旋轉(zhuǎn)機械的振動監(jiān)測與診斷

1、旋轉(zhuǎn)機械的振動監(jiān)測與診斷主要內(nèi)容旋轉(zhuǎn)機械的振動及故障概論旋轉(zhuǎn)機械的振動及故障概論旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測參數(shù)旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測參數(shù)旋轉(zhuǎn)機械振動故障分析常旋轉(zhuǎn)機械振動故障分析常用方法用方法旋轉(zhuǎn)機械的典型故障及其診旋轉(zhuǎn)機械的典型故障及其診斷方法斷方法1、旋轉(zhuǎn)機械的振動及故障概論、旋轉(zhuǎn)機械的振動及故障概論 旋轉(zhuǎn)機械的定義 旋轉(zhuǎn)機械是指主要功能由旋轉(zhuǎn)運動來完成的機械，尤其是指主要部件作旋轉(zhuǎn)運動的、轉(zhuǎn)速較高的機械。u旋轉(zhuǎn)機械覆蓋了動力、電力、化工、冶金、機械制造等重要工程領(lǐng)域。u旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速一般都較高，對故障診斷技術(shù)的要求就特別迫切，如汽輪發(fā)電機、壓縮機、風(fēng)機、大型軋鋼機等。旋轉(zhuǎn)機械正朝著大型、高速和自動化方向發(fā)展，

2、這對提高安全性和可靠性，對發(fā)展先進的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，提出了迫切的要求。進而形成了近年來國內(nèi)外廣泛的旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測和故障診斷技術(shù)。機械振動 旋轉(zhuǎn)機械的機械振動特點 1 振動存在具有廣泛性 即任何機械設(shè)備在動態(tài)下都會或多或少地產(chǎn)生一定的振動。 2 振動監(jiān)測的有效性 當設(shè)備發(fā)生異?；蚬收蠒r，振動將會發(fā)生變化，一般表現(xiàn)為振幅加大。這就使人們可以從振動信號中獲取診斷信息。 3 振動的可識別性 由不同類型、性質(zhì)、原因和部位產(chǎn)生的故障所激發(fā)的振動將具有不同的特征，表現(xiàn)為頻率成分、幅值大小、相位差別、波形形狀、能量分布狀況等，這一點使人們可以從振動信號中識別故障。 4振動識別的復(fù)雜性振動信號性質(zhì)、特

3、征不僅與故障有關(guān)，而且與機械系統(tǒng)的固有特性有關(guān)： 1同一故障對不同的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其振動的幅值和相位可能相差很大； 2同一故障發(fā)生在不同部位，振動信號可能相差很大； 3同一故障在不同位置布置測點，所得的振動信號亦會有較大差別。 在機械故障診斷中，振動信號能夠更迅速、更直接的反映機械設(shè)備的運行狀態(tài)，據(jù)統(tǒng)計，70以上的故障都是以振動形式表現(xiàn)出來。為了便于分析，因此首先介紹有關(guān)振動的一些概念。機械振動及其種類 機械振動：機械構(gòu)件在其平衡位置附近所作的往復(fù)運動。1 按振動產(chǎn)生的原因分： 自由振動給系統(tǒng)一定能量后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動。若系統(tǒng)無阻尼，則維持等幅振動，反之，為衰減振動； 受迫振動系統(tǒng)在外界持續(xù)力作

4、用下，被迫產(chǎn)生的振動（剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)）； 自激振動系統(tǒng)從本身運動中吸收能量轉(zhuǎn)變成交變力維持的振動（柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)）；機械故障的主要原因機械故障的主要原因 1、設(shè)計原因、設(shè)計原因 設(shè)計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振設(shè)計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動動或自激振動 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中 設(shè)計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)設(shè)計工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 熱膨脹量計算不準，導(dǎo)致熱態(tài)對中不良熱膨脹量計算不準，導(dǎo)致熱態(tài)對中不良 2、制造原因、制造原因 零部件加工制造不良，精度不夠零部件加工制造不良，精度不夠 零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造缺陷零件材質(zhì)不良，強度不夠，制造

5、缺陷 轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求 3、安裝、維修、安裝、維修 機械安裝不當，零部件錯位，預(yù)負荷大機械安裝不當，零部件錯位，預(yù)負荷大 軸系對中不良軸系對中不良 機器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不機器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調(diào)整不當當 管道應(yīng)力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精管道應(yīng)力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度度 轉(zhuǎn)子長期放置不當，改變了動平衡精度轉(zhuǎn)子長期放置不當，改變了動平衡精度 未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質(zhì)和精度 4、操作運行、操作運行 過程過程/工藝參數(shù)（如介

6、質(zhì)的溫度、壓力、流量、負荷等）工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負荷等）偏離設(shè)計值，機器運行工況不正常偏離設(shè)計值，機器運行工況不正常 機器在超轉(zhuǎn)速、超負荷下運行，改變了機器的工作特性機器在超轉(zhuǎn)速、超負荷下運行，改變了機器的工作特性 運行點接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)運行點接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 潤滑或冷卻不良潤滑或冷卻不良 轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢 啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均膨脹不均 勻或在臨界區(qū)停留時間過久勻或在臨界區(qū)停留時間過久 5、機器劣化、機器劣化 長期運行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動平衡劣化長期運行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動平衡劣化 轉(zhuǎn)

7、子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋 零部件磨損、點蝕或腐蝕等零部件磨損、點蝕或腐蝕等 配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質(zhì)和精度壞了配合性質(zhì)和精度 機器基礎(chǔ)沉降不均勻，機器殼體變形機器基礎(chǔ)沉降不均勻，機器殼體變形轉(zhuǎn)子振動的基本特性轉(zhuǎn)子振動的基本特性單圓盤轉(zhuǎn)子單圓盤轉(zhuǎn)子kyFymkxFxmyx )cos()cos(ynxnYyXxmkn/轉(zhuǎn)子振動形式轉(zhuǎn)子振動形式 橫向振動橫向振動振動發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向平面內(nèi)振動發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向平面內(nèi) 軸向振動軸向振動振動發(fā)生在轉(zhuǎn)軸的軸線方向上（振動發(fā)生在轉(zhuǎn)軸的軸線方向上（x軸）軸）

8、 扭轉(zhuǎn)振動扭轉(zhuǎn)振動沿轉(zhuǎn)軸軸線發(fā)生的扭振沿轉(zhuǎn)軸軸線發(fā)生的扭振圖圖 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)機械在啟停升降速過旋轉(zhuǎn)機械在啟停升降速過程中，往往在某個程中，往往在某個(或某幾個或某幾個)轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)振動急劇增大的轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)振動急劇增大的現(xiàn)象。原因往往是由于轉(zhuǎn)子現(xiàn)象。原因往往是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)處于臨界轉(zhuǎn)速附近產(chǎn)生系統(tǒng)處于臨界轉(zhuǎn)速附近產(chǎn)生共振。共振。 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速個數(shù)與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速個數(shù)與轉(zhuǎn)子的自由度相等。子的自由度相等。 由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速限制，往由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速限制，往往只能遇見數(shù)個臨界轉(zhuǎn)速。往只能遇見數(shù)個臨界轉(zhuǎn)速。650MW發(fā)電機轉(zhuǎn)子 n1= 604 r/minn2=

9、1840 r/minn3= 4651 r/min多自由度轉(zhuǎn)子有多個臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型多自由度轉(zhuǎn)子有多個臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型轉(zhuǎn)子分類剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速在（一階）臨界以下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。目前大多數(shù)低速（工作頻率100Hz）旋轉(zhuǎn)機械均屬于柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。返回2、旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測參數(shù)、旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測參數(shù)檢測參數(shù)依其變化快慢可分為動態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)兩種。1 動態(tài)參數(shù) 1 振幅 它表示振動的嚴重程度，可用位移、速度或加速度表示。 2 振動烈度 近年來國際上已統(tǒng)一使用振動烈度作為描述機器振動狀態(tài)的特征量。 3 相位 它對于確定旋轉(zhuǎn)機械的動態(tài)特性、故障特性及轉(zhuǎn)子的動平衡等具有重要意義。2 靜態(tài)參數(shù) 1 軸心位置

10、在穩(wěn)定情況下，軸承中心相對于轉(zhuǎn)軸軸頸中心的位置。 在正常工況下，轉(zhuǎn)軸在油壓、阻尼作用下在一定的位置上浮動。在異常情況下，由于偏心太大，會發(fā)生軸承磨損的故障。 2 軸向位置 是機器轉(zhuǎn)子上止推環(huán)相對于止推軸承的位置。當軸向位置過小時，易造成動靜摩擦，產(chǎn)生不良后果。 3 差脹 指旋轉(zhuǎn)機械中轉(zhuǎn)子與靜子之間軸向間隙的變化值。它對機組安全啟動具有十分重要的意義。 4 對中度 指軸系轉(zhuǎn)子之間的連接對中程度，它與各軸承之間的相對位置有關(guān)，不對中故障是旋轉(zhuǎn)機械的常見故障之一。 5 溫度 軸瓦溫度反映軸承運行情況。 6 潤滑油壓 反映滑動軸承油膜的建立情況。返回3、旋轉(zhuǎn)機械振動故障分析常用方法、旋轉(zhuǎn)機械振動故障分

11、析常用方法 針對旋轉(zhuǎn)機械的特點，常用的旋轉(zhuǎn)機械振動故障圖形分析方法有： 時域波形圖、波特圖、極坐標圖、瀑布圖、軸心位置圖、軸心軌跡圖、頻譜圖、相位分析、趨勢分析等。波特圖 波特圖是機器振幅與頻率、相位與頻率的關(guān)系曲線010203040506070809001020304050振幅 / m m頻率/ Hz01020304050607080903033027021015090相位角/ 度頻率/ Hz從波特圖中可以得到：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各個轉(zhuǎn)速下的振幅和相位、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運行范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)阻尼大小和共振放大系數(shù)、綜合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上幾個測點可以確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各階振型。軸心軌跡圖 轉(zhuǎn)子在軸承中旋轉(zhuǎn)時并

12、不是只圍繞自身中心旋轉(zhuǎn), 而是還環(huán)繞某一中心作渦動運動。產(chǎn)生渦動運動的原因可能是轉(zhuǎn)子不平衡、對中不良、動靜摩擦等, 這種渦動運動的軌跡稱之為軸心軌跡。 軸心軌跡圖顯示了轉(zhuǎn)子軸心相對于軸承座渦動時的運動軌跡。在同一截面上兩個渦流傳感器所拾取的振動信號的合成，它表征轉(zhuǎn)子軸心在一個支承面內(nèi)的軌跡。 軸心軌跡在故障診斷中可用來確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、空間振型曲線及部分故障, 如不對中、摩擦、油膜振蕩等軸心軌跡的合成軸心軌跡的合成濾波前后波形及軸心軌跡濾波前后波形及軸心軌跡軸心位置圖 將相互垂直的兩個電渦流振動位移傳感器分別安置于軸某一截面上, 監(jiān)測直流間隙電壓, 即可得到轉(zhuǎn)子軸頸中心的徑向位置。 通過軸心

13、位置圖可判斷軸頸是否處于正常位置、對中好壞、軸承標高是否正常、軸瓦有否變形等情況。從長時間軸心位置的趨勢可觀察出軸承的磨損等。極坐標圖 在波特圖的基礎(chǔ)上把振幅與頻率、相位與頻率的關(guān)系曲線畫在復(fù)平面上, 即為極坐標圖。 軸心位置圖與極坐標圖不同, 軸心位置圖是指轉(zhuǎn)軸在沒有徑向振動情況下軸心相對于軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置, 極坐標圖是指轉(zhuǎn)軸隨轉(zhuǎn)速變化時的工頻振動矢量。頻譜圖與瀑布圖 把各個諧波分量以頻率軸為坐標按轉(zhuǎn)速頻率高低排列起來的譜圖就叫頻譜圖。 當把啟動或停機時各個不同轉(zhuǎn)速的頻譜圖畫在一張圖上時, 就得到瀑布圖。利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉(zhuǎn)速、振動原因和阻尼大小。趨勢分析趨勢分析l 趨勢分析是把

14、所測得的特征數(shù)據(jù)值和預(yù)報值按一定的時間順序排列起來進行分析。這些特征數(shù)據(jù)可以是通頻振動、1X振幅、2X振幅、0.5X振幅、軸心位置等，時間順序可以按前后各次采樣、按小時、按天等，趨勢分析在故障診斷中起著重要的作用。4008012016020024028012345678910日期 d振動峰峰值 mm停機門限值報警門限值通頻振動峰值趨勢圖返回4、旋轉(zhuǎn)機械的典型故障及其診斷方法、旋轉(zhuǎn)機械的典型故障及其診斷方法旋轉(zhuǎn)機械故障分類剛性轉(zhuǎn)子柔性轉(zhuǎn)子同步振動（強迫振動）亞同步振動（自激振動）不平衡轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡其它原因引起的不平衡熱態(tài)不平衡部件脫落部件結(jié)垢聯(lián)軸器不平衡不對中聯(lián)軸器不對中平行不對中偏角不對中平

15、行偏角不對中軸承不對中轉(zhuǎn)子碰摩油膜渦動油膜振蕩喘振頂隙激振轉(zhuǎn)子破裂旋轉(zhuǎn)失速配合松動其它不平衡振動 不平衡是旋轉(zhuǎn)機械最常見的故障（約占故障的20%）。 引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有 結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，制造和安裝誤差，材質(zhì)不均勻，受熱不均勻，運行中轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢、零部件的松動和脫落等。 轉(zhuǎn)子不平衡故障按故障機理分包括： 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡轉(zhuǎn)子部件脫落轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢聯(lián)軸器不平衡等不平衡振動的特征： 轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉(zhuǎn)子上，它相對于轉(zhuǎn)子是靜止的，其振動頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速頻率，也稱為工頻(即工作頻率)，在頻譜分析時，首先要找的就是工頻成分。其特征有：1 對于剛性轉(zhuǎn)子，不平

16、衡產(chǎn)生的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而在軸承座測得的振動隨轉(zhuǎn)速增加而加大，但不一定與轉(zhuǎn)速的平方成正比，這是由于軸承與轉(zhuǎn)子之間的非線性所致。2對于柔性轉(zhuǎn)子，在臨界轉(zhuǎn)速附近，振幅會出現(xiàn)一個峰值，且相位在臨界轉(zhuǎn)速前后相差近180。3 振動頻率和轉(zhuǎn)速頻率一致，轉(zhuǎn)速頻率的高次諧波幅值很低，在時域上波形接近于一個正弦波。1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡（固有不平衡） 所有不平衡都可歸結(jié)為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心，為此，首先分析帶有偏心質(zhì)量的多圓盤轉(zhuǎn)子的振動情況，如圖所示。 根據(jù)分析可知，轉(zhuǎn)子不平衡的振動特征是：1 各圓盤的中心軌跡是圓或橢圓；2 各圓盤的穩(wěn)態(tài)振動是一個與轉(zhuǎn)速同頻的強迫振動，振動幅值隨轉(zhuǎn)速按振動理論中的共振曲線規(guī)律變

17、化，在臨界轉(zhuǎn)速處達到最大值。因此轉(zhuǎn)子不平衡故障的突出表現(xiàn)為一倍頻振動幅值大3 表示各圓盤中心位移的復(fù)數(shù)向量相角是不同的，因此軸線彎曲成空間曲線，并以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繞oz軸轉(zhuǎn)動，如下圖所示。2 轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡 在機組的啟動和停機過程中，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)生瞬時熱彎曲，產(chǎn)生較大的不平銜。熱彎曲引起的振動一般與負荷有關(guān)，改變負荷，振動相應(yīng)地發(fā)生變化，但在時間上較負荷的變化滯后。隨著盤車或機組的穩(wěn)態(tài)運行，整機溫度趨于均勻，振動會逐漸減小。 產(chǎn)生原因： 1)由于轉(zhuǎn)子與靜子(如密封處)發(fā)生間歇性局部接觸，產(chǎn)生摩擦熱引起的轉(zhuǎn)子臨時性彎曲； 2)轉(zhuǎn)子不均勻受熱或冷卻引起

18、轉(zhuǎn)子的臨時性彎曲。3 轉(zhuǎn)子部件脫落 運行中的轉(zhuǎn)子部件突然脫落也會引起轉(zhuǎn)子不平衡，使轉(zhuǎn)子振幅突然發(fā)生變化，嚴重影響機組的正常運行。 4 轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢如果工作介質(zhì)的質(zhì)量不合格，隨著時間的推移，將在轉(zhuǎn)子的動葉和靜葉表面產(chǎn)生塵垢，使轉(zhuǎn)子原有的平衡遭到破壞，振動增大。由于結(jié)垢需要相當長的時間，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，軸向位移增大，機組級間壓力逐漸增大，效率逐漸下降。5 聯(lián)軸器不平衡 由于制造、安裝的偏差或者動平衡時未考慮聯(lián)軸節(jié)的影響，可能使聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生不平衡。聯(lián)軸節(jié)不平衡具有質(zhì)量不平衡相似的振動特征，通常是聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸承的振動較大，相位基本相同；聯(lián)軸節(jié)精度不良在對中

19、時產(chǎn)生的端面偏擺和徑向偏擺，相當于給轉(zhuǎn)子施加一個初始不平衡量，使轉(zhuǎn)子振動增大。這時可能會出現(xiàn)二倍轉(zhuǎn)速頻率的振動，頻譜圖上有明顯的二次諧波譜值。轉(zhuǎn)子不平衡的診斷實例轉(zhuǎn)子不平衡的診斷實例 壓縮機組低壓缸轉(zhuǎn)子，經(jīng)大修后開車振動值正常，但有增大的趨勢。壓縮機組低壓缸轉(zhuǎn)子，經(jīng)大修后開車振動值正常，但有增大的趨勢。其時域波形為正弦波，分析其頻譜，以一倍頻為主，分析其矢量域圖，相其時域波形為正弦波，分析其頻譜，以一倍頻為主，分析其矢量域圖，相位有一個緩慢的變化。位有一個緩慢的變化。診斷意見：漸變不平衡，轉(zhuǎn)子流診斷意見：漸變不平衡，轉(zhuǎn)子流道結(jié)垢或局部腐蝕造成；道結(jié)垢或局部腐蝕造成；處理措施：漸變不平衡短期內(nèi)不

20、處理措施：漸變不平衡短期內(nèi)不會惡化，待大修時處理；會惡化，待大修時處理；生產(chǎn)驗證：一軸套內(nèi)側(cè)生產(chǎn)驗證：一軸套內(nèi)側(cè) 拆卸轉(zhuǎn)拆卸轉(zhuǎn)子時看不到部分子時看不到部分)發(fā)生局部嚴重發(fā)生局部嚴重腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量逐漸腐蝕，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量逐漸加大。加大。壓縮機的漸變不平衡振動特征壓縮機的漸變不平衡振動特征轉(zhuǎn)子不對中 旋轉(zhuǎn)機械一般是由多根轉(zhuǎn)子所組成的多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子間一般采用剛性或半撓性聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接。轉(zhuǎn)子不對中通常是指相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。由于制造、安裝及運行中支承軸架不均勻膨脹、管道力作用、機殼膨脹、地基不均勻下沉等多種原因影響，造成轉(zhuǎn)子不對中故障，從而引起機組的振動。 轉(zhuǎn)子

21、不對中可分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中，聯(lián)軸器不對中又可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。DDDDDDDDDDDD平行不對中平行不對中角度不對中角度不對中組合不對中組合不對中軸承不對中軸承不對中 軸承不對中實際上反映的是軸承坐標高和左右位置的偏差。由于結(jié)構(gòu)上的原因，軸承在水平方向和垂直方向上具有不同的剛度和阻尼，不對中的存在加大了這種差別。動靜摩擦 在旋轉(zhuǎn)機械中，由于轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子不對中引起軸心嚴重變形，間隙不足和非旋轉(zhuǎn)部件彎曲變形等原因引起轉(zhuǎn)子與靜止件接觸碰撞而引起的異常振動時有發(fā)生。 轉(zhuǎn)子外緣與靜止件接觸而引起的摩擦，稱為徑向摩擦； 轉(zhuǎn)子在軸向與靜止件接觸而引起的摩擦，稱為

22、軸向摩擦。動靜摩擦的故障特征 1 振動頻帶寬，既有與轉(zhuǎn)速頻率相關(guān)的低頻部分，也有與固有頻率相關(guān)的高次諧波分量和分數(shù)倍頻分量，并伴隨有異常噪聲，可根據(jù)振動頻譜和聲譜進行判別。 2 振動隨時間而變。在轉(zhuǎn)速、負荷工況一定，由于接觸局部發(fā)熱而引起振動矢量的變化，其相位變化與旋轉(zhuǎn)方向相反。 3 接觸摩擦開始瞬間會引起嚴重相位跳動(大于100相位變化)。局部摩擦?xí)r，無論是同步還是異步其軌跡均帶有附加的環(huán)。診斷實例 某大型透平壓縮機組，在開車啟動過程中發(fā)生異常振動，導(dǎo)致無法升速。其振動波形有削波現(xiàn)象；頻譜圖中有豐富的次諧波及高頻諧波；軸心軌跡的渦動方向為反向渦動。診斷意見：根據(jù)摩擦故障的機理及振動特征可知，

23、機組在升速過程中發(fā)生了嚴重摩擦故障。處理措施：由于機組振動值非常高，表明內(nèi)部動靜件摩擦比較嚴重，為安全期間，決定停機拆檢。生產(chǎn)驗證：停機解體檢修發(fā)現(xiàn)，機組轉(zhuǎn)子彎曲，動平衡精度嚴重超差，在升速過程中因振動大造成轉(zhuǎn)子與密封之間摩擦。不僅密封損壞，而且轉(zhuǎn)子嚴重偏磨?；瑒虞S承的半速渦動和油膜振蕩 軸頸半速渦動的形成可用右圖來說明。 當軸頸中心處于平衡狀態(tài)的某一偏心位置，轉(zhuǎn)軸以角速度在旋轉(zhuǎn)，同時又以角速度繞軸承幾何中心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)流體潤滑理論，油膜靠近軸頸處的速度等于軸頸圓周速度，靠近軸瓦處的油層速度為零，中間油層的速度假定是按直線分布的。因此，通過間隙的任何斷面的平均油膜速度應(yīng)為軸頸轉(zhuǎn)速的一半。假設(shè)軸承

24、兩端的泄油量為dQ，則在此時間內(nèi)流徑A側(cè)和B側(cè)的流量應(yīng)相等。 可推導(dǎo)得油膜渦動的頻率為=0.5。因此，油膜渦動又稱為半速渦動，是一種自激振動。 轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速在失穩(wěn)轉(zhuǎn)速以前轉(zhuǎn)動是平穩(wěn)的。當達到失穩(wěn)轉(zhuǎn)速后即發(fā)生半速渦動。 隨著轉(zhuǎn)速升高、渦動角速度也將隨之增加，但總保持著約等于轉(zhuǎn)動速度之半的比例關(guān)系，半速渦動一般并不劇烈。 當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升到比第一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，由于此時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)為強烈的振動現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。 油膜振蕩一旦發(fā)生之后，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。油膜振蕩的特征1 油膜振蕩在一階臨界轉(zhuǎn)

25、速的二倍以上時發(fā)生。一旦發(fā)生振蕩，振幅急劇變大，即使再提高轉(zhuǎn)速，振幅也不會下降。2 油膜共振時，軸頸中心的渦動頻率為轉(zhuǎn)子一階固有頻率，即使轉(zhuǎn)速再升高，其頻率基本不變。3 油膜振蕩具有突然性和慣性效應(yīng)，升速時產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速和降速時油膜振蕩消失時的轉(zhuǎn)速不同。4 油膜振蕩時軸心渦動的方向和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，軸心軌跡呈花瓣形，正進動。5 油膜振蕩時，轉(zhuǎn)子的撓曲呈一階振型。6 油膜振蕩劇烈時，隨著油膜的破壞，振蕩停止，油膜恢復(fù)后，振蕩再次發(fā)生，這樣持續(xù)下去，軸頸與軸承不斷碰摩，產(chǎn)生撞擊聲，軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動。消除油膜振蕩的措施1 增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。轉(zhuǎn)子固有頻率越高，產(chǎn)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速也越

26、高，系統(tǒng)失穩(wěn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在工作轉(zhuǎn)速的125以上。2 選擇合適的軸承形式和軸承參數(shù)。圓柱軸承制造簡單，但抗振性最差，橢圓軸承、三油楔、多油楔軸承次之。可傾瓦軸承最好。3 增加外阻尼；4 增加軸承比壓，改變進油溫度或粘度，如切短軸承長度，在下瓦中部開環(huán)形槽等，國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機組的油膜振蕩墨是通過將軸瓦長度從430mm縮減到320mm以及將L-AN46油改用DAN32油來解決的。5 減小軸承間隙。6 改變進油壓力。7 改善轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)，限制振幅放大因子；8 消除轉(zhuǎn)子不對中故障，限制低次諧波分量；9 消除動靜間隙不均勻，限制非線性激振力?？偨Y(jié) 以前對這方面的知識基本上不清楚，通過此次的學(xué)習(xí)讓我對旋轉(zhuǎn)機械的振動、故障分析方法、典型故障以及診斷方法有了一定的了解，但是如果要完全搞懂還需要花時間進行更深入地系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和研究。 本人覺