转子不平衡的故障机理与诊断.pdfVIP

转子不平衡的故障机理与诊断⑴

转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的

故障。据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断

也最有实际意义。

一、不平衡的种类

造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突

发性不平衡等几种情况。

原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没

有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。

渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮

的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。

突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著

增大后稳定在一定水平上。

不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。

二、不平衡故障机理

设转子的质量为M,偏心质量为m,偏心距为e,如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为

零，具有挠度为a,如图1-1所示。

图1-1转子力学模型

由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两兼而有之。离心力

的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度3有关，即F=me32。众所周知，交变的力(方向、大小均周期

性变化)会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动

的频率与转速相一致，振动的幅频特性及相频特性。

三、不平衡故障的特征

实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的

响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所

示。

由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。

(1)振动的时域波形近似为正弦波(图1-2)。

(2)频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波，使整个频谱呈所谓的概树形”，如图

1-3所示。

图1-2转子不平衡的轴心轨迹

Al

图1-3转子不平衡故障谱图

(3)当3v3n时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当3

3n后，即在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当3接近于3n时，即转速接近临界

转速时，发生共振，振幅具有最大峰值。振动幅值对转速的变化很敏感，如图1-4所示。

(4)当工作转速一定时，相位稳定。

(5)转子的轴心轨迹为椭圆。

⑹从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。

500100020003000

图1-4转子不平衡的主要特征

四、诊断方法

转子不平衡的诊断依据主要见表1-1和表1-2,

对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三种形式，其共同点较多，但可以从以下两个方面对其

进行甄别。

⑴振动趋势不同

原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平，见图1-5(a);

渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高，见图1-5(b);

突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平，见图1-5(c)。

表1-1转子不平衡的振动特征

»号*KttK

”科

・

iHOB