《機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷》PPT演示課件

1、機械設(shè)備狀志益句機械設(shè)備狀志益句機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課程簡介課程介紹機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的理論基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用技術(shù)闡述典型機械故障類型、機理、特征及防治措施重點介紹旋轉(zhuǎn)機械和往復(fù)機械的典型故障機理與診斷防治技術(shù) 通過機械設(shè)備故障診斷的典型事例了解機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀和理論技術(shù)進展課程內(nèi)容涉及新興科技學(xué)科和現(xiàn)代先進技術(shù)通過學(xué)習(xí)可以熟悉現(xiàn)代機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的 基本原理、實施技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀了解現(xiàn)代故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景 具備機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本技能學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備工程力學(xué)、電工電子學(xué)、工程流體力學(xué)和 化工過程流體機械等理論基礎(chǔ)和工程技術(shù)了解機械學(xué)、

2、力學(xué)、電工電子學(xué)、計算機技術(shù)等方面的 理論基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用技術(shù)推薦學(xué)習(xí)機械振動、信號處理等工程技術(shù)知識機械設(shè)備狀志益測與故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷4概論 1.1 1.2 1.3課程內(nèi)容設(shè)備故障診斷的目的和意義設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法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旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.13.23.33.43.53.63.7轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷轉(zhuǎn)子不對中故障診斷滑動軸承故障診斷轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷浮動環(huán)密封故障診斷葉片式機器中流體激振故障診斷高速旋轉(zhuǎn)機械不穩(wěn)定自激振動故障的分析方法往復(fù)式壓縮機的

3、故障分析和管道振動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參考教材盛兆響尹埼嶺主編普通離等教育“十五”國家級規(guī)劃教材設(shè)備故障診斷沈慶根 鄭水英 主編設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測昆 故障診斷技術(shù)及應(yīng)用a ftft M III M 屮心機械設(shè)備狀志益測與故障診1 概述1.1設(shè)備故障診斷的目的和意義機械設(shè)備狀志益測與故障診斷1 概述1.1設(shè)備故障診斷的目的和意義圖1-1設(shè)備故障診斷的三部分內(nèi)容和實施過程1 概述1.1設(shè)備故狀態(tài)監(jiān)測故障診斷改變調(diào)整預(yù)鶩參數(shù)停機延長零部件或結(jié)構(gòu)參數(shù)監(jiān)視控制整治使用整體更新1.1.1設(shè)備故障診斷的含義設(shè)備故障診斷

4、的含義 應(yīng)用現(xiàn)代測 識別設(shè)備故障：設(shè)備喪失 診 斷：用測試分 診斷內(nèi)容（三部分）一、信號采集（狀態(tài)二、故障診斷：獲取診斷三、診斷決策：根據(jù):1.1.1設(shè)備故障診斷的含義和特性設(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

5、：裂紋擴展，內(nèi)部腐蝕，密封泄漏1.1.1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、多層次性止推軸承損壞迷宮密封破壞，氣體軸向力增大轉(zhuǎn)子振動軸承工作不穩(wěn)定管道振動管道中流體產(chǎn)生壓力脈動故障現(xiàn)象第一層次原因第二層次原因第三層次原因(3)(4)(5)圖1-2故障的層次性多因素和相關(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1.1.2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)

6、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、軸流壓縮機，煙氣輪機，汽輪機，風(fēng)機和機泵） 單機、滿負荷關(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

7、美國1986、2003年“挑戰(zhàn)者”號和“哥倫比亞”號航天飛機失 中國1980年代200 MW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)用彎1.1.2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)展，推動理論與方法

8、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 狀態(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)機械設(shè)備狀志益測與故障診斷1 概述1.1設(shè)備故障診斷的目的和意義機械設(shè)備狀志益測與故障診1 概述1.1設(shè)備故障診斷的目的和意義1.1.3設(shè)備故障診斷技術(shù)與維修方式的關(guān)系定期維修（計

9、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，認識到采用一種預(yù)防性維修方式 即設(shè)備運行時進行狀態(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)

10、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)備故障診斷為基礎(chǔ)的先進維修方式優(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1.1.3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，

11、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 與故障診斷條件工業(yè)發(fā)達國家經(jīng)驗90 %設(shè)備要求預(yù)知性維修10 %設(shè)備需要定期維修1.1.3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 TBM (Tim-Based Maintenan

12、ce):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，確定界限 適用于非重要零部件，認為有

13、必要才進行維修的維修方式機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)機械設(shè)備狀志益測與故障晝 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)*1.2.1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：負荷過大，局部應(yīng)力集

14、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:(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(4)(5)摩擦：轉(zhuǎn)子定子干摩擦、軸件內(nèi)摩擦流體激振：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 非線性的諧波共振：零件松動、流體間隙激勵、摩擦等1.2.2設(shè)備故障診斷的功能和環(huán)節(jié)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，提出整改措施環(huán)節(jié)信號采集傳

15、感器（人體感覺器官）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 JJI防治控制確定故障提出控制方案或預(yù)防治理措施機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)圖1-3旋轉(zhuǎn)機械振動故障診斷的主要環(huán)節(jié)機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)圖1-3旋轉(zhuǎn)機械振動故障診斷的主要環(huán)節(jié)1.2.2設(shè) 備 故 障 診 斷 的 功 能 和 環(huán)TO數(shù)據(jù)采集器磁帶記錄儀軟件包記錄儀信號調(diào)理箱&故障防治與控制）控制器功放打印機n

16、現(xiàn)場監(jiān)測趨勢w口 OOOOO2.環(huán) 節(jié)診斷。=-1 結(jié)論 =EE 智能診斷系統(tǒng)）15機械設(shè)備狀志益測與故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 1 概述1.2設(shè)備故障的類型和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)1.2.3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

17、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)1 概述1.3設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法1.3.1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1.3.2參數(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1.3.3模擬試驗診斷法模擬試驗，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1.3.4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1.3.5故障樹分析診斷法（Fault T

18、ree 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）1 概述1.3設(shè)備故障狀態(tài)的識別方法1.3.6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1.3.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法基本組成、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、故障診斷應(yīng)用人工神經(jīng)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1.3.8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

19、學(xué)和流體力學(xué)知識測試技術(shù)和信號分析處理方法2.確定性信號I11期信號I（非周-信號j非確定注信號|平穩(wěn)隨機信號非平穩(wěn)隨機信號2.1.11.（各態(tài)歷經(jīng)信號；非各態(tài)歷經(jīng)信號j準(zhǔn)周期信號一般非周期信號：i簡諧信號復(fù)雜周期信號2故障診斷的信號處理方法1機械設(shè)備狀志益測與故障斷:2.1信號處理基礎(chǔ)知識信號的定義和分類信號的定義信號：表征客觀事物狀態(tài)或行為信息的載體（物理）能量變化過程，（數(shù)學(xué)）函數(shù)或圖形，變量隨時間或空間變化 信號的分類（動態(tài)信號）動態(tài)信號1機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷20機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷202 故障診斷的信號處理方法 2.1信號處理基礎(chǔ)知識2.1.12.(1)信號的定義和分類信號的

20、分類確定性信號與非確定性信號確定性信號：數(shù)學(xué)關(guān)系式、圖或表描述反之為非確定性信號或隨機信號 連續(xù)信號和離散信號連續(xù)時間信號：任意時刻存在給出確定函數(shù)值階躍、鋸齒、圖2-1連續(xù)時間信號矩形脈沖、截斷信號等xoo(d)截斷信號(C)矩形脈沖能量信號和功率信號時限與頻限信號信號x(0 =直流分量XD(t) +交流分量XA(t)O(a)信號分解為直流分量和交流分量矩形窄脈沖之和 階躍函數(shù)疊加等2.1.21.(1)2)脈沖分量信號x(t)=多脈沖分量之和信號的時域分析 時域分解 直流分量和交流分量直流分量：t o(b)信號分解為趨勢項和交流分量1圖2-3信號分解為直流、交流分量之和x(/W)02故障診斷

21、的信號處理方法1機械設(shè)備狀志益測與故障斷:LzzzS2.1信號處理基礎(chǔ)知識(穩(wěn)態(tài)分量) 信號平均值 交流分量： 可能包含 信號頻率相位信息或 隨機噪聲2故障診斷的信號處理方法1機械設(shè)備狀志益測與故障斷2.1信號處理基礎(chǔ)知識實部：t時刻倡號幅值戈(b)信號的復(fù)數(shù)表示法虛部：t時刻信號相位2.1.21.(3)復(fù)平面旋轉(zhuǎn)矢量 實部： t時刻信號幅值 虛部：t時刻信號相位A戈増戶_(4)正交函數(shù)分量信號x用正交函數(shù)集Xi(t) (i = 1, 2,，n)表示信號的時域分析 時域分解 實部分量和虛部分量簡諧信號 復(fù)函數(shù)表達式：x(t)(a)信號的實數(shù)表示法圖2-6信號的實數(shù)和復(fù)數(shù)表示法及其對應(yīng)關(guān)系機械設(shè)

22、備狀志監(jiān)測與故障斷2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識2.1.22.(1)(3)信號的時域分析信號的時域統(tǒng)計均值集合平均值或數(shù)學(xué)期望值，信號直流分量(J. - Ex(t) = Jjm x(t)dt均方值Ex2a)o平均功率x2(t),平方根稱有效值或均方根值信號幅值量綱，反映確定性信號強度的時域參數(shù)oo 丁 JO方差2。信號對/)相對均值偏離度，反映信號分散程度稱均方差或標(biāo)準(zhǔn)差=E(x(O - E_)2 = O) -T oo / vO均方值2、方差2、均值方a2關(guān)系：/2機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷2 故障診斷的信

23、號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識00機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識002.1.23. (1)信號的時域分析時域相關(guān)分析相關(guān)概念相關(guān)：客觀事物變化量之間相依關(guān)系相關(guān)系數(shù)兩隨機變量X和3d司線性相關(guān)程度，范圍一 lpxyl(2)相關(guān)函數(shù)兩隨機變量x(t)與y(t)間時差r，相關(guān)函數(shù)Rxy :x(t)y(t-T)dt互相關(guān)函數(shù)：或RyX(T )；自相關(guān)函數(shù) Kr)或/)WWV)20W時間，s(C)200100EE.8(6)頻域內(nèi)的幅值譜機械設(shè)備狀志益測與故障2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識6.機械設(shè)備狀志益測與故障2 故障診斷的信號處理方法2

24、.1信號處理基礎(chǔ)知識6.2.1.3信號的頻域分析非周期信號的傅里葉變換非周期信號不能用傅里葉級數(shù)展開采用傅里葉變換，時域40與傅里葉變換AT)構(gòu)成變換偶周期信號的傅里葉變換離散傅里葉變換和快速傅里葉變換離散傅里葉變換 DFT (Discrete Fourier Transform)特點：DFT算法計算量太大。采樣點N = 1000計算約需200萬次快速傅里葉變換 FFT (Fast Fourier Transform):5.1965年庫利J.W.Cooley、圖基J.W.TYikey提出，信號分析新時代 采樣點N = 1000的離散信號，F(xiàn)FT算法計算僅約需1.5萬次 隨機信號的功率譜密度自功

25、率譜密度Sx(co)功率譜密度Sx(co )與自相關(guān)函數(shù)也(r)是傅里葉變換偶對 通過自相關(guān)函數(shù)傅里葉變換可得到功率譜密度函數(shù) 互功率譜密度與互相關(guān)函數(shù)Rxy(r)構(gòu)成傅里葉變換偶對相干函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)機械設(shè)備狀志益測與故障2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識機械設(shè)備狀志益測與故障2 故障診斷的信號處理方法2.1信號處理基礎(chǔ)知識2.1.3信號的頻域分析總結(jié)：（1）.信號可在時間域x（t）或頻譜域X（f）展開，x和X（f）為同函數(shù)不同表達形式（2）. xW和X（/）的自變量（橫坐標(biāo)）參數(shù)不同時間參數(shù)G T；頻率參數(shù)，/，co = 2nf9判斷時域函數(shù)或頻域函數(shù)（3）.幅頻譜和相位譜

26、物理意義不同，注意區(qū)別（4）.離散頻譜和連續(xù)頻譜分別對應(yīng)周期函數(shù)和非周期函數(shù)也有更復(fù)雜的函數(shù)（離散性和連續(xù)性結(jié)合）（5）.應(yīng)用復(fù)變（復(fù)指數(shù)）函數(shù)簡化頻譜表達式將幅值譜（實變量）和相位譜（虛變量）結(jié)合（6）.離散頻譜由不同諧波成分組成其中前幾階低頻頻譜或數(shù)值較大頻譜，反映頻譜的特性（特征）（7）.工程上常用頻譜分析儀直接測取頻譜或采集數(shù)據(jù)FFT （快速傅里葉變換）標(biāo)準(zhǔn)程序計算，無需自編計算程序（8）.頻譜分析和數(shù)學(xué)描述為狀態(tài)檢測、信號處理和故障診斷的重要基礎(chǔ)分析方法峰譜值、頻率窗口、擬合曲線、諧波分析、統(tǒng)計分析機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖

27、形機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形q 1% A, nUr* x/_ q /t|l tTTI ， 、+機械設(shè)備狀志益，測與故障診 2故障診斷的fe號處理方法J2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形2.2.1振動監(jiān)測的基本參數(shù)（1）振幅表示振動嚴(yán)重程度（烈度）位移、速度或加速度表示指示值：峰值（單邊峰值和峰峰值）、有效值（均方根值）和平均值 位移有效值代表振動系統(tǒng)勢能含量速度有效值代表振動系統(tǒng)動能含量加速度有效值代表振動系統(tǒng)功率譜密度含量（2）頻率探尋外來激勵力來源，判斷正常工作狀態(tài)旋轉(zhuǎn)機械振動頻率常用轉(zhuǎn)速倍數(shù)或分?jǐn)?shù)表示1倍（Id轉(zhuǎn)速頻率指振動

28、頻率與機器轉(zhuǎn)速相同2倍（2x）轉(zhuǎn)速頻率指振動頻率為機器轉(zhuǎn)速二倍，依此類推（3）相位 判斷振動時各部件之間相對運動方位M以及激勵力與響應(yīng)的時間和空間關(guān)系常用（Mi）表示，單位“度”或“弧度”2.2.2軸心軌跡軸頸中心相對于軸承座在軸線垂直平面內(nèi)的運動軌跡平面曲線軸心軌跡圖：由h J方向位移振動信號合成的李莎茹圖形作用：直觀反映轉(zhuǎn)軸運動狀況，形象描述轉(zhuǎn)子運動狀態(tài)獲取診斷信息有效手段，旋轉(zhuǎn)機械故障診斷重要工具測量：將兩個傳感器互成90 安裝在轉(zhuǎn)軸同截面上 兩傳感器位移信號經(jīng)放大 分別輸入雙蹤示波器X軸和J軸作用：確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速 空間振型和某些故障類型2.2.2軸心軌跡0 080.06鑿0 04

29、0.020.00轉(zhuǎn)速 I57.8rad/s-0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 (a) x/mm轉(zhuǎn)速 5O3 2rad/s0.080.06I.0040.020.00 匕 -0.0404-0.02 0.00 0 02 0 04 (f)x/mm圖中：(a)(c)(d)-0.02 0.000.02 0.04-0.04 -0.02 0.00 0.02 0 04(d)x/mm(e)x/mm圖2-12某轉(zhuǎn)子軸頸軸心軌跡隨轉(zhuǎn)速升髙發(fā)生油膜振蕩的情況和(b)轉(zhuǎn)速低，不對中和非線性油膜力影響，軸心軌跡圖不規(guī)則狀 臨界轉(zhuǎn)速附近，不平衡力引起基頻振動，軸心軌跡近似圓編和(e)轉(zhuǎn)速高(503.2607

30、.9rad/s) 油膜渦動，軸心軌跡內(nèi)八字形 轉(zhuǎn)速升高(626.2 rad/s)，系統(tǒng)油膜振蕩，軸心軌跡復(fù)雜機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形E(a輕微不對中X向/gm4.U “切，-1 * -4 T -r 1 !# I:事III圖2-13發(fā)生不對中故障時的軸心軌跡(a)輕度碰摩圖2-14發(fā)生碰摩故障時的軸心軌跡332.2.2軸心軌跡 圖中： 不對中故障 軸心軌跡香蕉形 或外八字形 頻譜二倍頻或 四倍頻較大 圖中：轉(zhuǎn)子碰摩故障碰撞輕重程度不同軸心軌跡圓形輪廓線內(nèi)1至多個小圈套支承剛度不對稱轉(zhuǎn)子：不平衡力作用軸心軌跡橢圓形39 -126-13

31、-13-26-39-52-39 -26 -1301326(b)中度不對中 1向/|imq 1% A, nUr* x/_ q /t|l tTTI ， 、+機械設(shè)備狀志益，測與故障診 2故障診斷的fe號處理方法J2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形2.2.3轉(zhuǎn)子振型轉(zhuǎn)子軸線各點振動位移連成的空間曲線作用：確定轉(zhuǎn)子振動節(jié)點位置，了解軸承油膜阻尼大小和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)基本特性 撓性轉(zhuǎn)子動平衡測量：轉(zhuǎn)子軸線垂直截面布置傳感器，得到各截面軸心軌跡根據(jù)基準(zhǔn)信號確定各軌跡主向量，各點主向量連成空間振型曲線 振型平面曲線：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無阻尼，且轉(zhuǎn)子各不平衡量有相同相位或只有一個主不平衡量；否則為空間曲線圖中：轉(zhuǎn)子兩個支點剛

32、性支承，一階振型兩節(jié)點，二階振型三節(jié)點一階振型圖2-15轉(zhuǎn)子的振型 （b）二階振型2.2.4軸頸渦動中心位置滑動軸承軸頸中心在激擾力作用下環(huán)繞渦動運動的中心點位置 隨轉(zhuǎn)速和載荷變動，軸承穩(wěn)定性有關(guān)，“滑動軸承故障診斷”內(nèi)容 作用：旋轉(zhuǎn)機械故障分析重要內(nèi)容，說明轉(zhuǎn)軸正常位置提供軸與軸承磨損或不正常預(yù)載荷，軸承靜電侵蝕等信息測量：兩個互成90非接觸式位移傳感器，x-r記錄儀繪制曲線180270902)425OC5OG(b)轉(zhuǎn)子啟動階段的軸頸渦動中心位置變化圖 圖2-16軸頸渦動中心位置的測定圖中：轉(zhuǎn)速升高軸頸渦動中心升高系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速20002500 r/min左右- 軸頸振幅大，中心位置高或過臨界

33、轉(zhuǎn)速至3000 r/min -振幅和中心位置下降 X機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形2.2.5 波特圖（Bode plots）描述轉(zhuǎn)子振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系曲線 縱坐標(biāo)為振幅和相位，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速頻率 測量：測轉(zhuǎn)子或軸承座振動信號（軸位移或殼體振動速度） 同步跟蹤數(shù)字向量濾波，獲得轉(zhuǎn)速同頻的基頻分量（含幅值和相位） 隨轉(zhuǎn)速升降變化過程繪圖作用：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)基本性能。各轉(zhuǎn)速下振幅和相位、臨界轉(zhuǎn)速、阻尼大小， 柔性轉(zhuǎn)子動平衡質(zhì)量；升降速過程中其他部件（基礎(chǔ)、靜子等）共振 動靜摩擦或熱彎曲等動態(tài)放大系數(shù)：共振峰值與工作轉(zhuǎn)速時振幅之比，評價

34、軸承系統(tǒng)阻尼特性接受范圍3.08.0圖中：系統(tǒng)通過臨界轉(zhuǎn)速時幅值響應(yīng)有明顯共振峰 相位變化近180 動態(tài)放大系數(shù)約5 （轉(zhuǎn)速 12000 r/min） 說明系統(tǒng)具有適度偏弱阻尼o 1 -Lfrr7,A.A. ckr* XA q tTTI ， 、+機械設(shè)備狀志益，測與故障診 2故障診斷的fe號處理方法J2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形090-相位滯后1 度I2.2.5波特圖(Bode plots)(振幅和相位隨過程變化曲線)-270-180-IE- 一O5278u52.6o52機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形30機械設(shè)備狀志益測與故障診

35、斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形30作用:優(yōu)點:270300r/min75uni330()um7000r/min0人I150轉(zhuǎn)子旋傳方向1209060圖2-18某轉(zhuǎn)子啟動階段的徑向振動極坐標(biāo)圖S XM r/mmOOOOr/mm2.2.6極坐標(biāo)圖（奈奎斯特圖）轉(zhuǎn)子振幅與相位隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系的極坐標(biāo)形式旋轉(zhuǎn)矢量端點為轉(zhuǎn)子軸心，矢量極半徑為徑向振幅，矢量角度為相位角 極坐標(biāo)圖和波特圖反映同樣的信息，表現(xiàn)形式不同復(fù)雜多平面轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡儀器需極坐標(biāo)圖表示 判別臨界轉(zhuǎn)速，軌跡距離最長點，兩側(cè)圓弧弧長對轉(zhuǎn)速變化率最大對應(yīng)矢量位置（幅值和相位）求轉(zhuǎn)子動平衡不平衡質(zhì)量方位同時觀察

36、轉(zhuǎn)子軸向幾個截面的空間振型清楚觀察彎曲軸轉(zhuǎn)動時幅值和轉(zhuǎn)軸本身振動幅值辨別轉(zhuǎn)子以外元件（管道、聯(lián)軸節(jié)、機殼和基礎(chǔ)）振動諧振作用出現(xiàn)干擾小圓圈圖中:轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速3750 r/min振動峰值110 gm機械設(shè)備狀志益測與故障診斷2 故障診斷的信號處理方法2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形一臺壓縮機轉(zhuǎn)子起動階段徑向振動三坐標(biāo)圖髙壓機油膜振蕩的三坐標(biāo)圖2.2.7三維坐標(biāo)圖“級聯(lián)圖”或“瀑布圖”。轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速下頻譜圖按轉(zhuǎn)速大小順序排列圖 橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為幅值，平面垂直軸向為轉(zhuǎn)速常用轉(zhuǎn)子故障分析圖形作用：全頻帶幅值描述，觀察轉(zhuǎn)子振動各種頻率成分隨轉(zhuǎn)速變化過程 觀測臨界轉(zhuǎn)速位置、系統(tǒng)阻尼大小、自激

37、振動轉(zhuǎn)速或失穩(wěn)轉(zhuǎn)速圖中：低轉(zhuǎn)速時振動工頻分量為主。轉(zhuǎn)速3400 r/min左右工頻分量出現(xiàn)峰值系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，峰值不高，說明系統(tǒng)具有阻尼轉(zhuǎn)速升至5400 r/min 出現(xiàn)半頻振動分量 隨轉(zhuǎn)速増加而増加 表明系統(tǒng)失穩(wěn)趨勢 轉(zhuǎn)速到約6000 r/min 低頻分量頻率不變 幅值隨轉(zhuǎn)速増加 自激振動特征 結(jié)合軸頸軸心軌跡分析 確認系統(tǒng)油膜振蕩o 1 -Lfrr7,A.A. ckr* XA q tTTI 、+機械設(shè)備狀志益，測與故障診 2故障診斷的fe號處理方法J2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形2.2.7三維坐標(biāo)圖（三維譜陣圖、瀑布圖、級聯(lián)圖，轉(zhuǎn)子升降速過程頻譜圖）60Hz電頻率2 10 0 oooo

38、 oooo o 19-.4.3-2.1. .SS/JOI0. 5 X當(dāng)娶5 I ,ssurE/J ooi XB?S02.44.37.29.012頻率2.2.8階比譜分析）階比譜（Order Ratio Spectrum）頻譜圖上橫坐標(biāo)為無量綱階比值/人 頻率值除以某參考頻率值fr （常取轉(zhuǎn)速頻率）階比值為整數(shù)值Cfi/fr= n，n =1, 2, 3, fi即為fr的高次諧波作用：旋轉(zhuǎn)機械升降速過程振動信號分析（特征頻率與轉(zhuǎn)速頻率比例關(guān)系） 抑制轉(zhuǎn)速無關(guān)的頻率成分和隨機噪聲清晰辨別轉(zhuǎn)速有關(guān)故障特征頻率圖中：轉(zhuǎn)速3600 r/min和2600 r/min時階比譜基本相同.42.42o 1-l-f

39、rr7,A.A. ckr* |M-| a tTTIj 機械設(shè)備狀志益，測與故障診 2故障診斷的fe號處理方法J2.2旋轉(zhuǎn)機械常用的振動信號處理圖形2.2.9全息譜技術(shù)多傳感器水平和垂直信號合成 系列軸心軌跡圖含信號幅值、頻率、相位值1 一維全自港二+平坐標(biāo)上表示轉(zhuǎn)子振動各頻率分量的軸心軌跡圖 橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子振動階比 （即頻率）三維全息譜*面I同階比成分振動軌跡相位關(guān)系以及轉(zhuǎn)子振型節(jié)點圖 作用：撓性轉(zhuǎn)子動平衡提高轉(zhuǎn)子平衡精度全息瀑布圖轉(zhuǎn)子升降速時各轉(zhuǎn)速下二維全息譜的疊置圖作用：有效揭示大型回轉(zhuǎn)機械 啟動停車過程振動特性XX2X3XX 頻率圖2-21二維全息譜的一般形式圖2-23某氮氣壓縮機組轉(zhuǎn)子的

40、基頻振動三維全息譜Gi/ 雲(yún)145540100200300400500600700800圖2-24全息瀑布圖/Hz軸承產(chǎn)生動載荷弓I起機器振動巍不平衡原因：旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線不均勻分布3.1.1轉(zhuǎn)子不平衡概念帶薄圓盤剛性轉(zhuǎn)子 兩軸承支承跨度I 轉(zhuǎn)子質(zhì)量m 質(zhì)心M距旋轉(zhuǎn)中心O偏心距e 旋轉(zhuǎn)角速度歷假定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無阻尼轉(zhuǎn)子產(chǎn)生離心力F = me co2 =2測、21/AVJ(0A -F2 & | 一 2 圖3-1轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的離心力(N)900G e g圓盤質(zhì)量10 kg,偏心距0.2 mm,轉(zhuǎn)速6000 r/min,離心力、2,八八八、2= 10 x2x104x 2兀 x 6000、60 j

41、 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60= 789 (N)60轉(zhuǎn)子幾種不平衡狀態(tài)3.1.2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“進動”），轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心遠離軸承中心 離心力大増，轉(zhuǎn)子更大變形，離心力放大，機器劇烈振動 臨界轉(zhuǎn)速：一階臨界轉(zhuǎn)速ntTl，多階臨界轉(zhuǎn)速（階數(shù)O設(shè)計要求：工作轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速/V般規(guī)定：工作轉(zhuǎn)速n 階臨界轉(zhuǎn)速nCri，n 一階臨界轉(zhuǎn)速 crl，1.4 fieri W （l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w，剛度系數(shù)h動撓

42、度頻率.Hz(b)圖32.5-20聯(lián)軸節(jié)對中前后的頻譜比較(a)對中前的速度頻譜；(b對中后的速度頻譜不平衡和不對中聯(lián)合作用，軸向測明顯軸向振動，典型不對中故障1機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3滑動軸承故障診斷1機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3滑動軸承故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷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)子負荷支承作用轉(zhuǎn)子運動提供剛度和阻尼控制轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運轉(zhuǎn)3.3.1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

43、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）3.3.1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E圖3-33圓柱軸承內(nèi)油膜壓力分布 圖3-34軸承承載能力系數(shù)與 h偏位角偏心距最小油膜厚度偏心率、寬徑比關(guān)系hmin = Ce=C(le)到達摩擦力和轉(zhuǎn)子重量平衡位置油膜收斂油楔動壓力作用抬起軸頸軸承承載能力系數(shù)So低速重載轉(zhuǎn)子Sol 高速輕載轉(zhuǎn)子50一階自振頻率或其兩倍時.摩擦產(chǎn)生的振幅將達到極大值輕摩擦和敢

44、摩擦轉(zhuǎn)子的三坐標(biāo)圖和軸心軌跡圖參見圖3-64敢摩擦轉(zhuǎn)子為反向進動發(fā)生摩擦轉(zhuǎn)子的波形有明顯的“削波”現(xiàn)象浮環(huán)密封卡住(0. 430. 48)cu浮環(huán)密封卡住在本質(zhì)上如同一個阓柱軸承作用.使滑動軸承的抗振性能下降浮環(huán)密封卡住等于該轉(zhuǎn)子增加了一個軸承.提商了轉(zhuǎn)子一階自振頻率.因此振動 頻率往往高于轉(zhuǎn)子計算的一階臨界轉(zhuǎn)速頻率浮動環(huán)卡澀的多數(shù)情況，是環(huán)在油膜力作用下時而浮動，時而不動，反映在轉(zhuǎn)子上的振幅出現(xiàn)忽高忽低地變動浮動環(huán)與軸頸摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子振動又具有摩擦故障的特征密封效果下降，出現(xiàn)密封氣泄漏現(xiàn)象葉輪和擴 壓器旋轉(zhuǎn)失速葉輪旋轉(zhuǎn)失速為 (0.5 0.8) on 擴 壓器旋轉(zhuǎn)失速為 (0. 1 0. 25

45、)w旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生在進氣量小于設(shè)計氣量情況下.在葉輪或擴壓器流道內(nèi)產(chǎn)生氣流 旋渦團，其形成機理見3. 6.2節(jié)旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生氣流的壓力脈動.在機器和管線內(nèi)形成明顯的壓力不勻度，引發(fā) 機體和管線振動。振動強度與壓比、氣體分子量大小有關(guān)，壓比越島.氣體分子量越 大，振動烈度越大發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速后，流最變化對壓力影響很小表3-5油膜振蕩與其他半頻振動區(qū)別(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3.3.3高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施3.3.33(1)X高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施 油膜不穩(wěn)定的防治措施 避開油膜共振區(qū)域避免轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速柚心軌跡明接近兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速3.3.3

46、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）増加軸承比壓軸瓦單位面積承受載荷。増加軸承比壓，承載能力系數(shù)So提高，偏重載形式 般軸承比壓1.01.5 MPa,高速輕載軸承0.31.0 MPa 増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)子，増加軸承比壓，提高承載能力系數(shù)常用辦法：車肖lj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，増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

47、油楔形式，圓柱軸承降低頂隙，増加側(cè)隙變?yōu)闄E圓形軸承，提高軸頸穩(wěn)定性機械設(shè)備狀志益測與故障診斷3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3滑動軸承故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3滑動軸承故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.3滑動軸承故障診斷圖3-46軸瓦對軸頸的預(yù)負荷作用圖3-47多油楔、多油葉軸承的形式3.3.3高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施油膜不穩(wěn)定的防治措施減小軸承間隙軸承間隙減小，相對増大軸承偏心率，提高發(fā)生油膜振蕩轉(zhuǎn)速 控制軸瓦預(yù)負荷預(yù)負荷正值表示軸瓦內(nèi)表面曲率半徑大于軸承內(nèi)圓半徑増大偏心距和油楔收斂程度增加油楔力(c)三油葉軸承油(a)肺圓軸承

48、(b)錯位軸承油油35 I油(d)不對稱三油楔軸承(e)三油楔軸承 或 0. 5W浮動環(huán)起附加圓柱軸承作用，產(chǎn)生油膜渦動頻率，該頻率髙于轉(zhuǎn) 子計算的一階自振頻率浮動環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的間隙小于軸承間隙，浮動環(huán)一旦卡住，容易 發(fā)生轉(zhuǎn)軸與浮動環(huán)摩擦.轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)具有摩擦特征的故障頻率發(fā)生卡澀的浮動環(huán)，在油膜力作用下時而浮動，時而不動，反映 在轉(zhuǎn)子上的振幅時髙時低地變動密封效果下降，產(chǎn)生大量髙壓氣體泄漏對于柔性較好的轉(zhuǎn)子（工作轉(zhuǎn)速遠髙于一階臨界轉(zhuǎn)速），浮動環(huán) 卡死，可能使得振動頻率落入轉(zhuǎn)子的一階自振頻率范圍之內(nèi)，引發(fā)轉(zhuǎn) 子強烈的亞異步共振（詳見3. 7節(jié)）防轉(zhuǎn)銷釘折斷，浮動環(huán)轉(zhuǎn)動0. 5om1Xw及其倍頻成

49、分轉(zhuǎn)子振動加大.振幅忽髙忽低浮動環(huán)隨轉(zhuǎn)子產(chǎn)生隨機性轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子上附加浮動環(huán)離心力，引起 不平衡振動。轉(zhuǎn)子與浮動環(huán)摩擦.引起摩擦振動軸心軌跡紊亂，波形不光滑轉(zhuǎn)子振動的工頻成分相位角不穩(wěn)定.隨機變化密封效果下降，產(chǎn)生大量髙壓氣體泄漏3.5.2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)：圖3-75轉(zhuǎn)子振動時的頻譜圖、波形和軸心軌跡圖 (a)波形圖；(b軸心軌跡圖；(c)頻譜圖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入潤

50、滑系統(tǒng) 診斷浮動環(huán)卡澀高壓缸密封參比氣機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 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89機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 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893.6.1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)，/(b)端面形離心泵常用密封結(jié)構(gòu)(a)平直形渦輪機、離心壓縮機常用密封結(jié)構(gòu) 圖3-80各種非接觸式密封結(jié)構(gòu)(0交錯梳齒形機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 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機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 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(b)作用

51、在轉(zhuǎn)子上的激振力(a密封腔內(nèi)氣流壓力變化圖3-81密封腔間隙變化形成激振力的機理A向透視XX3.6.1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A噴射流部分中心流部分90圖3-85三維流動模型3.6.1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激振產(chǎn)生振動頻率，低于工作轉(zhuǎn)速頻率亞

52、異步振動 振動情況與轉(zhuǎn)速、壓力、負荷有密切關(guān)系高壓汽輪機氣隙振蕩與噴嘴方向和進氣閥開啟度有關(guān)4迷宮密封氣流激振的防治措施導(dǎo)入反預(yù)旋氣流腔內(nèi)開孔導(dǎo)入平衡氣 腔內(nèi)周向設(shè)置縱向阻擋片平直形翻機械設(shè)備狀志益測與故障晝 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機械設(shè)備狀志益測與故障晝 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3.6.1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、高速高功率密度渦輪機械典范

53、轉(zhuǎn)子三閉式葉輪，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，増加阻尼，改善穩(wěn)定性泵亞異步不穩(wěn)定振動現(xiàn)象消失，順利達到工作轉(zhuǎn)速 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 3旋轉(zhuǎn)機械故障診斷3.6葉片式

54、機器中流體激振故障診斷機械設(shè)備狀志益測與故障診斷3.6.1非接觸式密封中的流體激振故障(a鋸齒形)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泵殼振型3-89轉(zhuǎn)子和泵殼無阻尼的一階振型軸1冬!臺階形流體/福 流體(C)平直形圖3-90三種密封結(jié)構(gòu)機械設(shè)備狀志益句 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機械設(shè)備狀志益句 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機械設(shè)備狀志益測與故障診斷 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3.6.2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 操作點遠離設(shè)計工況

55、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

56、速度 葉輪旋轉(zhuǎn)速度圖3-92旋轉(zhuǎn)失速的形成葉輪外看失速區(qū)葉輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動3.6.2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：漸進型和突變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0.50.8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、提高進氣溫度，増體積流量，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

57、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)定的進口渦流主要進口導(dǎo)葉控制風(fēng)機出現(xiàn)。減負荷進口導(dǎo)葉角度關(guān)小氣流預(yù)旋作用強烈，發(fā)展成不穩(wěn)定進口旋渦區(qū)3 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷963 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷機械設(shè)備狀志監(jiān)測與故障斷963.6葉片式機器中流體激振故障診斷3.6.2葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障3喘振 （1）喘振機理旋轉(zhuǎn)脫離當(dāng)壓闈機汍最城少至某們時，葉道進門正 沖角很大.a使葉打廿工怍曲上的氣汝邊界fe!嚴(yán) 承分離，并沿葉道y張開來，ra中的葉遇所水. 造成葉進有效通道大為域小，從而使質(zhì)來要流過 葉堪的氣流相$多地汍向其他葉道.從而改進了 其

58、他葉道.依次芡孃.造a脫離區(qū)朗葉輪旋轉(zhuǎn)的 反悶以轉(zhuǎn)動。由實驗可知w 系統(tǒng)阻尼力， 激振力 2. e2/e.0.7(4)710)一一閥片自由關(guān)閉曲線119 閥片典型運動軌跡氣閥無推力關(guān)閉角久、關(guān)閉角久和開啟角外氣閥結(jié)構(gòu)。閥片開啟高度，閥座通道數(shù)、多環(huán)窄通道氣閥彈簧力。變剛性彈簧閥片邊倒角閥片制造工藝氣體油水含量氣閥故障診斷方法的研究氣閥主要故障：閥片損壞、彈簧折斷和氣閥漏氣監(jiān)測診斷方法：閥蓋測取振動或信號閥室測取閥片運動規(guī)律氣缸P-V示功圖吸排氣脈動壓力和溫度變化4.1.2壓縮機主要零部件的機械故障2活塞桿斷裂重大事故25%，對稱平衡型氮氫壓縮機事故率51.5%原因：應(yīng)力集中嚴(yán)重；表面粗糙度；材

59、質(zhì)和熱處理螺紋松動或預(yù)緊力；嚴(yán)重超載；桿跳動量；氣體腐蝕 3連桿螺栓斷裂原因：擰得緊松。開口銷斷；螺栓疲勞斷裂；材質(zhì)、熱處理和裝配 應(yīng)力過大；部件故障；螺栓殘余變形 4曲軸斷裂原因：基礎(chǔ)沉降；超載或緊急停機；氣缸軸線變化軸瓦裝配不良；嚴(yán)重應(yīng)力集中；設(shè)計因素5活塞卡住、咬住或撞裂原因： 潤滑油質(zhì)量；冷卻水供應(yīng)；氣缸帶液；氣缸間隙氣缸掉硬物；活塞材質(zhì)質(zhì)量 4往復(fù)式壓縮機的故障分析和管道振動機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故璧 4.1往復(fù)式壓縮機的故障類型與故障原因4.1.3壓縮機故障振動1曲柄連桿機構(gòu)的運動慣性力慣性力（旋轉(zhuǎn)和往復(fù)慣性力）、氣體力和摩擦力表4-8幾種型式壓縮機的不平衡往復(fù)慣性力的大小和方位列數(shù)結(jié)

60、構(gòu)型式不平衡往復(fù)慣性力階慣性力二階慣性力2M0最大值：2m,ru）2X位罝：a = 0、90、180、2702通大值:y2m,roi2位置:=1353153貿(mào)02002wmtr(u2121 4往復(fù)式壓縮機的故障分析和管道振動II機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷4.1往復(fù)式壓縮機的故障類型與故障原因 4往復(fù)式壓縮機的故障分析和管道振動II機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷4.1往復(fù)式壓縮機的故障類型與故障原因4.1.3壓縮機故障振動2壓縮機故障振動和不正常聲音(1)故障振動機械振動吸排氣流壓力脈動弓I起管路振動 氣缸振動：底座、螺栓、磨損、間隙、敲擊、氣缸帶液機體振動:慣性力平衡、加工、安裝、連接、對中 間隙