第八讲旋转机械故障机理与诊断技术.pptVIP

二、旋转机械常见故障及其特点 1.不平衡 转子不平衡是旋转机械的常见故障之一。在制造与维修过程中，虽都要对转子作仔细平衡，使不平衡量小于限定值。但经过一段时间的运行，不平衡量会逐渐增大。由于转子处于高速运行状态，偏心量的少许增加，都会使惯性离心力剧增，使机器的功能下降，甚至无法继续运行。 转子不平衡引起的振动有以下特点： 振幅随转速的上升而增加； 振动的频率与转子的旋转频率相同； 振动方向以径向为主； 振动相位常保持一定角度。 当不平衡重量只存在于一个平面内时，这种不平衡称为静不平衡；而当在多个平面内有不平衡情况时，就是动不平衡。 2.转子不对中 所谓旋转轴不同轴，是指用联轴器连接起来的两根轴的中心线有偏移。存在不同轴时，容易发生轴向振动，使转子发生暂时或永久变形， 危害：使轴承和联轴器工作情况恶化、机械寿命缩短等。不同轴较轻时，其频率成分为旋转基本频率；不同轴严重时，会产生旋转基本频率的高次成分。 造成不同轴的主要原因：有制造精度差、安装不良、热变形不均匀、联轴器松动、地基下沉等。 对于不平衡引起的振动，振幅的增大与转速的平方成比例；对于不同轴引起的振动，振幅大体为一常数，与转速的变化无关。 3. 油膜振荡 油膜涡动是一种在某突然开始的转速下，在轴承中发生的一种流体力不稳定现象。其特点是振动频率约为转子转动频率的一半，故又称为半速涡动； 油膜振荡：随着转子转速的上升，油膜涡动频率也随之上升；当转子转速上升到临界转速二倍以上时，涡动频率不再上升，而始终为临界转速，并出现强烈振动，这就是油膜振荡。 油膜振荡的原因：是油膜涡动与转子共振二者相互作用的结果，因而也称为共振振荡。根据线性化理论，一旦这种振动出现，就会产生相当大的共振振幅，增加转子中心与轴承中心的偏离程度，容易导致转子疲劳破坏。 第二节 转子不平衡的故障机理与诊断 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。 一、不平衡的种类 造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。 原始不平衡：是由于转子的制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。 渐发性不平衡：是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。 突发性不平衡：是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造 成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。 二、不平衡故障机理 设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如图4.1所示。 三、不平衡故障的特征 实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°，因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图4.2所示。 由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。 (1) 振动的时域波形近似为正弦波(图4.2)。 (2) 频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波如图4.3所示。 (3)当ωωn时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当ωωn后，即在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当ω接近于ωn时，即转速接近临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值。振动幅值对转速的变化很敏感，如图4.4所示。 (4)当工作转速一定时，相位稳定。 (5)转子的轴心轨迹为椭圆。 四、诊断方法 转子不平衡的诊断依据主要见表4.1和表4.2 对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三种形式，其共同点较多, 但可以从以下两个方面对其进行甄别。 (1)振动趋势不同 原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，见图4.5(a)； 渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高，见图4.5(b)； 突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图4.5(c)。 六、转子不平衡故障诊断实例 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。主要振动特征如图4.6所示。 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