轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件

轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術1、機械故障的主要原因設計原因①設計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動或自激振動②結構不合理，應力集中③設計工作轉速接近或落人臨界轉速區(qū)④熱膨脹量計算不準，導致熱態(tài)對中不良

制造原因①零部件加工制造不良，精度不夠②零件材質不良，強度不夠，制造缺陷③轉子動平衡不符合技術要求1、機械故障的主要原因安裝、維修①機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大②軸系對中不良③機器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調整不當④管道應力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度⑤轉子長期放置不當，改變了動平衡精度⑥未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質和精度

操作運行①過程/工藝參數(shù)（如介質的溫度、壓力、流量、負荷等）偏離設計值，機器運行工況不正常②機器在超轉速、超負荷下運行，改變了機器的工作特性③運行點接近或落入臨界轉速區(qū)安裝、維修④潤滑或冷卻不良⑤轉子局部損壞或結垢⑥啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過久

機器劣化①長期運行，轉子撓度增大或動平衡劣化②轉子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋③零部件磨損、點蝕或腐蝕等④配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質和精度⑤機器基礎沉降不均勻，機器殼體變形轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件2、周期振動的定義：周期函數(shù)可以展開為傅里葉級數(shù)第1項為均值或直流分量第2項為基本振動（基頻振動、工頻振動）或基波，記為1x第3項以下總稱為高次諧波振動，2x，3x，…，nx2、周期振動的定義：

兩個方向互相垂直的簡諧振動的合成兩個方向互相垂直的簡諧振動的合成3、監(jiān)測參數(shù)及分析方法振幅：表示振動的嚴重程度，可用位移、速度或加速度表示分頻振動：機器特征頻率下的振幅和相位。旋轉機械主要有工頻（1X）、半倍頻（0.5X）和二倍頻（2X）等頻率：描述機器振動狀態(tài)的十分重要的特征量相位：動態(tài)特性、故障特性及轉子的動平衡等具有重要意義軸心位置：穩(wěn)定情況軸承中心相對于轉軸軸頸中心的位置軸向位置（差脹）：轉子與靜子之間軸向間隙的變化值對中度：軸系轉子之間的連接對中程度溫度：軸瓦溫度反映軸承運行情況潤滑油壓：反映滑動軸承油膜的建立情況3、監(jiān)測參數(shù)及分析方法

渦流傳感器的安裝渦流傳感器的安裝轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相位測量相位：基頻信號相對于轉軸上某一確定標記的相位差。相位的測量軸振動對應的高點H相位參考標記相位測量軸振動對應的高點H相位參考標記隨機振動時歷曲線脈沖寬度對相位的影響隨機振動時歷曲線波特圖（Bodeplot)從波特圖中可以得到：轉子系統(tǒng)在各個轉速下的振幅和相位、轉子系統(tǒng)在運行范圍內的臨界轉速值、轉子系統(tǒng)阻尼大小和共振放大系數(shù)、綜合轉子系統(tǒng)上幾個測點可以確定轉子系統(tǒng)的各階振型。波特圖（Bodeplot)從波特圖中可以得到：轉子極坐標圖-------是振動矢量端點軌跡，是由實際響應的1x幅值與相位繪制的

極坐標圖-------軸心位置圖軸心位置圖是指轉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。通過軸心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摩損等軸心位置圖軸心位置圖是指轉軸在沒有徑向振動情況下軸心相轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件軸心軌跡在同一個截面上兩個渦流傳感器所拾取的振動信號合成。它表征轉子軸心在一個支承截面內的運動軌跡。表征軸頸在軸瓦中轉動時軸心渦動軌跡軸心軌跡在同一個截面上兩個渦流傳感器所拾取的振動信號合轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件基頻(1X)幅值的測量--------

通常由一臺具有濾波功能的儀器完成濾波前后的波形及軸心軌跡基頻(1X)幅值的測量--------濾波前后的波形及軸心軌轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)的異常振動類型及其特征

轉子系統(tǒng)的異常振動類型及其特征頻譜比較利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小頻譜比較利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖瀑布圖利用FFT頻譜分析儀，將旋轉機械的升速過程做階次分析(OrderTracking)，以便進一步了解振動的構成原因。利用FFT頻譜分析儀，將旋轉機械的升速過程做階次分析(O

趨勢分析特征數(shù)據(jù)值和預報值按一定的時間順序排列起來進行分析?？梢允峭l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。趨勢分析轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相對軸位移轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相對軸膨脹相對軸膨脹5、轉子系統(tǒng)主要故障及其診斷轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件5.1不平衡振動：由于設計、制造、安裝中轉子材質不均勻、結構不對稱、加工和裝配誤差等原因和由于機器運行時結垢、熱彎曲、零部件脫落、電磁干擾力等原因而產(chǎn)生質量偏心。轉子旋轉時，質量不平衡將激起轉子的振動，這是旋轉機械最常見的故障。不平衡振動的特征轉子的質量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉子上，它相對于轉子是靜止的，其振動頻率就是轉子的轉速頻率，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：5.1不平衡振動：不平衡振動的某些特征不平衡振動的某些特征轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子不平衡的軸心軌跡轉子不平衡的軸心軌跡轉子不平衡故障譜圖轉子不平衡故障譜圖轉子不平衡故障的Bode圖

轉子不平衡故障的Bode圖

轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉子后，機組啟動時發(fā)生強烈振動。壓縮機兩端軸承處徑向振幅達到報警值，機器不能正常運行。主要振動特征，如圖所示：由圖可見：①振動大小隨轉速升降變化明顯；②時域波形為正弦波；③軸心軌跡為橢圓；④振動相位穩(wěn)定，為同步正進動；⑤頻譜中能量集中于1×頻，有突出的峰值，高次諧波分量較小。例：某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉子后，機組啟動時

原因分析：檢查該轉子的庫存記錄，庫存時間較長，因轉子較重，保管員未按規(guī)定周期盤轉，初步斷定是轉子動平衡不良造成的。

處理措施：機組故障原因是轉子不平衡，短期內不會迅速惡化?？紤]到化工生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)不能中斷，經(jīng)研究決定，監(jiān)護運行。生產(chǎn)驗證：在加強監(jiān)測的前提下維持運行，其振動趨勢穩(wěn)定，沒有增大的趨勢。維持運行一個大修周期（18個月）后，下次大修時更換轉子并送專業(yè)廠檢查，發(fā)現(xiàn)動平衡嚴重超標。原因分析：檢查該轉子的庫存記錄，庫存時間較長，因

例：某52萬噸／年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，大修后開車振動值正常，但在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動值有逐步增大的趨勢。其時域波形為正弦波，分析其頻譜，以1×頻為主，分析其矢量域圖，相位有一個緩慢的變化。如圖所示：例：某52萬噸／年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，診斷意見：經(jīng)過兩個月的連續(xù)觀測，根據(jù)其振動特征，對照不平衡故障的甄別方法，判定其故障原因為漸變不平衡，是由于轉子流道結垢或局部腐蝕造成的。處理措施：漸變不平衡短期內不會迅速惡化，同時正常生產(chǎn)一旦中斷將會導致巨大的經(jīng)濟損失，因此決定利用在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)護其運行，待大修時再做處理。生產(chǎn)驗證：6個月后工廠年度大修，更換轉子后在機修車間檢查，轉子并不彎曲；目測檢查，無結垢和腐蝕現(xiàn)象。但送專業(yè)廠拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)，一軸套內側（不拆卸轉子時看不到部分）發(fā)生局部嚴重腐蝕，導致轉子不平衡質量逐漸增大。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：質量不平衡3#軸承負荷增加，振動增加轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件初步判斷：(１)在現(xiàn)場安裝發(fā)動機側靠背輪時，靠背輪采用冷裝方法安裝，緊力不夠，當轉速升高時，緊力消失，在靠背輪處產(chǎn)生不平衡力，兩轉子的對中性也產(chǎn)生變化，隨著轉速升高及負荷增大,該處軸振動幅值明顯增大。(２)3#軸瓦瓦枕與軸承間配合為間隙配合，沒有緊力，對振動起放大作用為逐步排除可能原因，按設備制造廠的技術要求對靠背輪進行熱裝；重新調整瓦枕與軸承配合情況，使它們之間有30μm的緊力。3#軸承振動與負荷無關，但隨轉速增加而增加轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件3#軸承垂直振動能量同頻占主導，是由于發(fā)電機側靠背輪處存在質量不平衡產(chǎn)生的離心力造成的。原因：(1)汽輪機生產(chǎn)廠家提供的聯(lián)軸器與聯(lián)接螺釘沒有相對應的安裝編號，聯(lián)接螺釘沒有與汽輪機轉子、聯(lián)軸器一起做動平衡。(2)發(fā)電機側聯(lián)軸器是在安裝現(xiàn)場熱裝在發(fā)電機轉子上，沒與發(fā)電機轉子一起做高速動平衡，熱套后存在不平衡質量。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：質量不平衡125MW汽輪機軸系圖機組大修后第一次試運行，當轉速升到1500rpm時軸系中2＃，3＃，7＃，軸承振動值嚴重超標，被迫打閘停機在分析軸系振動查找故障時，部分人認為這種振動可能是軸系中個別轉子處在第一階臨界轉速范圍，如果增加升速率快速沖過臨界轉速區(qū)域可能使軸承振幅值降到合格范圍，第二次啟機試運，當轉速升到1700rpm時，3#瓦振幅值已達到123μm，因振動值嚴重超標第二次又被迫打閘停機。125MW汽輪機軸系圖轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件

通過振動特征分析認為低壓轉子振動是由于轉子存在過大的不平衡量，導致轉子在高速旋轉時將產(chǎn)生較大的變形，如果機組動靜間隙偏小，將會引起摩擦，又將導致振動值不穩(wěn)定，加劇了振幅值的增大。幾次試運在轉速不變的情況下，3#瓦振動幅值由40μm升到62μm。當轉速由1600rpm升到2200rpm時振幅值直線上升，并迅速升到144μm，從升速過程中振幅值逐漸增大的現(xiàn)象和振動頻率基本為工頻，振動幅值隨轉速突變的特點可以認為這是由不穩(wěn)定干擾力引起的強迫振動。從2#，3#瓦振動相位分析，振動是同相力為主，因而振動是由于低壓轉子一階不平衡過大。勵磁機7#瓦振動過大的原因經(jīng)分析主要是軸承座動剛度偏低，在激振力不變的條件下，增大軸承支承剛度可降低軸承振幅。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件不平衡類故障：質量不平衡軸永久彎曲軸熱彎曲那么，如何區(qū)分呢？不平衡類故障：5.2轉子不對中旋轉機械一般是由多根轉子所組成的多轉子系統(tǒng)，轉子間一般采用剛性或半繞性聯(lián)接軸聯(lián)接。由于制造、安裝及運行中支承軸架不均勻膨脹、管道力、機殼膨脹、地基不均勻下沉等多種原因影響，造成轉子不對中故障，引起機組的振動a)平行不對中b)角度不對中c)組合不對中5.2轉子不對中a)平行不對中b)角度不對中c)組合不對中轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子不對中故障的主要特征有:改變軸承的支承負荷，使軸承的油膜壓力也隨之改變，負荷減小的軸承可能會產(chǎn)生油膜失穩(wěn)；2)最大振動往往在不對中聯(lián)軸器兩側的軸承上，且振動值與轉子的負荷有關，隨負荷的增大而增高；3)平行不對中主要引起徑向振動，振動頻率為兩倍旋轉頻率，同時也存在多倍頻振動。轉子不對中故障的主要特征有:不對中軸振動的某些特征不對中軸振動的某些特征不對中軸心軌跡不對中軸心軌跡左圖是一臺水泵的譜圖，圖中2X處有峰值，存在某種程度的不對中。檢查發(fā)現(xiàn)不對中量達0.254mm。找正后譜圖（右圖）2x處的幅值已明顯變小，機組運行相當平穩(wěn)。說明：（1）兩次測量結果，1X處的幅值無明顯變化，而2X處幅值變化很大，這正是不對中故障的典型頻譜特征。（2）在2X附近有兩個譜峰，一個在7100r／min處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個在7200r／min處，它是電機定子繞組中電氣故障引起的。左圖是一臺水泵的譜圖，圖中2X處有峰值，存在某種程度的不對中例：某廠一臺透平壓縮機組整體布置如圖。機組年度檢修時，除正常檢查、調整工作外，還更換了連接壓縮機高壓缸和低壓缸之間的聯(lián)軸器的連接螺栓，對軸系的轉子對中情況進行了調整等。檢修后啟動機組透平和壓縮機低壓缸運行正常，而壓縮機高壓缸振動較大（在允許范圍內）；機組運行一周后壓縮機高壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振動增大，其中測點5振動值增加兩倍，測點6的軸向振動加大，透平和壓縮機低壓缸的振動無明顯變化；機組運行兩周后，高壓缸測點5的振動值又突然增加一倍，超過設計允許值，振動劇烈，危及生產(chǎn)。例：某廠一臺透平壓縮機組整體布置如圖。機組年度檢修時，除正常壓縮機高壓缸主要振動特征如下：(1)連接壓縮機高、低壓缸之間的聯(lián)軸器兩端振動較大；(2)測點5的振動波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波，頻譜中2×具有較大峰值；(3)軸心軌跡為雙橢圓復合軌跡；(4)軸向振動較大；壓縮機高壓缸主要振動特征如下：診斷意見：壓縮機高壓缸與低壓缸之間轉子對中不良，聯(lián)軸器發(fā)生故障，必須緊急停機檢修。生產(chǎn)驗證：檢修人員做好準備工作后，操作人員按正常停機處理。根據(jù)診斷結論，重點對機組聯(lián)軸器局部解體檢查發(fā)現(xiàn)，連接壓縮機高壓缸與低壓缸之間的聯(lián)軸器（半剛性聯(lián)軸器）固定法蘭與內齒套的連接螺栓已斷掉三只。復查轉子對中情況，發(fā)現(xiàn)對中嚴重超差，不對中量大于設計要求16倍。同時發(fā)現(xiàn)連接螺栓的機械加工和熱處理工藝不符合要求，螺紋根部應力集中，且熱處理后未進行正火處理，金相組織為淬火馬氏體，螺栓在拉應力作用下脆性斷裂。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件5.3滑動軸承的半速渦動和油膜振蕩油膜壓力產(chǎn)生示意圖5.3滑動軸承的半速渦動和油膜振蕩油膜壓力產(chǎn)生示意圖圓柱軸承軸頸中心受力后在間隙中的位移軸頸中心渦動的可能形式圓柱軸承軸頸中心受力后在間隙中的位移軸頸中心渦動的可能形式油膜對軸頸的作用按線性理論，油膜對軸頸的作用可用4個剛度系數(shù)和4個阻尼系數(shù)來表示：轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件軸在軸頸中作偏心旋轉時，形成一個軸液流速不馬上下降，則軸頸從油楔中間隙大的地方帶入的油量大于從間隙小的地方帶出的油量。由于液體的不可壓縮性，多余的油就推動軸頸前進，形成與軸旋轉方向相同的渦動運動，渦動速度即為油楔本身的前進速度。實際產(chǎn)生渦動的頻率約為軸在軸頸中作偏心旋轉時，形成一個軸液流速不馬上下降轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件油膜振蕩軸心軌跡油膜振蕩軸心軌跡消除油膜振蕩的措施有：增加轉子系統(tǒng)的剛度。轉子固有頻率越高，產(chǎn)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉速也越高；2)選擇合適的軸承形式及其參數(shù)。圓柱軸承制造簡單，但抗振性最差，橢圓軸承、多油楔軸承次之?？蓛A瓦軸承最好；3)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)電機組的油膜振蕩是通過將軸瓦長度從430mm縮減到320mm以及將原30號油改用20號油來解決的;4)增加外阻尼；5)減小軸承間隙；6)改變進油壓力。消除油膜振蕩的措施有：5.4動靜摩擦特征1）振動頻帶寬，既有與轉速頻率相關的低頻部分，也有與固有頻率相關的高次諧波分量，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，其相位變化與旋轉方向相反；3)接觸摩擦開始瞬間會引起嚴重相位跳動(大于10°相位變化)。局部摩擦時，無論是同步還是異步其軌跡均帶有附加的環(huán)。摩擦時，軸心軌跡總是反向進動，即與轉軸旋轉方向相反，由于摩擦還可能出現(xiàn)自激振動，自激的渦動頻率為轉子的一階固有頻率，但渦動方向與轉子旋轉方向相反。5.4動靜摩擦例：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：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子與密封之間摩擦。不僅密封損壞，而且轉子嚴重偏磨。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，導致無此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！

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制造原因①零部件加工制造不良，精度不夠②零件材質不良，強度不夠，制造缺陷③轉子動平衡不符合技術要求1、機械故障的主要原因安裝、維修①機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大②軸系對中不良③機器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對位置）調整不當④管道應力大，機器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特性和安裝精度⑤轉子長期放置不當，改變了動平衡精度⑥未按規(guī)程檢修，破壞了機器原有的配合性質和精度

操作運行①過程/工藝參數(shù)（如介質的溫度、壓力、流量、負荷等）偏離設計值，機器運行工況不正常②機器在超轉速、超負荷下運行，改變了機器的工作特性③運行點接近或落入臨界轉速區(qū)安裝、維修④潤滑或冷卻不良⑤轉子局部損壞或結垢⑥啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過久

機器劣化①長期運行，轉子撓度增大或動平衡劣化②轉子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋③零部件磨損、點蝕或腐蝕等④配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質和精度⑤機器基礎沉降不均勻，機器殼體變形轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件2、周期振動的定義：周期函數(shù)可以展開為傅里葉級數(shù)第1項為均值或直流分量第2項為基本振動（基頻振動、工頻振動）或基波，記為1x第3項以下總稱為高次諧波振動，2x，3x，…，nx2、周期振動的定義：

兩個方向互相垂直的簡諧振動的合成兩個方向互相垂直的簡諧振動的合成3、監(jiān)測參數(shù)及分析方法振幅：表示振動的嚴重程度，可用位移、速度或加速度表示分頻振動：機器特征頻率下的振幅和相位。旋轉機械主要有工頻（1X）、半倍頻（0.5X）和二倍頻（2X）等頻率：描述機器振動狀態(tài)的十分重要的特征量相位：動態(tài)特性、故障特性及轉子的動平衡等具有重要意義軸心位置：穩(wěn)定情況軸承中心相對于轉軸軸頸中心的位置軸向位置（差脹）：轉子與靜子之間軸向間隙的變化值對中度：軸系轉子之間的連接對中程度溫度：軸瓦溫度反映軸承運行情況潤滑油壓：反映滑動軸承油膜的建立情況3、監(jiān)測參數(shù)及分析方法

渦流傳感器的安裝渦流傳感器的安裝轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相位測量相位：基頻信號相對于轉軸上某一確定標記的相位差。相位的測量軸振動對應的高點H相位參考標記相位測量軸振動對應的高點H相位參考標記隨機振動時歷曲線脈沖寬度對相位的影響隨機振動時歷曲線波特圖（Bodeplot)從波特圖中可以得到：轉子系統(tǒng)在各個轉速下的振幅和相位、轉子系統(tǒng)在運行范圍內的臨界轉速值、轉子系統(tǒng)阻尼大小和共振放大系數(shù)、綜合轉子系統(tǒng)上幾個測點可以確定轉子系統(tǒng)的各階振型。波特圖（Bodeplot)從波特圖中可以得到：轉子極坐標圖-------是振動矢量端點軌跡，是由實際響應的1x幅值與相位繪制的

極坐標圖-------軸心位置圖軸心位置圖是指轉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。通過軸心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摩損等軸心位置圖軸心位置圖是指轉軸在沒有徑向振動情況下軸心相轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件軸心軌跡在同一個截面上兩個渦流傳感器所拾取的振動信號合成。它表征轉子軸心在一個支承截面內的運動軌跡。表征軸頸在軸瓦中轉動時軸心渦動軌跡軸心軌跡在同一個截面上兩個渦流傳感器所拾取的振動信號合轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件基頻(1X)幅值的測量--------

通常由一臺具有濾波功能的儀器完成濾波前后的波形及軸心軌跡基頻(1X)幅值的測量--------濾波前后的波形及軸心軌轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)的異常振動類型及其特征

轉子系統(tǒng)的異常振動類型及其特征頻譜比較利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小頻譜比較利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖利用瀑布圖可以判斷機器的臨界轉速、振動原因和阻尼大小瀑布圖瀑布圖利用FFT頻譜分析儀，將旋轉機械的升速過程做階次分析(OrderTracking)，以便進一步了解振動的構成原因。利用FFT頻譜分析儀，將旋轉機械的升速過程做階次分析(O

趨勢分析特征數(shù)據(jù)值和預報值按一定的時間順序排列起來進行分析?？梢允峭l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。趨勢分析轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相對軸位移轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件相對軸膨脹相對軸膨脹5、轉子系統(tǒng)主要故障及其診斷轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件5.1不平衡振動：由于設計、制造、安裝中轉子材質不均勻、結構不對稱、加工和裝配誤差等原因和由于機器運行時結垢、熱彎曲、零部件脫落、電磁干擾力等原因而產(chǎn)生質量偏心。轉子旋轉時，質量不平衡將激起轉子的振動，這是旋轉機械最常見的故障。不平衡振動的特征轉子的質量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉子上，它相對于轉子是靜止的，其振動頻率就是轉子的轉速頻率，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：5.1不平衡振動：不平衡振動的某些特征不平衡振動的某些特征轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子不平衡的軸心軌跡轉子不平衡的軸心軌跡轉子不平衡故障譜圖轉子不平衡故障譜圖轉子不平衡故障的Bode圖

轉子不平衡故障的Bode圖

轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉子后，機組啟動時發(fā)生強烈振動。壓縮機兩端軸承處徑向振幅達到報警值，機器不能正常運行。主要振動特征，如圖所示：由圖可見：①振動大小隨轉速升降變化明顯；②時域波形為正弦波；③軸心軌跡為橢圓；④振動相位穩(wěn)定，為同步正進動；⑤頻譜中能量集中于1×頻，有突出的峰值，高次諧波分量較小。例：某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉子后，機組啟動時

原因分析：檢查該轉子的庫存記錄，庫存時間較長，因轉子較重，保管員未按規(guī)定周期盤轉，初步斷定是轉子動平衡不良造成的。

處理措施：機組故障原因是轉子不平衡，短期內不會迅速惡化。考慮到化工生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)不能中斷，經(jīng)研究決定，監(jiān)護運行。生產(chǎn)驗證：在加強監(jiān)測的前提下維持運行，其振動趨勢穩(wěn)定，沒有增大的趨勢。維持運行一個大修周期（18個月）后，下次大修時更換轉子并送專業(yè)廠檢查，發(fā)現(xiàn)動平衡嚴重超標。原因分析：檢查該轉子的庫存記錄，庫存時間較長，因

例：某52萬噸／年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，大修后開車振動值正常，但在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動值有逐步增大的趨勢。其時域波形為正弦波，分析其頻譜，以1×頻為主，分析其矢量域圖，相位有一個緩慢的變化。如圖所示：例：某52萬噸／年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，診斷意見：經(jīng)過兩個月的連續(xù)觀測，根據(jù)其振動特征，對照不平衡故障的甄別方法，判定其故障原因為漸變不平衡，是由于轉子流道結垢或局部腐蝕造成的。處理措施：漸變不平衡短期內不會迅速惡化，同時正常生產(chǎn)一旦中斷將會導致巨大的經(jīng)濟損失，因此決定利用在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)護其運行，待大修時再做處理。生產(chǎn)驗證：6個月后工廠年度大修，更換轉子后在機修車間檢查，轉子并不彎曲；目測檢查，無結垢和腐蝕現(xiàn)象。但送專業(yè)廠拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)，一軸套內側（不拆卸轉子時看不到部分）發(fā)生局部嚴重腐蝕，導致轉子不平衡質量逐漸增大。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：質量不平衡3#軸承負荷增加，振動增加轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件初步判斷：(１)在現(xiàn)場安裝發(fā)動機側靠背輪時，靠背輪采用冷裝方法安裝，緊力不夠，當轉速升高時，緊力消失，在靠背輪處產(chǎn)生不平衡力，兩轉子的對中性也產(chǎn)生變化，隨著轉速升高及負荷增大,該處軸振動幅值明顯增大。(２)3#軸瓦瓦枕與軸承間配合為間隙配合，沒有緊力，對振動起放大作用為逐步排除可能原因，按設備制造廠的技術要求對靠背輪進行熱裝；重新調整瓦枕與軸承配合情況，使它們之間有30μm的緊力。3#軸承振動與負荷無關，但隨轉速增加而增加轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件3#軸承垂直振動能量同頻占主導，是由于發(fā)電機側靠背輪處存在質量不平衡產(chǎn)生的離心力造成的。原因：(1)汽輪機生產(chǎn)廠家提供的聯(lián)軸器與聯(lián)接螺釘沒有相對應的安裝編號，聯(lián)接螺釘沒有與汽輪機轉子、聯(lián)軸器一起做動平衡。(2)發(fā)電機側聯(lián)軸器是在安裝現(xiàn)場熱裝在發(fā)電機轉子上，沒與發(fā)電機轉子一起做高速動平衡，熱套后存在不平衡質量。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件例：質量不平衡125MW汽輪機軸系圖機組大修后第一次試運行，當轉速升到1500rpm時軸系中2＃，3＃，7＃，軸承振動值嚴重超標，被迫打閘停機在分析軸系振動查找故障時，部分人認為這種振動可能是軸系中個別轉子處在第一階臨界轉速范圍，如果增加升速率快速沖過臨界轉速區(qū)域可能使軸承振幅值降到合格范圍，第二次啟機試運，當轉速升到1700rpm時，3#瓦振幅值已達到123μm，因振動值嚴重超標第二次又被迫打閘停機。125MW汽輪機軸系圖轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件

通過振動特征分析認為低壓轉子振動是由于轉子存在過大的不平衡量，導致轉子在高速旋轉時將產(chǎn)生較大的變形，如果機組動靜間隙偏小，將會引起摩擦，又將導致振動值不穩(wěn)定，加劇了振幅值的增大。幾次試運在轉速不變的情況下，3#瓦振動幅值由40μm升到62μm。當轉速由1600rpm升到2200rpm時振幅值直線上升，并迅速升到144μm，從升速過程中振幅值逐漸增大的現(xiàn)象和振動頻率基本為工頻，振動幅值隨轉速突變的特點可以認為這是由不穩(wěn)定干擾力引起的強迫振動。從2#，3#瓦振動相位分析，振動是同相力為主，因而振動是由于低壓轉子一階不平衡過大。勵磁機7#瓦振動過大的原因經(jīng)分析主要是軸承座動剛度偏低，在激振力不變的條件下，增大軸承支承剛度可降低軸承振幅。轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件不平衡類故障：質量不平衡軸永久彎曲軸熱彎曲那么，如何區(qū)分呢？不平衡類故障：5.2轉子不對中旋轉機械一般是由多根轉子所組成的多轉子系統(tǒng)，轉子間一般采用剛性或半繞性聯(lián)接軸聯(lián)接。由于制造、安裝及運行中支承軸架不均勻膨脹、管道力、機殼膨脹、地基不均勻下沉等多種原因影響，造成轉子不對中故障，引起機組的振動a)平行不對中b)角度不對中c)組合不對中5.2轉子不對中a)平行不對中b)角度不對中c)組合不對中轉子系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術匯編課件轉子不對中故障的主要特征有:改變軸承的支承負荷，使軸承的油膜壓力也隨之改變，負荷減小的軸承可能會產(chǎn)生油膜失穩(wěn)；2)最大振動往往在不對中聯(lián)軸器兩側的軸承上，且振動值與轉子的負荷有關，隨負荷的增大而增高；3)平行不對中主要引起徑向振動，振動頻率為兩倍旋轉頻率，同時也存在多倍頻振動。轉子不對中故障的主要特征有:不對中軸振動的某些特征不對中軸振動的某些特征不對中軸心軌跡不對中軸心軌跡左圖是一臺水泵的譜圖，圖中2X處有峰值，存在某種程度的不對中。檢查發(fā)現(xiàn)不對中量達0.254mm。找正后譜圖（右圖）2x處的幅值已明顯變小，機組運行相當平穩(wěn)。說明：（1）兩次測量結果，1X處的幅值無明顯變化，而2X處幅值變化很大，這正是不對中故障的典型頻譜特征。（2）在2X附近有兩個譜峰，一個在7100r／min處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個在7200r／min處，它是電機定子繞組中電氣故障引起的。左圖是一臺水泵的譜圖，圖中2X處有峰值，存在某種程度的不對中例：某廠一臺透平壓縮機組整體布置如圖。機組年度檢修時，除正常檢查、調整工作外，還更換了連接壓縮機高壓缸和低壓缸之間的聯(lián)軸器的連接螺栓，對軸系的轉子對中情況進行了調整等。檢修后啟動機組透平和壓縮機低壓缸運行正常，而壓縮機高壓缸振動較大（在允許范圍內）；機組運行一周后壓縮機高壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振動增大，其中測點5振動值增加兩倍，測點6的軸向振動加大，透平和壓縮機低壓缸的振動無明顯變化；機組運行兩周后，高壓缸測點5的振動值又突然增加一倍，超過設計允許值，振動劇烈，危及生產(chǎn)。例：某廠一臺透平壓縮機組整體布置如圖。機組年度檢修時，除正常壓縮機高壓缸主要振動特征如下：(1)連接壓縮機高、低壓缸之間的聯(lián)軸器兩端振動較大；(2)測點5的振動波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波，頻譜中2×具有較大峰值；(3)軸心軌跡為雙橢圓復合軌跡；(4)軸向振動較大；壓縮機高壓缸主要振動特征如下：診斷意見：壓縮機高壓缸與低壓缸之間轉子對中不良，聯(lián)軸器發(fā)生故障，必須緊急停機檢修。生產(chǎn)驗證：檢修人員做好準備工作后，操作人員按