【2017年整理】旋转机械的振动故障检测与诊断.doc

旋转机械的振动故障检测与诊断 旋转机械是指主要功能是由于旋转而完成的机械。如电动机，，离心风机，离心式水泵，汽轮机，发电机等都属于发电机的范围。 从力学的角度分析，转子系统分为刚性和柔性转子。转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子。转动频率高于转子一阶横向固有频率的转子为柔性转子，如燃气轮机。 在工程学上对应转子一阶横向固有频率的转速成为临界转速。在我们分析时候经常会遇到在各种各样的问题，比如在信号的分析上可以按照信号的处理方式的不同可以分为幅域分析，时域分析以及频域分析。信号的早期分析只是在波形的幅值上进行，如计算波形的最大值，最小值，平均值，有效值等，后而进行波形的幅值的概率分布。在幅值上的各种处理通常称为幅域分析，信号波形是某种物理量随时间变化的关系。研究信号在时域内时域的变化或分布称为时域分析。频域分析是确定信号的频域结构，即信号中包含哪些频率成分，分析的结果是以频率为自变量的各种物理量的谱线或是曲线。不同的分析的方法是从不同的角度观察，分析信号，使信号的处理的结果更加丰富。 从某种意义上讲，振动故障的分析诊断的任务就是读谱图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释。主要的内容包括： 1 振动频谱中存在哪些频谱分量? 2 每条频谱分量的幅值多大? 3 这些频谱分量彼此之间存在什么关系？ 4 如果存在明显高幅值的频谱分量，它的准确的来源？它与机器的零部件对应关系如何？ 5如果测量相位，应该检查相位是否稳定？、 工频成分突出，往往是不平衡所致。2X频为主往往是平行不对中以及转子存在裂纹。1/2分频过大，显示涡轮涡轮失稳。0.5X~0.8X是流体旋转脱离。特低频是喘振。整数倍频是叶片流道振动。啮合成分高是齿轮表面接触不良。谐波丰富是松动。边频是调制。分频是流体激荡，摩擦等。 大型旋转机械常见的故障原因分类如下： 1 设计原因；设计不当，运行时发生强迫振动或是自激振动；结构不合理，应力集中；设计工作转速接近或是落入临界转速区；热膨胀量计算不准，导致热态对中不良。 2 制造原因：零部件加工制造不良，精度不够；零件材质不良，强度不够，制造缺陷；转子动平衡不符合技术要求。 3 安装，维修；机械安装不当，机械安装不当，零部件错位，预负荷大；机器几何参数调整不当，未按规程维修，破坏了机器原有的配合性质和精度。 4 操作运行；工艺参数偏离设计值，机器运行工况不正常；运行点接近或落入临界转速区，润滑或冷却不良。 转子不平衡 旋转机械的转子由于受材料的分布，加工的误差，装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使质量中心和旋转中心存在一定程度的偏心距。偏心距较大时，静态下部，其偏心距小于摩擦阻力距的区域内，称之为不平衡。偏心距较小时，不能表现出静不平衡的特征，但是在转子旋转时，表现出一个与转动频率的离心力矢量，离心力F=Me㎡,从而激发转子的振动。这种表现称之为动不平衡。静不平衡的转子，由于偏心距e较大，表现出强烈的动不平衡振动。 在此时要明白一个问题就是动平衡满足这静平衡就满足，静平衡满足动平衡则不一定满足。 转子轴颈在滑动轴承内作高速旋转运动的同时，随着运动契入轴颈与轴承之间的油膜压力若发生周期性变化，迫使转子轴心绕着某个平衡点作椭圆轨迹的公转运动，这个现象为涡动。当涡动的激荡力仅为油膜力时，涡动是稳定的，其涡动角速度是转动角速度的0.43~0.48。所以又称为半涡动。当油膜涡动的频率接近转子轴系中某个自振频率时，引发大幅度的共振现象，称为油膜震荡。 油膜涡动仅发生在完全液体润滑的滑动轴承中，低速及重载的转子建立不起完全液体润滑条件，因而不发生油膜涡动所以消除油膜涡动的方法之一，就是减少接触角，使油膜压力小于载荷比压。此外，降低油的粘度也能减少油膜力，消除油膜涡动或是油膜振荡。 油膜振荡仅在高速柔性转子以接近某个自振频率的2倍转速条件下发生，在发生前的低速状态时，油膜涡动会先期发生，再随着转速的升高发生到油膜振荡。 转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中。轴承不对中本身不引起振动，但是他影响轴承的载荷的分布，油膜形态等运行状况。一般情况下，转子不对中是指轴系不对中，故障原因在联轴处。 1 引起轴系不对中的原因 a 安装施工中对中超差 b 冷态对中是没有正确估计各个转子中心线的热态升高量，工作时出现主动转子与从动转子之间产生的动。态对中不良。 c 轴承座热膨胀不均匀。 d 机壳变形或是移位。 e 地基的不均匀下沉。 f 转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障。 转子不平衡是引起电机径向的振动，而弯曲在轴向方面产生较大的振动。 连接松动 振动幅值由激振力和机械阻抗共同决定的，松动使连接的刚度下降，这是松动振动异常的基本原因，支撑系统松动引起的异常振动的机理可从两个侧面加以说