機械設(shè)備故障診斷技術(shù)設(shè)備故障診斷PPT教案

1、會計學(xué)1機械設(shè)備故障診斷技術(shù)設(shè)備故障診斷機械設(shè)備故障診斷技術(shù)設(shè)備故障診斷機械設(shè)備故障診斷技術(shù)課程內(nèi)容（教材內(nèi)容）1 概論1.2 設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義；1.3 設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法2 故障診斷的信號處理方法2.1 信號處理基礎(chǔ)知識；2.2 旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形；2.3 信號的時頻分析3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷；3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷；3.3 滑動軸承故障診斷3.4 轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷；3.5 浮動環(huán)密封故障診斷；3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷3.7 高速旋轉(zhuǎn)機械不穩(wěn)定自激振動故障的分析方法4 往復(fù)式壓縮機的故障分析和

2、管道振動4.1 往復(fù)式壓縮機的故障類型與故障原因； 4.2 示功圖及閥片運動規(guī)律的測量與故障分析4.3 壓縮機的氣流壓力脈動與管道振動5 齒輪故障診斷5.2 齒輪故障振動的診斷；5.3 齒輪故障噪聲的診斷5.1 齒輪常見故障；6 滾動軸承故障診斷6.2 滾動軸承故障的檢測方法7.2 聲發(fā)射檢測技術(shù)在設(shè)備診斷中的應(yīng)用8.2 模糊數(shù)學(xué)在故障診斷中的應(yīng)用；6.1 滾動軸承的故障形式與故障原因；6.3 滾動軸承故障振動的診斷7 無損檢測技術(shù)在設(shè)備診斷中的應(yīng)用7.1 油樣分析技術(shù)在設(shè)備診斷中的應(yīng)用；8 現(xiàn)代智能診斷技術(shù)的應(yīng)用8.1 故障診斷專家系統(tǒng)；8.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷中的應(yīng)用第1頁/共149頁機

3、械設(shè)備故障診斷技術(shù)課程內(nèi)容（教材內(nèi)容）1 概論2 故障診斷的信號處理方法3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷4 往復(fù)式壓縮機的故障分析和管道振動5 齒輪故障診斷6 滾動軸承故障診斷7 無損檢測技術(shù)在設(shè)備診斷中的應(yīng)用8 現(xiàn)代智能診斷技術(shù)的應(yīng)用第2頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷的含義和特性1. 設(shè)備故障診斷的含義應(yīng)用現(xiàn)代測試技術(shù)、診斷理論方法識別診斷設(shè)備故障機理、原因、部位和程度根據(jù)診斷結(jié)論，確定設(shè)備維修方案和防范措施設(shè)備故障：設(shè)備喪失工作效能程度，設(shè)備喪失規(guī)定性能狀態(tài)診斷：用測試分析技術(shù)和故障識別方法確定故障性質(zhì)、程度、類別和部位，研究故障機理的學(xué)科診斷內(nèi)

4、容（三部分）：一、信號采集（狀態(tài)監(jiān)測）：利用傳感器和監(jiān)測儀表，獲取設(shè)備運行信息信號分析處理，提取設(shè)備特征信息二、故障診斷：獲取特征參數(shù)，識別信息特征利用專家知識經(jīng)驗，類似醫(yī)生診斷疾病診斷設(shè)備故障類型、故障部位、故障程度和產(chǎn)生故障的原因三、診斷決策：根據(jù)診斷結(jié)論，采取控制、治理和預(yù)防措施的決策設(shè)備故障診斷包含三部分內(nèi)容和實施過程第3頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷的含義和特性1. 設(shè)備故障診斷的含義設(shè)備故障診斷所包含的三部分內(nèi)容和實施過程如圖所示一、狀態(tài)監(jiān)測（信號采集）二、故障診斷（壽命估計）三、診斷決策（防治控制）第4頁/共149頁機械設(shè)備

5、故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷的含義和特性2. 設(shè)備故障診斷的特性（1）多樣性化工過程裝置靜設(shè)備：如換熱器、傳質(zhì)容器、反應(yīng)器、變換器、塔設(shè)備等動設(shè)備：如旋轉(zhuǎn)機器和往復(fù)機器等設(shè)備結(jié)構(gòu)不同，工藝參數(shù)各異，制造安裝差異使用環(huán)境不同，產(chǎn)生各種故障如離心式、軸流式壓縮機、煙氣輪機：工藝氣體粉料（催化劑），轉(zhuǎn)子不平衡、振動、摩擦、磨損故障高速旋轉(zhuǎn)機器：軸承油膜不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子不對中高速高壓旋轉(zhuǎn)機器：流體激振，轉(zhuǎn)子自激振動往復(fù)式壓縮機：管道振動故障，零件磨損、變形、斷裂高壓容器：裂紋擴展，內(nèi)部腐蝕，密封泄漏第5頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和

6、意義 設(shè)備故障診斷的含義和特性2. 設(shè)備故障診斷的特性（2）層次性設(shè)備故障現(xiàn)象（征兆）原因（癥候、病癥）深層次、多層次性（3）多因素和相關(guān)性設(shè)備故障因相互關(guān)系產(chǎn)生多因素和相關(guān)性（4）延時性故障形成，缺陷累積，狀態(tài)劣化，量變轉(zhuǎn)質(zhì)變。故障過程延時性（5）不確定性（模糊性）故障頻度、表現(xiàn)形式、特征差異、機理復(fù)雜第6頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展1. 應(yīng)用現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)水平和經(jīng)濟效益提高，發(fā)展規(guī)?；透呒夹g(shù)含量生產(chǎn)裝置大型化、高速高效化、自動化和連續(xù)化設(shè)備要求性能好，效率高，少故障。否則故障損失巨大如石油化工大型機組（離心、軸流壓

7、縮機，煙氣輪機，汽輪機，風(fēng)機和機泵）單機、滿負(fù)荷關(guān)鍵設(shè)備，故障停機導(dǎo)致停產(chǎn)損失慘重大型煉油裝置，化肥裝置，乙烯裝置停產(chǎn)一天損失數(shù)百萬電力部門 300 MW發(fā)電機組停機一天少發(fā)電 720 萬度損失數(shù)千萬元中國 19771987 年投產(chǎn) 67 個大化肥廠，機組故障停機兩年損失相當(dāng)一個大化肥廠全年產(chǎn)量（30 萬噸合成氨，48 萬噸尿素）高技術(shù)大型化設(shè)備，故障重大災(zāi)難性事故，經(jīng)濟損失慘重，嚴(yán)重政治影響美國三里島核電站放射性物質(zhì)外逸，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰酸甲醋毒氣泄漏美國 1986、2003 年 “挑戰(zhàn)者” 號和 “哥倫比亞” 號航天飛機失事中國 1980 年代 200 MW

8、 汽輪發(fā)電機組事故機組劇烈振動，轉(zhuǎn)子斷 7 段，聯(lián)軸節(jié)飛出廠房，機組徹底破壞大化肥合成氣壓縮機強烈振動，振因復(fù)雜，停產(chǎn) 2 月?lián)p失億元中國 20 世紀(jì) 70 年代開始應(yīng)用第7頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展2. 發(fā)展19 世紀(jì)：事后維修；20 世紀(jì)初 50 年代：定期維修，孕育時期20 世紀(jì) 6070 年代：設(shè)備狀態(tài)維修。計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展20 世紀(jì) 80 年代以后：診斷智能化。人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展國內(nèi) 20 世紀(jì) 80 年代初開始高校和科研單位學(xué)術(shù)交流、理論研究和實際應(yīng)用大型企業(yè)建組織機構(gòu)，技術(shù)應(yīng)用發(fā)

9、展，推動理論與方法研究如數(shù)據(jù)采集，信號處理，故障特征、模式識別及人工智能等診斷涉及多項學(xué)科知識，推動邊緣學(xué)科相互交叉、滲透和發(fā)展如故障機理研究推動轉(zhuǎn)子動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和模態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展故障診斷方法研究推動振動工程應(yīng)用模式識別，模糊數(shù)學(xué)、人工智能等數(shù)學(xué)物理方法應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測技術(shù)推動測試技術(shù)、信號分析處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展故障控制推動振動噪聲控制理論研究與發(fā)展設(shè)備故障評判結(jié)合故障診斷技術(shù)與可靠性分析技術(shù)、失效分析技術(shù)第8頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)與維修方式的關(guān)系定期維修（計劃維修）：設(shè)備運行時間為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備磨損和故障

10、規(guī)律，事先制定計劃確定修理類別、間隔、內(nèi)容及要求。分大修和項（目）修適用掌握故障規(guī)律的流程工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、自動化生產(chǎn)線和連續(xù)運行設(shè)備缺點：檢修量大耗時耗費；要求精密機械，過多拆卸人為故障備品備件種類多，檢修費用大技術(shù)發(fā)展和設(shè)備管理現(xiàn)代化，認(rèn)識到采用一種預(yù)防性維修方式即設(shè)備運行時進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，掌握技術(shù)狀況對將形成或已形成故障分析診斷，判定設(shè)備劣化程度和部位故障前制訂預(yù)知性維修計劃，確定設(shè)備修理內(nèi)容和時間即為基于狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的維修，最經(jīng)濟合理方式，又稱預(yù)知性維修預(yù)知性維修（狀態(tài)監(jiān)測維修）：測知設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，了解設(shè)備現(xiàn)狀，判斷故障類型、性質(zhì)和程度推測發(fā)展趨勢，確定最佳維修時機，依據(jù)設(shè)備實際狀態(tài)以設(shè)備

11、故障診斷為基礎(chǔ)的先進(jìn)維修方式優(yōu)點：減少突發(fā)性事故；減少停機時間；延長檢修周期延長設(shè)備使用壽命；節(jié)約維修費用第9頁/共149頁維修方式內(nèi)容比較使用對象事后維修（故障維修）設(shè)備出現(xiàn)故障或性能精度下降到合格水平以下，無法繼續(xù)使用時維修設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，修理容易，獲得修理配件，故障停機不對生產(chǎn)造成損失，一般均設(shè)有備機定期維修（計劃維修）按磨損規(guī)律和故障概率得出維修周期，根據(jù)計劃定期維修。設(shè)備大修解體檢查，更換或修理零部件單機連續(xù)運行設(shè)備，掌握磨損規(guī)律和故障概率。關(guān)鍵設(shè)備和零部件，分析計算使用周期，確保設(shè)備安全運行狀態(tài)監(jiān)測維修（預(yù)知性維修）根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測信息，判斷設(shè)備故障程度和發(fā)展趨勢，提出最佳維修時

12、間和部位單機連續(xù)運行大型機組和重大設(shè)備，停機損失巨大，不宜解體檢查高精度設(shè)備，故障引起公害設(shè)備。具備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷條件機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)與維修方式的關(guān)系表 1-2三種維修制度比較工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗 90 設(shè)備要求預(yù)知性維修10 設(shè)備需要定期維修第10頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.1 設(shè)備故障診斷的目的和意義 設(shè)備故障診斷技術(shù)與維修方式的關(guān)系五體制（維修體制）：（主要為帶 號的三種維修體制） 事后維修 BM（Break-down Maintenance）：故障（后）維修。適用于非重點或備用設(shè)備維修，傳統(tǒng)維修方式 定期維修

13、TBM（Tim-Based Maintenance）：屬預(yù)防維修，即計劃維修根據(jù)設(shè)備規(guī)律，固定維修周期，確定維修內(nèi)容，制定維修計劃適用主要生產(chǎn)設(shè)備，成本高，經(jīng)濟差，傳統(tǒng)典型維修方式 狀態(tài)維修 CBM（Condition-Based Maintenance）：屬預(yù)防維修，即預(yù)知維修日常檢查、狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、故障分析、判別程度、計劃維修適用于重點或通用設(shè)備，經(jīng)濟合理，值得提倡的維修方式改善維修 CM（Corrective Maintenance）：改進(jìn)結(jié)構(gòu)，消除缺陷。值得提倡的維修方式視情維修 OM（On-condition Maintenance）：屬預(yù)防維修。定期檢測，安全檢查，發(fā)現(xiàn)問題，

14、確定界限適用于非重要零部件，認(rèn)為有必要才進(jìn)行維修的維修方式第11頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.2 設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) 設(shè)備故障的類型及其可能原因結(jié)構(gòu)損傷性故障：設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)外缺陷和損傷裂紋：能由于疲勞、腐蝕、應(yīng)力集中和應(yīng)力突變等原因引起磨損：運動部件相對摩擦，摩擦副間缺潤滑，顆粒物料對葉片沖刷等腐蝕：化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象?；瘜W(xué)腐蝕，應(yīng)力腐蝕、電化腐蝕變形：設(shè)備外加負(fù)荷、不均勻熱膨脹、管道力、物料沖擊力流體激振力、慣性力、內(nèi)應(yīng)力和設(shè)備結(jié)構(gòu)薄弱等原因斷裂：負(fù)荷過大，局部應(yīng)力集中，振動激烈，循環(huán)載荷下產(chǎn)生金屬疲勞剝落和燒傷：零件摩擦副潤滑不良或斷油，表面接觸應(yīng)力過大運動狀態(tài)劣化性故障：

15、（1）機械位置不良：轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中、軸承工作不穩(wěn)定熱態(tài)變形、零件松動（2）剛性不足：支承基礎(chǔ)剛性、轉(zhuǎn)子剛性（3）摩擦：轉(zhuǎn)子定子干摩擦、軸件內(nèi)摩擦（4）流體激振：壓力脈動和聲學(xué)共振；旋轉(zhuǎn)失速、喘振、汽蝕滑動軸承油膜振蕩、浮環(huán)和迷宮密封中流體激振（5）非線性的諧波共振：零件松動、流體間隙激勵、摩擦等第12頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.2 設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) 設(shè)備故障診斷的功能和環(huán)節(jié)1. 功能 檢測評價設(shè)備運動、缺陷、磨損、劣化和故障狀態(tài) 確定設(shè)備故障性質(zhì)、類型、程度、部位及發(fā)展趨勢預(yù)測設(shè)備可靠性程度 確定故障來源，提出整改措施2. 環(huán)節(jié) 信號采集 傳感器（人體感覺器

16、官）采集設(shè)備運行參數(shù)反映設(shè)備故障特性 信號處理 分析儀器加工處理采集信息，提取特征信息反映故障狀態(tài)、性質(zhì)、類型和程度 故障診斷 人的知識經(jīng)驗或診斷技術(shù)方法分析診斷故障原因確定故障類型和發(fā)生部位 防治控制 確定故障提出控制方案或預(yù)防治理措施第13頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.2 設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)設(shè)備故障診斷的功能和環(huán)節(jié)2.環(huán)節(jié)第14頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.2 設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) 狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)和方法振動信號監(jiān)測診斷技術(shù)：振動主要故障原因，信號包含狀態(tài)信息，轉(zhuǎn)換電信號便于處理分析聲信號監(jiān)測診斷技術(shù)：噪聲診斷、超聲波診斷和聲發(fā)射診斷技術(shù)溫度信號

17、監(jiān)測診斷技術(shù)：溫度直接測量技術(shù)、熱紅外分析技術(shù)潤滑油的分析診斷技術(shù)：油品理化性能分析技術(shù)、油樣含磨損金屬顆粒鐵譜分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)其他無損檢測診斷技術(shù)：超聲波檢測技術(shù)、射線照相檢測技術(shù)、表面缺陷的檢測技術(shù)包括磁粉探傷、表面滲透、電渦流檢測光學(xué)顯微鏡分析以及光纖內(nèi)窺鏡和光學(xué)成像技術(shù)第15頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.3 設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法 信息比較診斷法采集存儲振動幅值、頻率、相位、轉(zhuǎn)速、位移、模態(tài)、溫度、壓力流量等參數(shù)信息，建立數(shù)據(jù)庫，趨勢分析比較等 參數(shù)變化診斷法改變操作參數(shù)，測量分析參數(shù)變化信號特征結(jié)合參數(shù)門檻值（閉值），觀察機器故障有關(guān)因素 模擬試驗診斷法模擬試驗，

18、研究未知或不確定的故障機理和特征，解答故障原因提出故障特征參數(shù)及參數(shù)間定量關(guān)系等注意模型與對象相似條件 函數(shù)診斷法故障征兆和原因間存在函數(shù)關(guān)系，計算設(shè)備運行參數(shù)預(yù)測或識別設(shè)備故障 故障樹分析診斷法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA法）以系統(tǒng)不希望故障狀態(tài)出發(fā)（頂事件）按照邏輯關(guān)系總體到部件逐級細(xì)化，推理分析故障原因確定故障最初原因、影響程度和發(fā)生概率（底事件）第16頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1概述1.3 設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法 模糊診斷法確定故障原因和征兆論域、確定兩論域中元素隸屬度建立模糊關(guān)系矩陣、模糊綜合評判 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法基本組成、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、故障診斷應(yīng)用人工神經(jīng)

19、網(wǎng)絡(luò)基本組成：神經(jīng)元、神經(jīng)元間連接、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法：自學(xué)習(xí)功能、結(jié)合模糊診斷 結(jié)論設(shè)備故障診斷技術(shù)成功條件（1）足夠有用的信息診斷決策依據(jù)（2）多方面診斷知識設(shè)備工作原理、結(jié)構(gòu)特點、故障機理結(jié)構(gòu)動力學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)和流體力學(xué)知識測試技術(shù)和信號分析處理方法第17頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷旋 轉(zhuǎn) 機 械 ：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動工作機器，轉(zhuǎn)子、軸承等部件典型旋轉(zhuǎn)機械：離心泵、軸流泵、離心式和軸流式風(fēng)機、壓縮機汽輪機、渦輪發(fā)動機、電動機、離心機等生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備：大型化工、石化、電力和鋼鐵等行業(yè)大型旋轉(zhuǎn)機械煉油廠催化三機組或四機組大化肥裝置四大機組或

20、五大機組乙烯裝置三大機組電力行業(yè)汽輪發(fā)電機組、泵和水輪機組鋼鐵行業(yè)高爐風(fēng)機和軋鋼機組 轉(zhuǎn)子不平衡概念轉(zhuǎn)子不平衡：轉(zhuǎn)子受材料質(zhì)量、加工、裝配以及運行多因素影響質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心之間存在偏心距轉(zhuǎn)子工作時周期性離心力干擾軸承產(chǎn)生動載荷引起機器振動不平衡原因：旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線不均勻分布第18頁/共149頁G 2n 2n 2 6000機械設(shè)備故障診斷技術(shù)（N）圓盤質(zhì)量 10 kg，偏心距 0.2 mm，轉(zhuǎn)速 6000 r/min，離心力離心力在軸承上每轉(zhuǎn)變化一次，引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)振動3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡概念帶薄圓盤剛性轉(zhuǎn)子兩軸承支承跨度 l轉(zhuǎn)子質(zhì)量 m質(zhì)心 M

21、距旋轉(zhuǎn)中心 O 偏心距 e旋轉(zhuǎn)角速度假定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無阻尼轉(zhuǎn)子產(chǎn)生離心力Gen29002e g 60 F = me 2 =22 60 =102104 = 789 （N）F = me 60 第19頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡概念第20頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動的影響（1）臨界轉(zhuǎn)速的動力特性臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)象：不平衡離心力引起共振現(xiàn)象，臨界轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子很大彎曲變形弓狀回旋運動（“渦動”或“進(jìn)動”），轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心遠(yuǎn)離軸承中心線離心力大增，轉(zhuǎn)子更大變形，離心力放大，機器劇烈振動臨

22、界轉(zhuǎn)速：一階臨界轉(zhuǎn)速 ncr1，多階臨界轉(zhuǎn)速 ncri（階數(shù) i ）設(shè)計要求：工作轉(zhuǎn)速 n 避開臨界轉(zhuǎn)速 ncr一般規(guī)定：工作轉(zhuǎn)速 n 一階臨界轉(zhuǎn)速 ncr1，n 0.75 ncr1工作轉(zhuǎn)速 n 一階臨界轉(zhuǎn)速 ncr1，1.4 ncri n 0.7ncr(i+1)（i 階）轉(zhuǎn)子運動力學(xué)模型：最簡單兩端剛性軸承對稱支承轉(zhuǎn)子軸中點圓盤質(zhì)量 m，剛度系數(shù) k，動撓度轉(zhuǎn)子無阻尼橫向振動固有頻率n = K /mn 時，理論 無限大角速度 即臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速頻率 橫向固頻n第21頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動的影響（2）阻尼對臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子

23、振動的影響阻尼：介質(zhì)黏性軸承油膜黏性滑動面間摩擦軸材料內(nèi)摩擦阻尼以及轉(zhuǎn)子軸承系變形能耗結(jié)構(gòu)阻尼等線性系統(tǒng)：阻尼力與速度成正比力方向與速度方向相反轉(zhuǎn)子放大因子 振幅 A / 靜撓度 Xst反映轉(zhuǎn)子共振振幅高低 值與頻率比/n 和阻尼比 有關(guān)第22頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)不平衡振動故障特征： 轉(zhuǎn)子或軸承徑向振動，頻譜圖轉(zhuǎn)速頻率成分突出峰值 轉(zhuǎn)子單純不平衡振動轉(zhuǎn)速頻率高次諧波幅值低時域波形為正弦波 轉(zhuǎn)子軸心軌跡形狀為圓或橢圓同截面垂直兩探頭信號相位差 90 轉(zhuǎn)子進(jìn)動方向為同步正進(jìn)動 普通兩端支承轉(zhuǎn)子軸向振幅不明顯 轉(zhuǎn)子振幅對轉(zhuǎn)速變化敏感轉(zhuǎn)速下降振幅明顯下降3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平

24、衡故障診斷 轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征轉(zhuǎn)子不平衡振動：周期性離心力干擾產(chǎn)生強迫振動，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周離心力經(jīng)某點產(chǎn)生一次擾動，測點一次振動響應(yīng)轉(zhuǎn)子振動頻率 f 轉(zhuǎn)速頻率 n / 60，轉(zhuǎn)子角頻率2f工頻（工作頻率）：轉(zhuǎn)速頻率工頻成分第23頁/共149頁第24頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第25頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)1 固有質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子原始狀態(tài)存在不平衡，與操作運行無關(guān)原因：設(shè)計錯誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動平衡方法不正確等3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施第26頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1

25、 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施1 固有質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子原始狀態(tài)存在不平衡，與操作運行無關(guān)原因：設(shè)計錯誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動平衡方法不正確等第27頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施1 固有質(zhì)量不平衡轉(zhuǎn)子原始狀態(tài)存在不平衡，操作運行無關(guān)原因：設(shè)計錯誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動平衡方法不正確等第28頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施1 固有質(zhì)量不平衡動平衡技術(shù)（解決措施）：標(biāo)準(zhǔn)：ISO 1940剛性轉(zhuǎn)子平衡精度11

26、等級，轉(zhuǎn)子平衡精度等級 G 0.16 4000 mm/sG （e）/ 1000式中： e 轉(zhuǎn)子不平衡度，gmm/kg； 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度，1/sG 轉(zhuǎn)子平衡精度等級，mm/s剛性轉(zhuǎn)子平衡：（轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速）靜平衡（單平面平衡、滾動法、計算平衡質(zhì)量，對薄圓盤轉(zhuǎn)子）動平衡（雙面多面平衡、動平衡機）現(xiàn)場平衡：對大型機組、實際安裝條件（與平衡機條件不同）維修更換零件等影響系數(shù)法（試重、測定、作圖、解析、再試重、計算、平衡）試重周移法（圓周等分試重）撓性轉(zhuǎn)子平衡（轉(zhuǎn)速超一階臨界轉(zhuǎn)速）：減小轉(zhuǎn)子振動和撓曲度振型平衡法、影響系數(shù)法，多平面多轉(zhuǎn)速平衡技術(shù)發(fā)展：自動化、微機化，提高精度、減少次數(shù)第29頁/共

27、149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施F2F3F113m2 2m1r2r1r3m3IIIF2IF3IF3 IIF1IrIrIIF1 IIF2 II mbIIFIILl1l2l3II Imb IPI平衡平面1 固有質(zhì)量不平衡雙面動平衡技術(shù)第30頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施2 轉(zhuǎn)子運行中的不平衡（1）轉(zhuǎn)子彎曲臨時性彎曲：外部影響或外力作用不需動平衡簡單措施（盤車）或改操作方式轉(zhuǎn)子受熱不均轉(zhuǎn)子自重氣流沖擊溫度突變負(fù)荷變化快等永久性彎曲：轉(zhuǎn)子慢轉(zhuǎn)無法恢復(fù)熱

28、處理校直精加工消除第31頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)2 轉(zhuǎn)子運行中的不平衡（2）轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)破壞轉(zhuǎn)子零件碎裂或飛離：階躍式不平衡，振幅相位突變?nèi)~輪沉積固體雜質(zhì)：高溫粘性催化劑微粒粘結(jié)，管道銹蝕、氣源粉塵沉積振幅加大，轉(zhuǎn)速成分突出，轉(zhuǎn)速增振幅大。嚴(yán)重時轉(zhuǎn)靜子摩擦磨損葉輪除銹或氣體雜質(zhì)沖蝕：維修不當(dāng)措施軸上零件松動：輪、盤、軸、鍵槽配合，材料選擇，介質(zhì)腐蝕，軸承間隙3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 不平衡振動的故障原因和防治措施第32頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 定向振動與不平衡振動故障的鑒別定向振動：軸心軌跡接近直線非圓或橢圓振

29、動同相位或 180 反相位機體變形皮帶輪或齒輪偏心機座松動結(jié)構(gòu)共振等第33頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷轉(zhuǎn)子不對中故障：轉(zhuǎn)子連接對中超標(biāo)，或軸頸位置不良軸承缺良好油膜和適當(dāng)負(fù)荷引發(fā)機器振動或聯(lián)軸節(jié)、軸承損壞原因： 初始安裝對中超差 轉(zhuǎn)子中心運行時熱態(tài)升高 軸承架熱膨脹不均勻 管道力作用 機殼變形或移位 地基不均勻下沉 基礎(chǔ)變形 轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障故障：振動加大，軸承偏磨，聯(lián)軸節(jié)過熱，齒式聯(lián)軸節(jié)齒面磨損聯(lián)軸節(jié)配合鍵槽裂紋，膜片聯(lián)軸節(jié)疲勞損壞旋轉(zhuǎn)機械故障 60原因為轉(zhuǎn)子不對中第34頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù) 改變軸承油膜壓力

30、 平行不對中引起徑向振動 軸承振幅隨負(fù)荷增大而增高 剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動相位差 振動頻率：剛性聯(lián)軸節(jié)平行不對中二倍轉(zhuǎn)速頻率及工頻和多倍頻角度不對中工頻軸向振動及多倍頻 大型渦輪機械多跨轉(zhuǎn)子其他因素 軸頸軸心軌跡橢圓形。載荷增大，變香蕉形、“ 8 ” 字形或外圈中內(nèi)圈等3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 轉(zhuǎn)子不對中故障的特征轉(zhuǎn)子不對中故障特征：第35頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 聯(lián)軸節(jié)不對中的振動頻率1 剛性聯(lián)抽節(jié)軸（1）平行不對中的振動頻率兩倍頻激振力，旋轉(zhuǎn) 1 周徑向力交變 2 次一對連接螺釘一受拉伸另一受壓縮（2）角度不對中的振動頻

31、率軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩方向交變一次，工頻振動（3）不對中引起轉(zhuǎn)子不平衡相當(dāng)附加不平衡質(zhì)量，類似不平衡振動2 齒式聯(lián)軸節(jié)（半撓性聯(lián)軸節(jié)）聯(lián)軸節(jié)外齒和內(nèi)齒連接齒套齒接觸表面圓弧形齒嚙合允許一定軸向移動量和角度偏擺量允許裝半聯(lián)軸節(jié)微量不對中3 膜片聯(lián)軸節(jié)（半撓性聯(lián)軸節(jié)）軸端半聯(lián)軸節(jié)與套筒間用撓性膜片連接撓性好，不需潤滑，維修量少，廣泛應(yīng)用傳遞功率小，不能承受過大軸向力第36頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 不對中故障的監(jiān)測方法（1）靜態(tài)檢測法打表法：千分表測量三表和單表找正法激光對中法：激光對中儀聯(lián)軸節(jié)表面狀態(tài)檢測法：齒面過熱摩擦和裂紋痕跡膜片、螺栓、軸殼等

32、疲勞裂紋摩擦痕跡第37頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 不對中故障的監(jiān)測方法（2）動態(tài)監(jiān)測法振動診斷法：振動頻率、相位、振動方向和軸心軌跡形狀等特征激光對中法：二對激光對中儀，固定軸承架上，分別測量垂直和水平位移量儀器價格昂貴，環(huán)境中蒸汽、煙氣、灰塵和機體振動影響Dodd 棒測量法：驅(qū)動機和被驅(qū)動機軸承架端面各固定并行測量桿測量截面水平和垂直方向渦流探頭非接觸測量位移量測量棒結(jié)構(gòu)和剛性要求嚴(yán)格，補償溫度變形問題電渦流測量法：地面獨立支架安裝垂直和水平方向兩電渦流測量探頭非接觸測量機組固定測量桿位移量軸承油膜壓力測量法：油膜壓力反映軸承間隙和軸承標(biāo)高

33、第38頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 故障診斷實例汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)下沉：軸承座位置下移，軸頸被相鄰 2 號軸承抬空軸頸不對中，軸承比壓減小，油膜失穩(wěn)強烈振動第39頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷 故障診斷實例離心泵聯(lián)軸節(jié)不對中：聯(lián)軸節(jié)軸承處振動頻譜圖顯示很大 2 倍轉(zhuǎn)速頻率和工頻成分不平衡和不對中聯(lián)合作用，軸向測明顯軸向振動，典型不對中故障11 倍轉(zhuǎn)速頻率成分為泵葉片通過頻率第40頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷滑動軸承作用： 轉(zhuǎn)子負(fù)荷支承作用 轉(zhuǎn)子運動提供

34、剛度和阻尼 控制轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 滑動軸承工作原理靜壓軸承：依靠潤滑油在轉(zhuǎn)子軸頸周圍形成靜壓力差與外載荷相平衡軸旋轉(zhuǎn)與否始終浮在壓力油中旋轉(zhuǎn)精度高、摩擦阻力小、承載能力強良好速度適應(yīng)性和抗振性等制造工藝高，需復(fù)雜供油裝置應(yīng)用高精度機床上動壓軸承：油膜壓力由軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生供油系統(tǒng)簡單，使用壽命長旋轉(zhuǎn)機器廣泛采用徑向軸承和止推軸承（軸向力）第41頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 滑動軸承工作原理流體動壓軸承原理：潤滑油膜楔形間隙流體動壓力作用軸停滯時沉在軸承內(nèi)底部軸旋轉(zhuǎn)時依靠摩擦力作用沿軸承內(nèi)表面往上爬行到達(dá)摩擦力和轉(zhuǎn)子重量平衡位置油膜收斂油楔動壓力作用抬起軸頸

35、軸承承載能力系數(shù) S0相對偏心率 和軸承寬徑比 l / d 的函數(shù)低速重載轉(zhuǎn)子 S01高速輕載轉(zhuǎn)子 S01第42頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 滑動軸承常見故障的原因和防治措施（1）巴氏合金松脫澆注基體金屬清洗，材料鍍錫澆注溫度不夠重新澆注巴氏合金（2）軸承異常磨損、刮傷、拉毛軸承裝配缺陷：軸承間隙，軸瓦錯位，軸瓦接觸，軸頸油膜引起轉(zhuǎn)子振動和軸瓦磨損。更換軸承或修刮重新裝配軸承加工誤差：軸承圓度，油楔軸承油楔大小和形狀，軸承間隙止推軸承端面偏擺量，瓦塊厚薄，表面巴氏合金磨損工藝檢查，修理軸瓦形狀轉(zhuǎn)子發(fā)生大振動：軸瓦振動摩擦、燒損、刮傷、拉毛消除振動

36、因素，更換磨損軸承止推軸承設(shè)計：承載面積、壓縮機超壓、密封損壞，軸向力大，瓦塊磨燒供油系統(tǒng)：潤滑油量、供油清潔、油溫度、油黏度、供油壓力濾清濾網(wǎng)、油孔堵塞、軸承磨損油冷效果、潤滑油水分加大油冷卻器，更換過濾器，更換潤滑油第43頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 滑動軸承常見故障的原因和防治措施（3）軸承疲勞原因： 軸承過載：油膜破裂，應(yīng)力集中，局部裂紋，裂紋擴展 軸瓦松動：軸承間隙，機器振動，軸承交變載荷裂紋擴展，瓦塊表面開裂與松脫 軸承摩擦和咬粘：表面高溫，材料熱應(yīng)力和熱裂紋，熱裂紋擴展 巴氏合金過厚：疲勞敏感，疲勞破壞 巴氏合金強度：溫度升高下降，

37、高溫疲勞裂紋擴展措施： 軸承比壓合適范圍 軸承間隙應(yīng)設(shè)計范圍 較薄巴氏合金（厚度 1 1.5 mm）和抗疲勞性能瓦塊 控制軸瓦溫度第44頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 滑動軸承常見故障的原因和防治措施（4）軸承腐蝕潤滑劑化學(xué)作用。選用潤滑劑，潤滑劑“老化”喪失潤滑性能（5）軸承氣蝕軸承內(nèi)油液壓力低區(qū)域（低于油液飽和蒸汽壓）生成微小氣泡氣泡高壓擠破，瞬間壓力波沖擊軸承表面表面金屬疲勞裂紋或金屬層剝落（6）軸承殼體配合松動軸承蓋與軸承座之間壓緊間隙軸瓦松動影響軸承油膜穩(wěn)定性振動非線性特點，振動工倍、轉(zhuǎn)速頻率、次諧波成分1 / i 倍轉(zhuǎn)速頻率超諧波成分（

38、正整數(shù) i ）（7）軸承間隙不適當(dāng)軸承間隙太小發(fā)熱，間隙太大明顯振動（8）軸承溫度過高軸承間隙??；軸承載荷高；油冷卻器故障軸承形狀或裝配第45頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施1 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的原因高性能旋轉(zhuǎn)機器轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)多為高速輕載滑動軸承，設(shè)計或使用因素易發(fā)生油膜不穩(wěn)定引起轉(zhuǎn)子軸承較大振動特有故障油膜振蕩，油膜力引起自激振動（1）軸頸在油膜中的渦動與穩(wěn)定性（2）油膜失穩(wěn)的力學(xué)機理油膜動態(tài)特性：油膜剛度和阻尼油膜失穩(wěn)機理：一般強迫振動激振力為離心力與轉(zhuǎn)子質(zhì)量 M、重心偏移量 e 和轉(zhuǎn)速 等有關(guān)油膜失

39、穩(wěn)主要激振力非離心力，是與位移相垂直的油膜切向力軸頸渦動方向起推動作用，某種條件使振幅越來越大強烈振動導(dǎo)致機器損壞軸心軌跡形狀與轉(zhuǎn)子穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)系：橢圓形軸心軌跡比圓形穩(wěn)定，橢圓度大有利軸心穩(wěn)定第46頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施2 油膜振蕩的機理及其故障診斷高速滑動軸承特有故障，油膜力產(chǎn)生自激振動發(fā)生時輸入能量很大 ，引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)損壞大型機組可能導(dǎo)致機組毀壞嚴(yán)重事故（1）半速渦動與油膜振蕩半速渦動：轉(zhuǎn)子軸頸高速旋轉(zhuǎn)時，環(huán)繞平衡中心公轉(zhuǎn)運動油膜力激勵的渦動角速度近似為轉(zhuǎn)速二分之一渦動正向運動（轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同向

40、）實際振動頻率 （0.430.48）（2）油膜振蕩的特征及其診斷油膜振蕩：軸頸渦動運動與轉(zhuǎn)子自振頻率吻合時發(fā)生大幅度共振現(xiàn)象發(fā)生突然，振幅突升，局部油膜破裂，軸頸軸瓦摩擦強烈吼叫聲，嚴(yán)重?fù)p壞軸承和轉(zhuǎn)子第47頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)故障特征：自激振動不受外部激勵力影響渦動頻率 與轉(zhuǎn)速頻率之比約 0.350.5渦動頻率 接近轉(zhuǎn)子一階自振頻率非線性油膜共振軸心軌跡形狀紊亂發(fā)散，不規(guī)則軌跡線疊加花瓣形狀發(fā)生巨大吼叫聲。轉(zhuǎn)子激烈自激振動，軸承油膜破裂軸頸軸瓦碰撞摩擦，軸承和迷宮密封嚴(yán)重?fù)p傷 “ 慣性 ” 現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速升高降低，振蕩頻率和振幅變化不明顯3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高

41、速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施2 油膜振蕩的機理及其故障診斷（2）油膜振蕩的特征及其診斷高振幅振蕩低振幅渦動第48頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)故障特征3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施2 油膜振蕩的機理及其故障診斷（2）油膜振蕩的特征及其診斷約 1/2 工頻第49頁/共149頁.機械設(shè)備故障診斷技術(shù)（2）油膜振蕩的特征及其診斷2油膜振蕩的機理及其故障診斷333高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷第50頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不

42、穩(wěn)定故障的特征和防治措施3 油膜不穩(wěn)定的防治措施（1）避開油膜共振區(qū)域避免轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速接近兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速約 1/2 工頻第51頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施3 油膜不穩(wěn)定的防治措施（2）增加軸承比壓軸瓦單位面積承受載荷。增加軸承比壓，承載能力系數(shù) S0提高，偏重載形式一般軸承比壓 1.01.5 MPa，高速輕載軸承 0.31.0 MPa增加比壓值等于增大軸頸的偏心率，提高油膜穩(wěn)定性重載轉(zhuǎn)子比輕載轉(zhuǎn)子穩(wěn)定，因為重載轉(zhuǎn)子偏心率大重心低像海洋中一艘航空母艦，由于載重量大水線下艦體深，波浪中非常穩(wěn)定對已經(jīng)油膜失穩(wěn)轉(zhuǎn)

43、子，增加軸承比壓，提高承載能力系數(shù)常用辦法： 車削縮短軸承寬度 軸承下瓦環(huán)向槽或溝槽，減小瓦塊接觸面積，改善油楔內(nèi)油壓分布 減小下瓦接觸角，下瓦開泄油槽，增加軸頸偏心率 減小上瓦油槽寬度或設(shè)置油壩，提高上瓦油壓 改變油楔形式，圓柱軸承降低頂隙，增加側(cè)隙變?yōu)闄E圓形軸承，提高軸頸穩(wěn)定性第52頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施3 油膜不穩(wěn)定的防治措施（3）減小軸承間隙軸承間隙減小，相對增大軸承偏心率，提高發(fā)生油膜振蕩轉(zhuǎn)速（4）控制軸瓦預(yù)負(fù)荷預(yù)負(fù)荷正值表示軸瓦內(nèi)表面曲率半徑大于軸承內(nèi)圓半徑增大偏心距和油楔收斂程度增加油楔

44、力多油楔、多油葉軸承第53頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施3 油膜不穩(wěn)定的防治措施（5）選用抗振性好的軸承橢圓軸承穩(wěn)定性優(yōu)于圓柱軸承三、四油楔（油葉）軸承穩(wěn)定性優(yōu)于橢圓軸承抗振性優(yōu)良高速輕載可傾瓦軸承多塊活動軸瓦（5 塊較多）各瓦塊有自由擺動支點載荷方向自動調(diào)整油膜力通過軸中心消除切向力獨立瓦塊油膜不連續(xù)，減小渦動可能性結(jié)構(gòu)形式：平面自調(diào)式，瓦塊圓周方向自由擺動球面自調(diào)式，瓦塊圓周方向和軸線平面方向擺動（自位作用）（6）調(diào)整油溫油溫高，油黏度小，增加軸頸偏心率，有利軸頸穩(wěn)定其他措施：提高供油壓力、軸承多路供油及

45、軸承內(nèi)表面開油槽等其他因素：流體激振、材料內(nèi)摩擦，聯(lián)軸節(jié)、軸承軸頸不對中軸承架熱膨脹變形、工作流體周向作用力不平衡等第54頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)低壓缸轉(zhuǎn)速 6700 r/min高壓缸轉(zhuǎn)速 8933 r/min軸承型式四油葉，軸承間隙 1.6 高壓缸第一臨界轉(zhuǎn)速30003300 r/min油膜振蕩頻譜：軸轉(zhuǎn)速頻率 140.5 Hz軸不平衡振動油膜振蕩頻率 55 Hz其他成分：主頻率 和 和差組合頻率3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施4 故障診斷實例國產(chǎn) 30 萬噸合成氨裝置ALS-16000 型離心式氨壓縮機軸承油膜振蕩11000 kW

46、 汽輪機拖動高低壓缸間速比 56:42 增速器油膜振蕩頻率高壓缸轉(zhuǎn)速頻率第55頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施4 故障診斷實例（空氣壓縮機低壓缸軸承油膜不穩(wěn)定振動 ）振動低頻成分突出，工頻比 0.48，認(rèn)為空壓機軸承油膜不穩(wěn)定半速渦動可能原因：低壓缸兩端聯(lián)軸節(jié)對中不良，改變軸承負(fù)荷大小和方向大修停機檢查：軸承間隙超差；可傾瓦厚度不均勻，聯(lián)軸節(jié)平行對中量超差工頻成分工頻成分第56頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3 滑動軸承故障診斷 結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生的軸承工作不穩(wěn)定機器底板或軸承座剛性不足結(jié)構(gòu)、

47、基礎(chǔ)共振，底板基礎(chǔ)連接松動、扭曲或斷裂振動，管道振動結(jié)構(gòu)振動頻率與軸承油膜渦動激發(fā)頻率吻合引發(fā)油膜不穩(wěn)定振動 轉(zhuǎn)子軸承電流故障診斷1 軸承電流損傷現(xiàn)象軸承潤滑使轉(zhuǎn)子與靜子部件油膜絕緣轉(zhuǎn)子對地電阻建對地電壓，電壓升高電阻最小區(qū)擊穿絕緣通路電火花放電主要影響： 放電區(qū)域熔化金屬粒子，金屬表面形成微小電流凹坑 凹坑積累使承磨表面粗糙，產(chǎn)生機械磨損 大量熔化金屬微粒進(jìn)潤滑劑，潤滑性能壞，油膜電阻降低 局部高溫破壞油膜，燒傷金屬增加磨耗，潤滑失效摩擦損壞2 軸承電流的成因和類型（1）磁力線不對稱和磁化效應(yīng)；（2）靜電作用（蒸汽噴射，油分子摩擦）3 軸承電流損傷的故障特征和診斷方法（1）宏觀觀察法；（2）

48、微觀觀察法；（3）電壓測量法4 軸承電流的防治措施限軸電壓1V：接地裝炭刷、金屬滑靴、水銀槽、水密封等轉(zhuǎn)軸導(dǎo)電荷（空氣通道，油導(dǎo)體添加劑）；部件絕緣；變油膜厚度第57頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.4 轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷 轉(zhuǎn)子與靜子零部件干摩擦最常見摩擦故障高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與迷宮密封件間葉輪口環(huán)與密封環(huán)間葉輪與隔板間軸頸與軸承間擦軸與浮動環(huán)間摩擦等起因：安裝間隙、軸承間隙、軸撓曲變形、軸位移量或軸躥動、部件熱膨脹量、潤滑系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)子振動：不平衡、不對中、油膜振蕩、流體激振、轉(zhuǎn)子和軸承系統(tǒng)共振等 轉(zhuǎn)子內(nèi)部發(fā)生內(nèi)摩擦故障轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后產(chǎn)生內(nèi)摩擦力激發(fā)轉(zhuǎn)子渦動軸上配合零件與軸彎曲

49、時產(chǎn)生摩擦齒式聯(lián)軸節(jié)齒套與齒殼間軸向滑動摩擦第58頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.4 轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷 干摩擦故障的機理和特征輕摩擦：轉(zhuǎn)子與迷宮密封齒間、軸頸與軸承表面間摩擦，轉(zhuǎn)子振動不大重摩擦：轉(zhuǎn)子與靜止部件間碰摩，摩擦力大， 整周接觸，轉(zhuǎn)子振動大損傷（1）局部碰摩的故障特征。一階或多階自振頻率，次諧波和高次諧波振動響應(yīng)輕摩擦：工頻、2，3高低次諧波。重摩擦：1/2諧波及高次諧波（2）摩擦接觸弧增大時故障特征。波形“削波”；反向進(jìn)動；軸心軌跡圓環(huán) “8” 字第59頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.4 轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷 轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起失穩(wěn)的機理（1

50、）轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后引起的不穩(wěn)定振動（2）軸上零件滑動摩擦引起的不穩(wěn)定振動（3）齒式聯(lián)軸節(jié)摩擦引起的不穩(wěn)定振動（4）防止滑動摩擦激振的方法第60頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.5 浮動環(huán)密封故障診斷 浮動環(huán)密封故障的機理和特征高速高壓離心式壓縮機防止氣體外泄采用浮動環(huán)密封浮動環(huán)密封特點：浮動環(huán)和轉(zhuǎn)軸間注密封液，液壓略高泄漏氣壓密封間隙內(nèi)流動阻力阻止高壓氣外漏故障：熱膨脹等，浮環(huán)與殼體間端面摩擦力大，浮環(huán)卡死成小徑向圓柱軸承易發(fā)生油膜不穩(wěn)定。浮環(huán)內(nèi)壁與轉(zhuǎn)軸間碰撞摩擦，表現(xiàn)摩擦故障特征第61頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.5 浮動環(huán)密封故障診斷 浮動環(huán)

51、密封故障的機理和特征第62頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.5 浮動環(huán)密封故障診斷 故障診斷實例大化肥廠合成氣壓縮機高壓缸浮動環(huán)卡澀頻譜圖振幅最高頻率 83 Hz與轉(zhuǎn)速頻率 172.9 Hz（10375 r/min）之比 0.48軸心軌跡紊亂類似軸承油膜不穩(wěn)定故障檢查發(fā)現(xiàn)：高壓缸密封參比氣與密封油壓差波動浮動環(huán)工作不穩(wěn)定壓力波動軸承回油管大量工藝氣體高壓氣密封不良進(jìn)入潤滑系統(tǒng)診斷浮動環(huán)卡澀第63頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 非接觸式密封中的流體激振故障離心泵多用環(huán)形密封，汽輪機和離心壓縮機均用迷宮密封（梳齒形密封

52、）第64頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 非接觸式密封中的流體激振故障1 非接觸式密封中流體激振的機理Alford 流動模型；氣隙不平衡力矩模型螺旋形流動模型；三維流動模型第65頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 非接觸式密封中的流體激振故障2 迷宮密封氣流激振的研究密封偏心周向壓力，最高壓力點位置，轉(zhuǎn)子渦動切向力密封進(jìn)出口壓力差，密封激勵力，密封結(jié)構(gòu)尺寸，密封流體剛度轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力特性（轉(zhuǎn)子撓性、軸承結(jié)構(gòu)、油膜剛度、流體激振力、內(nèi)外摩擦等）3 迷宮密封氣流激振的故障特征密封流體

53、激振產(chǎn)生振動頻率，低于工作轉(zhuǎn)速頻率亞異步振動振動情況與轉(zhuǎn)速、壓力、負(fù)荷有密切關(guān)系高壓汽輪機氣隙振蕩與噴嘴方向和進(jìn)氣閥開啟度有關(guān)4 迷宮密封氣流激振的防治措施（1）導(dǎo)入反預(yù)旋氣流（2）腔內(nèi)開孔導(dǎo)入平衡氣（3）腔內(nèi)周向設(shè)置縱向阻擋片（4）平直形密封第66頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 非接觸式密封中的流體激振故障5 故障診斷實例美國宇宙飛船主發(fā)動機高壓燃料渦輪泵密封流體激振額定功率 56 MW，質(zhì)量 340 kg，壓力 40 MPa，設(shè)計轉(zhuǎn)速 2550037500 r/min旋轉(zhuǎn)機械最高功率密度機器，結(jié)構(gòu)先進(jìn)、高速高功率密度渦輪機械典范轉(zhuǎn)子

54、三閉式葉輪，二級軸流式渦輪驅(qū)動，軸承液氫冷卻，軸向力平衡盤平衡臨界轉(zhuǎn)速計算忽略兩級間密封剛度影響以及泵殼撓性影響穩(wěn)定性分析考慮密封影響，但忽視殼體撓性作用試驗轉(zhuǎn)速 1750020000 r/min 以上，泵殼明顯振動振動頻率 150165 Hz 與轉(zhuǎn)子一階自振頻率一致轉(zhuǎn)速上升振幅增大，發(fā)生嚴(yán)重軸承損壞和密封摩擦拆檢發(fā)現(xiàn)渦輪側(cè)軸承全損壞，泵不能超 22000 r/min 轉(zhuǎn)速操作改進(jìn)泵級間密封結(jié)構(gòu)，鋸齒形密封改為臺階形平密封類似靜壓軸承作用，提高轉(zhuǎn)子剛度，增加阻尼，改善穩(wěn)定性泵亞異步不穩(wěn)定振動現(xiàn)象消失，順利達(dá)到工作轉(zhuǎn)速第67頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中

55、流體激振故障診斷 非接觸式密封中的流體激振故障5 故障診斷實例美國宇宙飛船主發(fā)動機高壓燃料渦輪泵密封流體激振第68頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障離心式、軸流式風(fēng)機、壓縮機，設(shè)計工況范圍窄、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理操作點遠(yuǎn)離設(shè)計工況點以及操作失誤等因素產(chǎn)生不穩(wěn)定流動引起流道和管道內(nèi)氣流壓力脈動，導(dǎo)致機器和管道強烈振動或零部件與管道疲勞破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重故障1 旋轉(zhuǎn)失速機理：離心式或軸流式壓縮機操作工況變動氣量減小一定程度氣流沖葉片凸面（工作面）凹面（非工作面）附近形成氣流旋渦流道有效流通面積減小各流道氣流分配不均勻氣流旋渦

56、差別如某流道（2）氣流旋渦較多氣量減少多余氣轉(zhuǎn)鄰近流道（1 和 3）氣流折向前流道 1 時沖葉片凹面沖去氣流旋渦，流道氣流暢通氣流折向后流道 3 時沖葉片凸面凹面氣流旋渦增加堵塞流道有效流通面積迫使流道氣流折向鄰近流道連續(xù)發(fā)展旋渦組成氣流堵塞團（失速團或區(qū)）沿葉輪旋轉(zhuǎn)反向各流道輪流出現(xiàn)失速區(qū)傳播速度 葉輪旋轉(zhuǎn)速度葉輪外看失速區(qū)葉輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動第69頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障1 旋轉(zhuǎn)失速旋轉(zhuǎn)失速區(qū)中氣流減速壓力脈動具有周期性受迫振動振動頻率與葉柵固有頻率重合，引起結(jié)構(gòu)共振，導(dǎo)致零部件損壞基本特征：漸進(jìn)型和突變

57、型 破壞葉輪壓力軸對稱性，引起壓力脈動，發(fā)生機器和管道振動 振動基本頻率 0.5 0.8 倍轉(zhuǎn)速頻率范圍 機器流量基本穩(wěn)定 振動強度比喘振小，但比不穩(wěn)定進(jìn)口渦流大，不同其他機械振動防治措施： 設(shè)計穩(wěn)定工況范圍寬，各級壓比分配合理 部分氣體回流、提高進(jìn)氣溫度，增體積流量，變氣流沖角，減氣流旋渦 多級軸流式壓縮機啟動階段采用中間抽氣方法增大前幾級氣量，防止前幾級旋轉(zhuǎn)失速 具有慣性和滯后效應(yīng)，一旦發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速工作轉(zhuǎn)速下難通過氣量調(diào)節(jié)消除，須使機器降速消除2 不穩(wěn)定的進(jìn)口渦流主要進(jìn)口導(dǎo)葉控制風(fēng)機出現(xiàn)。減負(fù)荷進(jìn)口導(dǎo)葉角度關(guān)小氣流預(yù)旋作用強烈，發(fā)展成不穩(wěn)定進(jìn)口旋渦區(qū)第70頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)

58、3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障3 喘振（1）喘振機理突變型失速發(fā)展，氣量更減小氣流旋渦區(qū)占據(jù)全部流道壓縮機出口壓力突降大容量管網(wǎng)系統(tǒng)壓力未迅速下降，管網(wǎng)氣體倒流當(dāng)管網(wǎng)壓力機出口壓力時，氣體倒流停止，壓縮機恢復(fù)管網(wǎng)輸氣然而進(jìn)氣量不足時，倒流氣體排出、管網(wǎng)回復(fù)壓力，又出現(xiàn)流道旋渦區(qū)周而復(fù)始 機器和管道流量周期變化，進(jìn)出口壓力大幅度脈動喘振時壓縮機內(nèi)吞吐倒流，周期性巨大氣流吼聲和機器劇烈振動喘振從儀表壓力、流量、振動信號大幅度變動記錄清楚反映喘振振動頻率、振幅與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)管網(wǎng)容積大，喘振頻率低，振幅大，大容量喘振頻率多數(shù) 1 Hz喘振：

59、輕度喘振（葉道有旋轉(zhuǎn)失速團）深度喘振（葉道無旋轉(zhuǎn)失速團）第71頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障3 喘振（2）喘振的原因及其預(yù)防原因： 轉(zhuǎn)速下降而背壓未及時下降 管網(wǎng)壓力升高 氣量下降 進(jìn)氣溫度升高 氣體分子量減小 進(jìn)氣壓力下降或入口管線阻力增大其他儀表故障、操作不當(dāng)、工藝參數(shù)變化等預(yù)防：工作點遠(yuǎn)離喘振曲線壓縮機啟停過程遵守 “ 升壓先升速，降速先降壓 ” 原則升速升壓或降速降壓交替緩慢均勻進(jìn)行壓縮機防喘振裝置，流量減小到喘振工況時放空或回流方法增加流量或降低背壓防止喘振研究故障診斷型防喘振方法：臨近喘振流道較

60、大氣流擾動，及時測量相應(yīng)特征信息預(yù)報喘振發(fā)生，采取有效措施第72頁/共149頁機械設(shè)備故障診斷技術(shù)3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6 葉片式機器中流體激振故障診斷 葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障3 喘振（3）喘振與旋轉(zhuǎn)失速區(qū)別 旋轉(zhuǎn)失速氣體流動非軸對稱，葉道一個或數(shù)個失速團沿葉柵圓周方向傳播氣流脈動沿著壓縮機葉輪圓周方向產(chǎn)生喘振氣流脈動沿著機器軸向方向形成，氣流呈軸對稱分布 旋轉(zhuǎn)失速時，葉輪或擴壓器周向流道氣體流量脈動變化但過壓縮機總平均流量不變喘振時機器總平均流量隨時間而變化 旋轉(zhuǎn)失速氣流脈動頻率、振幅與葉柵幾何參數(shù)及轉(zhuǎn)速有關(guān)與壓縮機管網(wǎng)容積大小無關(guān)喘振頻率、振幅與管網(wǎng)容積大小密切相關(guān)管網(wǎng)容積愈大，喘振