旋转机械(转子)故障诊断.
浅谈旋转机械的故障诊断
次谐波按其频率大小从 低到高排列起来就成了频谱：旋转机械
的 振 动 信 号 大 多 数 是 一些 居期 信 号 、 周期 信 号 、 平 稳随 机 信 ｊ 准 或
ｆ ——转子旋转频率 ， ｚ Ｈ
ｎ— —
转 子转 速 ，／ ｉ ｒ ｎ ａ ｒ
除此 之 外 ， 不平 衡振 动 还 会激 起 其他 频 率 成 分 例 如 分 频 、 倍 不平 衡 引 起 的 振 动 幅 值 在 径 向 和 轴 广 大 小 是 不 一 样 的 ， ｕ 】 径
膨胀干燥 系统 、 高速卷接包机组的 刀头组 件 、 Ｄ ２硬盒翻盖包 Ｇ Ｘ 装机组齿轮箱 、 高速包装机组转塔 这些 设备都是生产线上 Ｂ１ 的关键设 备， 对这些设 备加 强监 测 ， ｌ发生故 障 ， 防 Ｌ 具有十 分重
转 频 相 一 致 ， 诊断
旋转机械的每一种故 障部有各 自的特征频率 ，故障频 率都 与转子的转速有关 ， 或等于转 子的旋转频率 （ 简称转频或 工频 ）
或 倍 频 或 分 频 。 此 ， 析 振 动 频 率 与转 频 的 关 系 是 诊 断旋 转 机 凶 分
械故障的一把 钥匙。
状态有着对应的关系 机械分为旋转 机械 和往复机械两种类型 ， 它们在组成结构 、 力学特 征以及工 作原理等方面都有所不 同， 动 故障信号的表现形式 也存在差异 烟草行业大多采用旋转机械 ，
例 如 Ｓ ８ １ 隧 道 式 烘 梗 丝 机 热 风 循 环 Ｊ机 、Ｈ Ｈ ０ １ ｘ 【 Ｓ ９型 叶 丝 在 线 频等
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。
旋转机械转子不平衡的故障诊断
中 图分 类 号 ：Ｆ ０ 文献 标 识 码 ： Ｔ３７ Ａ 文 章 编 号 ： １４—０ ７ （０ ８ ０ ４ ９—０ ６７ ９ １２ ０ ）４—０ ４
Ｆａ ｌ ｒ ａ ｎ ｓｓ ０ ｍ ｂ ｌ ｎ ｅ ｏ ｔ ｔ ｒ ｉ ｔ ｔｎ ａ ｈ ｎ ｒ ｉ ｅ Ｄｉ ｇ ｏ ｉ ｆＩ ａ ａ ｃ ｆＲｏ ａ ｏ ｎ Ｒｏ ｉ ｇ Ｍ ｃ ｉ ｅ ｙ ｕ ａ
收 什 ｝ 期 ：０ ８— ４一Ｉ 修 改 ｆ 期 ：０ ８— ４—２ １ ２０ ０ ４ １ ２０ ０ ９
； 堕 始 憨ｌ９８１ ３）２ 高 １．ｃ ｄ３１４＠ ｓｈｕ ｃ ｎ 钢 学 冶金 械４Ｐ 期 事 钢没 技术亍 理Ｌ ． 。 于。 长…公 ｊ锊 ？ Ｔ：６年一８ ０ ； ］ｉ：师．０２ 年牛 于 京 铁 院 机 －． 从 轧 备 Ｉ ： 供职。 攀’ 钢 焊 ： （｛３６） ７男．级ｆ ｚ ７９００ ０ 北 钢 ｅｉ０ 广 程 ８８ 业 ｎ １ ？ Ｉ ＿ 管 作… ０ ０ Ｅｆａｌ 。
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 、 心 力 矩 或 两 者 兼 而 有 之 。 离
及 材质不均 匀等原 因造 成 的 ， 出厂 时 动平 衡没 有 如
达 到平衡精 度 要 求 ， 投 用 之初 ， 会 产 生 较 大 的 在 便
振动。 渐发性 不平衡 是 由于转 子上 不均 匀结 垢 ， 质 介
中粉 尘 的 不 均 匀 沉 积 ， 质 中 颗 粒 对 叶 片 及 叶 轮 的 介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａｂ ｔａ ｔ：ｎｔ ｉ ａ ｅ ， ｆｉ ｒ ｃ ａ ｉｍ ｎ ｈ ｒｃｅｉｔ ｆｉ ａａｎ ｅ ｉ ｏａｉ ｇ ｍａ ｈｎ ｒ Ｓａ ａｙｅ ｎ ｄ ｔｉ． Ｏｎ ｓｒ ｃ Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ａｌ ｅ ｍｅ ｈ ｎｓ ａ ｄ ｃ ａａ ｔｒｓ ｃ ｏ ｍｂ ｌ ｃ ｎ ｒ ｔｔｎ ｃ ｉｅｙ Ｗａ ｎ ｌｚｄ ｉ ｅａｌ ｕ ｉ ｔｉ ａ ｉ，ｆｉｕｅ ｃ ｕ ｅ ｒ ｏ ｎ ｕｔａ ｄ ｔｅ ｃ ｕ ｔｒ ａ ｕｅ ｒ ｏｎｔｄ ｏ ｔ ｈｓｂ ｓｓ ａｌｒ ａ ｓｓｗｅ ｅｆｕ ｄ ｏ ｎ ｈ ｏ ｎｅ ｍｅ ｒ ｓｗｅｅ ｐ ｉ ｅ ｕ ，ｗｈｃ ｒｖｄ ｓａ ｇ ｉｉ ｇｒｌ ｏ ｈ ｑｕｐ ｎ ｓ ｉｈ ｐｏ ｉｅ ｕｄｎ ｏｅｆｒｔｅ ｅ ｉｍｅ ｔ
发电机转子旋转整流子故障判断及处理方法
发电机转子旋转整流子故障判断及处理方法发电机是一种将机械能转化为电能的设备，其核心部件是转子和定子。
转子是发电机的旋转部件，其旋转速度决定了发电机的输出电压和频率。
而整流子则是转子上的一个重要部件，其作用是将交流电转化为直流电，以便输出给负载使用。
然而，由于整流子长期运转，其也会出现故障，本文将介绍发电机转子旋转整流子故障的判断及处理方法。
一、故障判断1. 故障现象当发电机运行时，如果整流子出现故障，会出现以下现象：（1）输出电压不稳定，波动较大。
（2）输出电压出现明显的谐波。
（3）输出电压降低，无法满足负载需求。
（4）整流子表面出现烧伤或磨损痕迹。
2. 检查方法当发现以上故障现象时，需要对整流子进行检查，具体方法如下：（1）检查整流子表面是否有烧伤或磨损痕迹。
（2）检查整流子的接线是否松动或接触不良。
（3）使用万用表检测整流子的正负极是否正常。
（4）检查整流子的转子轴是否有偏移或变形。
二、故障处理1. 更换整流子如果整流子出现烧伤或磨损痕迹，需要及时更换整流子。
更换整流子时，需要注意以下几点：（1）选择与原整流子相同型号的整流子。
（2）更换整流子时，需要将转子拆卸下来，然后将整流子拆下来，再将新的整流子安装上去。
（3）更换整流子后，需要进行调试，确保发电机输出电压和频率正常。
2. 清洗整流子如果整流子表面有灰尘或污垢，可以使用清洗剂将其清洗干净。
清洗整流子时，需要注意以下几点：（1）使用专用的清洗剂，不要使用酸碱性强的清洗剂。
（2）清洗整流子时，需要将转子拆卸下来，然后将整流子拆下来，再进行清洗。
（3）清洗整流子后，需要将其晾干，确保其表面干燥。
3. 调整整流子接线如果整流子的接线松动或接触不良，需要及时调整整流子的接线。
调整整流子接线时，需要注意以下几点：（1）将整流子拆下来，检查接线是否松动或接触不良。
（2）如果接线松动，需要重新固定接线。
（3）如果接触不良，需要清洗接线端子，确保接触良好。
转子不平衡故障诊断方法及应用实例分析
5.生产验证：在次日对该机组进行检修，发现第二级叶片上有明显裂纹，第一、 三级叶片上分别存在多处细小裂纹，叶片出现了较严重缺损。因此证明பைடு நூலகம்此次诊 断的正确性。
五
转子不平衡故障诊断应用实例
鉴于质量不平衡引起的激励力F是一个交变力，它会使转子产生振动，当转 子每旋转一周，离心力就会改变一次方向，不平衡故障的振动频率为转子的转频， 振动的时域波形近似为正弦波。
图2 不平衡转子时域波形
时域分析仅能为机械故障诊断提供非常有限的信息， 通常只能粗略地回答机械设备是否有故障以及故障严重 的程度，但不能检测和定位故障发生的位置。因此，时 域分析只用于设备的简易诊断。对于设备管理和维修人 员，诊断出设备是否有故障，这只是解决问题的开始， 更重要的工作在于确定哪些零部件出现了故障，以便采 取针对性的措施。因此，故障定位问题在设备故障诊断 与检测研究中显得尤为重要。
2012, 15(3):57-59. [4] 黄永东. 转子不平衡现象的分析[J]. 发电设备, 2009, 23(3):164-169. [5] 徐福泽. 转子系统不平衡-不对中耦合故障的动力学分析与诊断[D]. 湖南科技大学, 2013. [6] 张茉. 转子系统振动故障的诊断方法及时频分析技术研究[D]. 东北大 学, 2008. [7]楼向明. 运转状态下转子不平衡识别方法的研究[D]. 浙江大学, 2001.
图12 转子正常运转时时域信号波形图 图14 转子正常运转频谱图
图11转子不平衡故障仿真实验装置
图13 转子不平衡时时域信号波性特征 图15 转子不平衡频谱图
六
大型旋转机械故障诊断案例集
前言S8000系统为阿尔斯通创为实技术发展（深圳）有限公司开发的新一代大型旋转机械状态监测系统，该系统现已被越来越多的石化、电力、冶金企业所使用，并成为设备管理人员对大机组管理、诊断的得力助手。
本案例集收集了近三年内，使用S8000系统进行的部分诊断案例，并按案例类别进行了大概的整理，供各企业设备管理人员参考；由于原诊断报告篇幅过长，在本案例集中对原报告进行了一些删剪，以方便阅读，如需对某案例进行更详细了解，请与创为实公司联系；由于我们的水平有限，可能的失误难免存在，欢迎批评指正。
阿尔斯通创为实技术发展（深圳）有限公司2007年9月目 录1 叶片断裂类案例 (1)2 油膜涡动类故障 (35)3 磨擦类故障 (56)4 垢层脱落故障 (64)5 电气干扰类故障 (74)6 动平衡不良类 (88)7 通过相关性分析发现工艺量设置类问题 (95)8 转子热弯曲 (102)1叶片断裂类案例1.1某厂04年09月27日空压机断叶片故障诊断分析故障状态描述：此厂空气压缩机组K1202/KT1202于2004年9月27日发生空压机驱动透平振动突然增大事故，以下把故障发生过程中各图谱的变化情况列举如下：通频值振动趋势图（2004-09-27 12:01:5至2004-09-27 15:36:5的历史数据和灵敏监测数据）从上面的趋势图上可以很清楚的看出，该机组在9月27日的12：18：09时振动瞬间突发性升高，同时，振动的相位也发生了明显的变化，其振动能量主要是集中表现在工作频率上。
这些都意味着透平转子出现了故障，产生了极大的不平衡。
126V035A波形频谱图（事故发生瞬间的整个过程）上图为某一测点事故发生瞬间整个过程的波形频谱图，从图中可以看到转子物质脱落前的4个周期的振动波形、脱落开始的瞬间波形变化以及脱落后的振动慢慢趋于稳定的系列过程，这一瞬间不仅其振动的幅值有大幅度的增大，而且其相位的变化也较明显。
透平入口事故发生瞬间的轴心轨迹图诊断分析结果：通过对S8000系统所捕捉到的数据的分析，我们认为这次故障是因为透平转子上有部件掉落，如叶片突然断裂或围带、拉筋、铆钉脱落，因而瞬间造成了一个很大的不平衡，引起振动在短时间内突然上升。
转子的故障诊断系统研究
摘要现代机械设备发展的一个明显的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化的方向发展。
由此而导致设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越来越复杂，同时对设备管理与维修人员的素质要求也越来越高。
保证高效、安全生产，减少设备特别是重要设备因故障引起的停机时间，是企业提高经济效益和社会效益的前提，而设备状态监测与故障诊断技术将为此提供一个有效的解决途径。
在机械学领域内，机械故障诊断技术可谓是一项富有活力的新技术。
近三十年来，随着微电子技术，计算机技术以及由此而引发的信息技术革命向古老传统机械科学领域的渗透，机械故障诊断技术应运而生。
近年来，工业界、学术界对现代机械故障诊断技术认识的深化与日俱增。
本论文以转子为主要研究对象，对其振动监测及故障诊断的技术进行了分析研究。
根据故障诊断的基本工作原理，基于MATLAB系统对转子系统产生的振动信号进行采集、存取并进行时频域分析。
在此基础上更利于旋转机械故障的诊断与处理从而减少机械故障给生产带来的损失关键词：转子；旋转机械；故障诊断；MATLABAbstractThe development of modern machinery and equipment is a cleartrend is the large-scale,high-speed,continuous and automaticdirection.Thus cause the device to more and more functions,more and more high performance,composition and structure of more complex,while the equipment management and maintenance staff,the quality requirements are also ncreasing. Ensure the efficient and safe production, it is important to reduce the equipment, particularly equipment downtime caused by failures, economic and social benefits of enterprise to improve the premise, and equipmentcondition monitoring and fault diagnosis technology would providean effective solution.In the field of mechanics, machine fault diagnosis techniques can be described as a dynamic new technology. Past three decades, with the micro-electronics technology, computer technology, and thustriggered the ancient tradition of the information technology revolution to the penetration of mechanical science, mechanical fault diagnosis technology came into being. In recent years, the industrial sector, academia, fault diagnosis technology of modern machineryand deepens the understanding growing.In this thesis, the rotor as the main research object, its vibration monitoring and fault diagnosis techniques are analyzed. Faultdiagnosis based on the basic working principle of the rotor systembased on MATLAB system vibration signals generated byacquisition, access and the time and frequency domain analysis. On this basis, more conducive to rotating machinery fault diagnosis andtreatment thereby reducing mechanical failure caused the loss to the production.KeyWords: rotor, rotating machinery, fault diagnosis, MATLAB目录摘要 (I)Abstract (I)1 绪论 (1)1.1 课题的研究背景和研究意义 (1)1.2 机械设备诊断技术的意义 (2)1.3 机械设备故障诊断的基本方法 (4)1.4转子诊断技术与应用现状 (5)1.5转子故障诊断技术的发展方向 (7)1.6本课题主要研究内容 (7)本章小结 (8)2 旋转机械典型故障的研究与诊断实例 .............................................................- 9 -2.1 旋转机械的典型故障原因及特征分析 .....................................................- 9 -2.1.1 转子不平衡(失衡) .............................................................................- 9 -2.1.2 转子不对中 .....................................................................................- 12 -2.1.3 基座或装配松动 .............................................................................- 14 -2.1.4 油膜涡动及油膜振荡 .....................................................................- 14 -2.1.5 旋转失速和喘振 .............................................................................- 14 -2.2 电动机转子系统振动监测及故障诊断的技术研究 ...............................- 14 -本章小结 ..........................................................................................................- 16 -3 转子的故障信号分析处理 .. (17)3.1 信号的频域分析方法 (17)3.2 转子故障的判断标准 (21)3.2.1 按轴承振幅的评定标准 (22)3.2.2 按轴承烈度的评定标准 (23)3.2.3 按轴振幅的评定标准 (25)3.2.4 其他有关标准 (26)4 故障诊断系统总体设计 ...................................................................................- 29 -4.1 Matlab软件简介........................................................................................- 29 -4.2 转子故障诊断系统总体设计 ...................................................................- 31 -4.2.1 系统界面子系统 .............................................................................- 31 -4.2.2 数据加载子系统 .............................................................................- 32 -4.2.3 时域分析子系统 .............................................................................- 32 -4.2.4 频域分析子系统 .............................................................................- 33 -4.2.5 打印子系统 .....................................................................................- 35 -5 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)1 绪论1.1 课题的研究背景和研究意义航空发动机、汽轮机、压缩机、风机、水泵等旋转机械，在国防、能源、电力、交通、机械和化工等领域中广泛应用并发挥着重要作用。
机械故障诊断学钟秉林第10章旋转机械的状态检测与故
2021/9/23
2024/7/28
1
1
一、概述
旋转机械运行速度一般较高，且往往是关键设备，其工况状 态影响机器设备自身的安全稳定、甚至可能导致重大经济损 失、机毁人亡的事故。
随着科学技术和现代工业的发展，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，发展先进 的状态监测与故障诊断技术，提出了迫切要求。
30
50
70
3000
20
30
50
2021/9/23
2024/7/28
15
15
三、 转子系统振动故障诊断
机械部离心鼓风机和压缩机振动标准
标准
mm 主轴轴承 齿轮轴承
≤3000 50
转速 / (rmin1)
≤6500
≤10000
>10000 -16000
≤40
≤30
≤20
≤40
≤40
≤30
2021/9/23
据统计，70%以上的故障都是以振动形式表现出来，用振动 方法可以发现使用中的航空发动机故障的34%。
关于振动的一些概念：
2021/9/23
2024/7/28
4
4
二、振动基础
2.1 机械振动及其种类
机械振动是自然界、工程技术和日常生活中 普遍存在的物理现象。各种机械在运动时，由于 诸如旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度 的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素， 总是伴随着各式各样的振动。
41
41
三、 转子系统振动故障诊断
间接测量——电机电流
2021/9/23
2024/7/28
42
42
三、 转子系统振动故障诊断