旋转机械故障诊断 1.pptVIP

* 不平衡的原因 转子 机械损伤 污染物堆积 轴弯曲 轴孔偏离中心 风扇 机械损伤 污染物堆积 轴孔偏离中心 齿轮 机械损伤 轴孔偏离中心 * 不平衡的原因 滑轮/槽轮 机械损伤 琐丝太大 轴孔偏离中心 飞轮 机械损伤 偏心孔 轴孔偏离中心 轴 轴弯曲 不规则加工 * 不平衡的原因 叶轮 机械损伤 腐蚀 联轴器 机械损伤 轴孔偏离中心 电气绕组 铜线分布不均 * 不平衡的原因 铸造缺陷 热膨胀 由于每个部件热膨胀率不同影响转子平衡 轴孔太大 * 不平衡的种类 按发生不平衡的过程可分为： 原始不平衡 渐发性不平衡 突发性不平衡 按机理可分为： 静不平衡 偶不平衡 动不平衡 旋转机械故障诊断转子不平衡 静不平衡 偶不平衡 = 静不平衡 + 偶不平衡 * 故障机理 如下图所示单盘转子系统，由于质心与旋转中心不重合而产生不平衡 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，不平衡振动的频率与转频相一致。 旋转机械故障诊断转子不平衡 F（t） ?t e ? c (a) 转子系统 M Fsin?t y( t) c k (b) 振动模型 * 无阻尼时，O、O’、G三点成一直线 实际转子总存在阻尼 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 阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反 旋转机械故障诊断转子不平衡 * 旋转机械故障诊断转子不平衡 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?=2?n/60，离心力F=Me?2，分解为两方向的力为： 两力相差90?，y方向的振动方程为： 归一化后： 其中：阻尼系数 自振角频率 * 故障机理 旋转机械故障诊断转子不平衡 上式的通解为： 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： * 故障机理 旋转机械故障诊断转子不平衡 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 其中： * 阻尼对转子临界转速的影响 旋转机械故障诊断转子不平衡 不敏感转子 阻尼小 阻尼大 转速 振幅 阻尼对临界转速无影响，但对共振峰的高低有较大影响 * 转子不平衡故障的频谱特征 振动幅值与转速平方成正比 工频的1倍频能量较大 同一平面x,y振动相位差90 转子不平衡故障的时域特征 呈现为类似简谐振动的波形 由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波 旋转机械故障诊断转子不平衡 * 正向进动：轴转向与轴心轨迹转向一致 不平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等 逆向进动：轴转向与轴心轨迹转向相反 干摩擦等少数情况下发生 旋转机械故障诊断转子不平衡 转子不平衡的轴心轨迹 轴在各个方向上刚度有差别，所以转子轴心轨迹通常为椭圆 从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动 同步采集 H方向 V方向 * 转子不平衡与转速的关系 当ωωn，即在临界转速下，振幅随着转速的增加而增大； 当ω接近ωn时，发生共振，振幅具有最大峰值； 当ωωn，即在临界转速上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值； 当工作转速一定时，相位稳定 旋转机械故障诊断转子不平衡 * 诊断实例1 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，机器不能正常运行。 旋转机械故障诊断转子不平衡 压缩机振动特征 * 诊断实例1 振动特征分析 时域波形为正弦波 频域中能量集中于1×频，有突出的峰值，高次谐波分量较小 轴心轨迹为椭圆 进动方向为同步正进动 振动大小随转速升降变化明显 诊断意见：强烈振动的原因是振动不平衡 处理措施：监护运行 生产验证 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后，下次大修发现动平衡严重超标 原因：转子库存时间较长，转子较重，未按规定周期盘转 旋转机械故障诊断转子不平衡 * 诊断实例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。 旋转机械故障诊断转子不平衡 CO2压缩机渐变不平衡振动特征 * 诊断实例2 振动特征分析 时域波形为正弦波 频谱图中，以1×频为主 分析其矢量域