旋转机械故障诊断-不平衡.ppt

6.1 转子不平衡故障诊断 【实例1】离心泵叶轮松动 一台悬臂式单级离心泵，运转几个月后发生了叶轮松动。在泵侧的两个轴承上检测振动信号，近频谱分析，显示有很多旋转频率的谐波成分，这些很强的谐波预示着泵的转子零件存在松动问题。 另外，从图中还可以看出，频谱的噪声底线很高，谱线连续，表明松动零件对周施加了一种不稳定的随机性冲击。 6.1 转子不平衡故障诊断 离心泵叶轮松动频谱 6.1 转子不平衡故障诊断 【实例2】某52万吨／年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。其时域波形为正弦波，分析其频谱，以1×频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢的变化。 6.1 转子不平衡故障诊断 诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照本节所述对几类不平衡故障的甄别方法，判定其故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的。 ?处理措施：渐变不平衡短期内不会迅速恶化，同时正常生产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定利用在线监测系统监护其运行，待大修时再做处理。 生产验证：6个月后工厂年度大修，更换转子后在机修车间检查，转子并不弯曲；目测检查，无结垢和腐蚀现象，一时对故障诊断结论提出了怀疑。但送专业厂拆卸检查后发现，一轴套内侧（不拆卸转子时看不到部分）发生局部严重腐蚀，导致转子不平衡质量逐渐增大。 ???????? 6.1 转子不平衡故障诊断 【实例3】热电厂诊断实例 2007年10月23日临晨6时25分，3＃机组V2测点振动幅值突然由3.95m/s上升到11.7m/s,振动超标。 A1 1瓦 A1－A8—加速度传感器 V1－V5－速度传感器 测点布置图 鼓风机 汽轮机 鼓 风 机 V4 A5 A6 A3 A4 V5 V3 V2 V1 A2 A7 A8 6.1 转子不平衡故障诊断 频谱图 轴心轨迹 振动趋势图 6.1 转子不平衡故障诊断 6.1.1转子不平衡的概念 旋转机械的转子不平衡是指：转子受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线之间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。 把旋转体质量沿旋转中心线的不均匀分布叫做不平衡，由此引起的机器振动或运行时产生的其他问题称为不平衡故障。 6.1 转子不平衡故障诊断 两轴承间距l，转子质量m，质心M距旋转中心O的距离为e（偏心距），旋转角速度w。 O 6.1 转子不平衡故障诊断 转子产生的离心力为： 式中： m—转子质量，kg； G—转子重量，N； g—重力加速度，g=9.81m/s2； e—偏心距，m； n—转速，r/min。 力 F 通过转轴作用在轴承上，使轴承承受附加动载荷，引起转子或轴承的不平衡振动。 6.1 转子不平衡故障诊断 例：m=10kg，偏心距e=0.2mm，当转速n=6000 r/min时，不平衡质量所产生的离心力的大小为： 离心力作用在两个轴承上的动反力各为： 该力在轴承上每转变化一次，足以引起转子轴承系统的振动。 6.1 转子不平衡故障诊断 6.1.2临界转速对不平衡振动的影响 （1）临界转速的动力特性 临界转速是一种由不平衡离心力引起的共振现象。 设计时要求机器的工作转速必须避开临界转速。 一般规定：转子在一阶临界转速以下运行时，工作转速n应低于一阶临界转速ncr1的0.75倍；工作转速高于一阶临界转速时，要求在下列范围内：1.4 ncri n0.7 ncr(i+1)(i为临界转速的阶数)。 6.1 转子不平衡故障诊断 转子运动的力学模型 6.1 转子不平衡故障诊断 转子在低速时，G在C的外侧，且O、C、G三点成一直线。当不计圆盘重力影响和系统阻尼时，转子受到的离心力m(e+δ)w2与弹性恢复力k δ相平衡，即可得到圆盘处的动挠度公式： 式中： k ——轴在中点的刚度系数，可由材料力学求得； wn——转子无阻尼振动时横向振动固有频率， 当w=wn时，轴的挠度δ理论上为无限大，这个角速度w就称为轴的临界转速。 6.1 转子不平衡故障诊断 （2）阻尼对临界转速下转子振动的影响 实际转子总是存在阻尼，这种阻尼来自工作介质的黏性阻尼、轴承油膜的黏性阻尼、滑动面之间的摩擦阻尼、轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼，以及转子轴承系统在振动过程中变形能耗所产生的结构阻尼。 对于线性系统，阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反。 有阻尼的转子，O、C、G三点就不在同一直线上，OC和CG成φ角。 6.1 转子不平衡故障诊断 取坐标Oxy，在x和y两坐标方向上列力的平衡式： 其特解为： 写成复数的形式： 特解：