第六講汽輪機(jī)組常見橫向振動故障的診斷

1、第六講 汽輪機(jī)組常見橫向振動故障的診斷振動是汽輪機(jī)組狀態(tài)最常見的外部表現(xiàn)形式。振動信號中包含了豐富的機(jī) 組狀態(tài)信息。當(dāng)機(jī)組的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，其振動形態(tài)也將隨之發(fā)生改變。利用 適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，對振動信號進(jìn)行分析，可提取反映機(jī)組狀態(tài)的信息。本章主要 討論如何利用振動信號來診斷汽輪機(jī)組的故障。第一節(jié) 轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷轉(zhuǎn)子不平衡是汽輪機(jī)組最為常見的故障，統(tǒng)計(jì)分析表明，汽輪機(jī)組的大部 分振動是與轉(zhuǎn)速同步(fj的振動信號。引起汽輪機(jī)組同步振動的原因可能有 原始質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子熱不平衡、轉(zhuǎn)子熱彎曲、旋轉(zhuǎn)部件脫落、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢 等這些原因都將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡。不同原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡故障的規(guī)律基 本相近，

2、但也各有特點(diǎn)。一、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡1。故障機(jī)理分析轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障產(chǎn)生的機(jī)理是，轉(zhuǎn)子的各橫截面的質(zhì)心連線與各截面 的幾何中心的連線不重合，從而使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，各截面離心力構(gòu)成一個(gè)空間 連續(xù)力系，轉(zhuǎn)子的撓度曲線為一連續(xù)的三維曲線，如圖5-1所示。這個(gè)空間離心力力系和轉(zhuǎn)子的撓度曲線是旋轉(zhuǎn)的，其旋轉(zhuǎn)的速度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同，從而使 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生工頻振動。2. 故障特征分析當(dāng)轉(zhuǎn)子有質(zhì)量不平衡故障時(shí)，在不平衡力的作用下轉(zhuǎn)子將發(fā)生振動，振動 的主要特征有：(I )轉(zhuǎn)子的振動是一個(gè)與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動，振動幅值隨轉(zhuǎn)速按振動理 論中的共振曲線規(guī)律變化，在臨界轉(zhuǎn)速處達(dá)到最大值因此，轉(zhuǎn)子不平衡故障的 突出表現(xiàn)為一倍頻振

3、動幅值大。同時(shí)，出現(xiàn)較小的高次諧波，整個(gè)頻譜呈所謂 的“樅樹形”，如圖5-2所示。(2) 在一定的轉(zhuǎn)速下，振動的幅值和相位基本上不隨時(shí)間發(fā)生變化.(3) 軸心運(yùn)動軌跡為圓形或橢圓形。(4) 動態(tài)下，軸線彎曲成空間曲線，并以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繞靜態(tài)軸心線旋轉(zhuǎn)。3. 故障判斷依據(jù)對于汽輪機(jī)組而言，無論其平衡狀況有多么好，總是或多或少地存在質(zhì)量不 平衡.所以，其振動頻譜中始終有一倍頻分量，這種情況是允許的。這里有必要 引人一個(gè)判斷轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障時(shí)，轉(zhuǎn)子的整體振動水平肯定會超標(biāo).在轉(zhuǎn)子振動水平超標(biāo)的情況下利用如下方法來判斷轉(zhuǎn)子是否出現(xiàn)了不平衡故障：設(shè)診斷開始時(shí)與轉(zhuǎn)速同步的振動矢量為

4、Xn，通頻矢量為Xm,當(dāng)滿足XN|Xm ( =0.7)且振幅和相位不隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組存在轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障.二、轉(zhuǎn)子初始彎曲所謂轉(zhuǎn)子初始彎曲，是指在冷態(tài)和靜態(tài)條件下，轉(zhuǎn)子各橫截面的幾何中心線 與轉(zhuǎn)子兩端軸承的中心連線不重合，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏心質(zhì)量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不 平衡振動.有初始彎曲的轉(zhuǎn)子具有與質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子相似的振動特征，所不同的是初 彎轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速較低時(shí)振動較明顯，趨于彎曲值。在汽輪機(jī)組中，通常用盤車時(shí) 和盤車后測量到的晃度的大小來判斷轉(zhuǎn)子是否存在初始彎曲 .三、轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡1。故障機(jī)理分析在機(jī)組的啟動和停機(jī)過程中，由于熱交換速度的差異，使轉(zhuǎn)子橫截面產(chǎn)生 不均勻的溫度分布，使轉(zhuǎn)子發(fā)生

5、瞬時(shí)熱彎曲，產(chǎn)生較大的不平衡，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn) 生振動。轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲引起的振動一般與負(fù)荷有關(guān)，改變負(fù)荷，振動相應(yīng)地發(fā)生變 化，但在時(shí)間上較負(fù)荷的變化滯后。隨著盤車或機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，整機(jī)溫度趨于均勻，振動會逐漸減小。2 。故障特征分析(1 )轉(zhuǎn)子的振動頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動頻譜類似。(2) 振動的幅值和相位隨負(fù)荷發(fā)生變化。(3) 在一定的負(fù)荷下，振動的幅值和相位隨時(shí)間發(fā)生變化(4 )軸心運(yùn)動軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡類似3.故障判斷依據(jù)當(dāng)轉(zhuǎn)子振動值超標(biāo)，且式( 450) 滿足的情況下，若振幅和相位隨時(shí)間發(fā) 生變化, 則說明轉(zhuǎn)子存在熱態(tài)不平衡故障。四、轉(zhuǎn)子部件脫落1.故障機(jī)理分析平衡狀況良好的

6、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中突然有部件脫落時(shí)，會引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡， 在不平衡質(zhì)量的作用下會使轉(zhuǎn)子發(fā)生振動。當(dāng)脫落的部件質(zhì)量相當(dāng)大時(shí)，會使 轉(zhuǎn)子出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量不平衡 , 從而使轉(zhuǎn)子的振幅值突然增大 . 尤其是，若轉(zhuǎn)子的 振幅值非常大時(shí)，就會導(dǎo)致二次事故的發(fā)生 .2.故障特征分析(1) 轉(zhuǎn)子部件脫落后，轉(zhuǎn)子的振動頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動頻譜類似 (2 )轉(zhuǎn)子部件脫落的前后，振動的幅值和相位突然發(fā)生變化。 (3)部件脫落一段時(shí)間后 , 振動的幅值和相位趨于穩(wěn)定 .(4) 軸心運(yùn)動軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡類似。五、轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢1故障機(jī)理分析 如果蒸汽的品質(zhì)長期不合格，隨著時(shí)間的推移，將在汽輪機(jī)的動葉和靜葉

7、表面上結(jié)垢，使轉(zhuǎn)子原有的平衡遭到破壞 ,振動增大 . 由于結(jié)垢需要相當(dāng)長的時(shí) 間，所以，振動是隨著年月逐漸增大的。并且，由于通流條件變差 , 軸向推力增 加,機(jī)組級間壓力逐漸增大 , 效率逐漸下降。2.故障特征分析(1 )轉(zhuǎn)子的振動頻譜與質(zhì)量不平衡時(shí)的振動頻譜類似。(2) 軸心運(yùn)動軌跡與質(zhì)量不平衡時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡類似。(3) 振動的幅值和相位隨時(shí)間發(fā)生極為緩慢的變化 , 這種變化有時(shí)需要 個(gè)月甚至數(shù)個(gè)月才能發(fā)現(xiàn)明顯的差別。(4) 機(jī)組的出力和效率逐漸下降 .(5 )各監(jiān)視段的壓力隨時(shí)間的變化而緩慢增加 .第二節(jié) 轉(zhuǎn)子動靜碰磨故障的診斷隨著機(jī)組參數(shù)的不斷提高，動靜間隙的不斷減小，機(jī)組在運(yùn)行過程中

8、,由于裝配不良、轉(zhuǎn)子不平衡t過大、軸彎曲、機(jī)械松動或零部件缺陷等原因，可能導(dǎo) 致動靜部件之間發(fā)生碰磨。碰磨是汽輪機(jī)組的常見故障之一，且往往是其他故 障的誘發(fā)故障。在國產(chǎn)200MW及以上的機(jī)組中，已有多臺因動靜碰磨而造成轉(zhuǎn) 子彎曲的嚴(yán)重事故。一、轉(zhuǎn)子碰磨的幾種類型按摩擦的部位可分為徑向碰磨、軸向碰磨和組合碰磨，如圖53所示。轉(zhuǎn)子外緣與靜止部件接觸而引起的摩擦稱為徑向碰磨；轉(zhuǎn)子在軸向與靜止部件接觸而 引起的摩擦稱為軸向碰磨；既有徑向摩擦又有軸向摩擦的碰磨稱為組合碰磨。按轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)與靜止部件的接觸情況分為整周碰磨和部分碰磨。轉(zhuǎn) 子在旋轉(zhuǎn)的一周中始終與靜止的碰磨點(diǎn)保持接觸，稱為整周碰磨；轉(zhuǎn)子在旋

9、轉(zhuǎn) 的一周中只有部分弧段發(fā)生接觸。稱為部分碰磨。另外，按照摩擦的程度分為早期碰磨、中期碰磨和晚期碰磨。二、碰磨對轉(zhuǎn)子振動特性的影響1 .數(shù)學(xué)模型的建立為了方便起見，將實(shí)際轉(zhuǎn)子簡化成如圖5-4所示的模型.轉(zhuǎn)子與靜子碰磨時(shí)靜子對轉(zhuǎn)子有一個(gè)作用力Fo,同時(shí)轉(zhuǎn)子對靜子也有一個(gè)反作用力一F。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動方程為MyCy Kyme 2 cos( t) Fo(5-1)其中Fo0,ymcyCcy kc(y),y整理得MyCy Ky2A me cos( t)(5 2)其中mMm mccCc Cckk kcc/m Nk/m mc/m BQ/m Nc kc/m式中m 輪盤質(zhì)量；mc靜子參振質(zhì)量； c轉(zhuǎn)子阻尼；Cc靜

10、子碰磨處的當(dāng)量阻尼; k轉(zhuǎn)子總剛度；kc靜子碰磨處的當(dāng)量剛度; e-輪盤的偏心距；轉(zhuǎn)子與靜子間隙；-轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度；相位角則方程（5-2）變?yōu)閐 y d 2N dyd 2yF MFcFkAecos(a)(5 3)設(shè)當(dāng)2n0(2n 1)0（n=0、l、2、3.）時(shí)，轉(zhuǎn)子與靜子碰磨（即y），此時(shí)在式（53）中F MBd2y FNcdy，F(xiàn)k2c2y,A2c2d 2d當(dāng)為其他值時(shí)y，F(xiàn)mFcFkA02. 方程的求解 設(shè)方程的解為yA0an cos(n ) bn sin(n )n 1(5 4)代人方程（5-3）得2Nr .,2n an cos(n )bn sin(n)-nansi n(n)bn co

11、s(n )2 A0n 12n 1(5-5)2 an cos(n )n 1bn sin(n)Fm Fc Aecos()式中，當(dāng)2n0(2n1)0時(shí)，有F MFcBnNcn2ancos(n )當(dāng)為其他值時(shí)Fk2 A0nan sin(n )n 12c2nan cos(n1bn sin(n )bn cos(n )bn sin(n )F MF CF K A 0可用近似的方法求解方程 慮一特殊情況下的方程的解。2c2（5-5）.由于篇幅原因，這里不敘述求解過程.下面考（1）不考慮靜子的參振質(zhì)量，即0，NO，Nc 0，B 0（2）00，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周中有半周（即180。）與靜子碰磨，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速

12、為k kc/2m(5-6)而沒有發(fā)生碰磨故障時(shí)的轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速為k/m .很顯然，發(fā)生碰磨故障時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速是增加的，見圖5-5。發(fā)生碰磨后，轉(zhuǎn)子振動的二倍頻振幅與一倍頻振幅之比為圖5 5共振前后的轉(zhuǎn)子共振曲線對比AA8 2222( 5 7)3 (8 22 2 a)分析上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為IiJ 2 - 2 時(shí)，A2/A1 最大.這說明，當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生部分碰磨時(shí)，二倍頻幅值與一倍頻幅值之比在轉(zhuǎn)速略大于1/2臨界轉(zhuǎn)速時(shí)最大三、動靜碰磨對轉(zhuǎn)子運(yùn)動產(chǎn)生的影響動靜碰磨含有三種物理現(xiàn)象：碰撞、摩擦和軸系剛度的改變。下面分析由這 三種物理現(xiàn)象產(chǎn)生的效應(yīng).1。碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面

13、：(1) 改變轉(zhuǎn)子的振動形態(tài)。碰撞相當(dāng)于給轉(zhuǎn)子及靜子一個(gè)脈沖，能將轉(zhuǎn)子和 靜子的固有頻率激發(fā)起來。因此，轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動是由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動和 沖擊產(chǎn)生的自由振動的疊加而形成的，從而使振動在頻譜中的高頻分量增加。(2) 碰磨點(diǎn)限制了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動，使轉(zhuǎn)子的振動波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生削波現(xiàn)象.(3) 在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生較大的法向力和切向力(見圖5 6石和圖5-7所示)。1摩擦產(chǎn)生的效應(yīng)（1）動靜部分摩擦，使機(jī)組的零部件磨損，影響機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，使機(jī)組的效 率下降（2）使轉(zhuǎn)子和靜子局部過熱，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱態(tài)彎曲。（3）在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生附加扭矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。（4）產(chǎn)生切向摩擦力圖57說明了由碰磨產(chǎn)生的摩搖力

14、的方向，摩擦使轉(zhuǎn) 子從正向渦動轉(zhuǎn)向反向渦動3。軸系剛度變化產(chǎn)生的效應(yīng)軸系剛度不僅與轉(zhuǎn)子的材料有關(guān)，而且與軸系的邊界條件有關(guān)，動靜碰磨 時(shí)，邊界條件改變了，其剛度發(fā)生變化（剛度增加），固有頗率增加，軸系將不穩(wěn)定, 可能發(fā)生自激振動。圖5-7碰磨產(chǎn)生的效應(yīng)四、振動特征分析1。振動的時(shí)城波形特征當(dāng)轉(zhuǎn)子未發(fā)生碰磨故障時(shí)，振動的時(shí)域波形為正弦波。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨故 障時(shí)，振動的時(shí)域波形發(fā)生崎變，出現(xiàn)削波現(xiàn)象，如圖5-8所示。另外，在振動信號中有奇異信號。2。振動的頻譜特征由動、靜部分碰磨而產(chǎn)生的振動，具有豐富的頻譜特征，如圖 5-9所示。碰 磨故障的振動信號既有fr （工頻）、f2r、f3r、彳4成分，又

15、有大于的高頻成 分，同時(shí)還有（00.39） fr、（0.40.49） fr、0.5 fr 和（0。510.99） fr 的低頻 成分.振動有時(shí)還會隨著時(shí)間發(fā)生緩慢的變化。W(b)圖58發(fā)生碰磨故障時(shí)的振動時(shí)域波形(a)無故障時(shí)的時(shí)域波形；(b)碰磨故障時(shí)的時(shí)域波形BJ圖5-9動靜碰磨故障下的幅值譜(a)轉(zhuǎn)子振動頻譜；(b)軸承座振動頻率3. 軸心運(yùn)動軌跡特征(1) 若發(fā)生的是整周碰磨故障，則軸心運(yùn)動軌跡為圓形或橢圓形，且軸心軌 跡比較紊亂。(2) 若發(fā)生的是單點(diǎn)局部碰磨故障，則軸心運(yùn)動軌跡呈內(nèi)“ 8 ”字形，如圖 5-10(a)所示。(3) 若發(fā)生的是多點(diǎn)局部碰磨故障，則軸心運(yùn)動軌跡呈花瓣形，

16、如圖5-10(b)所示。4。振動的時(shí)變特征當(dāng)轉(zhuǎn)軸與靜子發(fā)生碰磨時(shí)，會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振幅時(shí)大時(shí)小、振動相位也時(shí)大 時(shí)小的旋轉(zhuǎn)振動。這種旋轉(zhuǎn)振動的機(jī)理如圖5-11所示。設(shè)轉(zhuǎn)子原來有不平衡質(zhì)量m1，該不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的振動矢量為 X1，g和X1之間相差角度振動矢量 X；使轉(zhuǎn)子的A點(diǎn)與靜子發(fā)生碰磨，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的 A點(diǎn)處出現(xiàn)過熱，從而使轉(zhuǎn)子在 A點(diǎn)處沿軸的徑向方向發(fā)生貓拱背式的熱變形，在X1方向產(chǎn)生質(zhì)量偏心m2，由圖510 發(fā)生碰磨故障時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡（a）單點(diǎn)局部碰磨時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡；（b）多點(diǎn)局部碰磨時(shí)的軸心運(yùn)動軌跡M»圖5 11碰磨時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)振動m2產(chǎn)生的振動為X 2。設(shè)轉(zhuǎn)子的合成偏心質(zhì)量為m

17、,很顯然，m mi m2。合成 偏心質(zhì)量m產(chǎn)生的合成振動為X X； X2，m和X之間也相差角度 。合成振 動X使轉(zhuǎn)子在B點(diǎn)處與靜子發(fā)生碰磨。依此類推，碰磨點(diǎn)逆轉(zhuǎn)向移動。這種移動 過程可用圖512來說明.當(dāng)碰磨點(diǎn)在轉(zhuǎn)子上移動一周后，矢量式也逆轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)了 一周，合成振幅經(jīng)歷由大（0。位置）?。?80。位置）大（360。位置）的過程， 合成振動的相位經(jīng)歷由0。一 max min - 0。的過程。所以，振動會出現(xiàn)時(shí)大時(shí)小 的現(xiàn)象。合成振動經(jīng)歷一個(gè)變化周期需要十幾分鐘，有時(shí)需要數(shù)十分鐘。根據(jù)對不同碰磨程度下轉(zhuǎn)子振動信號頻譜中各振動成分的計(jì)算發(fā)現(xiàn)：（1）（00。39） fr、（0。40。49）、0。5 和

18、（0.51 0。99） fr 的低頻成分的幅值與工頻成分的幅值之比均不超過0。10,一般在0。050。10之間。（2）f4r、f5r及以上高頻成分的幅值與工頻成分的幅值之比也很小，不超過0.01。(3) f2r、far成分的幅值與工頻成分的幅值之比較大，一般可達(dá)0o 200.50。圖512 X,與X2的合成第三節(jié)轉(zhuǎn)子不對中故障的診斷一、轉(zhuǎn)子不對中故障的類型所謂不對中，是指用聯(lián)軸器連結(jié)起來的兩根軸的中心線存在偏差，這種偏 差有如下幾種類型。(1 )平行不對中。所謂平行不對中，是指兩根軸的中心線產(chǎn)生了平行偏移， 如圖5-13(a)所示。(2)偏角不對中。偏角不對中是指兩根軸的中心線存在一定的夾角，

19、如圖 5-13 (b)所示。(3)組合不對中。所謂組合不對中，是指兩根軸的中心線既產(chǎn)生了平行偏移圖5-13轉(zhuǎn)子不對中的幾種類型(a)平行不對中；(b)偏角不對中;(c)組合不對中又存在一定的夾角，如圖5-13(c)所示。對中性包括靜止?fàn)顟B(tài)下的冷對中和運(yùn)行狀態(tài)下的熱對中。影響轉(zhuǎn)子對中性 的因素有：連接到機(jī)組上的管道系統(tǒng)、支座與基礎(chǔ)、機(jī)架、應(yīng)對中的各軸的熱關(guān) 系等.不對中的作用就像轉(zhuǎn)子上有一個(gè)不定向的預(yù)載荷，容易引起軸向振動二、故障特征分析(1) 當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不對中故障時(shí)，從振動的時(shí)域波形上可看出旋轉(zhuǎn)基本頻率 的高次成分。(2) 從振動信號的頻譜圖上可以發(fā)現(xiàn)工頻的高次分量，如2fr和3fr振動, 尤

20、其是2fr振動非常明顯(如圖5-14所示)。(3) 當(dāng)不對中比較輕微時(shí)，軸心軌跡呈橢圓形；當(dāng)不對中故障達(dá)到中等程度 時(shí)，軸心軌跡呈香蕉形；當(dāng)不對中故障較嚴(yán)重時(shí)，軸心軌跡呈外“ 8”字形。第四節(jié)轉(zhuǎn)子裂紋故障的診斷長期運(yùn)行的汽輪機(jī)有時(shí)會在轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)不同程度的裂紋，這是誘發(fā)災(zāi)難性 事故的根源之一。轉(zhuǎn)軸裂紋使汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)呈特殊的動態(tài)現(xiàn)象，觀察和跟蹤這些現(xiàn)象能有效地監(jiān)測轉(zhuǎn)軸裂紋的存在。諸如超聲、紅外線和其他電氣方法能直 接有效地監(jiān)測裂紋的存在，但它們適用于靜態(tài)場合，現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)側(cè)裂紋最常用 的方法是振動監(jiān)測方法一、轉(zhuǎn)子裂紋的分類按裂紋的方向分類，有軸向裂紋、徑向裂紋和斜裂紋，如圖5-15所示。軸向裂紋沿

21、著轉(zhuǎn)子軸向擴(kuò)展；徑向裂紋沿著轉(zhuǎn)子周向擴(kuò)展；而斜裂紋的擴(kuò)展方向與 軸向方向成一定的夾角(090°)。其中，徑向裂紋對轉(zhuǎn)子的安全危害最大,斜裂紋次之。(FDCWGOlb)(0圖515轉(zhuǎn)子裂紋的類型(a)軸向裂紋；(b)徑向裂紋;(c)斜裂紋按裂紋的形狀特征分為開裂紋、閉裂紋和時(shí)開時(shí)閉裂紋。開裂紋轉(zhuǎn)軸的撓度大于無裂紋轉(zhuǎn)子的撓度；閉裂紋對轉(zhuǎn)子的振動特性不會發(fā)生作用；而時(shí)開時(shí)閉 裂紋對振動影響復(fù)雜。開閉爲(wèi)卅WTIBT2QW圖516裂紋轉(zhuǎn)子的撓度變化一般來說，徑向裂紋在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動應(yīng)力下，始終處于“開”和“閉”的 周期變化過程中。圖5-16為轉(zhuǎn)子上的徑向裂紋的開閉引起轉(zhuǎn)子撓度變化的情況。二、裂紋

22、故障的機(jī)理分析導(dǎo)致轉(zhuǎn)子裂紋最重要的原因是高周疲勞、低周疲勞、蠕變和應(yīng)力腐蝕開裂 此外，也與轉(zhuǎn)子工作環(huán)境中含有腐蝕化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。而大量的扭轉(zhuǎn)和徑向載荷, 加上復(fù)雜的轉(zhuǎn)子運(yùn)動，造成了惡劣的機(jī)械應(yīng)力狀態(tài)，最終也導(dǎo)致軸裂紋的產(chǎn)生。三、裂紋轉(zhuǎn)子的振動特征分析有徑向裂紋的轉(zhuǎn)子其橫向剛度下降，而且轉(zhuǎn)子的剛度不對稱，與無裂紋轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)軸線不再重合，由此產(chǎn)生彈性不平衡力。轉(zhuǎn)子以。旋轉(zhuǎn)時(shí)，伴隨其非同步的彎曲振動使裂紋分別以固有頻率 2和1( 1裂紋閉合時(shí)轉(zhuǎn)子的固有頻率，2 裂紋張開時(shí)轉(zhuǎn)子的固有頻率)周期性開閉，不斷改變裂紋的性質(zhì)。由于裂紋性質(zhì)的改變導(dǎo)致轉(zhuǎn)子剛度的變化，改變了轉(zhuǎn)子對主要激振力的動力響應(yīng)，此激振力即

23、重力和不平衡力.當(dāng)不平衡力不計(jì)時(shí)，理論上，裂紋轉(zhuǎn)子在重力作用下的響應(yīng)如下式22Pg2 11111 114224.sint1cos2 t11-sin 3 tsin 5 t sin7 t -3415105315(5-8)由上式可知，裂紋轉(zhuǎn)子由重力引起的響應(yīng)除1倍頻外,還有2倍頻、3倍頻分量。除了上述特征外，裂紋轉(zhuǎn)子還有如下的振動特征：(1) 由于裂紋的存在改變了轉(zhuǎn)子的剛度，從而使轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速較正常值要小，裂紋越嚴(yán)重，各階臨界轉(zhuǎn)速減小得越多(2) 由于裂紋造成剛度變化且不對稱，從而使轉(zhuǎn)子的共振轉(zhuǎn)速擴(kuò)展為一個(gè)區(qū) 域。(3 )裂紋轉(zhuǎn)子在做強(qiáng)迫響應(yīng)時(shí)，一次分量的分散度較無裂紋時(shí)大.(4) 在恒定轉(zhuǎn)速

24、下，各階諧波幅值及其相位不穩(wěn)定，尤以二倍頻最為突出。(5) 裂紋轉(zhuǎn)子引起的剛度不對稱，使轉(zhuǎn)子動平衡發(fā)生困難，往往多次試加平 衡質(zhì)量也達(dá)不到所要求的平衡精度。四、裂紋轉(zhuǎn)子的監(jiān)測和診斷(1) 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)法。此方法著眼于各階諧波分量幅值lx、2x和3x的大小以及 隨時(shí)間的變化，1x、2x和3x分量幅值隨時(shí)間穩(wěn)定增長的趨勢說明轉(zhuǎn)子存在裂紋。(2) 滑停法。此法將機(jī)組從工作轉(zhuǎn)速滑降至零轉(zhuǎn)速，在降速過程中，測最振 動響應(yīng)并進(jìn)行頻譜分析。若轉(zhuǎn)子產(chǎn)生裂紋或裂紋有進(jìn)一步的擴(kuò)展，則在轉(zhuǎn)速過 臨界及1/2、1/3臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振動響應(yīng)將有明顯的改變(3) 溫度瞬間法。此法原理是快速降低蒸汽溫度，使轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生拉伸的熱

25、應(yīng)力如果有裂紋存在，拉應(yīng)力將使裂紋張開，使轉(zhuǎn)子振動瞬間增大，通過快速 降溫或快速升溫的辦法可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子是否有裂紋 第五節(jié)油膜渦動與油膜振蕩故障的診斷、油膜渦動1. 轉(zhuǎn)軸在油膜力作用下的渦動運(yùn)動當(dāng)軸徑在軸瓦中轉(zhuǎn)動時(shí)，在軸徑與軸瓦之間的間隙中形成油膜，油膜的流體 動壓力使軸徑具有承載能力當(dāng)油膜的承載力與外界載荷平衡時(shí)，軸徑處于平衡 位置。；當(dāng)轉(zhuǎn)軸受到某種外來擾動時(shí)，軸承油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復(fù) 力以保持和外載荷平衡外，還要產(chǎn)生一垂直于偏移方向的切向失穩(wěn)分力，這個(gè)失穩(wěn)分力會驅(qū)動轉(zhuǎn)子作渦動運(yùn)動。當(dāng)阻尼力大于切向失穩(wěn)力時(shí)，這種渦動是收斂 的，即軸徑在軸承內(nèi)的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的。當(dāng)切向分力大于阻尼力時(shí)，

26、渦動是發(fā)散的，軸徑運(yùn)動是不穩(wěn)定的，油膜振蕩就屬于這種情況。介于兩者之間的渦動軌跡為 封閉曲線，半速渦動就是這種情況2。半速渦動的機(jī)理假設(shè)油在軸承中無端泄，油在軸瓦表面的流動速度為零，而在軸徑表面的 流動速度為r ，等于軸徑表面的線速度，且兩者間隙中的油流速度是線性變化1的，如圖517所示.在連心線上，AB截面流人油楔的流量為-r B(c e)，在21CD處流出的流量為-r B(c e)，兩個(gè)流量之差應(yīng)等于因渦動引起收斂油楔隙2內(nèi)流體容積的增加率，即11r B(c e) r B(c e) 2rBe(5 9)22由此可得2式中r 軸徑半徑；B 軸承寬度；c-軸承間隙；e 軸心偏心距；軸徑渦動角速度

27、；(5-10)圖5 17半速渦動的原理示意軸徑轉(zhuǎn)動角速度。這就是所謂的半速渦動的含義。實(shí)際上，由于軸承端泄等因素的影響，一般渦動頻率略小于轉(zhuǎn)速的一半，約為轉(zhuǎn)速的 0.420。46倍._、油膜振湯故障的形成轉(zhuǎn)軸在發(fā)生半速渦動之前的轉(zhuǎn)動是平穩(wěn)的。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的值時(shí)，轉(zhuǎn)子 發(fā)生半速渦動。一般稱發(fā)生半速渦動的轉(zhuǎn)速為失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。發(fā)生半速渦動后，隨 著轉(zhuǎn)速的升高，渦動角速度也隨之增加，但總保持著約等于轉(zhuǎn)動速度一半的比例 關(guān)系。半速渦動一般并不劇烈，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升高到比第一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，半速渦動的渦動速度與轉(zhuǎn)軸的第一階臨界轉(zhuǎn)速相重合即產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振動現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。油膜振蕩一旦發(fā)生之

28、后，就將始終保持約等于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的渦動頻率，而不再隨轉(zhuǎn)速的升高而升高。圖5- 18表示油膜振蕩的轉(zhuǎn)速特性，分三種情況，每一圖中都表明了隨轉(zhuǎn) 速 變化的正常轉(zhuǎn)動、半速渦動和油膜振蕩的三個(gè)階段，其中一條曲線表示振 動頻率的變化，一條曲線表示振動幅值的變化。圖5 18(a)表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在一一階臨界轉(zhuǎn)速之前。圖5-18(b)表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速之后。這兩種情況的油膜振蕩都在稍高于二倍臨界轉(zhuǎn)速的某一轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生圖5-18(c)表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速之后，轉(zhuǎn)速在稍高于二倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)軸并沒有失穩(wěn)，直到 比二倍臨界轉(zhuǎn)速高出較多時(shí)，轉(zhuǎn)軸才失穩(wěn)。而降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速要比升速時(shí)發(fā)生油膜振蕩的

29、轉(zhuǎn)速低，表現(xiàn)出一種“慣性”現(xiàn)象23圖5-18油膜振蕩的轉(zhuǎn)速特性三、油膜振蕩故障的特征分析1. 油膜振蕩故障的頻譜特征油膜振蕩是軸頸帶動潤滑油高速流動時(shí)，高速油流反過來激勵(lì)軸頸，使其發(fā)生強(qiáng)烈振動的一種自激振動現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)動時(shí) ，軸頂在軸承內(nèi)繞其中心高速 旋轉(zhuǎn)但失穩(wěn)后，軸頸不僅繞其中心高速旋轉(zhuǎn)，而且軸頸中心本身將繞平衡點(diǎn)甩 轉(zhuǎn)或渦動。這種渦動頻率一般約為轉(zhuǎn)動角速度的一半，稱為半速渦動。當(dāng)轉(zhuǎn)軸 的臨界轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，渦動頻率可能與轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速相等或接近，其渦動振幅 將被共振放大，即產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，此時(shí)稱為油膜振蕩由此可見，當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí)，其振動的主要頻率成分為臨界轉(zhuǎn)速（一般是第一階臨界轉(zhuǎn)速

30、）左右 的頻率。一般來說，在油膜振蕩的形成和發(fā)展過程中，轉(zhuǎn)子振動有如下的頻譜特征： 當(dāng)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)出現(xiàn)油膜渦動時(shí)，振動的頻率成分中0.5侔振動很大，且0.5振動的幅值與fr振動幅值的比值隨轉(zhuǎn)速而變化.從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若僅僅是半速渦動， 這個(gè)比值在(0。32。0)范圍內(nèi);若比值超過2。0,則將很快發(fā)展成油膜振蕩。 當(dāng)出現(xiàn)油膜振蕩時(shí)，振動的主要成分的頻率近似地等于 fc .這里,fc表示轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)的第一階臨界轉(zhuǎn)速.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，出現(xiàn)油膜振蕩故障時(shí)，fc振動的幅值與fc振 動的幅值之比大于2。0。圖5-19是在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)子上側(cè)得的油膜渦動和油膜振蕩故障的振動頻譜。srgraoIXislx 2jt Jjc

31、4x S-i 7x Bjc 9x49*圖519油膜渦動和油膜振蕩故障的振動頻譜(a)油腆渦動故障下的幅值譜；(b)油膜振蕩故障下的幅值譜2振動時(shí)城波形特征轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動和油膜振湯故障時(shí)，振動的時(shí)域波形會發(fā)生畸變， 在工頻的基波上盈加了低頻成分，有時(shí)低頻分量占主要地位。圖5-20中的(b)和(c)是在實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)子上測得的油膜渦動和油膜振蕩故障的振動信號時(shí)域波形，與正 常情況下的振動時(shí)域波形圖 5-20(a)相比，具有明顯的差異。3。軸心運(yùn)動執(zhí)跡特征當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生油膜振蕩故障時(shí)，轉(zhuǎn)子渦動方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相同(即 正向進(jìn)動)，軸心軌跡呈花瓣形(如圖521所示).圖520油膜渦動和油膜振蕩故障的振

32、動信號時(shí)域波形(a)正常情況下的時(shí)域波形；(b )油膜渦動故障下的時(shí)域波形;(c)油膜振蕩故障下的時(shí)城波形4。油膜振蕩故障發(fā)生過程中伴隨的其他現(xiàn)象(1) 油膜振蕩故障的發(fā)生和消失具有突然性，并具有慣性效應(yīng)，即升速時(shí)產(chǎn)生振蕩的轉(zhuǎn)速比降速時(shí)振蕩消失的轉(zhuǎn)速要大。(2) 油膜振蕩故障發(fā)生時(shí)，油膜經(jīng)歷了破壞一建立一破壞一建立這樣的反復(fù)過程，軸頸和軸承不斷碰磨，產(chǎn)生撞擊聲 ，軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動。(3) 油膜振蕩對轉(zhuǎn)速和油溫的變化較敏感。(4) 軸承載荷小或偏心率小的轉(zhuǎn)子，容易發(fā)生油膜振蕩，工作轉(zhuǎn)速高于2倍一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子容易發(fā)生油膜振蕩。第六節(jié)蒸汽振蕩故障的診斷一、蒸汽激振的機(jī)理分析汽輪機(jī)的蒸汽間

33、隙(是轉(zhuǎn)子和靜子之間的徑向動靜間隙，亦稱徑向間隙 )，在 安裝時(shí)應(yīng)是均勻?qū)ΨQ無偏差。由于轉(zhuǎn)子彎曲，汽缸膨脹變形跑偏，或者汽流作 用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子切向推力，均可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與靜子的徑向間隙的變化出現(xiàn)偏差， 如圖5 22所示。這種偏差會產(chǎn)生一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子上的促使其渦動的切向力。 當(dāng)有葉片圍帶時(shí)，此力更大。研究表明，在汽輪機(jī)的軸端汽封和隔板汽封中亦存在同 樣的激振力。國產(chǎn)200MW及以上的汽輪機(jī)組曾發(fā)生過由蒸汽振蕩故障導(dǎo)致的嚴(yán) 重事故.圖5-22汽輪機(jī)的蒸汽間隙在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，蒸汽的激振力來自于下面幾個(gè)方面1.葉頂間隙產(chǎn)生的激振力在汽輪機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子偏心時(shí)，轉(zhuǎn)子葉輪和汽缸間的間隙沿周向不均勻，使 間隙的

34、漏汽量重新分布，小間隙處產(chǎn)生大推力，大間隙處產(chǎn)生小推力。其結(jié)果 產(chǎn)生了一個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子中心位移的橫向力（見圖523），此力將誘發(fā)轉(zhuǎn)子渦動 該力的大小與這一級葉輪的功率成正比，與葉片的高度成反比。圖5-23轉(zhuǎn)子受力分析示意作用于汽輪機(jī)葉片的蒸汽周向力，在間隙小的一側(cè)大于間隙大的一側(cè)，轉(zhuǎn) 子各級葉輪所受周向力的總和除有力偶外，還有一個(gè)與轉(zhuǎn)子軸心o'的位置垂直的附加力Ft，其表達(dá)式為FtF t1 F t2(511)討論轉(zhuǎn)子葉輪在干擾力的作用下的運(yùn)動，力學(xué)分析如圖5-23所示，設(shè)葉輪中心O'位置以x、y表示，擾動力Ft在坐標(biāo)軸上投影為訕，F(xiàn)tyk1 x(512)k1為常數(shù)，設(shè)葉輪質(zhì)量為

35、m，轉(zhuǎn)軸剛度系數(shù)為k，葉輪中心運(yùn)動方程為mx kx k1y 0(5-13)my ky k1x 0 用復(fù)變量z x iy表示上述微分方程，得z 2（1 ih）z 0（ 514）其中2 k/m,h k,/k,如果考慮外阻尼作用，則徽分方程為z 2nez：（1 ih）z 0（ 515）其中，2ne Ce/m，Ce是阻尼系數(shù)。將z z°et代人式（5-15），求得特征根后作變換整理可得一般解，即(5-16)1t i t2t i tzz01 eeZo?ee其中1 ne nh/(2.12)2 ne nh/(2.12)在式（5 16）中，第二項(xiàng)代表反進(jìn)動項(xiàng)，是收斂的。第一項(xiàng)代表正進(jìn)動項(xiàng) 當(dāng)1<

36、;0時(shí)是發(fā)散的。因此當(dāng)滿足nenh/（2.1 2）或h 2 n12/ n（5 l7） 的條件時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)動就會失穩(wěn)。轉(zhuǎn)子渦動的頻率總是低于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速。2. 汽封產(chǎn)生的激振力（1）圍帶汽封產(chǎn)生的激振力。在汽輪機(jī)的高壓級中，由于蒸汽的容積流量小， 為了減少漏汽損失，常在動葉頂部圍帶處設(shè)置汽封以減少葉頂漏汽。蒸汽在圍帶汽封處產(chǎn)生的激振力的大小與汽封前燕汽的參數(shù) （壓力、溫度）、汽封后蒸汽的 參數(shù)（壓力）、汽封間隙處的半徑以及進(jìn)人汽封的蒸汽的周向速度有關(guān)。一般來說,汽封前蒸汽的參數(shù)越高，進(jìn)人汽封的蒸汽的周向速度越大，蒸汽產(chǎn)生的激振力越大。（2）隔板汽封產(chǎn)生的激振力。隔板汽封位于靜葉根部 ，其所處位置的

37、半徑小， 且動葉出口汽流余速較小，進(jìn)人隔板汽封的汽流的預(yù)旋較小，蒸汽產(chǎn)生的激振力較小。（3）軸端汽封產(chǎn)生的激振力。高壓轉(zhuǎn)子的軸端汽封幾乎覆蓋了高壓轉(zhuǎn)子的一半，進(jìn)人軸端汽圭寸的蒸汽參數(shù)很高。根據(jù)對一臺產(chǎn)生嚴(yán)重自激振動的汽輪機(jī)高壓 轉(zhuǎn)子的考察，證明其原因主要是高壓缸前汽封中汽流激振所引起，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn)這種作用力可表示為FxFy軸端汽圭寸一般是迷宮式汽圭寸。蒸汽在迷宮式汽圭寸內(nèi)流動時(shí)，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的 作用力類似于滑動軸承對轉(zhuǎn)子的作用力(5-18)式中 Fx、Fy-汽封作用在轉(zhuǎn)子水平和垂直方向上的力;x、y轉(zhuǎn)子的位移；K、 k汽封的主剛度和交叉剛度,FxFyD、 d汽封的主阻尼和交叉阻尼,EF

38、y,dFxE，迷宮汽、E-轉(zhuǎn)子的渦動速度和渦動半徑.研究表明其中，交叉剛度k和主阻尼D對轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性影響最大。封對轉(zhuǎn)子的激振力與汽封的進(jìn)出口壓力、進(jìn)汽預(yù)旋速度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、汽封的結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)子渦動半徑和渦動頻率有關(guān)、蒸汽振蕩故障的特征分析汽輪機(jī)發(fā)生蒸汽振蕩故障時(shí)，將出現(xiàn)下列故障征兆：(1) 轉(zhuǎn)子正向渦動，渦動頻率為 0.60.9倍工頻；(2) 軸心運(yùn)動軌跡為橢圓形；(3) 強(qiáng)烈振動時(shí)，有可能激發(fā)轉(zhuǎn)子的一階自振頻率，表現(xiàn)為自激振動，強(qiáng)振 時(shí)的主要頻率為轉(zhuǎn)子的一階固有頻率，且頻帶較寬；(4) 負(fù)荷存在一個(gè)“門限值”，在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈振動；(5) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也存在一個(gè)“門限值",在其值附

39、近可導(dǎo)致強(qiáng)烈的振動；(6) 振動的再現(xiàn)性強(qiáng)；(7) 般在轉(zhuǎn)子不平衡、不對中和偏心時(shí)容易發(fā)生；(8) 振動的大小，跟機(jī)組的負(fù)荷有密切關(guān)系；(9) 蒸汽振蕩故障多發(fā)生在汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子上。第七節(jié)非轉(zhuǎn)動部件松動故障的診斷部件配合松動是汽輪機(jī)組的常見故障之一。部件松動故障分為兩大類，一 類是非轉(zhuǎn)動部件的配合松動故障；另一類是轉(zhuǎn)動部件的配合松動故障.其中前者 較為常見。非轉(zhuǎn)動部件配合松動的典型情況是軸承外殼以過大的間隙與軸承座配合。 其他情況還有軸承座的松動、支座松動、地腳螺栓松動和基礎(chǔ)灌漿不實(shí)等。轉(zhuǎn)動部件松動的典型情況是套裝葉輪和套裝套簡與轉(zhuǎn)軸的配合松動。因部件松動而引起的振動應(yīng)借助于非線性理論來進(jìn)行

40、分析。松動可以使任何已有的不平衡、不對中所引起的振動間題更加嚴(yán)重，從而 可能導(dǎo)致汽輪機(jī)劇烈振動。本節(jié)簡單討論非轉(zhuǎn)動部件松動故障的特征一、轉(zhuǎn)動部件配合松動故障的常規(guī)特征分析1。振動信號的時(shí)城波形特征 從振動信號的時(shí)域波形特征來看，當(dāng)發(fā)生松動故障時(shí)，時(shí)域波形會出現(xiàn)跳 躍現(xiàn)象，有時(shí)可能出現(xiàn)明顯的跳變信號 ,松動故障越嚴(yán)重，跳變信號越突出。這 種跳變信號有時(shí)甚至用手觸摸也能感覺得到。2.振動信號的頻譜特征 由于非線性可能引起轉(zhuǎn)子的分?jǐn)?shù)次諧波共振 （亞諧波共振 ），其頻率是精確的 1/2、1/3、倍轉(zhuǎn)速。所以，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)松動故障時(shí)，除了產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)頻率相同的 振動外，還會產(chǎn)生 fr /2和 fr /3等分

41、數(shù)級諧波振動，以及旋轉(zhuǎn)頻率的高倍頻振動 （如2fr、3fr、4fr、5f、6、7f及以上的頻率成分）。3. 振動的方向性特征松動故障的另一特征是振動的方向性 ,特別是松動方向上的振動。由于約束 力的下降，將引起振動的加大 .松動使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在水平方向和垂直方向具有不同 的臨界轉(zhuǎn)速 ,因此 ,分諧波共振現(xiàn)象既有可能發(fā)生在水平方向 ,又可能發(fā)生在垂直 方向。二、松動故障的奇異特征提取 當(dāng)松動故障不是太嚴(yán)重時(shí)，用振動信號的常規(guī)特征很難對其進(jìn)行識別。也 就是說，在松動故障發(fā)生的早期，其故障的特征并不是太明顯。由于松動故障 的危害性大，所以必須對其進(jìn)行早期診斷和預(yù)報(bào)。常規(guī)的信號分析方法難以提 取松動故障的

42、早期故障特征 ,而第四章介紹的小波變換方法 ,能有效地提取松動 故障的奇異特征 ,能有效地彌補(bǔ)常規(guī)方法的不足。第八節(jié) 轉(zhuǎn)子中心孔異物吸附故障的診斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主軸均為空心結(jié)構(gòu)。中心孔內(nèi)有異物存在將對軸系振動 有很大的影響 .轉(zhuǎn)子中心孔異物一是固體金屬，二是液態(tài)潤滑油或凝結(jié)的水 （或油 水混合物）。下面對這兩種異物吸附對轉(zhuǎn)子振動的影響進(jìn)行分析。一、固體金屬件吸附對轉(zhuǎn)子振動的影響1. 金屬件的運(yùn)動狀態(tài)分析為了分析的方便 ,特作如下假設(shè) : 假設(shè)之一：固體金屬件質(zhì)量集中于較小體積內(nèi)，并分布于主軸中心孔內(nèi)壁 的較小面積上（即質(zhì)量不均布于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主軸中心孔內(nèi)壁） 。假設(shè)之二 :固體金屬件與主軸內(nèi)壁之

43、間只有摩擦力，無其他力場作用。 根據(jù)上述假設(shè)條件，當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到一定值后 ,金屬件在重力、離 心力、主軸中心孔徑向約束力以及金屬件與主軸內(nèi)壁的康裸力的共同作用下， 達(dá)到力系平衡。此時(shí)金屬件隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn) （如圖 5-24 所示）。對金屬件建立力系平衡方程得:(5-19)f Mg cos 0F Mg sin P 0式中f 金屬件與主軸內(nèi)壁間的摩擦力,f kP ；P -主軸內(nèi)壁對金屬件的支反力；k -金屬件與主軸內(nèi)壁間的摩擦系數(shù)；2F 金屬件受到的離心力，F(xiàn) MR ；M 金屬件質(zhì)量；R轉(zhuǎn)子中心孔半徑；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度；重力與摩擦力的夾角；g 重力加速度。屮I圖524轉(zhuǎn)子內(nèi)吸附金屬件受力分析M

44、R 2kP代入方程(5-19)得2 (cosk sin )，則有Rk(5 20)其中， ctg 1k。從式(5 20)可得出以下結(jié)論:<90°.。圖5 24中(1) 對不同的k值，對應(yīng)于不同的毋值因0<k<1,則45°因 sin( ) 0,即 0°<()<180°,則180的 A、B、C、D 四點(diǎn)分別代表 0° 90° 180°、(一90°)max(3) 當(dāng)sin()=1,即()=90°時(shí)，。達(dá)到最大值.此時(shí)(521)由此可見，角為金屬件在圓周的各角度位置上的最大轉(zhuǎn)速。此式說

45、明, 在圓周的0°360°的范圍內(nèi)，只要角度達(dá)到=90°，即轉(zhuǎn)速一 (一)時(shí)，金 屬件在整個(gè)圓周的各個(gè)角度上均可實(shí)現(xiàn)隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)。所以 ，是金屬件隨轉(zhuǎn) 子同速旋轉(zhuǎn)的最小轉(zhuǎn)速.2.金屬件對轉(zhuǎn)子振動的影響金屬件對轉(zhuǎn)子振動的影響可分為如下兩種情況來說明：(1) 當(dāng)轉(zhuǎn)速一時(shí)，金屬件隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)金屬件對轉(zhuǎn)子振動的影響為:振動幅值取決于質(zhì)量離心力F MR 2的大小，由于M、R為常數(shù)，故只 取決于的大小。亦即振動幅值隨的增加而增大。由于金屬件隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，故振動相位是穩(wěn)定的。(2) 當(dāng)轉(zhuǎn)速時(shí)，金屬件不能隨轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，一般在 DAB(見圖524)即-90一角度范圍內(nèi)滑動(或滾動)