旋转机械故障诊断PPT幻灯片课件
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• 转子、轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器 • 滑动轴承、滚动轴承 • 支座、定子、机座 • 密封、密封装置
旋转机械振动及故障概述
振动的分类
横向振动：振动发生在包括转轴的横向xoy平面内， 大多数故障所激发的振动为此类振动
轴向振动：振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障 如不对中将会激发轴向振动
强迫振动
自激振动
激振原因
由于外部激振力或激振位移引起的
在振动过程中，由于系统内部有能量输 入而引起的
频率与工作频 振动频率 = 工作频率
率的关系
（同步振动）
振动频率 < 工作频率 （亚同步振动）
特点？每一阶临界转速下，转子有一个对应的振型
单圆盘转子的临界转速
r/e
O’
m A
k
O
y
C
r
e A
O
1 0
x
c
圆盘惯性力 ＋ 轴弹性力 ＝ 偏心的离心力
m m
d2 x
dt 2 d2 y
dt 2
kx ky
me 2 me 2
cos t sint
临界转速 c
扭转振动：沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性 轴将会产生扭振
• 产生扭转振动的根本原因是旋转机械的主动力矩与负荷反 力矩之间失去平衡，致使合成扭矩方向来回变化。 x
0
z
y
最简单的转子系统
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
设计原因
• 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动/自激振动 • 结构不合理，应力集中 • 设计工作转速接近或落入临界转速区 • 热膨胀量计算不准，导致热态不对中
0
小
支承刚度
大
K
支承刚度降低，临界转速随之下降
单转子的临界转速和振型 单转子的临界转速和振型
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
多转子轴系的临界转速和振型
200MW汽轮发电机组
高压转子 中压转子 低压转子
性质和精度 • 机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
转子的临界转速
临界转速
What？当转子转速达到某一数值后，振动就大得使 机组无法继续工作，即所谓临界转速
现象？转子在临界转速下会发生剧烈振动 大小？临界转速数值上一般等于转子横向振动的固有
频率。大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布） 和轴承的结构(边界条件) 形式？一个实际的转子往往有多阶临界转速，从低到 高依次称为第一阶、第二阶、第三阶等
制造原因
• 零部件加工制造不良，精度不够 • 零件材质不良，强度不够，制造缺陷 • 转子动平衡不符合技术要求
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
安装/维修的原因
• 机械安装不当，零部件错位，预负荷大 • 轴系对中不良 • 机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当 • 转子长期放置不当，改变了动平衡精度
轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。
源自文库
多转子轴系的临界转速和振型
200MW汽轮发电机组轴系
单个 转 子 高压转子 中压转子 低压转子
发电机转子
刚性支承 1805 1316 1965 1053 3149
弹性支承 1693 1221 1740 943 2654 多跨 轴 系 高压转子型 中压转子型 低压转子型 发电机转子型 刚性支承 2284 1643 2592 1142 3444 弹性支承 1936 1470 2014 1002 2678
柔性转子系统：工作转速在一阶临界转速以上
• 判别依据：一般工作转速>6000r/min 的机械系统属于柔性 转子系统
• 亚同步振动：振动频率 < 工作频率 • 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
旋转机械振动及故障概述
两种转子系统振动特点比较
刚性系统
柔性系统
振动特点
操作运行的原因
• 工艺参数(如介质的温度、压力、流量、负荷)偏离设计值 • 转速接近或落入临界转速区 • 润滑或冷却不良 • 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长
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
机器劣化的原因
• 长期运行，转子的挠度增大或动平衡劣化 • 转子局部损坏、脱落或产生裂纹 • 零部件磨损、点蚀或腐蚀 • 配合面受力劣化、产生过盈不足或松动等，破坏了配合的
回转力矩
• 转子的轴线与支点的连线有夹角，会产生回转力矩，也称 陀螺力矩。
• 正进动时，回转力矩可以提高转子的刚度，临界转速增大； 反进动时，降低转子的刚度，临界转速减小。
组合转子
• 组合系统中各转子的各阶临界转速高于单个转子。
支承刚度对临界转速的影响
临 界 转 速
临界转速 : c
k m
发电机转子
多转子轴系的临界转速和振型
高压转子 中压转子
低压转子
发电机转子
200MW 汽轮发电机组轴系
发电机转子型 n1 =1002 r/min
中压转子型 n2 = 1470 r/min
高压转子型 n3 = 1936 r/min
低压转子型 n4 = 2014 r/min
发电机转子型 n5 = 2678 r/min
轴系的各阶临界转速高于相应的单转子的临界转速 弹性支承转子的临界转速低于刚性支承转子的临界转速
旋转机械振动及故障概述
转子系统分类
刚性转子系统：工作转速在一阶临界转速以下
• 判别依据：一般工作转速<6000r/min 的机械系统属于刚性 转子系统
• 同步振动：振动频率 = 工作频率 • 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应
k m
由上式中解出x和y,并求得振幅r。
转子的临界转速
影响临界转速的因素
支承刚度
• 只有在支承完全不变形的条件下，支点才会在转子运动过 程中保持不动。考虑支承的弹性变形时，就相当于弹簧与 弹性转轴相串联。
• 支承与弹性转轴串联后，总的弹性刚度要低于转轴本身的 弹性刚度，使转子的临界转速降低。
机械设备故障诊断技术 ----旋转机械故障诊断
日钢专业培训教材 2019/10/6
旋转机械故障诊断技术
旋转机械振动及故障概述 旋转机械典型故障分析 小结
旋转机械振动及故障概述
何谓旋转机械
主要运动由旋转运动来完成的机械
• 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机
核心：转轴组件
旋转机械振动及故障概述
振动的分类
横向振动：振动发生在包括转轴的横向xoy平面内， 大多数故障所激发的振动为此类振动
轴向振动：振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障 如不对中将会激发轴向振动
强迫振动
自激振动
激振原因
由于外部激振力或激振位移引起的
在振动过程中，由于系统内部有能量输 入而引起的
频率与工作频 振动频率 = 工作频率
率的关系
（同步振动）
振动频率 < 工作频率 （亚同步振动）
特点？每一阶临界转速下，转子有一个对应的振型
单圆盘转子的临界转速
r/e
O’
m A
k
O
y
C
r
e A
O
1 0
x
c
圆盘惯性力 ＋ 轴弹性力 ＝ 偏心的离心力
m m
d2 x
dt 2 d2 y
dt 2
kx ky
me 2 me 2
cos t sint
临界转速 c
扭转振动：沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性 轴将会产生扭振
• 产生扭转振动的根本原因是旋转机械的主动力矩与负荷反 力矩之间失去平衡，致使合成扭矩方向来回变化。 x
0
z
y
最简单的转子系统
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
设计原因
• 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动/自激振动 • 结构不合理，应力集中 • 设计工作转速接近或落入临界转速区 • 热膨胀量计算不准，导致热态不对中
0
小
支承刚度
大
K
支承刚度降低，临界转速随之下降
单转子的临界转速和振型 单转子的临界转速和振型
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
多转子轴系的临界转速和振型
200MW汽轮发电机组
高压转子 中压转子 低压转子
性质和精度 • 机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
转子的临界转速
临界转速
What？当转子转速达到某一数值后，振动就大得使 机组无法继续工作，即所谓临界转速
现象？转子在临界转速下会发生剧烈振动 大小？临界转速数值上一般等于转子横向振动的固有
频率。大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布） 和轴承的结构(边界条件) 形式？一个实际的转子往往有多阶临界转速，从低到 高依次称为第一阶、第二阶、第三阶等
制造原因
• 零部件加工制造不良，精度不够 • 零件材质不良，强度不够，制造缺陷 • 转子动平衡不符合技术要求
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
安装/维修的原因
• 机械安装不当，零部件错位，预负荷大 • 轴系对中不良 • 机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当 • 转子长期放置不当，改变了动平衡精度
轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。
源自文库
多转子轴系的临界转速和振型
200MW汽轮发电机组轴系
单个 转 子 高压转子 中压转子 低压转子
发电机转子
刚性支承 1805 1316 1965 1053 3149
弹性支承 1693 1221 1740 943 2654 多跨 轴 系 高压转子型 中压转子型 低压转子型 发电机转子型 刚性支承 2284 1643 2592 1142 3444 弹性支承 1936 1470 2014 1002 2678
柔性转子系统：工作转速在一阶临界转速以上
• 判别依据：一般工作转速>6000r/min 的机械系统属于柔性 转子系统
• 亚同步振动：振动频率 < 工作频率 • 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
旋转机械振动及故障概述
两种转子系统振动特点比较
刚性系统
柔性系统
振动特点
操作运行的原因
• 工艺参数(如介质的温度、压力、流量、负荷)偏离设计值 • 转速接近或落入临界转速区 • 润滑或冷却不良 • 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长
旋转机械振动及故障概述
旋转机械故障原因分类
机器劣化的原因
• 长期运行，转子的挠度增大或动平衡劣化 • 转子局部损坏、脱落或产生裂纹 • 零部件磨损、点蚀或腐蚀 • 配合面受力劣化、产生过盈不足或松动等，破坏了配合的
回转力矩
• 转子的轴线与支点的连线有夹角，会产生回转力矩，也称 陀螺力矩。
• 正进动时，回转力矩可以提高转子的刚度，临界转速增大； 反进动时，降低转子的刚度，临界转速减小。
组合转子
• 组合系统中各转子的各阶临界转速高于单个转子。
支承刚度对临界转速的影响
临 界 转 速
临界转速 : c
k m
发电机转子
多转子轴系的临界转速和振型
高压转子 中压转子
低压转子
发电机转子
200MW 汽轮发电机组轴系
发电机转子型 n1 =1002 r/min
中压转子型 n2 = 1470 r/min
高压转子型 n3 = 1936 r/min
低压转子型 n4 = 2014 r/min
发电机转子型 n5 = 2678 r/min
轴系的各阶临界转速高于相应的单转子的临界转速 弹性支承转子的临界转速低于刚性支承转子的临界转速
旋转机械振动及故障概述
转子系统分类
刚性转子系统：工作转速在一阶临界转速以下
• 判别依据：一般工作转速<6000r/min 的机械系统属于刚性 转子系统
• 同步振动：振动频率 = 工作频率 • 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应
k m
由上式中解出x和y,并求得振幅r。
转子的临界转速
影响临界转速的因素
支承刚度
• 只有在支承完全不变形的条件下，支点才会在转子运动过 程中保持不动。考虑支承的弹性变形时，就相当于弹簧与 弹性转轴相串联。
• 支承与弹性转轴串联后，总的弹性刚度要低于转轴本身的 弹性刚度，使转子的临界转速降低。
机械设备故障诊断技术 ----旋转机械故障诊断
日钢专业培训教材 2019/10/6
旋转机械故障诊断技术
旋转机械振动及故障概述 旋转机械典型故障分析 小结
旋转机械振动及故障概述
何谓旋转机械
主要运动由旋转运动来完成的机械
• 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机
核心：转轴组件