旋转机械的共振与油膜振荡,附案例说明
机械上共振原理的应用实例
机械上共振原理的应用实例1. 介绍共振是指在一个物体受到周期性外力刺激时，其振动幅度达到最大的状态。
机械上的共振现象在实际生活中有各种应用，本文将介绍一些机械上共振原理的应用实例。
2. 摇摆桥摇摆桥是一种构造独特的桥梁，其特点是在人员或车辆通过时产生较大振幅，给人一种摇摇晃晃的感觉。
其实质就是利用了机械上共振原理。
•设计原理：摇摆桥的主梁是由两段相对独立的悬臂梁组成，悬臂梁之间通过扭转弹簧相连。
当人员或车辆通过桥梁时，产生的外力作用在悬臂梁上，通过扭转弹簧的特性，将共振频率集中在相对较低的频率上，从而使桥梁发生共振。
•应用场景：摇摆桥通常应用在公园、游乐场等娱乐设施中，可以给游客带来刺激与乐趣。
3. 悬挂式隔震系统悬挂式隔震系统是一种用于建筑等结构物的抗震措施，它通过利用机械上的共振原理减少地震对建筑的破坏。
•设计原理：悬挂式隔震系统采用弹簧与阻尼器相结合的方式，将建筑物悬挂在地面上，当地震产生时，弹簧会发生共振，通过阻尼器的作用将共振的能量耗散掉，从而减小了地震对建筑物的冲击。
•应用场景：悬挂式隔震系统广泛应用于高层建筑、大型桥梁等结构物，提高了其抗震能力，保护了人们的生命财产安全。
4. 非接触式测量仪器非接触式测量仪器是一种利用机械共振原理进行精确测量的仪器。
•设计原理：非接触式测量仪器通常由一个臂杆、一个测量仪和一个共振激励器组成。
测量仪器产生一个周期性的激励信号，通过共振激励器作用在臂杆上，当臂杆的共振频率与激励信号的频率相同，臂杆会发生共振，测量仪器通过测量共振频率的变化来获得被测量物体的参数。
•应用场景：非接触式测量仪器常应用于精密仪器的校准、物体质量的测量等领域，具有高精度和高灵敏度的特点。
5. 可调音乐乐器可调音乐乐器是一类可以根据不同频率的共振发生器调节音高的乐器。
•设计原理：可调音乐乐器利用机械共振原理，通过调节共振发生器的频率来调节乐器的音高。
当共振发生器的共振频率与乐器的固有频率相同时，乐器产生共振，从而改变音高。
某200MW汽轮机组油膜振荡问题分析及处理
某200MW汽轮机组油膜振荡问题分析及处理摘要：滑动轴承油膜振荡问题是汽轮机运行中常见的故障，此类振动故障严重威胁机组的安全运行。
文以某200MW汽轮机油膜振荡事件为分析案例，结合油膜振荡发生特征和原理对事件进行分析，并根据分析结果给出合理化控制措施，问题分析思路及处理措施可为解决同类问题提供参考。
关键字：汽轮机；滑动轴承；油膜振荡汽轮机运行中滑动轴承油膜失稳故障一直备受同行业者关注，油膜失稳一般分为油膜涡动和油膜振荡两个阶段[1]。
油膜振荡现象是汽轮机转子轴颈的涡动频率与其自振频率相重合，因共振效应而引起的振动突增现象，在转子工作转速高于2倍第一临界转速时发生的轴瓦自激振动[2]。
1机组概况某200MW汽轮机组为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的NC200—12.75/0.39/535/535型氢冷汽轮发电机组。
机组轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子构成，轴系布置如图1所示。
高、中压转子及低压转子由椭圆瓦支撑，发电机由圆筒瓦支撑。
图1某200MW汽轮机轴系布置示意图2问题描述2019年12月20日05时19分，1号机4瓦轴振X向由31.89μm突增至300.81μm，4瓦轴振Y向由45.28μm突增至200.49μm，其他轴瓦振动均有上升趋势，4瓦轴振大保护动作导致汽轮机跳闸。
事件发生前机组运行稳定，3瓦温度80.7℃、油膜压力2MPa；4瓦温度63.5℃、油膜压力1.2MPa；5瓦温度68.7℃、油膜压力3MPa。
3事件分析此次事件具有突发性并无明显征兆，其中，3瓦水平轴振3X由31.8μm突增至105.16μm，4瓦水平轴振4X由31.89μm突增至300.81μm，5瓦水平轴振5X由46.08μm突增至219.41μm，4瓦轴振上涨幅度最大并引起其他各瓦轴振上涨，由此初步判断次事件发生振动故障的位置在4瓦处。
事件发生前3瓦、4瓦、5瓦轴瓦温度及回油温度数据统计见表1，可以发现4瓦温度较3瓦、5瓦温度偏低，结合机组正常运行期间各轴瓦油膜压力，4瓦油膜压力亦明显低于临瓦油膜压力，数据表明该机组在正常运行期间4瓦载荷明显偏低于3瓦和5瓦载荷。
旋转机械振动分析基础
第一章旋转机械振动分析基础汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等都属于旋转机械，是电力、石化和冶金等行业的关键设备。
这些设备出现故障后，大多会带来严重的经济损失。
以100MW～600MW汽轮发电机组为例，出现故障后，多启动一次的直接经济代价（仅考虑燃油和厂用电消耗）约5万～30万元。
机组容量越大，经济损失越大。
振动在设备故障中占了很大比重，是影响设备安全、稳定运行的重要因素。
振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备健康状况，是设备安全评估的重要指标。
一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小。
一旦机组振动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。
振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在：(1)振动过大将会导致轴承乌金疲劳损坏。
图1给出了某台机组轴承乌金损坏图片。
某厂一台汽轮发电机组＃1轴承乌金经常损坏。
新轴承换上后，短时只能运行20～30天，长时也只能运行2～3个月。
测试发现，轴颈处转轴振动达到280μm。
大修中对该转子进行了动平衡，大修后的轴振减小为70μm。
稳定运行四年多，乌金没有再次碎裂。
某厂一台压缩机振动不稳定，三个月内累计发生阵发性振动8次。
虽然每次幅值不大、时间不长，但是揭开轴承检查，经常能发现乌金局部碎裂，有时顶轴油孔甚至被磨损的乌金堵住。
图1 轴承乌金疲劳碎裂(2)过大振动将会造成通流部分磨损，严重时将会导致大轴弯曲。
统计数据表明，汽轮发电机组60％以上的大轴弯曲事故就是由于摩擦引起的。
图2给出了某台300MW汽轮机大轴弯曲后实测得到的弯轴曲线[1]。
图3给出了某台机组汽封摩擦损坏图片。
某厂1台汽轮机冷态启动，在1200rpm下暖机30分钟后，2号轴承振动逐渐增大到40μm。
降速到500rpm后再次升速到1200rpm暖机，振动逐渐增大到82μm，振动发散速度越来越快。
打闸停机过程中，振动未见减小，反而进一步加大。
现场人员发现汽封摩擦冒火星。
停机后2号轴颈处大轴晃度达到390μm。
汽轮机轴承油膜油膜振荡介绍
汽轮机轴承油膜油膜振荡介绍①轴承润滑油膜的形成轴瓦的孔径较轴颈稍大些，静止时，轴颈位于轴瓦下部直接于轴瓦下表面接触，在轴瓦和轴颈之间形成了楔形间隙。
当转子开始转动时，轴颈于轴瓦之间会出现直接摩擦，但是，随着轴颈的转动，润滑油由于粘性而附着在轴的表面上，被带入轴颈与轴瓦之间的楔形间隙中。
随着转速的升高，被带入的油量增加，由于楔形间隙中油流的出口面积不断减小，所以油压不断升高，当这个压力增大到足以平衡转子对轴瓦的全部作用力时，轴颈就被油膜托起，悬浮在油膜上转动，从而避免了金属直接摩擦，建立了液体摩擦。
②汽轮机主轴承的分类圆筒瓦支持轴承椭圆瓦支持轴承三油楔支持轴承可倾瓦支持轴承油囊式支持轴承其中可倾瓦支持轴承通常由3～5个或更多个能支点上自由倾斜的弧形瓦块组成，由于其瓦块能随着转速、载荷及轴承温度的不同而自由摆动，在轴颈周围形成多油楔。
且各个油膜压力总是指向中心，具有较高的稳定性。
另外，可倾瓦支持轴承还具有支承柔性大，吸收振动能量好、承载能力大、功耗小和适应正反向转动等特点。
但是可倾瓦结构复杂、安装、检修较为困难，成本较高。
7、油膜振荡①半速涡动由于在运行中受到干扰而使油膜失稳引起轴颈成发散状轨迹涡动，其角速度约为轴颈转动角速度的一半，所以称为半速涡动。
②油膜振荡及其特点典型的油膜振荡发生在汽轮机启动升速过程中，转子的第一阶临界转速越低，其支持轴承在工作转速范围内发生油膜振荡的可能性就越大，油膜振荡的振幅比半速涡动要大的多，转子跳动剧烈，往往不是一个轴承和相邻轴承，而是机组的所有轴承都出现强烈振动，机组附近有“咚咚”的撞击声，油膜振荡一旦发生，转子始终保持着等于临界转速的涡动速度，而不再随转速的升高而升高，这一现象成为油膜振荡的惯性效应。
所以遇到油膜振荡发生时，不能象过临界转速那样，借提高转速冲过去的办法来消除油膜振荡的产生：轴颈带动润滑油高速流动时，高速油流反过来激励轴颈，使其发生强烈振动的一种自激振动现象。
15类39个机械振动故障及其特征频谱，讲解的非常详细，你学会了吗
15类39个机械振动故障及其特征频谱，讲解的非常详细，你学会了吗15类常见的振动故障及其特征频谱: 不平衡、不对中、偏心转子、弯曲轴、机械松动、转子摩擦、共振、皮带和皮带轮、流体动力激振、拍振、偏心转子、电机、齿轮故障、滚动轴承、滑动轴承。
一、不平衡不平衡故障症状特征：•振动主频率等于转子转速•径向振动占优势•振动相位稳定•振动随转速平方变化•振动相位偏移方向与测量方向成正比1、力偶不平衡力偶不平衡症状特征：•同一轴上相位差180°•存在1X转速频率而且占优势•振动幅值随提高的转速的平方变化•可能引起很大的轴向及径向振动幅值•动平衡需要在两个修正面内修正2、悬臂转子不平衡悬臂转子不平衡症状特征：•径向和轴向方向存在1X转速频率•轴向方向读数同相位，但是径向方向读数可能不稳定•悬臂转子经常存在力不平衡和力偶不平衡两者，所以都需要修正二、不对中1、角向不对中角向不对中症状特征：•特征是轴向振动大•联轴器两侧振动相位差180°•典型地为1X和2X转速大的轴向振动•通常不是1X，2X或3X转速频率占优势•症状可指示联轴器故障2、平行不对中平行不对中症状特征：•大的径向方向相位差180°的振动严重不对中时，产生高次谐波频率•2X转速幅值往往大于1X转速幅值，类似于角向不对中的症状•联轴器的设计可能影响振动频谱形状和幅值3、装斜的滚动轴承装斜的滚动轴承症状特征：•振动症状类似于角向不对中•试图重新对中联轴器或动平衡转子不能解决问题•产生相位偏移约180°的侧面•对侧面或顶部对底部的扭动运动三、偏心转子偏心转子症状特征：•在转子中心连线方向上最大的1X转速频率振动•相对相位差为0°或180°•试图动平衡将使一个方向的振动幅值减小，但是另一个方向振动可能增大四、弯曲轴弯曲轴症状特征：•弯曲的轴产生大的轴向振动•如果弯曲接近轴的跨度中心，则1X转速频率占优势•如果弯曲接近轴的跨度两端，则2X转速频率占优势•轴向方向的相位差趋向180°五、机械松动1、机械松动(A)机械松动 (A) 症状特征：•机器底脚结构松动引起的•基础变形将产生“软底脚”问题•相位分析将揭示机器的底板部件之间垂直方向相位差约180°2、机械松动(B)机械松动(B)症状特征：•由地脚螺栓松动引起的•可能产生0.5X、1X、2X和3X转速频率振动时，由裂纹的结构或轴承座引起的3、机械松动(C)机械松动(C)症状特征：•相位经常是不稳定的•将产生许多谐波频率六、转子摩擦转子摩擦症状特征•振动频谱类似于机械松动•通常产生一系列可能激起自激振动的频率•可能出现转速的亚谐波频率振动•摩擦可能是部分圆周或整圆周的七、共振共振症状特征：•当强迫振动频率与自振频率一致时，出现共振•轴通过共振时，相位改变180°，系统处于共振状态时，将产生大幅值的振动八、皮带和皮带轮1、皮带共振皮带共振症状特征：•如果皮带自振频率与驱动转速或被驱动转速频率一致，则可能出现大幅值的振动•改变皮带张力可能改变皮带的自振频率2、皮带磨损、松动或不匹配皮带磨损、松动或不匹配症状特征：•往往2X转速频率占优势•振动幅值往往是不稳定的，有时是脉冲、频率或是驱动转速频率，或是被驱动转速频率•齿形皮带磨损或不对中，将产生齿轮皮带频率大幅值的振动•皮带振动频率低于驱动转速或被驱动转速频率3、偏心皮带轮偏心皮带轮症状特征：•偏心或不平衡的皮带轮，将产生1x转速频率的大幅值的皮带轮振动•在皮带一致方向上的振动幅值最大•试图动平衡偏心皮带轮要谨慎4皮带/皮带轮不对中皮带/皮带轮不对中症状特征：•皮带轮不对中将产生1X转速频率的大幅值的轴向振动•电动机上振动幅值最大的往往是风机转速频率九、流体动力激振1、叶片通过频率流体动力激振症状特征：•如果叶片与壳体之间的间隙不均匀，叶片通过频率 (BPF) 振动的幅值可能很高•如果摩擦环卡在轴上，可能产生高幅值的叶片通过频率 (BPF) 振动•偏心的转子可能产生幅值过大的叶片通过频率 (BPF) 振动2、流体紊流流体紊流症状特征：•在风机中，由于流道内气流的压力变化或速度变化，往往会出现气流紊流流动•将产生随机的，可能在0到30赫兹频率范围的低频振动3、气穴气穴症状特征：•气穴将产生随机的，叠加在叶片通过频率( BPF) 上的高频宽带能量振动•通常说明进口压力不当•如果任凭气穴现象存在，将可能导致叶轮的叶片腐蚀和泵壳体腐蚀•声音听起来像砂石经过泵的声音十、拍振拍振症状特征：•拍振是两个频率非常接近的振动同相位和反相位合成的结果•宽带谱将显示为一个尖峰上下，波动本身在宽带谱上存在两个尖峰的频率之差就是拍频十一、偏心转子•电源频率FL（中国为50赫兹=3000转/分）•极数P•转子条通过频率Fb=转子条数*转子转速•同步转速NS=2XFL/P•滑差频率FS=同步转速-转子转速1、定子偏心、绝缘短路和铁芯松动定子偏心、绝缘短路和铁芯松动症状特征：•定子问题产生高幅值的电源频率，二倍 (2FL) 电磁振动•定子偏心产生不均匀的气隙，其振动的单向性非常明显•软底脚可能导致定子偏心2、同步电动机同步电动机症状特征：•同步电动机的定子线圈松动产生•高幅值的线圈通过频率振动•线圈通过频率两侧将伴随1X转速频率的边带3、电源相位故障电源相位故障症状特征：•相位问题将引起二倍电源频率•(2FL)伴有 (1/3) FL的边带•如果不修正电源故障，二倍电源频率 (2FL) 的电磁振动幅值可能超过25毫米/秒峰值•如果电源接头局部故障只是偶尔接触故障4、偏心转子偏心转子症状特征：•偏心转子产生旋转的、可变的气隙，它产生脉冲振动•经常要求进行细化谱分析，以分离二倍电源频率(2F) 与旋转转速的谐波频率5、转子断条转子断条症状特征：•旋转转速及其谐波频率两侧伴随极通过频率(Fp)边带说明转子断条故障•在转子条通过频率(RBPF)两侧，伴随二倍电源频率(2FL)边带说明转子条松动•往往是转子条通过频率(RBPF)的二倍( 2XRBPF)和三倍 (3XRBPF )幅值很高，而转子条通过频率(RBPF)的基频 (1XRBPF)的幅值很小十二、直流电机直流电动机故障症状特征：•利用可控硅整流器频率 (SCR) 高于正常的幅值可检测直流电动机故障•这些故障包括：绕组线圈断裂，保险丝和控制板故障，可产生1X到5X电源频率的高幅值振动十三、齿轮故障正常状态频谱：•正常状态频谱显示1X和2X转速频率和齿轮啮合频率GMF•齿轮啮合频率GMF通常伴有旋转转速频率边带•所有的振动尖峰的幅值都较低，没有自振频率1、齿载荷的影响齿载荷的影响症状特征：•齿轮啮合频率往往对载荷很敏感•高幅值的齿轮啮合频率GMF未必说明齿轮有故障•每次分析都应该在最大载荷下进行2、齿磨损齿磨损症状特征：•激起自振频率同时伴有磨损齿轮的1X转速频率的边带说明齿磨损•边带是比齿轮啮合频率GMF更好的磨损指示•当齿轮的齿磨损时齿轮啮合频率的幅值可能不变3、齿轮偏心和侧隙游移齿轮偏心和侧隙游移症状特征：•齿轮啮合频率GMF两侧较高幅值的边带说明，齿轮偏心侧隙游移和齿轮轴不平行•有故障的齿轮将调制边带•不正常的侧隙游移通常将激起齿轮自振频率振动4、齿轮不对中齿轮不对中症状特征：•齿轮不对中总是激起二阶或更高阶的齿轮啮合频率的谐波频率，并伴有旋转转速频率边带•齿轮啮合频率基频(1XGMF)的幅值较小，而2X和3X齿轮啮合频率的幅值较高•为了捕捉至少2XGMF频率，设置足够高的最高分析频率Fmax 很重要5、断齿/裂齿断齿/裂齿症状特征：•断齿或裂齿将产生该齿轮的1X转速频率的高幅值的振动•它将激起自振频率振动，并且在其两侧伴有旋转转速基频边带•利用时域波形最佳指示断齿或裂齿故障•两个脉冲之间的时间间隔就是1X转速的倒数6、齿磨损摆动的齿症状特征：•摆动的齿轮的振动是低频振动，经常忽略它十四、滚动轴承1、滚动轴承故障发展的第一阶段滚动轴承故障发展的第一阶段症状特征：•超声波频率范围(>250K赫兹) 内的最早的指示，利用振动加速度包络技术（振动尖峰能量gSE）可最好地评定频谱2、滚动轴承故障发展的第二阶段滚动轴承故障发展的第二阶段症状特征：•轻微的故障激起滚动轴承部件的自振频率振动•故障频率出现在500-2000赫兹范围内•在滚动轴承故障发展第二阶段的末端，在自振频率的左右两侧出现边带频率3、滚动轴承故障发展的第三阶段滚动轴承故障发展的第三阶段症状特征：•出现滚动轴承故障频率及其谐波频率•随着磨损严重出现故障频率的许多谐波频率，边带数也增多•在此阶段，磨损可以用肉眼看见，并环绕轴承的圆周方向扩展4、滚动轴承故障发展的第四阶段滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征：•离散的滚动轴承故障频率消失，被噪声地平形式的宽带随机振动取代之•朝此阶段末端发展，甚至影响1X转速频率的幅值•事实上，高频噪声地平的幅值和总量幅值可能反而减小十五、滑动轴承1、油膜振荡不稳定性油膜振荡症状特征：•如果机器在2X转子临界转速下运转，可能出现油膜振荡•当转子升速到转子第二阶临界转速时，油膜涡动接近转子临界转速，过大的振动将使油膜不能支承轴•油膜振荡频率将锁定在转子的临界转速。
机械共振案例
机械共振案例机械共振是指在某些特定条件下，机械系统的振动会被外界激励源的频率所共振，使得振幅迅速增大的现象。
这种现象在工程实践中常常会带来一些问题，甚至对系统的稳定性和安全性产生影响。
下面将列举10个机械共振案例，并对其进行详细描述。
1. 桥梁共振：当桥梁的自然频率与车辆通过桥梁的频率相接近时，桥梁可能发生共振现象。
这会导致桥梁产生剧烈振动，甚至发生破坏，严重威胁行车安全。
2. 风共振：当风通过建筑物或其他结构时，如果风的频率与结构的固有频率相接近，就会发生风共振。
这种共振会导致结构物发生剧烈振动，甚至导致倒塌，造成严重的灾害。
3. 机械设备共振：在工业生产中，机械设备的工作频率可能与其固有频率相近，从而引发共振。
共振会导致设备产生过大振动，降低工作效率，甚至造成设备损坏，需要进行振动控制和调整工作频率。
4. 汽车共振：汽车在行驶过程中，车身可能与路面之间发生共振。
当车辆的悬挂系统的固有频率与路面不平整的频率相接近时，就会发生共振现象。
这会导致车辆产生剧烈的颠簸感，影响驾驶安全和乘坐舒适性。
5. 轨道共振：在铁路运输中，列车行驶在轨道上时，轨道与车轮之间可能发生共振。
当列车的频率与轨道的固有频率相接近时，就会发生轨道共振现象。
这会导致轨道产生剧烈振动，影响列车的行驶稳定性和乘客的乘坐舒适性。
6. 水管共振：当水管中的流体通过时，如果流体的频率与管道的固有频率相接近，就会发生水管共振。
这种共振会导致管道产生剧烈振动，甚至破裂，造成水泄漏和供水中断。
7. 发动机共振：发动机的工作频率与车辆的固有频率相接近时，就会发生发动机共振。
这种共振会导致发动机工作不稳定，产生异响和震动，影响驾驶的舒适性和驾驶安全。
8. 飞机共振：飞机在飞行过程中，当飞机的频率与空气动力学特性的固有频率相接近时，就会发生飞机共振。
这种共振会导致飞机产生剧烈振动，影响飞行稳定性和乘客的乘坐舒适性。
9. 摇摆桥共振：摇摆桥是一种特殊的桥梁结构，当桥梁的摇摆频率与外部激励的频率相接近时，就会发生摇摆桥共振。
旋转机械振动故障分析讲义共76页文档
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
★油膜涡动与油膜振荡的特征
★油膜涡动与油膜振荡的特征
油膜涡动与油膜振荡的特征
起始失稳转速与转子的相对偏心率有关，轻载转子在第一临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但不产生大幅度的振动;当转速达到两倍第一临界转速时，转子由于共振而有较大的振幅;越过第一临界转速后振幅再次减少，当转速达到两倍第一临界转速时，振幅增大并且不随转速的增加而改变，即发生了油膜振荡，如图1-6(a)。
对于重载转子，因为轴颈在轴承中相对偏心率较大，转子的稳定性好，低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达到两倍的第一临界转速时，也不会立即发生很大的振动，当转速达到两倍的第一临界转速之后的某一转速时，才突然发生油膜振荡，如图1-6(c)。
中载转子在过了一阶临界转速ωC1后会出现半速涡动，而油膜振荡则在二倍的第一临界转速之后出现，如图1-6(b)。
油膜振荡还具有以下特征。
(1)油膜振荡在一阶临界转速的二倍以上时发生。
一旦发生振荡，振幅急剧加大，即使再提高转速，振幅也不会下降。
(2)油膜振荡时，轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率。
(3)油膜振荡具有惯性效应，升速时产生油膜振荡的转速和降速时油膜振荡消失时的转速不同，如图1-6(c)所示。
图1-6 不同载荷下的油膜振荡特点
(4)油膜振荡为正进动，即轴心涡动的方向和转子旋转方向相同。
振动故障机理及案例资料PPT课件
振动故障机理及案例
东北电力科学研究院 常强 2009年8月
转子质量不平衡
机理：转子残余质量不平衡过大，产生 较大离心激振力，转子——轴承系统振 动响应较大。 对于挠性转子来说，低阶不平衡响应对 高转速下的振动响应影响较小 不平衡故障可以通过动平衡试验消除
动静碰磨故障的一般处理原则
如果观察到转子在较低转速下振动过大，尤其 是瓦振偏大，且在固定转速下持续增大时，发 生碰磨故障的可性能很大，应及时停机，不能 再尝试升速越过临界转速区。
机组在启动（尤其是冷态）过程中应严格控制 各项参数，各项保护均应投入，当因振动大跳 机后，不能立即挂闸再次启动
动静碰磨故障的一般处理原则
转子裂纹
转子裂纹
转子裂纹出现早期，机组的振动不会发 生显著的变化。 转子裂纹的扩展周期较长。 在机组振动显著增大后，转子裂纹已经 扩展至较大范围。
油膜振荡
故障机理： 轴承设计不合理，轴系稳定性较差，在 机组受到外界扰动后，轴系振动失稳。 振动迅速增大。 可倾瓦稳定性最好，应用较广。圆筒瓦、 3油楔瓦稳定性较差，目前以很少应用。
转子裂纹
案列：600MW机组小轴裂纹
转子裂纹
2009年2月底至3月中旬，该机组7瓦振动 持续小幅增长。 3月19日，6、7瓦振动突然发生大幅阶跃 式增长 。此后，7瓦振动快速增大。 7瓦振动信号中有明显的二倍频成分。
旋转机械的常见故障
旋转机械的常见故障旋转机械的常见故障有很多，包括不平衡、不对中、轴弯曲和热弯曲、油膜涡动和油膜振荡、蒸汽激振、机械松动、转子断叶片与脱落、摩擦、轴裂纹、旋转失速与喘振、机械偏差和电气偏差等。
1、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、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，同时还会使轴系的临界转速发生改变。
3、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。
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共振
有的旋转机械在启动升速过程中，当达到某个（或某些）转速时，有时会出现振动急剧增大的现象。
有的机器甚至在工作转速下也会产生比较剧烈的振动。
这有可能是转子处在临界转速下运行而发生共振所致。
机器设备上的每个零部件都有自己的“固有频率”（又称自振频率）。
当机器的转速等于固有频率时，就发生共振。
所以，当机器在某一转速下振动增大时，就要识别是否存在共振。
若属共振，只要改变转速（增大或减小），振幅就会下降。
所以通过三维功率谱分析很容易确诊。
另外，在设备运行时，由于工作系统内存在有与转速同步的激励源，就会产生类似于共振的“拍振”。
比如有台大型水泵的排出管段上截面突然改变而形成流体脉动，其频率与转速十分接近，那么就会产生类似共振的强烈振动。
不过这种现象不会长存，而是处在不断的变化之中。
还有，故障信号的谐波有时也是产生共振的一个因素，即“谐波共振”。
谐波一旦消失（比如故障消除后），谐波共振也就不存在了。
油膜振荡
有些高性能机械，如蒸汽涡轮机、汽轮发电机、离心压缩机、高速离心泵等，它们的转子系统多属于高速轻载。
由于设计或使用方面的原因，轴承容易发生油膜不稳定性，在某种工作状态下，有可能发生高速滑动轴承特有的故障——油膜振荡。
为了诊断油膜振荡故障，需要了解油膜振荡产生的条件、故障特征及处理方法。
1）产生条件
a）油膜振荡发生在高速运行的设备上，通常转速频率大于转子一阶临界转速2倍以上；
b）只出现在使用压力油润滑的滑动轴承上。
2）初始现象
滑动轴承发生的油膜振荡，是轴颈的涡动运动与转子自振频率相吻合时发生的大幅度共振运动。
往往来势很猛，瞬间振幅突然升高，很快发生油膜破裂，引起轴颈和轴瓦间互相摩擦，并发生强烈的吼叫声。
如果处理不及时，会严重损坏轴承和转子。
3）频率特征
油膜振荡最重要的标志是它发生时的振动频率（Hz）接近转频的一半，即：
f=（0.43~0.48）fr
某石油化工厂有一台离心式冷冻压缩机，自更换轴承架和主轴瓦以后，曾试车38次，均由于机器出现强烈振动和吼叫声而告失败。
后经振动测试分析，发现振动主频率为92Hz，约为该机转速频率（213Hz）的0.43倍，判断为油膜振荡。
后来通过修改轴承的结构设计，油膜振荡问题才得以根本解决。
在判断油膜振荡故障时，要注意将其与别的具有类似频率特征的故障区别开来，如转子与定子摩擦，浮环密封被卡住失去浮动作用而激起的振动，以及叶轮中气体激振力激起的振动，均可产生半倍频振动。
为了区别，需要结合设备的具体情况分析其产生的条件及频率以外的其他相关因素。
4）消除油膜振荡的措施
如果诊断属于油膜振荡，可采取以下一些整改措施：
a）避开油膜共振区，在设计时，要避免转子工作在两倍一阶临界转速附近；b）增加轴承比压；
c）减小轴承间隙；
d）控制轴瓦预负荷；
e）选用抗振性好的轴承；
f）适当调整润滑油温；
g）从其他方面分析并消除油膜失稳的因素。
诊断实例
某化肥厂的二氧化碳压缩机组，从1987年开始振动渐增，至9月4日高压缸振动突然升到报警值而被迫停车。
机组运行过程中，在故障发生的前后，均对高压缸转子的径向振动作了频谱分析，谱图如图1所示。
故障发生前，振动信号中只有转频（f r）成分，故障发生时，谱图中除转频外，还有明显的半倍频成分。
另外，用户平时将机组列入重点设备管理，对机组整机振动值和重要的频率成分进行趋势管理，图2是在196天内的趋势管理图。
在机器运行了140多天后，到9月4日，半倍频幅值突增，通频幅值也有所增大，而1倍频、2倍频幅值几乎无变化。
据此判断压缩机高压缸轴承存在油膜振荡。
在处理过程中进行了工艺参数调整，改善了运行状态，振动降低，9月16日又作振动测试分析，其时0.5倍频已经消失只存在转频成分，这说明油膜振荡问题已经不存在，只有转子的不平衡状态依然存在。
这个实例抓住了油膜振荡的标志性特征，即近似半倍频特性，并辅以趋势管理所提供的信息，作出了准确的判断和妥善处理，过程完整，效果明显。
再一次证明频率分析在简易诊断中的重要性。