第6章旋转机械故障诊断概要.ppt

第六章 旋转机械故障诊断 主讲：王林鸿教授、博士 机械与汽车工程学院 大型汽轮机外形及转子 6．1 动力学特征及信号特点 何谓旋转机械 主要运动由旋转运动来完成的机械 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机 核心：转轴组件 三个中心：质量、几何、回转中心 刚性转子与柔性转子 转子系统分类 刚性转子系统：工作转速在一阶临界转速以下 判别依据：一般工作转速6000r/min 的机械系统属于刚性转子系统 同步振动：振动频率 = 工作频率 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应 柔性转子系统：工作转速在一阶临界转速以上 判别依据：一般工作转速6000r/min 的机械系统属于柔性转子系统 亚同步振动：振动频率 工作频率 自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而产生的共振现象 临界转速与自由度数目相等 转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目相等。 一个转子的轴系，具有一个自由度，有一个临界转速；二个转子，二个自由度，有二个临界转速，依次类推； 转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1； 只有前几阶临界转速工程上有实际意义。 临界转速会变吗？ 一般不会改变：因为临界转速是固有特性，是与生俱有的； 偶尔也会改变： 设备运行故障：松动、轴承损坏等； 设备大修后：更换轴瓦、改变过盈量等。 6．1．2 转子—轴承系统的稳定性(油膜涡动与油膜振荡) 转子——轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力。 动压轴承工作状态 轴颈在轴承内旋转时油膜压力分布 涡动的概念 涡动是转子轴颈在作高速旋转（自转）的同时，还环绕轴颈某一平衡中心作公转运动； 涡动可以是正向的（与轴旋转方向相同），也可以是反向的（与轴旋转方向相反）； 涡动角速度与转速可以是同步的，也可以是异步的。 油膜涡动的机理 轴颈在轴承中作偏心旋转时，形成一个进口断面大于出口断面的油楔，则轴颈从油楔间隙大的地方带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量，由于液体的不可压缩性，多余的油就要把轴颈推向前进，形成了与转子旋转方向相同的涡动运动，涡动速度就是油楔本身的前进速度。 研究表明，涡动的速度大约是转子转动速度的一半，所以又称为半速涡动。 半速涡动 因为油具有黏性，所以轴颈表面的油流速度与轴颈线速度相同，均为rω，而轴瓦表面的油流速度为0 假设油流速度呈直线分布 轴颈某一直径扫过的面积，即为油楔入口与出口的流量差 油膜涡动不必惊慌 涡动频率在转子一阶自振频率以下时，半速涡动是一种比较平静的转子涡动运动，转子仍能平稳地工作； 轴心轨迹为一稳定的封闭图形，如图1-5（a)所示。 油膜涡动与油膜振荡图谱 油膜振荡十分可怕 ?随着工作转速的升高，半速涡动频率也不断升高，频谱中半频谐波的振幅不断增大，使转子振动加剧。 如果转子的转速升高到第一临界转速的2倍以上时，半速涡动频率有可能达到第一临界转速，此时会发生共振，造成振幅突然骤增，振动非常剧烈。这种现象称为油膜振荡，如图1（c）、（d）所示。 油膜振荡极具危害性。???? 油膜振荡的图谱特征 轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，频谱图中的半频谐波振幅值增大到接近或超过基频振幅，频谱会呈现组合频率的特征； 若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的一阶临界转速，即Ω＝ωc1 。 油膜涡动与油膜振荡的特征 轻载转子 在一阶临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但不产生大幅度的振动 越过一阶临界转速后振幅减少 当达到两倍一阶临界转速时，振幅增大并且不随着转速的增加而改变，即发生了油膜振荡 中载转子 过了一阶临界转速后会出现半速涡动 油膜振荡在二倍的一阶临界转速之后出现 重载转子 低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达到两倍的一阶临界转速时，也不会立即发生很大的振动 转速达到两倍的一阶临界转速之后的某一转速时，突然发生油膜振荡 轴承升速过程振动瀑布图 油膜涡动与油膜振荡的发生条件 只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。在半润滑轴承上不发生。 油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上（柔性转子）。 油膜涡动与油膜振荡的信号特征 　① 油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持 =（0.42～0.48）fn，轴心轨迹双椭圆； 　② 油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附近，不随转速变化；轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变。 　③ 两者的振动随油温变化明显。 故障原因 轴承参数设计不合理 轴承制造不符合技术要求 安装不当 油温或油压不当 润滑不良 轴承磨损、疲劳损坏、腐蚀、气蚀等 油膜振荡的防治措施 设计上尽量避开油膜共振区 (应使ω避免为2ωc1) 增加轴承比压 轴承比压是指轴瓦工作面上单位面积所承受的载荷 增加轴承比压，即提高轴