发性的,不像临界的出现是逐渐增加的。
(6)振动发生后,即使转速提高,振动也不消失。
(7)从轨迹上看,振动旋转方向与运转方向一致,即正进动。
处理方法:
(1)在轴承中沿圆周方向开槽,改变L/D比值。
(2)调整油温,上升或下降。
(3)增加油压,调整瓦间隙。
(4)更换轴承结构。
(5)增大或减小负荷或提高轴承承载力。
5 喘振
喘振现象在航空上是叫“失速”。
当风机出气侧用阀门节流时,阻力加大(阻力线变陡),风量就变小,对于某一流量可按照一定压力运转,进一步节流时,随风量减小到风机特性曲线的右上方特性时,管路系统产生脉动,与振动噪声,形成不稳定状态,这种现象称为喘振。
6 临界转速
在汽轮机拖动的压缩机的启动过程中,特别要注意一阶临界转速。
现象是:转速上升过程中,到达某一转速范围内,出现振动急速上升,越过此转速范围后,振动又迅速回落。
这种情况的出现,是由转子的临界和系统的共振而引起来的。
应尽快越过此转速范围,使它一露头就被抑制、扼杀。
这样就可避免重大事故的发生。
临界转速(nk1)是转子的固有频率,改变是很困难的,制造厂已经在设计计算中得出,在运转过程中已经测量出来。
用户只要记住:小心操作即可。
7 转轴中有缺陷、裂纹时的振动
除1、2倍还有3、5…倍高次谐波外,还可以出现1/2、1/3、1/5倍的谐波。
8 转子的挠性问题
每转一周有二次正弦波变化,可激励N振动。
9 齿轮变速箱振动
齿轮箱不仅是转轴问题,还伴随着齿的啮合问题。
一般讲,可分为三个区域:(1)属于低频范围的回转或及其谐波。
(2)属于高频范围的齿轮啮合频率。
(3)属于高低之间的中间频率范围,是由于系统的某些共振特性而产生的频谱。
一般讲来,仅用电涡流传感器,往往会失去高频信息,所以,需要用加速度传感器来配合使用。
存在的一次成份为n×Z,搜索频率到中间频率发生异常,做冲击测固有频率。
大峰值为低速的共振频率。
由于共振产生凹凸或冲击逐渐扩展发生点蚀,等等。
参考文献
[1]冯晨,田涛.风力发电机组旋转机械的故障诊断技术研究[J].电子制作,2013(14).
[2]王景哲.风力发电机组旋转机械的故障诊断技术分析[J].通讯世界,2013(18).。