转子系统状态监测与故障诊断技术课件

资料仅供参考,不当之处，请联系改正。机械设备中大部分都是旋转机械，它覆盖了机械设备中大部分都是旋转机械，它覆盖了动力、电力、动力、电力、化工、冶金、机械制造化工、冶金、机械制造等重要工程领域。等重要工程领域。旋转机械转速一般都较高，因此对故障诊断技术的要求就旋转机械转速一般都较高，因此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、大型轧钢机特别迫切。如：汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等，其工况状态不仅影响该机器设备本身的运行，而且还等，其工况状态不仅影响该机器设备本身的运行，而且还会对后续生产造成损失，严重时还会对国民经济造成重大会对后续生产造成损失，严重时还会对国民经济造成重大损失，甚至导致机毁人亡事故。损失，甚至导致机毁人亡事故。为保证机组安全运行，降低机组维修费用和提高机组利用为保证机组安全运行，降低机组维修费用和提高机组利用率，大型旋转机械的状态监视与故障诊断的研究就越来越率，大型旋转机械的状态监视与故障诊断的研究就越来越受到研究者和工业部门的重视。受到研究者和工业部门的重视。机械设备中大部分都是旋转机械，它覆盖了动力、电力、化工、1资料仅供参考,不当之处，请联系改正。1、机械故障的主要原因、机械故障的主要原因 设计原因设计原因 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动 结构不合理，应力集中结构不合理，应力集中 设计工作转速接近或落人临界转速区设计工作转速接近或落人临界转速区 热膨胀量计算不准，导致热态对中不良热膨胀量计算不准，导致热态对中不良 制造原因制造原因 零部件加工制造不良，精度不够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转子动平衡不符合技术要求1、机械故障的主要原因2资料仅供参考,不当之处，请联系改正。安装、维修安装、维修机械安装不当，零部件错位，预负荷大机械安装不当，零部件错位，预负荷大轴系对中不良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）调整不当机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当管道应力大，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转子长期放置不当，改变了动平衡精度转子长期放置不当，改变了动平衡精度未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度 操作运行操作运行过程过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，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机器运行工况不正常机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性运行点接近或落入临界转速区运行点接近或落入临界转速区安装、维修3资料仅供参考,不当之处，请联系改正。润滑或冷却不良润滑或冷却不良转子局部损坏或结垢转子局部损坏或结垢启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀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或在临界区停留时间过久 机器劣化机器劣化长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化转子局部损坏、脱落或产生裂纹转子局部损坏、脱落或产生裂纹零部件磨损、点蚀或腐蚀等零部件磨损、点蚀或腐蚀等配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度质和精度机器基础沉降不均匀，机器壳体变形机器基础沉降不均匀，机器壳体变形转子系统状态监测与故障诊断技术课件4资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件5资料仅供参考,不当之处，请联系改正。2 2、周期振动的定义：、周期振动的定义：周期函数可以展开为傅里叶级数周期函数可以展开为傅里叶级数第第1项为均值或直流分量项为均值或直流分量第第2项为基本振动（基频振动、工频振动）或基波，记为项为基本振动（基频振动、工频振动）或基波，记为1x第第3项以下总称为高次谐波振动，项以下总称为高次谐波振动，2x，3x，nx 2、周期振动的定义：6资料仅供参考,不当之处，请联系改正。两个方向互相垂直的简谐振动的合成两个方向互相垂直的简谐振动的合成 两个方向互相垂直的简谐振动的合成7资料仅供参考,不当之处，请联系改正。3 3、监测参数及分析方法、监测参数及分析方法振幅振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示分频振动分频振动：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要有：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要有 工工频（频（1X1X）、半倍频（）、半倍频（0.5X0.5X）和二倍频（）和二倍频（2X2X）等）等频率频率：描述机器振动状态的十分重要的特征量：描述机器振动状态的十分重要的特征量相位相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义轴心位置轴心位置：稳定情况轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置：稳定情况轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置轴向位置（差胀）轴向位置（差胀）：转子与静子之间轴向间隙的变化值：转子与静子之间轴向间隙的变化值对中度对中度：轴系转子之间的连接对中程度：轴系转子之间的连接对中程度温度温度：轴瓦温度反映轴承运行情况：轴瓦温度反映轴承运行情况润滑油压润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况：反映滑动轴承油膜的建立情况3、监测参数及分析方法8资料仅供参考,不当之处，请联系改正。涡涡流流传传感感器器的的安安装装 涡流传感器的安装9资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件10资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件11资料仅供参考,不当之处，请联系改正。相位测量相位：基频信号相对于转轴上某一确定标记的相位差。相位的测量轴振动对应的高点轴振动对应的高点H相位参考标记相位参考标记相位测量轴振动对应的高点H相位参考标记12资料仅供参考,不当之处，请联系改正。随机振动时历曲线脉冲宽度对相位的影响脉冲宽度对相位的影响随机振动时历曲线13资料仅供参考,不当之处，请联系改正。波特图（波特图（Bode plot)从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的振幅从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、转子系统和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统上几个测点可以阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统上几个测点可以确定转子系统的各阶振型。确定转子系统的各阶振型。波特图（Bode plot)从波特图中可以得到：转子14资料仅供参考,不当之处，请联系改正。极坐标图极坐标图-是振动矢量端点轨迹，是由实际响应的是振动矢量端点轨迹，是由实际响应的1x1x幅值与相位绘制的幅值与相位绘制的 极坐标图-15资料仅供参考,不当之处，请联系改正。轴轴心心位位置置图图 轴心位置图是指转轴在没有径向振动情况下轴心相对于轴心位置图是指转轴在没有径向振动情况下轴心相对于轴承中心的稳态位置。通过轴心位置图可判断轴颈是否处于轴承中心的稳态位置。通过轴心位置图可判断轴颈是否处于正常位置、对中好坏、轴承标高是否正常、轴瓦有否变形等正常位置、对中好坏、轴承标高是否正常、轴瓦有否变形等情况，从长时间轴心位置的趋势可观察出轴承的摩损等情况，从长时间轴心位置的趋势可观察出轴承的摩损等轴心位置图 轴心位置图是指转轴在没有径向振动情况下轴心相16资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件17资料仅供参考,不当之处，请联系改正。轴心轨迹在同一个截轴心轨迹在同一个截面上两个涡流传感器所拾面上两个涡流传感器所拾取的振动信号合成。它表取的振动信号合成。它表征转子轴心在一个支承截征转子轴心在一个支承截面内的运动轨迹。面内的运动轨迹。表征轴颈在轴瓦中转表征轴颈在轴瓦中转动时轴心涡动轨迹动时轴心涡动轨迹 轴心轨迹在同一个截面上两个涡流传感器所拾取的振动信号合18资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件19资料仅供参考,不当之处，请联系改正。基频基频(1X)幅值的测量幅值的测量-通常由一台具有滤波功能的仪器完成通常由一台具有滤波功能的仪器完成滤波前后的波形及轴心轨迹滤波前后的波形及轴心轨迹基频(1X)幅值的测量-滤波前后的波形及轴心轨20资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件21资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件22资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件23资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统的异常振动类型及其特征转子系统的异常振动类型及其特征 转子系统的异常振动类型及其特征 24资料仅供参考,不当之处，请联系改正。频谱比较频谱比较利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小频谱比较利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小25资料仅供参考,不当之处，请联系改正。瀑布图瀑布图利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小瀑布图利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小26资料仅供参考,不当之处，请联系改正。瀑布图瀑布图瀑布图27资料仅供参考,不当之处，请联系改正。利用利用FFTFFT频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次分析分析(Order Tracking)(Order Tracking)，以便进一步了解振动的构成，以便进一步了解振动的构成原因。原因。利用FFT频谱分析仪，将旋转机械的升速过程做阶次分析(O28资料仅供参考,不当之处，请联系改正。趋势分析趋势分析 特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析。特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析。可以是通频振动、可以是通频振动、1 1X X振幅、振幅、2 2X X振幅、振幅、0.50.5X X振幅、轴心位置等振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等。，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等。趋势分析29资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件30资料仅供参考,不当之处，请联系改正。相相对对轴轴位位移移转子系统状态监测与故障诊断技术课件31资料仅供参考,不当之处，请联系改正。相相对对轴轴膨膨胀胀相对轴膨胀32资料仅供参考,不当之处，请联系改正。5 5、转子系统主要故障及其诊断、转子系统主要故障及其诊断转子系统状态监测与故障诊断技术课件33资料仅供参考,不当之处，请联系改正。5.1 不平衡振动不平衡振动：由于设计、制造、安装中转子由于设计、制造、安装中转子材质不均匀、结构不对称材质不均匀、结构不对称、加工和装配加工和装配误差误差等原因和由于机器运行时等原因和由于机器运行时结垢、热弯曲、零结垢、热弯曲、零部件脱落、电磁干扰力部件脱落、电磁干扰力等原因而产生质量偏心。转子旋转时，等原因而产生质量偏心。转子旋转时，质量不平衡将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。质量不平衡将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。不平衡振动的特征不平衡振动的特征 转子的质量不平衡所产生的离心力始转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，它相对于转子是静止的，其振动频率就是终作用在转子上，它相对于转子是静止的，其振动频率就是转子的转速频率，也称为工频转子的转速频率，也称为工频(即工作频率即工作频率)，在频谱分析时，在频谱分析时，首先要找的就是首先要找的就是工频工频成分。其特征有：成分。其特征有：5.1 不平衡振动：34资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不平衡振动的某些特征不平衡振动的某些特征不平衡振动的某些特征35资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件36资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡的轴心轨迹37资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子不平衡故障谱图转子不平衡故障谱图转子不平衡故障谱图38资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子不平衡故障的转子不平衡故障的BodeBode图图转子不平衡故障的Bode图39资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件40资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例：例：某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。主要振动特征，如图所示：正常运行。主要振动特征，如图所示：由图可见：由图可见：振动大小随转速升降变化明显；振动大小随转速升降变化明显；时域波形为正弦波；时域波形为正弦波；轴心轨迹为椭圆；轴心轨迹为椭圆；振动相位稳定，为同步正进动；振动相位稳定，为同步正进动；频谱中能量集中于频谱中能量集中于1频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。例：某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时41资料仅供参考,不当之处，请联系改正。原因分析原因分析：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子动平衡不良造成的。动平衡不良造成的。处理措施处理措施：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研究决定，监护运行。究决定，监护运行。生产验证生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势。维持运行一个大修周期（稳定，没有增大的趋势。维持运行一个大修周期（18个个月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动平衡严重超标。平衡严重超标。原因分析：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因42资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例例：某：某5252万吨年尿素装置万吨年尿素装置CO2CO2压缩机组低压缸转子，大修后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，以趋势。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以11频为主，分频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。如图所示：析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。如图所示：例：某52万吨年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，43资料仅供参考,不当之处，请联系改正。诊断意见诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，照不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道是由于转子流道结垢结垢或或局部腐蚀局部腐蚀造成的。造成的。处理措施处理措施：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定利用在线产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定利用在线监测系统监护其运行，待大修时再做处理。监测系统监护其运行，待大修时再做处理。生产验证生产验证：6个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间检查，转子并不弯曲；目测检查，无结垢和腐蚀现象。但检查，转子并不弯曲；目测检查，无结垢和腐蚀现象。但送专业厂拆卸检查后发现，一轴套内侧（不拆卸转子时看送专业厂拆卸检查后发现，一轴套内侧（不拆卸转子时看不到部分）发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐不到部分）发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐增大。增大。转子系统状态监测与故障诊断技术课件44资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例：质量不平衡例：质量不平衡3#轴承负荷增加，振动增加转子系统状态监测与故障诊断技术课件45资料仅供参考,不当之处，请联系改正。初步判断：初步判断：()在现场安装发动机侧靠背轮时，靠背轮采用冷装方法安装，在现场安装发动机侧靠背轮时，靠背轮采用冷装方法安装，紧力不够紧力不够，当，当转速升高时，紧力消失，在靠背轮处产生不平衡力，两转子的对中性也产生变转速升高时，紧力消失，在靠背轮处产生不平衡力，两转子的对中性也产生变化，随着转速升高及负荷增大化，随着转速升高及负荷增大,该处轴振动幅值明显增大。该处轴振动幅值明显增大。()3#)3#轴瓦瓦枕与轴承间配合为间隙配合，没有紧力，对振动起放大作用轴瓦瓦枕与轴承间配合为间隙配合，没有紧力，对振动起放大作用为逐步排除可能原因，按设备制造厂的技术要求对靠背轮进行热装；重新调整为逐步排除可能原因，按设备制造厂的技术要求对靠背轮进行热装；重新调整瓦枕与轴承配合情况，使它们之间有瓦枕与轴承配合情况，使它们之间有30m 30m 的紧力。的紧力。3#轴承振动与负荷无关，但随转速增加而增加轴承振动与负荷无关，但随转速增加而增加转子系统状态监测与故障诊断技术课件46资料仅供参考,不当之处，请联系改正。3#3#轴承垂直振动能量同频占主导，是由于发电机侧靠背轮处存在质量轴承垂直振动能量同频占主导，是由于发电机侧靠背轮处存在质量不平衡不平衡产生的离心力造成的。产生的离心力造成的。原因原因：(1)(1)汽轮机生产厂家提供的联轴器与联接螺钉没汽轮机生产厂家提供的联轴器与联接螺钉没有相对应的安装编号，联接螺钉没有与汽轮机转子、联轴器一起做动平衡。有相对应的安装编号，联接螺钉没有与汽轮机转子、联轴器一起做动平衡。(2)(2)发电机侧联轴器是在安装现场热装在发电机转子上，没与发电机转子一起发电机侧联轴器是在安装现场热装在发电机转子上，没与发电机转子一起做高速动平衡，热套后存在不平衡质量。做高速动平衡，热套后存在不平衡质量。转子系统状态监测与故障诊断技术课件47资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例：质量不平衡例：质量不平衡125MW汽轮机轴系图机组大修后第一次试运行，当转速升到机组大修后第一次试运行，当转速升到1500rpm 1500rpm 时轴系中时轴系中2 2，3 3，7 7，轴承，轴承振动值严重超标，被迫打闸停机振动值严重超标，被迫打闸停机 在分析轴系振动查找故障时，部分人认为这种振动可能是轴系中个别转子处在分析轴系振动查找故障时，部分人认为这种振动可能是轴系中个别转子处在第一阶临界转速范围，如果增加升速率快速冲过临界转速区域可能使轴承振在第一阶临界转速范围，如果增加升速率快速冲过临界转速区域可能使轴承振幅值降到合格范围，第二次启机试运，当转速升到幅值降到合格范围，第二次启机试运，当转速升到1700rpm 时，时，3#瓦振幅值已瓦振幅值已达到达到123m，因振动值严重超标第二次又被迫打闸停机。，因振动值严重超标第二次又被迫打闸停机。125MW汽轮机轴系图48资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件49资料仅供参考,不当之处，请联系改正。通过振动特征分析认为低压转子振动是由于转子存在过大的通过振动特征分析认为低压转子振动是由于转子存在过大的不不平衡量平衡量，导致转子在高速旋转时将产生较大的变形，如果机组动，导致转子在高速旋转时将产生较大的变形，如果机组动静间隙偏小，将会引起摩擦，又将导致振动值不稳定，加剧了振静间隙偏小，将会引起摩擦，又将导致振动值不稳定，加剧了振幅值的增大。幅值的增大。几次试运在转速不变的情况下，几次试运在转速不变的情况下，3#3#瓦振动幅值由瓦振动幅值由40m 40m 升到升到62m62m。当转速由。当转速由1600rpm 1600rpm 升到升到2200rpm 2200rpm 时振幅值直线上升，并时振幅值直线上升，并迅速升到迅速升到144m144m，从升速过程中振幅值逐渐增大的现象和振动频，从升速过程中振幅值逐渐增大的现象和振动频率基本为工频，振动幅值随转速突变的特点可以认为这是由率基本为工频，振动幅值随转速突变的特点可以认为这是由不稳不稳定干扰力定干扰力引起的强迫振动。引起的强迫振动。从从2#2#，3#3#瓦振动相位分析，振动是同相力为主，因而振动是由瓦振动相位分析，振动是同相力为主，因而振动是由于低压转子一阶不平衡过大。于低压转子一阶不平衡过大。励磁机励磁机7#7#瓦振动过大的原因经分析主要是轴承座动刚度偏低，瓦振动过大的原因经分析主要是轴承座动刚度偏低，在激振力不变的条件下，增大轴承支承刚度可降低轴承振幅。在激振力不变的条件下，增大轴承支承刚度可降低轴承振幅。转子系统状态监测与故障诊断技术课件50资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件51资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不平衡类故障：不平衡类故障：质量不平衡质量不平衡 轴永久弯曲轴永久弯曲 轴热弯曲轴热弯曲那么，如何区分呢？那么，如何区分呢？不平衡类故障：52资料仅供参考,不当之处，请联系改正。5.2 转子不对中 旋转机械一般是由多根转子所组成的多转子系统，转子间一般采用刚旋转机械一般是由多根转子所组成的多转子系统，转子间一般采用刚性或半绕性联接轴联接。由于制造、安装及运行中支承轴架不均匀膨胀、性或半绕性联接轴联接。由于制造、安装及运行中支承轴架不均匀膨胀、管道力、机壳膨胀、地基不均匀下沉等多种原因影响，造成转子不对中管道力、机壳膨胀、地基不均匀下沉等多种原因影响，造成转子不对中故障，引起机组的振动故障，引起机组的振动a)平行不对中b)角度不对中c)组合不对中5.2 转子不对中a)平行不对中b)角度不对中c)组合不对中53资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件54资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子不对中故障的主要特征有转子不对中故障的主要特征有:1)改变轴承的支承负荷，使轴承的油膜压力也随之改变，改变轴承的支承负荷，使轴承的油膜压力也随之改变，负荷减小的轴承可能会产生油膜失稳；负荷减小的轴承可能会产生油膜失稳；2)2)最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，且振动最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，且振动值与转子的负荷有关，随负荷的增大而增高；值与转子的负荷有关，随负荷的增大而增高；3)3)平行不对中主要引起径向振动，振动频率为两倍旋转平行不对中主要引起径向振动，振动频率为两倍旋转频率，同时也存在多倍频振动。频率，同时也存在多倍频振动。转子不对中故障的主要特征有:55资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不对中轴振动的某些特征不对中轴振动的某些特征不对中轴振动的某些特征56资料仅供参考,不当之处，请联系改正。不对中轴心轨迹不对中轴心轨迹不对中轴心轨迹57资料仅供参考,不当之处，请联系改正。左图是一台水泵的谱图，图中左图是一台水泵的谱图，图中2X2X处有峰值，存在某种程度的处有峰值，存在某种程度的不对中不对中。检。检查发现不对中量达查发现不对中量达0.254mm0.254mm。找正后谱图（右图）。找正后谱图（右图）2x2x处的幅值已明显变处的幅值已明显变小，机组运行相当平稳。小，机组运行相当平稳。说明说明：（：（1 1）两次测量结果，）两次测量结果，1X1X处的幅值无明显变化，而处的幅值无明显变化，而2X2X处幅值变化处幅值变化很大，这正是不对中故障的典型频谱特征。（很大，这正是不对中故障的典型频谱特征。（2 2）在）在2X2X附近有两个谱峰，附近有两个谱峰，一个在一个在7100r7100rminmin处，为水泵的二倍轴频谱；另一个在处，为水泵的二倍轴频谱；另一个在7200r7200rminmin处，处，它是电机定子绕组中电气故障引起的。它是电机定子绕组中电气故障引起的。左图是一台水泵的谱图，图中2X处有峰值，存在某种程度的不对中58资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例：某厂一台透平压缩机组整体布置如图。机组年度检修时，除正例：某厂一台透平压缩机组整体布置如图。机组年度检修时，除正常检查、调整工作外，还更换了连接压缩机高压缸和低压缸之间的常检查、调整工作外，还更换了连接压缩机高压缸和低压缸之间的联轴器的连接螺栓，对轴系的转子对中情况进行了调整等。联轴器的连接螺栓，对轴系的转子对中情况进行了调整等。检修后启动机组透平和压缩机低压缸运行正常，而压缩机高压缸振检修后启动机组透平和压缩机低压缸运行正常，而压缩机高压缸振动较大（在允许范围内）；机组运行一周后压缩机高压缸振动突然加剧，动较大（在允许范围内）；机组运行一周后压缩机高压缸振动突然加剧，测点测点4 4、5 5的径向振动增大，其中测点的径向振动增大，其中测点5 5振动值增加两倍，测点振动值增加两倍，测点6 6的轴向振的轴向振动加大，透平和压缩机低压缸的振动无明显变化；机组运行两周后，高动加大，透平和压缩机低压缸的振动无明显变化；机组运行两周后，高压缸测点压缸测点5 5的振动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈，危的振动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈，危及生产。及生产。例：某厂一台透平压缩机组整体布置如图。机组年度检修时，除正常59资料仅供参考,不当之处，请联系改正。压缩机高压缸主要振动特征如下：压缩机高压缸主要振动特征如下：(1)连接压缩机高、低压缸之间的联轴器两端振动较大；连接压缩机高、低压缸之间的联轴器两端振动较大；(2)测点测点5的振动波形畸变为基频与倍频的叠加波，频谱中的振动波形畸变为基频与倍频的叠加波，频谱中2具有较大峰值；具有较大峰值；(3)轴心轨迹为双椭圆复合轨迹；轴心轨迹为双椭圆复合轨迹；(4)轴向振动较大；轴向振动较大；压缩机高压缸主要振动特征如下：60资料仅供参考,不当之处，请联系改正。诊断意见诊断意见：压缩机高压缸与低压缸之间转子对中不良，联轴器发生故障，：压缩机高压缸与低压缸之间转子对中不良，联轴器发生故障，必须紧急停机检修。必须紧急停机检修。生产验证：生产验证：检修人员做好准备工作后，操作人员按正常停机处理。根据检修人员做好准备工作后，操作人员按正常停机处理。根据诊断结论，重点对机组联轴器局部解体检查发现，连接压缩机高压缸与诊断结论，重点对机组联轴器局部解体检查发现，连接压缩机高压缸与低压缸之间的联轴器（半刚性联轴器）固定法兰与内齿套的连接螺栓已低压缸之间的联轴器（半刚性联轴器）固定法兰与内齿套的连接螺栓已断掉三只。断掉三只。复查转子对中情况，发现对中严重超差，不对中量大于设计要求复查转子对中情况，发现对中严重超差，不对中量大于设计要求1616倍。倍。同时发现连接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求，螺纹根部应同时发现连接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求，螺纹根部应力集中，且热处理后未进行正火处理，金相组织为淬火马氏体，螺栓在力集中，且热处理后未进行正火处理，金相组织为淬火马氏体，螺栓在拉应力作用下脆性断裂。拉应力作用下脆性断裂。转子系统状态监测与故障诊断技术课件61资料仅供参考,不当之处，请联系改正。5.3 5.3 滑动轴承的半速涡动和油膜振荡滑动轴承的半速涡动和油膜振荡油膜压力产生示意图油膜压力产生示意图5.3 滑动轴承的半速涡动和油膜振荡油膜压力产生示意图62资料仅供参考,不当之处，请联系改正。圆柱轴承轴颈中心受力圆柱轴承轴颈中心受力后在间隙中的位移后在间隙中的位移轴颈中心涡动的可能形式轴颈中心涡动的可能形式圆柱轴承轴颈中心受力后在间隙中的位移轴颈中心涡动的可能形式63资料仅供参考,不当之处，请联系改正。油膜对轴颈的作用油膜对轴颈的作用 按线性理论，油膜对轴颈的作用可用按线性理论，油膜对轴颈的作用可用4个刚度系数和个刚度系数和4个个阻尼系数来表示：阻尼系数来表示：转子系统状态监测与故障诊断技术课件64资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件65资料仅供参考,不当之处，请联系改正。轴在轴颈中作偏心旋转时，形成一个轴液流速不马上下降，则轴轴在轴颈中作偏心旋转时，形成一个轴液流速不马上下降，则轴颈从油楔中间隙大的地方带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量。颈从油楔中间隙大的地方带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量。由于液体的不可压缩性，多余的油就推动轴颈前进，形成与轴旋转方由于液体的不可压缩性，多余的油就推动轴颈前进，形成与轴旋转方向相同的涡动运动，涡动速度即为油楔本身的前进速度。向相同的涡动运动，涡动速度即为油楔本身的前进速度。实际产生涡动的频率约为 轴在轴颈中作偏心旋转时，形成一个轴液流速不马上下降66资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件67资料仅供参考,不当之处，请联系改正。转子系统状态监测与故障诊断技术课件68资料仅供参考,不当之处，请联系改正。油膜振荡轴心轨迹油膜振荡轴心轨迹油膜振荡轴心轨迹69资料仅供参考,不当之处，请联系改正。消除油膜振荡的措施有：消除油膜振荡的措施有：1)增加转子系统的刚度。转子固有频率越高，产生油膜振荡的失增加转子系统的刚度。转子固有频率越高，产生油膜振荡的失稳转速也越高；稳转速也越高；2)2)选择合适的轴承形式及其参数。圆柱轴承制造简单，但抗振选择合适的轴承形式及其参数。圆柱轴承制造简单，但抗振性最差，椭圆轴承、多油楔轴承次之。可倾瓦轴承最好；性最差，椭圆轴承、多油楔轴承次之。可倾瓦轴承最好；3)3)增加轴承比压，改变进油温度或粘度。如切短轴承长度，在增加轴承比压，改变进油温度或粘度。如切短轴承长度，在下瓦中部开环形槽等，国产下瓦中部开环形槽等，国产300mW汽轮发电机组的油膜振荡汽轮发电机组的油膜振荡是通过将轴瓦长度从是通过将轴瓦长度从430 mm缩减到缩减到320 mm以及将原以及将原30号油号油改用改用20号油来解决的号油来解决的;4)4)增加外阻尼；增加外阻尼；5)减小轴承间隙；减小轴承间隙；6)改变进油压力。改变进油压力。消除油膜振荡的措施有：70资料仅供参考,不当之处，请联系改正。5.4 5.4 动静摩擦动静摩擦特征1 1）振动频带宽，既有与转速频率相关的低频部分，也有与固有）振动频带宽，既有与转速频率相关的低频部分，也有与固有 频率相关的高次谐波分量，并伴随有异常噪声，可根据振动频频率相关的高次谐波分量，并伴随有异常噪声，可根据振动频谱和声谱进行判别；谱和声谱进行判别；2)2)振动随时间而变。在转速、负荷工况一定，由于接触局部发热振动随时间而变。在转速、负荷工况一定，由于接触局部发热而引起振动矢量的变化，其相位变化与旋转方向相反；而引起振动矢量的变化，其相位变化与旋转方向相反；3)3)接触摩擦开始瞬间会引起严重相位跳动接触摩擦开始瞬间会引起严重相位跳动(大于大于1010相位变化相位变化)。局部摩擦时，无论是同步还是异步其轨迹均带有附加的环。局部摩擦时，无论是同步还是异步其轨迹均带有附加的环。摩擦时，轴心轨迹总是反向进动，即与转轴旋转方向相反，由摩擦时，轴心轨迹总是反向进动，即与转轴旋转方向相反，由于摩擦还可能出现自激振动，自激的涡动频率为转子的一阶固于摩擦还可能出现自激振动，自激的涡动频率为转子的一阶固有频率，但涡动方向与转子旋转方向相反。有频率，但涡动方向与转子旋转方向相反。5.4 动静摩擦71资料仅供参考,不当之处，请联系改正。例：某大型透平压缩机组，在开车启动过程中发生异常振动，导例：某大型透平压缩机组，在开车启动过程中发生异常振动，导致无法升速。其振动波形有削波现象；频谱图中有丰富的次谐波致无法升速。其振动波形有削波现象；频谱图中有丰富的次谐波及高频谐波；轴心轨迹的涡动方向为反向涡动。及高频谐波；轴心轨迹的涡动方向为反向涡动。诊断意见：诊断意见：机组在升速过程中发生了严重摩擦故障。机组在升速过程中发生了严重摩擦故障。处理措施：处理措施：由于机组振动值非常高，表明内部动静件摩擦比较严由于机组振动值非常高，表明内部动静件摩擦比较严重，为安全期间，决定停机拆检。重，为安全期间，决定停机拆检。生产验证：生产验证：停机解体检修发现，机组转子弯曲，动平衡精度严重停机解体检修发现，机组转子弯曲，动平衡精度严重超差，在升速过程中因振动大造成转子与密封之间摩擦。不仅密超差，在升速过程中因振动大造成转子与密封之间摩擦。不仅密封损坏，而且转子严重偏磨。封损坏，而且转子严重偏磨。例：某大型透平压缩机组，在开车启动过程中发生异常振动，导致无72