旋转机械故障诊断分析
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。
故障诊断方法与应用-旋转机械故障机理与诊断技术-2
故障诊断方法与应用-旋转机械故障机理与诊断技术-2在旋转机械中，故障检测和诊断是一个非常重要的问题。
旋转机械由于其复杂性和运动特性，很容易出现故障。
如果不能及时发现和解决故障，这不仅会导致机器的停机和维修，还会对工业生产和甚至人生造成不良影响。
因此，了解旋转机械的故障原因和相应的检测和诊断技术非常必要。
旋转机械故障机理旋转机械故障的机理主要包括机械失衡、摩擦和磨损、振动和冲击等。
•机械失衡是指转子的重量分配不均衡，导致转速不平稳和振动，因此使旋转机械发生故障。
机械失衡故障通常会由绝热断层、转子膨胀及杆式加速放大器等现象引发。
•摩擦和磨损是旋转机械日常生产中常见的故障类型，这种故障往往是由于摩擦力和润滑液的缺乏引起的。
过度的摩擦会导致间隙变小，可能导致机器受损，进而导致故障。
•振动是另一种常见的故障类型。
它通常由外力或内置不均引发，例如机器震动、传动系统故障等。
振动可能对机器部件施加额外的压力，进而导致磨损或振动破坏。
•冲击是机械故障的另一种类型。
它通常由于异常阻力或硬件故障引起。
此外，冲击往往形成旋转机械故障的第一步，因为它会引发一系列的机械运动变化，直到最终导致故障。
故障诊断技术目前，旋转机械故障的诊断技术已经非常成熟。
根据机械故障的机理，有很多可以用来识别和验证故障的技术。
下面列举了一些经常使用的故障诊断技术：1. 传感器技术传感器技术可以监测旋转机械的各个方面，如转速、温度和压力等。
通过检测机械变量可以发现旋转机械内部退化和故障的征兆，例如雷劈、绝缘材料的老化等。
2. 振动分析振动分析是检测旋转机械故障的一种常用技术。
通过检测旋转机械的振动特性以获取台架脏振动数据，可以识别出旋转机械外在的或内部的问题。
振动分析技术可以预防故障，增加旋转机械的寿命。
3. 声音分析声音分析技术可以通过检测旋转机械的声波信号来分析机械的状态。
它依据声音的频率、声域及频率幅值等参数进行分析，可以在旋转机械发生故障时检测到异常声音的变化，从而达到及时诊断的目的。
《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。
旋转机械故障诊断技术的研究与应用
旋转机械故障诊断技术的研究与应用旋转机械是指在运转过程中部分或全部的部件都会作旋转运动的机械。
因其广泛应用于各种重要设备中，如汽车、火车、飞机、电站发电机组、造船、机床等领域，因此旋转机械的故障诊断技术一直是工业领域研究的重点之一。
本文将介绍旋转机械故障诊断技术的研究和应用。
一、背景旋转机械是在运转过程中部分或全部的部件都会作旋转运动的机械。
如汽车的发动机、齿轮机构、橡胶轮胎等；火车的机车、机械部件、制动器等；飞机的发动机、减速器等；发电机组的转子、转子轴承、电机配件等；机床的主轴、轴承等。
这些机械的失效会对安全生产带来巨大的威胁，因此旋转机械故障诊断技术具有重要的意义。
二、研究内容旋转机械故障诊断技术包括机械故障的检测、诊断和预测。
其中检测是指对旋转机械工作状态进行监测和记录，通过标准化数据部件，对旋转机械性能参数进行实时跟踪和分析。
诊断是指在检测的基础上，根据检测数据和故障特征，确定故障原因和位置。
预测是指通过对旋转机械的工作状态进行长期、连续的监测，预测故障的发生和发展趋势，对未来的维护进行有效的规划和安排。
1. 诊断方法旋转机械故障诊断技术主要分为两大类，一类是基于信号处理和模式识别算法的故障诊断技术，另一类是基于震动谱分析和失效模式分析的故障诊断技术。
基于信号处理和模式识别算法的故障诊断技术主要是通过对旋转机械的感应信号进行分析和处理，对故障进行判别和诊断。
常见的信号处理方法包括小波分析、快速傅里叶变换等，常见的模式识别算法有神经网络、支持向量机、决策树等。
基于震动谱分析和失效模式分析的故障诊断技术主要是通过对旋转机械产生的振动信号进行分析和处理，对故障进行判别和诊断。
该方法具有可靠性高、适用范围广的优点，常用的分析工具有FFT分析、包络分析等。
2. 应用前景旋转机械故障诊断技术在工业领域的应用前景非常广阔，可以用于石油、化工、电力、机械等领域。
在能源领域，旋转机械故障诊断技术可以用于汽轮机、风电、锅炉等设备的维护和监测。
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
2024/8/1
图5.8 典型不对中谱图
可编辑课件PPT
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
2024/8/1
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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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3
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。
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转子不平衡
按过程： 原始不平衡 渐发性不平衡 突发性不平衡
按机理： 静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡
刚性转子不平衡形式
静不平衡： 偶不平衡： 动不平衡 = 静不平衡 + 偶不平衡
转子不平衡振动机理
y
F
O
O' G
ea
G e wt
y a O'
Ox
x
无阻尼时，O、O’、G三点成一直线
x e
1
k
m
2
e
1
n
2
当 n时， ，x
当 n时，x e
AC
Ox e
临界转速
临界角速度： c n
k m
临界转速：nc
30
c
结论：当转速 ω 非常高时，圆盘质 心C与两支点的连线相接近，圆盘接 近于绕质心C旋转，于是转动平稳。
为确保安全，轴的工作转速一定要 避开它的临界转速
转子故障的常见形式
实际转子总存在阻尼 1.工作介质、轴承油膜的黏性阻尼，滑动面之间的摩 擦阻尼，轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼，转子轴承 系统因变形能耗产生的结构阻尼 2.阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反
转子不平衡振动机理
设：偏心距e，转子质量M，轴刚度k，阻尼系数c，转速n（r/min），
角速度=2n/60，离心力F=Me2，分解为两方向的力为：
1.振动的时域波形为近似正弦波 2.频谱图中，谐波能量集中在基频，并且出现较小 的高频谐波 3.振幅对转速的变化比较敏感。 4.当工作转速一定时，相位稳定。 5.从轴心观察其进动特征为同步正进动。
转子不对中
• 轴承不对中: 轴颈在轴承中偏斜
l1
l2
l3
F
L1
L2
轴承不对中的振动机理
• 轴承不对中实际上反映的是轴承坐标高和左右位置的偏差。由 于结构 上的原因，轴承在水平方向和垂直方向上具有不同的刚 度和阻尼，不对中的存在加大了这种差别。虽然油膜既有弹性 又有阻尼，能够在一 定程度上弥补不对中的影响，但不对中过 大时，会使轴承的工作条件 改变，在转子上产生附加的力和力 矩，甚至使转子失稳或产生碰磨。
H
n
2
1
n
2 2
2
n
2
arc tan
2
n1Leabharlann n2 H()----幅频响应函数，表示振幅Y随频率比 /n的变化而变化的放大系数， 当 /n 1时出现共振峰； ()---相频响应函数，当 /n 1时出现节点。
转子不平衡的特征
实际工程中，由于轴在各个方向上的刚度有差别，特别是支撑刚度各 向不同，因而转子对平衡质量的响应在x，y方向的振幅不同，且其相 位差也不是刚好90。，于是轴心轨迹不是圆而是椭圆。
等
转子或其他部 件的共振等
叶片、流体以及 其他的相关振动
电机相关振 动
轴承等滚动 元件相关振
动
齿轮等转动件 的偏心、磨损
转子：摩擦、不 平衡、不对中等
临界转速
AC
Ox e
m(e x)2 kx
x
e k
m 2
1
e
n2 2
1
n时，x
临界转速
AC
Ox e
当ɷ> n 时，质心位于O、A之间，OC=x-e
1.平行不对中
2.偏角不对中
3. 偏角平行不对中
齿式联轴器平行不对中
联轴器的中间齿套与半联轴器组成移动幅，不能相对转动。当转子轴线之间存
在径向位移时，中间齿套与半联轴器间会产生滑动而作平面圆周运动，中间齿 套的中心是沿着以径向位移为直径作平面圆周运动。
振源综述
1. 电机：电器相关振动 2. 带传动系统 3. 支撑、紧固元件：机械性松弛 4. 配合元件：平行、偏角不对中及装配误差等 5. 轴承：滚动元件相关振动 6. 齿轮：偏心、磨损等 7. 转子：摩擦、不平衡、不对中、油膜涡动、转轴裂
纹等。
振源示意图
带传动相关振 支撑紧固元件
动
相关振动
配合元件：平 行、偏角不对 中及装配误差
• 由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、 维护检修等方 面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动， 其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的 径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测 的主要参 数和进行故障诊断的主要依据。
• 旋转机械的主要故障来源是其转动部件—转子系统。因此，研究旋转 机械的机械转子系统故障诊断方法具有重要意义。
旋转机械故障诊断
Fault Diagnosis of Rotating Machinery
XXX
目录
• 概述 • 旋转机械的动力学基础 • 不平衡不对中的诊断及对策 • 轴上裂纹及其诊断方法
概述
• 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。旋转机械广泛应用于大型石油、化工、冶金、电力等行业。
• 轴承不对中同时又使轴颈中心和平衡位置发生变化，使轴系的 载荷重新分配，负荷大的轴承油膜呈现非线性，在一定条件下 出现高次谐波振动；负荷较轻的轴承易引起油膜涡动进而导致 油膜振荡。支撑负荷的变化还会使轴系的临界转速和振型发生 变化
转子不对中
• 轴系不对中：联轴器不在同一直线上，通常讲的不对中即是轴系不对 中。造成轴系不对中的原因主要有安装误差，温度变化热变形、基础 沉降不均匀等。会导致轴向、径向交变力，引起轴向、径向振动。
Fx t F cos t Me2 cos t Fy t F sin t Me2 sin t
两力相差90，振动方程式为：
My cy ky Me2 sin t 归一化后： y 2 n y n y e2 sin t
其中：阻尼系数
c , 0 1 2Mn
自振频率 n
k M
；激振频率 2n 。 60
• 1、转子不平衡 • 2、转子不对中 • 3、碰磨 • 4、油膜涡动 • 5、转轴裂纹等
转子不平衡
转子不平衡是由于转子部件质量偏心或者转子部件出现缺损等 造成的故障。即：由于质心与旋转中心不重合而产生不平衡。
F（t）
Fsint
t
M
c
e
y( t)
k
c
(a) 转子系统
(b) 振动模型
交变的力(方向、大小周期性变化)会引起振动 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
转子不平衡振动机理
上式的通解为：
y(t) Deωnt sin[ 1 2 n ] Y sin(t ψ)
公式第一部分为瞬态解，是衰减的自由振动，很快消失； 公式第二部分为稳态解，是强迫振动：
yt Y sin(t )
其中：
Y eH
e
n
2
1
n
2
2
2
n
2
转子不平衡振动机理