旋转机械的振动监测与诊断..
旋转机械的状态监测及故障诊断
同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 一般采用滚动轴承
2）系统分类——以临界转速分类
⑵ 柔性转子系统--工作转速在一阶临界转速以上的 系统
判别依据：一般工作频率>100Hz的机械系统属于柔性转 子系统。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
4）旋转机械的转速检测
齿式轮盘测速 转速测量一般是在轴的测量圆周上设置多个凹槽
或凸键标己或者在轴上安装一个齿轮盘使每转产生多 个脉冲。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
5）轴向位移检测
测量转子的轴 向位移时，测量面 应该与轴是一个整 体，这个测量面以 探头中心线为中心。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
6）轴心轨迹测试
轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转 和振动情况，是故障诊断中常用的非常重要的特征信 息。
1 旋转机械的状态特征参数与测试
正向进动（轴转向与轴心轨迹 转向一致）----例如：转子不 平衡、不对中、油膜失稳产生 的亚同步涡动、内摩擦激发的 涡动等均为正向进动。绝大多 数为正向进动。
振动特点：振动频率（自激振动）<工作频率，并与一阶 横向自振频率有关。
自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而 产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。
一般采用滑动轴承。
两种系统振动特点比较
激振原因
频率与工作 频率的关系
强迫振动（刚性系统）
由于外部激振力 或激振位移引起的
振动频率与工作频率同步
1 旋转机械的状态特征参数与测试
3）旋转机械振动相位检测
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。
《2024年旋转机械故障诊断与预测方法及其应用研究》范文
《旋转机械故障诊断与预测方法及其应用研究》篇一一、引言旋转机械广泛应用于各种工业领域，如风力发电、航空航天、交通运输等。
然而，由于长时间运行和复杂的工作环境，旋转机械经常会出现各种故障，如轴承磨损、齿轮断裂等。
这些故障不仅影响设备的正常运行，还可能导致严重的安全事故。
因此，对旋转机械进行故障诊断与预测显得尤为重要。
本文将介绍旋转机械故障诊断与预测的方法及其应用研究。
二、旋转机械故障诊断与预测方法1. 基于振动信号分析的方法振动信号分析是旋转机械故障诊断与预测的常用方法。
通过传感器采集设备的振动信号，对信号进行时域、频域和时频域分析，可以提取出设备运行状态的特征信息。
当特征信息超过设定的阈值时，即可判断设备存在故障。
此外，还可以通过对比历史数据，预测设备未来可能出现的故障。
2. 基于声音信号分析的方法声音信号分析是另一种有效的故障诊断与预测方法。
通过采集设备的声波信号，对信号进行频谱分析和声强分析，可以判断设备的运行状态和故障类型。
该方法具有非接触式、实时性强的优点，适用于对复杂工作环境下的设备进行故障诊断。
3. 基于数据驱动的智能诊断方法随着人工智能技术的发展，基于数据驱动的智能诊断方法在旋转机械故障诊断与预测中得到了广泛应用。
该方法通过收集设备的运行数据，利用机器学习、深度学习等算法对数据进行训练和建模，实现对设备运行状态的监测和故障预测。
该方法具有准确度高、适应性强、可扩展性强的优点。
三、旋转机械故障诊断与预测方法的应用研究1. 在风力发电领域的应用风力发电是旋转机械的重要应用领域之一。
通过采用振动信号分析和声音信号分析等方法，可以对风力发电机组的齿轮箱、轴承等关键部件进行实时监测和故障诊断。
同时，采用基于数据驱动的智能诊断方法，可以实现对风力发电机组运行状态的预测和优化，提高设备的可靠性和效率。
2. 在航空航天领域的应用航空航天领域对设备的可靠性和安全性要求极高。
采用基于振动信号分析和声音信号分析等方法，可以对航空发动机、螺旋桨等旋转机械进行实时监测和故障诊断。
旋转机械常见振动故障及原因分析
旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。
本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。
二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。
这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。
在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。
强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。
此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。
喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
旋转机械振动监测和分析
在轴承座等 非转 动部件上 的振动变化并不 十分 明
显， 如果不 是直 接测 量转子 的振 动 ， 这些 故障易 被忽
略。 ２ ２旋 转机械 振 动测试 系统 ．
进行分析处理， 从不 同角度为状态监测 、 障诊断、 故 动平衡或其它试验研究 目的提供必要 的信息。
旋转机械振动测试系统如图 １ 所示。测试系统
中、 油膜涡 动及振 荡 、 润滑油 中断 、 推力 轴承损 坏 、 轴
测为基础的故障诊断和预测技术得到推广 与应用。 这种技术 的发展 ， 将使设 备 的维修方 式从传 统 的 “ 事故维修” 定期维修 ” 和“ 过渡到“ 预知性维修 ” ， 从而大大提高设备的年利用率 ， 减少停机维修时间 ， 降低维修费用 ， 同时也减少了备件库存量。此外 ， 旋
中图分类号 ： ３ ９ ０２
１ 振动状态在线监测及预测维修
旋 转机 械 的振动监 测是 设备 运转状 态监 测的重 要 组成 部分 。随着 生 产 技 术 的发 展 ， 种 以状 态 监 一
膜 轴 承 、 动轴承或 其 它类 型轴 承支 承 在轴 承座 或 滚
机壳、 箱体及基础 等非转 动部件上 ， 构成 了所谓 的 “ 转子 一 支承系统” 。一台旋转机械能否可靠地工 作主要决定 于转子 的运 动是否正常。大量事实表 明， 旋转机械的大多数振动故障是与转子直接有关 。 比如由质量不平衡、 转轴的弯曲或热变形、 轴线不对
一
转子或转轴 ， 在进行振动测量 和信号分析时 ， 也 总是 将振 动与 转动 密 切 结合 起 来 ， 以给 出整 个 转 子
运动 的某些 特 征 。 ．
２ １旋 转 机械 的振 动 问题 ．
峰振幅达 ０ ４— ．ｍ ． ０５ ｍ。如果 以轴承座的振幅为
EN8000大型旋转机械振动监测分析故障诊断系统
统
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2020/10/30
பைடு நூலகம்
EN8000大型旋转机械振动监测分析 故障诊断系统
英华达 —— 成立于1992年，系英国
独资的高新技术企业；专业从事机械 设备振动监测故障诊断的公司
英华达公司振动监测类主要产品：
• EN3800 在线振动监测保护系统 • EN900 便携式旋转机械振动监测故障诊断仪 • EN8000 旋转机械振动监测故障诊断专家系统
一、状态监测的必要性
• 维修制度从事故、定期向视情维修的转变 • 设备老化，故障率增加 • 大量新设备投运，容量增大，复杂性增加 • 提高经济效益
•二、状态监测的可能性
• 故障诊断理论、技术的不断发展 和完善 • 传感器、信号分析和计算机技术的发展
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EN8000大型旋转机械振动监测分析 故障诊断系统
第一层次：传感器
• 位移传感器：测量轴相对轴承的振动 • 速度传感器：测量轴承振动，经过一次软件积分或硬
件积分可以得到振动位移 • 加速度传感器：测量轴承振动，经过一次积分可以得
到振动速度，再经过一次积分可以得到振动位移。
•传感器的配置：
• 小型旋转机械一般只安装速度传感器 • 大型旋转机械安装速度传感器和涡流传感器 • 齿轮和轴承等安装加速度传感器 • 某些习惯做法
•
振幅一般是计算一段时间内振动波形的峰
峰值、平均值和均方根值（有效值）。速度的有
效值称为振动烈度，反映振动的能量大小。
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EN8000大型旋转机械振动监测分析 故障诊断系统
频率
频率（f）是具有周期性变化规律的物理量在 单位时间内的循环次数。
振动监测及故障诊断系TDM
振动监测及故障诊断系统(TDM)MMS6851旋转机械振动监测和故障诊断系统是徳国epro公司生产的MMS6000汽轮机监测保护系统的配套产品。
系统功能：∙实时在线数据采集∙振动信号分析∙机组运行状态识别∙报警、危险识别和事故追忆∙数据管理∙振动特征分析∙报表、图形打印输出∙转子平衡重量计算∙故障诊断功能∙系统上局域网∙远程通讯功能它广泛适用于电力、石化、煤矿和冶金等行业的大中型旋转机械，如：汽轮发电机组、水轮机、电动机、压缩机、泵和风机等。
系统可及时捕获振动故障信息，早期预告振动故障的存在和发展，大大地减少查找和处理振动故障的时间和为此而做的起/停机次数，有助于避免灾难性事故发生，具有显著的经济效益和社会效益。
系统采用Windows 2000作为操作平台。
数据管理采用ODBC开放式网络数据库结构，确保数据的快速存储和多用户的同时访问。
系统具有较完整的定制功能，如定制轴系图、修改测量参数（如采集频率、存盘频率、变转速间隔、模拟量标定）等。
系统具备网络扩展功能，可上电厂的MIS和SIS网，还可以进行远程通讯。
系统组成：通常情况下，MMS6851系统按上、下位机方式配置。
下位机MMS6851/10进行数据采集、存储、网络通讯；上位机MMS6851/20进行数据实时显示、数据分析、故障诊断、远程通讯。
一般情况下MMS6851/10放置在MMS6000 的机柜里，MMS6851/20放置在工程师站。
下位机通过RS-485通讯口与MMS6000汽轮机监测保护系统的RS485总线连接，获取MMS6000系统各测量模块的实时数据。
由于数据直接取自测量模块，无需中间处理，因而具有其它采样方式无可比拟的精度。
通过网卡、多口交换机与MIS和SIS连网。
上位机通过与下位机进行网络通讯而获得实时数据和各种历史数据，通过监视器和打印机实现图形、报表和故障诊断结果的显示和打印输出。
MTS8000振动监测和故障诊断系统简介
MTS8000振动监测和故障诊断系统简介旋转机械是工业应用最广泛的机械，是众多行业的关键设备，这些设备一旦发生故障，将造成巨大的经济损失。
这就要求我们必须对这些设备进行状态监测和故障诊断。
目前国内外对于旋转机械的状态监测系统有以下两种：在线状态监测系统和离线状态监测系统。
仪表监测的主要目的是对机械的运转状态给予准确的判断并做出相应的处理，然而由于仪表与操作员之间的交互能力以及大容量数据分析的能力相对于计算机的差别，使得状态监测系统的应用尤为重要。
大型旋转机械应用在工业现场的许多领域，如：火电厂、水电站、大型泵站、风力发电机组、冶金、石化等。
这些设备一般都是该行业的关键设备，一旦发生故障不仅给企业带来巨大的经济损失，甚至威胁人身安全，生产也将会被迫中断。
因此提升这些设备的信息化管理水平，对企业来说势在必行。
据了解，针对工业企业旋转设备管理所面临的问题，目前主要有北京长城华瑞科技有限公司推出的MTS8000在线状态监测与故障诊断系统。
MTS8000系统是一种高速、全自动、设备无关性的机组运行状态在线监测系统，是长城华瑞最新研发生产的一种集原始信号处理与过程量数据处理于一体的在线状态监测与故障诊断系统。
主要应用于电力、石化、冶金等工业领域中的大型旋转机械设备，适用于水轮发电机组、汽轮发电机组、风力发电机组、大型泵站、电机、水泵、齿轮箱和滚动轴承等机械的在线振动监测分析和故障诊断。
据介绍，MTS8000系统可自动连续地采集与设备安全有关的主要状态参数，并自动形成各种数据库；能够自动识别设备的运行状态，预测和诊断设备的故障；能够实时采集、存储和分析机组运行的状态信息，直观地反映出机组运行的临界状态和平衡状态。
用户通过本系统可以预先诊断机组的运行情况，对机组在运行过程中产生的不正常现象（如：转子不平衡、不对中、轴承损坏、机架松动、轴弯曲以及轴裂等）可以较早的发现，尽早提示用户有针对的检修，从而减少损失。
MTS8000系统具有多种输入输出接口，可以与其他振动监测仪表厂家的设备连接，其接口兼容性较好。
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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）；
• 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
3’ 差胀 指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化 值。它对机组安全启动具有十分重要的意义。 4’ 对中度 指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度 轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压 反映滑动轴承油膜的建立情况。
图
转子系统模型
转子的临界转速
旋转机械在启停升降速过 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= 604 r/min n2= 1840 r/min n3= 4651 r/min 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型
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 机械振动监测和故障诊断技术。
转子振动的基本特性
单圆盘转子
Fx kx x m my Fy ky
x X cos( n x ) y Y cos( n y )
n k / m
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
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，由于偏心太大， 会发生轴承磨损的故障。 2’ 轴向位置 是机器转子上止推环相对于止推轴承的位置。 当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良 后果。
机械故障的主要原因
• 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Байду номын сангаас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
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
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
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。
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。
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2、旋转机械的监测参数
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。