2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

滑動(dòng)軸承故障診斷

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷

浮環(huán)密封故障診斷

葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷

高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械不穩(wěn)定自激振動(dòng)的分析方法2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)2

旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指依靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來完成主要功能的機(jī)械，在結(jié)構(gòu)上必須具備最基本的轉(zhuǎn)子、軸承等零部件?；み^程裝備中大量使用的各類離心泵、軸流泵、離心式和軸流式風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心機(jī)等是典型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在大型化工、石化、電力和鋼鐵等部門，某些大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械屬于生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。例如：煉油廠催化工段的三機(jī)組或四機(jī)組，大化肥裝置中的四大機(jī)組或五大機(jī)組，乙烯裝置中的三大機(jī)組，電力行業(yè)的汽輪發(fā)電機(jī)組、泵和水輪機(jī)組，鋼鐵部門的高爐風(fēng)機(jī)和軋鋼機(jī)組以及生產(chǎn)流程中的某些重要旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它們出現(xiàn)了故障，直接影響到整個(gè)生產(chǎn)線，因此是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的主要對(duì)象。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)3故障是指機(jī)器的功能失效，即其動(dòng)態(tài)性能劣化，不符合技術(shù)要求。例如，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)，產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲，工作轉(zhuǎn)速，輸出功率發(fā)生變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。機(jī)器發(fā)生故障的原因不同，所反映出的信息就不一樣，根據(jù)這些特有的信息，可以對(duì)機(jī)器故障進(jìn)行診斷。振動(dòng)是機(jī)器故障最基本的信息特征，振動(dòng)類型可分為徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)三類，其中過大的徑向振動(dòng)往往是造成機(jī)器損壞的主要原因，也是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)和進(jìn)行故障診斷的主要依據(jù)。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的多樣性和故障因果關(guān)系的復(fù)雜性，很多相似的故障現(xiàn)象并不一定源于同一故障原因，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障診斷時(shí)，還需要利用振動(dòng)信號(hào)之外更多的信息，對(duì)機(jī)器的振動(dòng)特點(diǎn)，運(yùn)行參數(shù)的變化以及設(shè)計(jì)、安裝、維修、操作中帶來的多種因素進(jìn)行綜合分析，才能作出較為符合實(shí)際的診斷結(jié)論。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)43.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子不平衡是指轉(zhuǎn)子受材料質(zhì)量、加工、裝配以及運(yùn)行中多種因素的影響，其質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心線之間存在一定量的偏心距，使得轉(zhuǎn)子在工作時(shí)形成周期性的離心力干擾，在軸承上產(chǎn)生動(dòng)載荷，從而引起機(jī)器振動(dòng)的現(xiàn)象。事實(shí)上一個(gè)平衡良好的轉(zhuǎn)子也不能做到“絕對(duì)平衡”的。

離心力與偏心距的方向一致，以角速度w繞軸旋轉(zhuǎn)。力通過轉(zhuǎn)軸作用在軸承上，使軸承承受附加動(dòng)載荷，引起轉(zhuǎn)子或軸承的不平衡振動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)5

在共振點(diǎn)上，振動(dòng)位移總是滯后于激振力90°，而與阻尼大小無關(guān)。測(cè)量轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，常常利用相位的變化點(diǎn)來確定。阻尼越大，轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振幅越小，接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，這種阻尼衰減作用尤為明顯。正常的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器，在啟動(dòng)過程中阻尼值必須在某一限定值以內(nèi)，并且升速時(shí)應(yīng)迅速通過臨界轉(zhuǎn)速。特解2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)6轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的故障特征

1）不平衡故障主要引起轉(zhuǎn)子或軸承徑向振動(dòng)，在轉(zhuǎn)子徑向測(cè)點(diǎn)上得到的頻譜圖中，轉(zhuǎn)速頻率成分具有突出的峰值，在總振值中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

2）單純的不平衡振動(dòng)，轉(zhuǎn)速頻率的高次諧波幅值很低，因此在時(shí)域上的波形是一個(gè)正弦波。

3）轉(zhuǎn)子的軸心軌跡形狀基本上為一個(gè)圓或橢圓，這意味著置于同一截面上相互垂直的兩個(gè)探頭，其信號(hào)相位差接近90°。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

4）轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)。

5）除了懸臂轉(zhuǎn)子之外，對(duì)于普通兩端支承的轉(zhuǎn)子，不平衡在軸向上的振幅一般不明顯。

6）轉(zhuǎn)子振幅對(duì)轉(zhuǎn)速變化很敏感，轉(zhuǎn)速下降，振幅將明顯下降。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)7不平衡振動(dòng)的故障原因和防治措施

固有質(zhì)量不平衡將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生穩(wěn)定的每轉(zhuǎn)一次的轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)，在給定轉(zhuǎn)速下其幅值和相位在短時(shí)間內(nèi)一般不隨時(shí)間變化，但如果溫度、負(fù)荷等條件變化，振動(dòng)也可能會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于固有質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，最普通的防治辦法是改善轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)來降低轉(zhuǎn)子的激振力。固有質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的主要原因有：設(shè)計(jì)錯(cuò)誤；材料缺陷；加工與裝配誤差；動(dòng)平衡方法不當(dāng)。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)8實(shí)例3-1氣壓機(jī)的不平衡振動(dòng)某煉油廠催化車間氣壓機(jī)組，壓縮氣體為瓦斯氣，入口壓力0.102MPa，出口壓力1.35MPa，轉(zhuǎn)速10700r/min。軸承型式為5塊可傾瓦，聯(lián)軸節(jié)均為膜片式。該機(jī)運(yùn)行數(shù)年后為增大氣量，更換了轉(zhuǎn)子，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)子隔板，并且對(duì)轉(zhuǎn)子做了高速動(dòng)平衡。改造后的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了振動(dòng)超標(biāo)，靠近齒輪箱一側(cè)的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)Ⅵ375、Ⅵ376的振幅達(dá)到60μm，此后又上升至90μm左右。信號(hào)分析顯示振動(dòng)頻率中工頻成分占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，Ⅵ375、Ⅵ376的軸心軌跡為橢圓，確認(rèn)是轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)。另外又從轉(zhuǎn)子升速過程的極坐標(biāo)圖上看出（見圖3-6），轉(zhuǎn)子在到達(dá)工作轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅迅速增長(zhǎng)，相位也有明顯變化。考慮到氣壓機(jī)靠齒輪箱一側(cè)的Ⅵ375、Ⅵ376測(cè)點(diǎn)振幅最高，決定在這一側(cè)的聯(lián)軸節(jié)上做現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)9轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的不平衡分轉(zhuǎn)子彎曲和轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞兩種。轉(zhuǎn)子彎曲

轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲，是指轉(zhuǎn)子因外部環(huán)境影響或外力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，這種變形不需經(jīng)過動(dòng)平衡，而是只需采取一些簡(jiǎn)單的措施（如經(jīng)過低速長(zhǎng)時(shí)間盤車方式）或改變操作方式即可減緩或消除不平衡振動(dòng)。如，轉(zhuǎn)子受熱不均；自重引起臨時(shí)性彎曲；氣流沖擊、溫度和載荷突變引起的彎曲等。轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲，是指經(jīng)過慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的方式仍然無法恢復(fù)轉(zhuǎn)子的彎曲狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在盤車過程中僅僅依靠本身的重量施加在軸上產(chǎn)生的交變力，不足以釋放轉(zhuǎn)軸內(nèi)部已形成的彎曲應(yīng)力，因此變成永久性彎曲變形。很難用動(dòng)平衡方法消除。

3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)10實(shí)例3-4喘振引起空壓機(jī)轉(zhuǎn)子的臨時(shí)性彎曲

某石化公司乙烯裝置上使用一臺(tái)德國(guó)制造的GA1000型離心式空壓機(jī)，該機(jī)在制造廠做喘振試驗(yàn)時(shí)，由于放空消音器振裂而落入管內(nèi)，阻塞了放空管，使壓縮機(jī)出口壓力升高，機(jī)器提前發(fā)生喘振。因?yàn)槲醇邦A(yù)料，延遲了關(guān)閉進(jìn)口閥時(shí)間，引起機(jī)器強(qiáng)烈喘振。事后中方要求開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)量偏了0.12mm，即轉(zhuǎn)子發(fā)生了彎曲。該廠采用的校正措施，是在1000r/min轉(zhuǎn)速下開蓋慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子約一小時(shí)，重新測(cè)量徑向跳動(dòng)量，結(jié)果下降到0.01mm，在允許范圍之內(nèi)，以后投產(chǎn)運(yùn)行也很正常。

這種用低速慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子校正臨時(shí)性彎曲的措施十分有效，因?yàn)樵诼D(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)子的重力作用，軸的不同側(cè)面受到交變應(yīng)力作用，將軸轉(zhuǎn)內(nèi)臨時(shí)性彎曲形成的應(yīng)力釋放，使軸的變形獲得了矯正。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)11轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞

轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，由于破壞原始的平衡狀態(tài)而引發(fā)機(jī)器振動(dòng)，在生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到。對(duì)于這類故障必須掌握機(jī)器的工作特點(diǎn)、振動(dòng)變化規(guī)律，注意觀察分析，相對(duì)于其他故障類型來說，尋找故障原因的難度要小些。轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)過程中，如發(fā)生軸上零件碎裂或飛離，將產(chǎn)生階躍式的不平衡，引起振幅和相位的突然變化。這種變化屬于瞬態(tài)響應(yīng)，此后將會(huì)衰減下去，因而振幅突變后將在某一數(shù)值上穩(wěn)定下來。

固體雜質(zhì)沉積在葉輪上的情況屢見不鮮，例如一些高溫的并帶有粘性的催化劑微粒進(jìn)入機(jī)器的流道，就粘結(jié)在葉輪上，由于質(zhì)量分布不均勻，引起轉(zhuǎn)子的不平衡。除此之外，管道中的銹蝕、氣源中的粉塵在葉輪流道內(nèi)沉積，均會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡。有些壓縮機(jī)在運(yùn)行中常會(huì)遇到工藝氣體和固體雜質(zhì)對(duì)葉輪基體金屬的沖蝕，設(shè)備維修中（如，除銹）不恰當(dāng)?shù)拇胧┚涂赡芙o機(jī)器帶來振動(dòng)問題，必須引起注意。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)12

帶有各種零件的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生松動(dòng)，例如葉輪、平衡盤、止推盤在軸上配合的過盈量不足，或者鍵槽配合太松，使轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下發(fā)生松動(dòng)；還有材料選擇不良或是工作介質(zhì)腐蝕性嚴(yán)重，引起軸套和輪殼內(nèi)部發(fā)生腐蝕而松動(dòng)。此外，滾動(dòng)軸承外圈配合間隙過大，軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)外圈也跟著作不同步的旋轉(zhuǎn)，也會(huì)發(fā)生類似松動(dòng)的故障。①松動(dòng)的零件隨著轉(zhuǎn)速的升高離心力迅速增大；②由于存在松動(dòng)間隙，振動(dòng)將出現(xiàn)明顯的非線性影響因素，在頻譜圖上出現(xiàn)大量轉(zhuǎn)速頻率的諧波，偶然也可能出現(xiàn)1/2、1/3轉(zhuǎn)速頻率的次諧波成分；③如果松動(dòng)間隙較大，零件的不平衡矢量隨機(jī)地繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。振幅不穩(wěn)定，相位隨時(shí)間變化；④如果轉(zhuǎn)子在穩(wěn)態(tài)下產(chǎn)生零部件松動(dòng)，則可能會(huì)產(chǎn)生“拍振”現(xiàn)象，拍振的頻率一個(gè)是軸的轉(zhuǎn)速頻率，另一個(gè)是稍低于軸速度的松動(dòng)零件轉(zhuǎn)速頻率。

3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)13

圖1TA60型碟式分離機(jī)碟片松動(dòng)時(shí)的升降速曲線轉(zhuǎn)鼓體

碟片

定位卡口A’ABCC’O

圖2鼓蓋與鼓體配合示意及碟片在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的安裝示意圖2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)14升速曲線降速曲線2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)152023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)162023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)173.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)18定向振動(dòng)與不平衡振動(dòng)故障的鑒別轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡將在轉(zhuǎn)子徑向方向上形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)離心力，軸心軌跡形狀接近于一個(gè)圓或橢圓，不平衡離心力將在軸承的水平和垂直方向上產(chǎn)生接近90°的相位差。機(jī)體變形、皮帶輪或齒輪偏心、機(jī)座松動(dòng)、結(jié)構(gòu)共振等故障，雖然軸承或機(jī)體上的振動(dòng)頻率也像不平衡振動(dòng)那樣，表現(xiàn)以轉(zhuǎn)速頻率為主，然而在振動(dòng)方向上并不是按照旋轉(zhuǎn)力的方向變化，而是在某一個(gè)方向上出現(xiàn)同相位或接近180°反相位的振動(dòng)，這種稱為“定向振動(dòng)”。在軸心軌跡上是一條傾斜的直接或接近一條直線形狀。對(duì)于這類故障，應(yīng)該采用相位測(cè)量和軸心軌跡分析方法，與單純的不平衡振動(dòng)區(qū)別開來。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)19鑒別內(nèi)容不平衡振動(dòng)定向振動(dòng)振動(dòng)頻率轉(zhuǎn)速頻率轉(zhuǎn)速頻率相互垂直的二個(gè)方向相位差接近90°接近0°或180°軸心軌跡形狀圓或橢圓某一方向上近似一條直線故障原因轉(zhuǎn)子固有不平衡，轉(zhuǎn)子彎曲，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞等機(jī)體變形，皮帶輪或齒輪偏心，機(jī)座松動(dòng)，基礎(chǔ)共振等3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)20實(shí)例3-14基礎(chǔ)共振

某大型化工裝置上使用一臺(tái)單級(jí)離心泵，由一臺(tái)轉(zhuǎn)速為3600r/min的電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)振動(dòng)非常劇烈，常出故障，所以不得不為該泵配置備用電動(dòng)機(jī)。

對(duì)該機(jī)組的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，電動(dòng)機(jī)水平方向的振幅為23mm/s，垂直方向振幅為30mm/s,振動(dòng)頻率為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率；而泵的振幅很低，不超過5mm/s。對(duì)電動(dòng)機(jī)水平和垂直方向上的相位測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩者精確地同相，也就是發(fā)生了較典型的“定向振動(dòng)”。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)21轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法改變不平衡旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量分布來消除旋轉(zhuǎn)軸系的離心力作用，使轉(zhuǎn)子達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的這個(gè)過程成為“平衡”。不平衡度：平衡精度等級(jí)：ISO1940平衡精度等級(jí)：G0.4開始，按2.5倍遞增。一般轉(zhuǎn)子G6.3。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)22轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法從轉(zhuǎn)子平衡的角度看，運(yùn)轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子可以分為剛性和撓性轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（工作轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速0.5倍），離心力產(chǎn)生的撓度變形較小，轉(zhuǎn)子可以看作不發(fā)生變形的“剛體”。這種轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速的0.7倍），轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生很大的撓曲變形，振動(dòng)也隨之增大，這種轉(zhuǎn)子就不能稱為“剛體”，稱為撓性轉(zhuǎn)子。1).剛性轉(zhuǎn)子平衡靜平衡：薄圓盤，D/l>=5。動(dòng)平衡：寬度較大，需要考慮力矩平衡。一般采用雙面平衡，在動(dòng)平衡機(jī)上完成轉(zhuǎn)子平衡。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)23轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法2).現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是在旋轉(zhuǎn)機(jī)械與其工作狀態(tài)相同或接近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負(fù)載情況下對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量和平衡校正的平衡方法。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)24轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法3).撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡

撓性轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速，這時(shí)轉(zhuǎn)子因撓曲變形而產(chǎn)生的質(zhì)心偏移將增大離心力的作用，而且撓曲變形又是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，因此它的平衡原理不同于剛性轉(zhuǎn)子。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)25轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡方法3).撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡(1)振型平衡法：將轉(zhuǎn)子上軸向分布的不平衡量分解為與主振型對(duì)應(yīng)的各階不平衡量，按照振型的正交性，第i階的不平衡量?jī)H對(duì)第i階主振型起作用，對(duì)其余各階主振型沒有影響。這樣，如將不平衡量逐階平衡，則在理論上可獲得轉(zhuǎn)子的完全平衡。一般只要平衡好低階不平衡分量就可滿足要求。(2)影響系數(shù)法：多平面多轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)平衡法。對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，取兩個(gè)校正面，取一個(gè)平衡轉(zhuǎn)速，可以在各個(gè)轉(zhuǎn)速下都得到平衡。但對(duì)撓性轉(zhuǎn)子而言，在不同轉(zhuǎn)速下其撓曲不同，必須增加平衡轉(zhuǎn)速的數(shù)目，相應(yīng)地也需要增加平衡校正面。3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)26引起轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的原因有：初始安裝對(duì)中超差；冷態(tài)對(duì)中時(shí)沒有正確估計(jì)各個(gè)轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時(shí)出現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子對(duì)中不良；軸承架熱膨脹不均勻；管道力作用；機(jī)殼變形或移位；地基不均勻下沉；基礎(chǔ)變形；轉(zhuǎn)子彎曲，同時(shí)產(chǎn)生不平衡和不對(duì)中故障。3.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)273.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的特征改變了軸承中的油膜壓力。

軸承的振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)子負(fù)荷的增大而增高。平行不對(duì)中主要引起徑向振動(dòng)，角度不對(duì)中主要引起軸向振動(dòng)。不對(duì)中使剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)產(chǎn)生相位差。對(duì)于剛性聯(lián)軸節(jié)，平行不對(duì)中易激起二倍頻的振動(dòng)，同時(shí)也存在工頻（轉(zhuǎn)速頻率）和多倍頻的振動(dòng)成分；角度不對(duì)中易激起工頻軸向振動(dòng)，同時(shí)也存在多倍頻振動(dòng)。對(duì)于撓性聯(lián)軸節(jié)，按其結(jié)構(gòu)型式、安裝和負(fù)荷不同，所表現(xiàn)的振動(dòng)頻率是不同的。大型渦輪機(jī)械上多跨轉(zhuǎn)子的不對(duì)中，一般伴隨有其它故障因素。轉(zhuǎn)子之間的不對(duì)中，在不對(duì)中方向上產(chǎn)生了一個(gè)預(yù)加載荷，軸頸運(yùn)動(dòng)的軸心軌跡形狀為橢圓形。隨著預(yù)加載荷的增大，軌跡形狀將變?yōu)橄憬缎?、?”字形或外圈中產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)圈等形狀。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)283.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)293.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中的振動(dòng)頻率

剛性聯(lián)軸節(jié)的平行不對(duì)中上式表示Fx、Fy是隨轉(zhuǎn)速而變化的兩倍頻激振力，也就是聯(lián)軸節(jié)每旋轉(zhuǎn)一周，徑向力交變兩次，轉(zhuǎn)子徑向方向上就有兩次力的脈動(dòng)。在頻譜上顯示兩倍頻振動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)303.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

剛性聯(lián)軸節(jié)的角度不對(duì)中

在螺栓拉力作用下兩半聯(lián)軸節(jié)中存在一個(gè)彎矩，彎矩的作用方向是力圖減小兩軸中心線的交角。從聯(lián)軸節(jié)某一點(diǎn)上觀察，軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩的作用方向交變一次，彎矩施加于軸的彎曲變形也是每周變化一次，由此引起工頻振動(dòng)。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)31齒式聯(lián)軸節(jié)

屬半撓性聯(lián)軸節(jié)2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)323.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

齒式聯(lián)軸節(jié)

用齒式聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)子即使是平行不對(duì)中，但在齒套與齒殼之間仍表現(xiàn)為角度不對(duì)中。軸每轉(zhuǎn)一周，齒面接觸兩次，形成兩次沖擊振動(dòng)，因此會(huì)引起兩倍頻振動(dòng)。其振動(dòng)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：(1)齒式聯(lián)軸節(jié)相鄰的二個(gè)轉(zhuǎn)子如果質(zhì)量接近，則振動(dòng)較大的往往是緊靠聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的軸承，軸承上的負(fù)荷也會(huì)明顯增大。(2)不對(duì)中引起的軸向振動(dòng)較大，高次諧波豐富，尤其是兩倍頻分量的幅值比正常情況增大得更為明顯。(3)緊靠聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的軸承處，徑向振動(dòng)相位差接近180°。(4)徑向振動(dòng)的頻率成分實(shí)際上受多種因素影響，隨著不對(duì)中量的增加，緊靠軸節(jié)的軸承或軸頸振動(dòng)信號(hào)中2、3

、4

…的超諧波響應(yīng)增長(zhǎng)比基頻更快一些。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)333.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

膜片聯(lián)軸節(jié)

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)343.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

膜片聯(lián)軸節(jié)

膜片聯(lián)軸節(jié)是在軸端的半聯(lián)軸節(jié)與連接套筒之間用一組具有撓性的膜片來連接，因此它也屬于半撓性聯(lián)軸節(jié)。因?yàn)檫@種聯(lián)軸節(jié)在縱向平面上的撓性較齒式聯(lián)軸節(jié)更好，而且在使用中不需要潤(rùn)滑，大大減少維修工作量，因此在大中型的旋轉(zhuǎn)機(jī)器上獲得廣泛應(yīng)用。對(duì)于具有n個(gè)螺栓聯(lián)接的聯(lián)軸節(jié)，由于力矩脈動(dòng)而形成的振動(dòng)頻率可表示為:根據(jù)研究，膜片上的力矩脈動(dòng)頻率還會(huì)與轉(zhuǎn)子其它激勵(lì)頻率（如不平衡等）產(chǎn)生頻率調(diào)制，形成多種轉(zhuǎn)速頻率的高次諧波。但實(shí)驗(yàn)研究指出，膜片聯(lián)軸節(jié)發(fā)生平行不對(duì)中或角度不對(duì)中，隨著不對(duì)中量的增大，頻譜中工頻成分的幅值變化不大，而二倍頻幅值增加最為明顯，四倍頻的幅值也有一定程度的增加。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)35不對(duì)中故障的監(jiān)測(cè)方法3.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

（1）打表法（2）激光對(duì)中法（3）聯(lián)軸節(jié)表面狀態(tài)檢測(cè)法（4）振動(dòng)診斷法（5）Dodd棒測(cè)量法（6）電渦流絕對(duì)值測(cè)量法（7）軸承油膜壓力測(cè)量法2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)36轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷實(shí)例3.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

實(shí)例3-15基礎(chǔ)下沉產(chǎn)生軸承油膜不穩(wěn)定

國(guó)外某動(dòng)力公司的一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，由于基礎(chǔ)下沉，引起了汽輪機(jī)低壓缸3號(hào)軸承內(nèi)軸頸相對(duì)位置上升，軸頸中心原來位置是在軸承幾何中心a=32°方位角上運(yùn)行，軸承為圓柱形，但是后來軸頸中心方位角開始發(fā)生變化，a角逐漸增大,最后到達(dá)近90°位置，軸承因?yàn)槭ビ湍ぶС辛Χl(fā)生油膜振蕩。這個(gè)例子說明由于基礎(chǔ)下沉，該處軸承座相對(duì)位置下移，軸頸被相鄰的2號(hào)軸承抬空，造成軸承與軸頸不對(duì)中，軸承上比壓減小，導(dǎo)至油膜失去穩(wěn)定而發(fā)生轉(zhuǎn)子強(qiáng)烈振動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)37轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷實(shí)例3.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)38轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷實(shí)例3.2轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)393.3滑動(dòng)軸承故障診斷

滑動(dòng)軸承由于具有優(yōu)良的抗振性能和較長(zhǎng)的工作壽命，因而在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。從動(dòng)力學(xué)的角度看，它在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中主要起到如下三方面的作用:1).對(duì)高速轉(zhuǎn)子的負(fù)荷起支承作用；2).對(duì)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)提供一定的剛度和阻尼；3).控制轉(zhuǎn)子在某一個(gè)穩(wěn)定的位置上運(yùn)轉(zhuǎn)。

滑動(dòng)軸承按其工作原理分類，可分為靜壓軸承與動(dòng)壓軸承兩類。靜壓軸承是依靠潤(rùn)滑油在轉(zhuǎn)子軸頸周圍形成的靜壓力差與外載荷相平衡的原理進(jìn)行工作的，軸無論旋轉(zhuǎn)與否，軸頸始終浮在壓力油中。工作時(shí)保證軸頸與軸承之間處于純液體摩擦狀態(tài)。因此，這類軸承具有旋轉(zhuǎn)精度高、摩擦阻力小、承載能力強(qiáng)并有良好的速度適應(yīng)性和抗振性等特點(diǎn)。但是，靜壓軸承的制造工藝要求高，此外還需要一套復(fù)雜的供油裝置，因此除了在一些高精度機(jī)床上應(yīng)用外，其它場(chǎng)合使用尚少。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)403.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.1

滑動(dòng)軸承工作原理

在動(dòng)壓軸承中，軸頸外圓與軸承之間有一定間隙（一般為軸頸直徑的千分之幾），間隙內(nèi)充滿潤(rùn)滑油。軸頸未旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就沉在軸承孔的底部。當(dāng)轉(zhuǎn)軸開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸依靠摩擦力的作用，在旋轉(zhuǎn)相反方向上沿軸承內(nèi)表面往上爬行，到達(dá)一定位置后，摩擦力不能支持轉(zhuǎn)子重量，就開始打滑，此為半液體摩擦。轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高至于一定程度，軸頸把具有粘性的潤(rùn)滑油帶入軸頸與軸承之間的楔形間隙（油楔）中。因?yàn)樾ㄐ伍g隙是收斂形的，它的入口斷面大于出口斷面，油楔中斷面不斷收縮的結(jié)果使油壓逐漸升高，平均流速逐漸增大，油液在楔形間隙內(nèi)升高的壓力就是流體動(dòng)壓力，所以稱這種軸承為動(dòng)壓軸承。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)413.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.1

滑動(dòng)軸承工作原理

在間隙內(nèi)積聚的油層就是油膜，油膜壓力把轉(zhuǎn)子軸頸抬起。當(dāng)油膜壓力與外載荷相平衡時(shí)，軸頸就在軸承內(nèi)不發(fā)生接觸的情況下穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸心位置由于收斂形油楔作用，略向一側(cè)偏移，這便是流體動(dòng)壓軸承的工作原理。

軸承承載能力系數(shù)S0是在滑動(dòng)軸承中用來確定軸承工作狀態(tài)的一個(gè)重要系數(shù)?；瑒?dòng)軸承的理論指出，幾何形狀相似的軸承，系數(shù)S0相同時(shí)軸承就具有相似的性能，而S0本身是相對(duì)偏心率ε（e/c）和軸承寬徑比l/d的函數(shù)，偏心率越大或軸承寬徑比越大，則S0值也越大，軸承承載能力也越高。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)423.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.2滑動(dòng)軸承常見故障的原因巴氏合金松脫軸承異常磨損、刮傷、拉毛軸承疲勞軸承腐蝕軸承氣蝕軸承殼體配合松動(dòng)軸承間隙不適當(dāng)軸承溫度過高2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)433.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的原因oo1o′PPRR′假如軸頸中心在O1位置上，軸頸載荷P和油膜反力R大小相等方向相反，O1點(diǎn)就是軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡位置，這個(gè)平衡位置可由軸頸的偏心率和偏位角來確定。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外界瞬時(shí)干擾，軸頸中心移到O′位置時(shí)，油膜反力變?yōu)镽′,R

′的大小和方向與P不再平衡，兩者的合力為F。把F分解為一個(gè)切向分量Fu和一個(gè)徑向分量Fr。Fr為彈性恢復(fù)力；Fu與軸頸位移方向相垂直，它有推動(dòng)軸頸圍繞平衡中心繼續(xù)旋繞的趨勢(shì)，這種旋繞運(yùn)動(dòng)就稱為“渦動(dòng)”，F(xiàn)u稱為渦動(dòng)力（或稱切向力）。如果渦動(dòng)力等于或小于油膜阻尼力，則軸心軌跡不擴(kuò)大，成為一個(gè)穩(wěn)定的封閉圖形，這種渦動(dòng)是穩(wěn)定的。如果渦動(dòng)力超過阻尼力，則軸心軌跡繼續(xù)擴(kuò)大，這種渦動(dòng)是不穩(wěn)定的。處于失穩(wěn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子，在瞬時(shí)內(nèi)將出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)。圖3-36

軸頸渦動(dòng)力的形成FFrFu2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)443.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機(jī)理及其故障診斷

油膜振蕩是高速滑動(dòng)軸承的一種特有故障，它是由油膜力產(chǎn)生的自激振動(dòng)，轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí)輸入的能量很大，足以引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)零部件的損壞。在一些大型電站汽輪發(fā)電機(jī)組中，油膜振蕩也可能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的毀壞，造成嚴(yán)重的事故。轉(zhuǎn)子軸頸在軸承內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還環(huán)繞某一平衡中心作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子軸頸主要是由油膜力的激勵(lì)作用引起渦動(dòng)，則軸頸的渦動(dòng)角速度近似為轉(zhuǎn)速的二分之一，所以稱為“半速渦動(dòng)”。渦動(dòng)頻率：

半速渦動(dòng)的實(shí)際振動(dòng)頻率為：＝(0.43~0.48)2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)453.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機(jī)理及其故障診斷

(1).

油膜振蕩是一種自激振動(dòng)，維持振動(dòng)的能量是由軸本身在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生，它不受外部激勵(lì)力的影響。(2).對(duì)于高速輕載轉(zhuǎn)子，發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速總是高于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速二倍以上。對(duì)于穩(wěn)定性較差的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)，一般在發(fā)生油膜振蕩轉(zhuǎn)速之前的較低轉(zhuǎn)速下就已出現(xiàn)了半速渦動(dòng)頻率。

(3).油膜振蕩是一種非線性的油膜共振，激烈的振動(dòng)會(huì)激發(fā)起油膜振蕩頻率和轉(zhuǎn)速頻率的多倍頻成分以及這兩個(gè)主振頻率的和差組合頻率成分。(4).發(fā)生油膜振蕩時(shí)，軸心軌跡形狀紊亂、發(fā)散，很多不規(guī)則的軌跡線疊加成花瓣形狀。(5).發(fā)生油膜振蕩時(shí)，由于轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈的自激振動(dòng)，引起軸承油膜破裂，因而會(huì)同時(shí)發(fā)生軸頸和軸瓦的碰撞摩擦，時(shí)而發(fā)生巨大的吼叫聲。(6).當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一旦進(jìn)入油膜共振區(qū)，升高轉(zhuǎn)速，振蕩頻率不變，振幅并不下降。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)463.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜振蕩的機(jī)理及其故障診斷2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)473.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

避開油膜共振區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)就要避免轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近運(yùn)轉(zhuǎn)；2)增加軸承比壓增加比壓值等于增大軸頸的偏心率，提高油膜的穩(wěn)定性；

用車削方法縮短軸承寬度；在軸承下瓦開環(huán)向槽或溝槽，減小瓦塊接觸面積，改善油楔內(nèi)的油壓分布；減小下瓦接觸角，在下瓦開泄油槽，可增加軸頸的偏心率；減小上瓦油槽寬度或在上瓦設(shè)置油壩，用以提高上瓦油壓；改變油楔形式，例如對(duì)圓柱軸承，可降低頂隙，適當(dāng)增加側(cè)隙，變?yōu)闄E圓形軸承，提高軸頸在軸承中的穩(wěn)定性。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)483)

減小軸承間隙軸承間隙減小，則可提高發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速。4)控制適當(dāng)?shù)妮S瓦預(yù)負(fù)荷C——軸承平均半徑間隙；RP——軸承內(nèi)表面曲率半徑；RS——軸頸半徑。

預(yù)負(fù)荷為正值，表示軸瓦內(nèi)表面上的曲率半徑大于軸承內(nèi)圓半徑，起到增大偏心距作用。在每塊瓦塊上油楔的收斂程度更大，迫使油進(jìn)入收斂形間隙中增加油楔力。幾個(gè)瓦塊在周向上的聯(lián)合作用，穩(wěn)住了軸頸的渦動(dòng)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。3.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)493.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

多油楔軸承（多油葉和多油楔軸承），多個(gè)油楔產(chǎn)生的預(yù)負(fù)荷作用，把軸頸緊緊地約束在轉(zhuǎn)動(dòng)中心，可以較好地減弱轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)503.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承常見故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施

5)

選用抗振性好的軸承多油楔軸承因?yàn)檩S頸受到周圍幾個(gè)油膜力的約束，穩(wěn)定性優(yōu)于橢圓軸承?；び玫钠啓C(jī)和離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子多屬高速輕載，容易引起油膜失穩(wěn)，因而很多機(jī)器采用抗振性更為優(yōu)良的可傾瓦軸承。6)

調(diào)整油溫適當(dāng)升高油溫，減小油的粘度，可以增加軸頸在軸承中的偏心率，有利于軸頸穩(wěn)定。但是對(duì)一個(gè)已經(jīng)發(fā)生不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子，降低油溫，增加油膜對(duì)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)的阻尼作用，有時(shí)也會(huì)有利于降低轉(zhuǎn)子振幅。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)513.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例

實(shí)例3-19離心式氨壓縮機(jī)油膜振蕩的非線性特性

某公司國(guó)產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，其中一臺(tái)ALS-16000型離心式氨壓縮，在試車中曾遇到軸承油膜振蕩。該機(jī)由11000kW的汽輪機(jī)拖動(dòng)，壓縮機(jī)由高壓缸和低壓缸兩部分組成，中間為速比56︰42的增速器。低壓缸工作轉(zhuǎn)速為6700r/min，高壓缸工作轉(zhuǎn)速為8933r/min。軸承型式為四油葉。軸承間隙1.6‰。在試車中高壓缸轉(zhuǎn)子在7800r/min以后振幅迅速增大，至8760r/min時(shí)，振幅達(dá)到150μm左右。高壓缸第一臨界轉(zhuǎn)速為3000～3300r/min。

2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)523.3滑動(dòng)軸承故障診斷

3.3.3滑動(dòng)軸承故障診斷實(shí)例

圖3-50高壓缸油膜振蕩開始和發(fā)展的頻譜比較

140.5Hz(8430r/min)是軸的轉(zhuǎn)速頻率，由軸的不平衡振動(dòng)引起；55Hz為油膜振蕩頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至8760r/min(146Hz)時(shí)，油膜振蕩頻率的幅值已超過轉(zhuǎn)速頻率幅值，從圖（b）中可見，頻率成分除了（146Hz）和（56.5Hz）之外，還存在其它頻率成分，這些成分是主振動(dòng)頻率和的和差組合頻率。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)533.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦故障，可以分兩類：1、轉(zhuǎn)子與靜子零部件發(fā)生干摩擦，這是最常見的摩擦故障。例如：高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與迷宮密封件之間的摩擦，葉輪口環(huán)與密封環(huán)之間的摩擦，葉輪與隔板之間的摩擦，軸頸與軸承之間的摩擦，軸與浮動(dòng)環(huán)之間的磨擦等等。2、轉(zhuǎn)子內(nèi)部發(fā)生的內(nèi)摩擦故障。內(nèi)摩擦又可分為兩種類型：一類是轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力激發(fā)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)；另一類是軸上配合零件與軸在彎曲時(shí)產(chǎn)生的摩擦以及齒式聯(lián)軸節(jié)的齒套與齒殼之間的軸向滑動(dòng)摩擦，這種摩擦同樣也會(huì)激勵(lì)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)。內(nèi)摩擦力對(duì)于具有足夠大阻尼的轉(zhuǎn)子并不會(huì)產(chǎn)生問題，但是對(duì)于柔性較好的高速轉(zhuǎn)子，在某些情況下可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子的自激振動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)543.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機(jī)理和特征（徑向碰摩）

局部碰摩是指轉(zhuǎn)子在進(jìn)動(dòng)過程中與靜止部件發(fā)生間歇性的、局部性的碰撞摩擦。轉(zhuǎn)子碰摩后發(fā)生轉(zhuǎn)速波動(dòng)，波動(dòng)幅度大小取決于摩擦扭矩的大小，碰摩時(shí)瞬時(shí)扭矩增大，轉(zhuǎn)速瞬間下降，摩擦扭矩消失階段，又會(huì)發(fā)生短暫時(shí)間的轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩時(shí)相當(dāng)于在碰摩點(diǎn)處增加了一個(gè)支承，改變了轉(zhuǎn)子的剛度。轉(zhuǎn)子與靜子不斷發(fā)生局部摩擦，剛度在接觸（剛度變大）與非接觸（剛度變小）兩種情況之間發(fā)生變化，剛度變化的頻率就是轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)頻率，這種周期性變化的剛度使得轉(zhuǎn)子自由振動(dòng)變?yōu)椴环€(wěn)定。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)553.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機(jī)理和特征（徑向碰摩）重碰摩振動(dòng)，主要出現(xiàn)0.5的頻率成分，軸心軌跡為“8”字形2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)563.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機(jī)理和特征（徑向碰摩）大面積摩擦碰撞：當(dāng)離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振、軸承油膜振蕩等大振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于完全失穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在軸承、密封等處表面作大面積摩擦，甚至發(fā)生整周摩擦，產(chǎn)生很大的摩擦力。在整周摩擦?xí)r，高的摩擦力可使轉(zhuǎn)子由正向渦動(dòng)變?yōu)榉聪驕u動(dòng)。轉(zhuǎn)子發(fā)生重摩擦，且摩擦接觸弧較大時(shí)，在波形圖上就會(huì)產(chǎn)生單邊波峰“削波”現(xiàn)象，這時(shí)將在頻譜上出現(xiàn)渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率的和差頻率成分，即產(chǎn)生n±m(xù)的頻率成分（n、m為正整數(shù)）。頻譜圖上以0.5為主，還有半頻和工頻組成的和差組合頻率1.5

、2

、2.5

等成分。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)573.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1干摩擦故障的機(jī)理和特征（徑向碰摩）摩擦熱彎曲變形：發(fā)生摩擦后轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形，變形后將形成新的不平衡。發(fā)生摩擦的轉(zhuǎn)速不同，碰摩點(diǎn)的位置不同，熱彎曲后形成的不平衡情況也不同。如在臨界轉(zhuǎn)速以下發(fā)生碰摩，因?yàn)檎駝?dòng)位移方向滯后于原始不平衡力方向的相位角小于90°，碰摩點(diǎn)的方位接近原始不平衡方位，熱彎曲后加劇轉(zhuǎn)子的不平衡量，產(chǎn)生更大的碰摩力，由此形成惡性循環(huán)。如果在臨界轉(zhuǎn)速以上發(fā)生碰摩，因?yàn)檎駝?dòng)位移與原始不平衡力之間的相位角大于90°，碰摩方位靠近原始不平衡方位的反方向，熱彎曲后可部分抵消轉(zhuǎn)子的不平衡量，可能改善轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，但是實(shí)際熱彎曲情況是要根據(jù)轉(zhuǎn)子的振型和碰摩點(diǎn)的位置而定。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)58大型多軸離心壓縮機(jī)摩擦振動(dòng)例子2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)593.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）材料彈性滯后引起的不穩(wěn)定振動(dòng)：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用使軸彎曲，彎曲的結(jié)果是軸外側(cè)部分材料纖維受拉伸，內(nèi)側(cè)部分受壓縮。如果軸的轉(zhuǎn)速與渦動(dòng)速度一致時(shí)，則拉伸部分材料纖維永遠(yuǎn)為拉伸，壓縮部分永遠(yuǎn)為壓縮；如果，

≠

，則轉(zhuǎn)軸上各段纖維依次受到交變拉伸和壓縮。根據(jù)材料彈性滯后性質(zhì)，纖維拉伸和壓縮過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線不一致，當(dāng)

>時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)形成自激振動(dòng)，振動(dòng)頻率即為自振頻率，通常為轉(zhuǎn)子的一階自振頻率。材料彈性滯后產(chǎn)生的自激振動(dòng)多發(fā)生在撓性轉(zhuǎn)子中。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)603.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）軸上零件滑動(dòng)摩擦引起的不穩(wěn)定振動(dòng)：

理論研究和試驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)子與靜止件發(fā)生軸向摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特征幾乎與正常狀況一致，沒有明顯的異常特征，所以診斷軸向摩擦?xí)r，不能用波形、軸心軌跡和頻譜方法去識(shí)別，必須尋求新的敏感參數(shù)。軸向干摩擦力與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，由于軸向干摩擦的作用使基頻影響相對(duì)下降，同時(shí)有高頻成分出現(xiàn)，所以軸向干摩擦具有阻尼的特性。軸向干摩擦力的大小正比于轉(zhuǎn)子與靜止件間的干摩擦因數(shù)和軸向力。軸向干摩擦阻尼遠(yuǎn)較徑向摩擦阻尼大，由軸向干摩擦?xí)鹣到y(tǒng)阻尼的顯著增加，因此系統(tǒng)阻尼的變化可作為診斷軸向摩擦的識(shí)別特征。另外，摩擦?xí)斐晒纳仙托氏陆?，同時(shí)局部會(huì)有溫升，因此工藝參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子與靜止件軸向摩擦的故障診斷非常重要。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)613.4轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起的失穩(wěn)（軸向碰摩）防止軸上零件滑動(dòng)摩擦激振的方法：2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)623.5浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動(dòng)環(huán)密封故障的機(jī)理和特征浮動(dòng)環(huán)卡住

1)浮動(dòng)環(huán)起附加軸承作用，產(chǎn)生油膜渦動(dòng)頻率，該頻率高于轉(zhuǎn)子計(jì)算的一階自振頻率。2)浮動(dòng)環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的間隙小于軸承間隙，浮動(dòng)環(huán)一旦卡住，容易發(fā)生轉(zhuǎn)軸與浮動(dòng)環(huán)摩擦，轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)具有摩擦特征的故障頻率。3)發(fā)生卡澀的浮動(dòng)環(huán)，在油膜力作用下時(shí)而浮動(dòng)，時(shí)而不動(dòng)，反映在轉(zhuǎn)子上的振幅時(shí)高時(shí)低地變動(dòng)。4)密封效果下降，產(chǎn)生大量高壓氣體泄漏。5)對(duì)于柔性較好的轉(zhuǎn)子（工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高過一階臨界轉(zhuǎn)速），浮動(dòng)環(huán)卡死，可能使得振動(dòng)頻率落入轉(zhuǎn)子的一階自振頻率范圍之內(nèi)，引發(fā)轉(zhuǎn)子強(qiáng)烈的亞異步共振，振動(dòng)頻率0.5。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)633.5浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動(dòng)環(huán)密封故障的機(jī)理和特征防轉(zhuǎn)銷釘折斷，浮動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)

1.轉(zhuǎn)子振動(dòng)加大，振幅忽高忽低。2.浮動(dòng)環(huán)隨轉(zhuǎn)子產(chǎn)生隨機(jī)性轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上附加浮動(dòng)環(huán)離心力，引起不平衡振動(dòng)。轉(zhuǎn)子與浮動(dòng)環(huán)摩擦，引起摩擦振動(dòng)。3.軸心軌跡紊亂，波形不光滑。4.轉(zhuǎn)子振動(dòng)的工頻成分相位角不穩(wěn)定，隨機(jī)變化。5.密封效果下降，產(chǎn)生大量高壓氣體泄漏。

浮動(dòng)環(huán)密封和滑動(dòng)軸承一樣，本身具有質(zhì)量、剛度和阻尼的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性，浮動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性能變化，不僅使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與理論計(jì)算差別很大，而且也可能極大地改變了轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性。當(dāng)浮動(dòng)環(huán)密封和滑動(dòng)軸承組裝在一起后，軸承油膜中的半速渦動(dòng)可能與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速相重合，產(chǎn)生嚴(yán)重的亞異步振動(dòng)。因此對(duì)于發(fā)生亞異步振動(dòng)的轉(zhuǎn)子，除了考慮軸承和迷宮密封的激勵(lì)因素之外，浮動(dòng)環(huán)密封產(chǎn)生的影響還必須引起足夠重視，并須作深入的分析研究。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)643.5浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.1浮動(dòng)環(huán)密封故障的機(jī)理和特征例：四川建峰化肥廠合成氣壓縮機(jī)高壓缸浮動(dòng)環(huán)卡澀

從頻譜圖中看，振幅最高的頻率成分是83Hz，與轉(zhuǎn)速頻率172.9Hz之比為0.48。軸心軌跡紊亂，類似于軸承的油膜不穩(wěn)定故障?，F(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)高壓缸參比氣與密封油的油氣壓差產(chǎn)生波動(dòng)，這是浮動(dòng)環(huán)工作不穩(wěn)定引起密封油的壓力波動(dòng)。另外還發(fā)現(xiàn)軸承回油管中帶有大量工藝氣體，明顯密封不良。

防轉(zhuǎn)動(dòng)銷被剪斷2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)653.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障

環(huán)形密封的幾何形狀像圓柱形軸承，但其間隙較軸承間隙大，一般環(huán)形密封的間隙與密封半徑之比為0.005，而軸承的相對(duì)間隙為0.001左右。流體對(duì)轉(zhuǎn)子的作用力也象軸承中的油膜對(duì)軸頸的作用一樣，在某些情況下會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定，尤其對(duì)于高速高壓的撓性轉(zhuǎn)子振動(dòng)，需要注意密封中的流體激振問題。

非接觸式密封的流體激振葉片式機(jī)器中的流道以及管道中的流體激振2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)663.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障(3)

對(duì)于采用周向部分噴嘴控制流量的高壓汽輪機(jī)，氣隙振蕩還與噴嘴的方向和進(jìn)氣閥的開啟度直接有關(guān)。(1)

密封中流體激振所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率，往往表現(xiàn)為低于工作轉(zhuǎn)速頻率的亞異步振動(dòng)。對(duì)于某些穩(wěn)定性較差的轉(zhuǎn)子，容易激發(fā)起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階固有頻率，產(chǎn)生自激振動(dòng)。(2)

機(jī)器的振動(dòng)情況與轉(zhuǎn)速、壓力、負(fù)荷有密切關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷到達(dá)某一“門檻值”時(shí)，低頻成分幅值突然增大，機(jī)器突然發(fā)生猛烈的振動(dòng)。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)673.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷迷宮密封氣流激振的防治措施采用反預(yù)旋方法，抵消氣流在密封腔中周向旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的激振力。腔內(nèi)開孔，導(dǎo)入平衡氣。腔內(nèi)周向上設(shè)置縱向阻擋片。改用平直形密封。實(shí)例3-31汽輪機(jī)入口密封的氣流激振

國(guó)外有一臺(tái)大型電站汽輪機(jī)，由于蒸汽入口處具有較長(zhǎng)的迷宮密封，密封中的氣體力激起了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)強(qiáng)烈的自激振動(dòng)。振動(dòng)幅度與機(jī)器負(fù)荷有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷超過某一值后，振幅就突然上升。最初曾采用改變機(jī)器熱態(tài)對(duì)中、更換軸承等措施，但是對(duì)于降低機(jī)器的振動(dòng)均未見效果。最后把轉(zhuǎn)子在密封腔中的位置降低了250m，大大提高了機(jī)器的穩(wěn)定性。由此可見，迷宮密封的動(dòng)力特性類似于滑動(dòng)軸承，降低轉(zhuǎn)軸在密封中的位置，可以使轉(zhuǎn)子在較高的負(fù)荷下增大它在密封中的穩(wěn)定性。3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)683.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷3.6.2葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障

離心式、軸流式的風(fēng)機(jī)、離心壓縮機(jī)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)工況范圍窄、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、操作點(diǎn)遠(yuǎn)離它的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)以及操作失誤等因素，使氣流在機(jī)器內(nèi)產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)，引起流道內(nèi)和管道內(nèi)的氣流壓力脈動(dòng)，從而導(dǎo)致機(jī)器和管道的強(qiáng)烈振動(dòng)，或者造成機(jī)器零部件與管道的疲勞破壞，產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果，這種氣流不穩(wěn)定現(xiàn)象主要表現(xiàn)為下列幾種故障：(1)旋轉(zhuǎn)失速；(2)不穩(wěn)定的進(jìn)口渦流；(3)喘振。2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)693.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷旋轉(zhuǎn)失速是葉輪或擴(kuò)壓器周向上氣流的不均勻流動(dòng)，一般在氣量減小到一定程度時(shí)發(fā)生。旋轉(zhuǎn)失速時(shí)在失速區(qū)周圍會(huì)形成壓力峰，使葉輪或擴(kuò)壓器出口產(chǎn)生氣流壓力脈動(dòng)，脈動(dòng)壓力傳遞到管道，引起管道內(nèi)氣流壓力脈動(dòng)。各種機(jī)器旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的管道壓力脈動(dòng)情況差別很大，較大的壓力不均勻度可達(dá)到60%左右，這樣大的壓力脈動(dòng)勢(shì)必引起壓縮機(jī)和管道很大振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率與某一管段的機(jī)械自振頻率或氣柱共振頻率相接近時(shí)，則管道振動(dòng)還要強(qiáng)烈。3.6.2葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)703.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷(1)失速區(qū)內(nèi)部氣流減速流動(dòng)依次在葉輪各個(gè)流道內(nèi)出現(xiàn)，它以葉輪旋轉(zhuǎn)相反方向作環(huán)向移動(dòng)，失速區(qū)內(nèi)壓力變化劇烈，會(huì)引起葉輪出口和管道內(nèi)的壓力脈動(dòng)，發(fā)生機(jī)器和管道振動(dòng)。(2)旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的振動(dòng)基本頻率，葉輪失速在0.5～0.8轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)，擴(kuò)壓器失速在0.1～0.25轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)。在振動(dòng)頻率上既不同于低頻喘振，又不同于較高頻率的不穩(wěn)定進(jìn)口渦流。(3)壓縮機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速范圍以后，雖然存在壓力脈動(dòng)，但是機(jī)器的流量基本上是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生較大幅度的變動(dòng)，這一點(diǎn)與發(fā)生喘振有根本性不同。(4)旋轉(zhuǎn)失速引起的振動(dòng)，在強(qiáng)度上比喘振要小，但屬于氣流激振一類的旋轉(zhuǎn)失速，有時(shí)在轉(zhuǎn)子上測(cè)得的振幅雖然還不太嚴(yán)重，然而機(jī)殼和管道（尤其是排氣管道）卻表現(xiàn)出不能忍受的劇烈振動(dòng)。對(duì)于壓縮比較高、分子量較大的氣體，機(jī)殼和管道的振感尤為劇烈。旋轉(zhuǎn)失速在機(jī)理和特征表現(xiàn)方面均不同于喘振和不穩(wěn)定進(jìn)口渦流，它的基本特征是：3.6.2葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)713.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷

旋轉(zhuǎn)失速的防治措施(1)對(duì)于壓縮比高、級(jí)數(shù)多的壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)的穩(wěn)定工況范圍應(yīng)盡量寬，并且合理選擇各級(jí)壓比分配，使各級(jí)穩(wěn)定工況范圍基本接近，當(dāng)壓縮機(jī)流量變動(dòng)時(shí)不使個(gè)別級(jí)過早進(jìn)入失速范圍。(2)對(duì)容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的機(jī)器，采用部分氣體打回流、提高進(jìn)氣溫度等方法，增大通過機(jī)器的體積流量，改變氣流沖角，減少葉道內(nèi)氣流旋渦。(3)對(duì)于多級(jí)軸流式壓縮機(jī)，在啟動(dòng)階段采用中間抽氣方法，增大抽氣點(diǎn)前面幾級(jí)的氣量，防止前幾級(jí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速。(4)由于旋轉(zhuǎn)失速具有慣性和滯后效應(yīng)，有時(shí)一旦發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，在工作轉(zhuǎn)速下很難通過氣量調(diào)節(jié)加以消除，必須使機(jī)器降速至一定程度才能消除旋轉(zhuǎn)失速。如果工藝參數(shù)調(diào)節(jié)得當(dāng)，再升速后有可能消除旋轉(zhuǎn)失速引起的機(jī)器振動(dòng)。3.6.2葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)723.6葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷不穩(wěn)定的進(jìn)口渦流主要出現(xiàn)在由進(jìn)口導(dǎo)葉控制的風(fēng)機(jī)中。為了減小風(fēng)機(jī)負(fù)荷，常常需要關(guān)小進(jìn)口導(dǎo)葉，這樣，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣流就具有進(jìn)口預(yù)旋速度。導(dǎo)葉關(guān)閉角度愈小，預(yù)旋作用愈強(qiáng)烈，發(fā)展到一定程度就成為一個(gè)不穩(wěn)定的進(jìn)口旋渦區(qū)。不穩(wěn)定的進(jìn)口旋渦團(tuán)在進(jìn)入蝸殼或擴(kuò)壓器時(shí)，產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)頻率通常要高于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率，而且是轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)。不穩(wěn)定的進(jìn)口渦流現(xiàn)象還表現(xiàn)在來自風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的噪聲，伴隨出現(xiàn)的噪聲與一般噪聲不同，它帶有一種氣流飛速旋轉(zhuǎn)的撕裂聲和噼辟啪啪的爆破聲。在低流量時(shí)也存在一定程度的不穩(wěn)定渦流，但當(dāng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，這種信號(hào)已被旋轉(zhuǎn)失速信號(hào)所淹沒。一些設(shè)計(jì)、制造較好的風(fēng)機(jī)，就很少存在不穩(wěn)定進(jìn)口渦流所帶來的問題。3.6.2葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障2023/2/2工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)733.6葉片式機(jī)器中