★第7章 转子系统状态监测与故障诊断技术.ppt

1、机械故障的主要原因?? 设计原因 ①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动 ②结构不合理，应力集中 ③设计工作转速接近或落人临界转速区 ④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良?? 制造原因 ①零部件加工制造不良，精度不够 ②零件材质不良，强度不够，制造缺陷 ③转子动平衡不符合技术要求 2 周期振动的定义： 周期函数可以展开为傅里叶级数 第1项为均值或直流分量 第2项为基本振动（基频振动、工频振动）或基波，记为1x 第3项以下总称为高次谐波振动，2x，3x，…，nx 3、监测参数及分析方法 振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示 分频振动：机器特征频率下的振幅和相位。旋转机械主要有工频（1X）、半倍频（0.5X）和二倍频（2X）等 频率：描述机器振动状态的十分重要的特征量 相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义 轴心位置：稳定情况轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置 轴向位置（差胀）：转子与静子之间轴向间隙的变化值 对中度：轴系转子之间的连接对中程度 温度：轴瓦温度反映轴承运行情况 润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况 涡流传感器的安装 基频(1X)幅值的测量：通常由一台具有滤波功能的仪器完成 频谱图 转子系统的异常振动类型及其特征 趋势分析 特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析。可以是通频振动、1X振幅、2X振幅、0.5X振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等 转子不平衡的轴心轨迹 转子不平衡故障谱图 转子不平衡故障的Bode图 例：某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。主要振动特征如图所示 原因分析：检查该转子的库存记录，库存时间较长，因转子较重，保管员未按规定周期盘转，初步断定是转子动平衡不良造成的。 处理措施：机组故障原因是转子不平衡，短期内不会迅速恶化。考虑到化工生产工艺流程生产不能中断，经研究决定，监护运行。 生产验证：在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势。维持运行一个大修周期（18个月）后，下次大修时更换转子并送专业厂检查，发现动平衡严重超标。 例：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。如图所示。 ?通过振动特征分析认为低压转子振动是由于转子存在过大的不平衡量，导致转子在高速旋转时将产生较大的变形，如果机组动静间隙偏小，将会引起摩擦，又将导致振动值不稳定，加剧了振幅值的增大。 ?几次试运在转速不变的情况下，3#瓦振动幅值由40μm 升到62μm。当转速由1600rpm 升到2200rpm 时振幅值直线上升，并迅速升到144μm，从升速过程中振幅值逐渐增大的现象和振动频率基本为工频，振动幅值随转速突变的特点可以认为这是由不稳定干扰力引起的强迫振动。 ?从2#，3#瓦振动相位分析，振动是同相力为主，因而振动是由于低压转子一阶不平衡过大。 ?励磁机7#瓦振动过大的原因经分析主要是轴承座动刚度偏低，在激振力不变的条件下，增大轴承支承刚度可降低轴承振幅。 ?圆柱轴承轴颈中心受力 后在间隙中的位移 ?轴颈中心涡动的可能形式 相对轴位移 相对轴膨胀 5、转子系统主要故障及其诊断 5.1 不平衡振动： 由于设计、制造、安装中转子材质不均匀、结构不对称、加工和装配误差等原因和由于机器运行时结垢、热弯曲、零部件脱落、电磁干扰力等原因而产生质量偏心。转子旋转时，质量不平衡将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。 不平衡振动的特征 转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，它相对于转子是静止的，其振动频率就是转子的转速频率，也称为工频(即工作频率)，在频谱分析时，首先要找的就是工频成分。其特征有：· 不平衡振动的某些特征 转子水平放置情况 由图可见： ①振动大小随转速升降变化明显； ②时域波形为正弦波； ③轴心轨迹为椭圆； ④振动相位稳定，为同步正进动； ⑤频谱中能量集中于1×频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。 诊断意见：经过两个月的连续观测，根据其振动特征，对照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