機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)課件

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)1機(jī)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(jī)械故障診斷4

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障分析和管道振動(dòng)5

齒輪故障診斷6

滾動(dòng)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)用機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)課程內(nèi)容 （教材內(nèi)容）2機(jī)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1.1.1

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(jī)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(jī)理的學(xué)科

診斷內(nèi)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(yùn)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(yàn)，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(shí)施過程機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診斷3機(jī)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1.1.1

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(shí)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(jì)）

三、診斷決策（防治控制）機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診斷4機(jī)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（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(dòng)設(shè)備：如旋轉(zhuǎn)機(jī)器和往復(fù)機(jī)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(jī)、煙氣輪機(jī)：

工藝氣體粉料（催化劑），轉(zhuǎn)子不平衡、振動(dòng)、摩擦、磨損故障

高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器：

軸承油膜不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子不對中

高速高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)器：

流體激振，轉(zhuǎn)子自激振動(dòng)

往復(fù)式壓縮機(jī)：

管道振動(dòng)故障，零件磨損、變形、斷裂

高壓容器：

裂紋擴(kuò)展，內(nèi)部腐蝕，密封泄漏機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診斷5機(jī)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（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(shí)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(shí)性（5）不確定性（模糊性）

故障頻度、表現(xiàn)形式、特征差異、機(jī)理復(fù)雜機(jī)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6機(jī)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(jì)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(dòng)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(jī)組（離心、軸流壓縮機(jī)，煙氣輪機(jī)，汽輪機(jī)，風(fēng)機(jī)和機(jī)泵）

單機(jī)、滿負(fù)荷關(guān)鍵設(shè)備，故障停機(jī)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(jī)組停機(jī)一天少發(fā)電

720

萬度損失數(shù)千萬元

中國

1977～1987

年投產(chǎn)

6～7

個(gè)大化肥廠，機(jī)組故障停機(jī)

兩年損失相當(dāng)一個(gè)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(jì)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(jī)失事

中國

1980

年代

200

MW

汽輪發(fā)電機(jī)組事故

機(jī)組劇烈振動(dòng)，轉(zhuǎn)子斷

7

段，聯(lián)軸節(jié)飛出廠房，機(jī)組徹底破壞

大化肥合成氣壓縮機(jī)強(qiáng)烈振動(dòng)，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)用機(jī)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7機(jī)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(shí)期

20

世紀(jì)

60～70

年代：設(shè)備狀態(tài)維修。計(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用

大型企業(yè)建組織機(jī)構(gòu)，技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，推動(dòng)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(xiàng)學(xué)科知識，推動(dòng)邊緣學(xué)科相互交叉、滲透和發(fā)展

如故障機(jī)理研究推動(dòng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)振動(dòng)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(dòng)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(dòng)振動(dòng)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(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診8機(jī)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(jì)劃維修）：

設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備磨損和故障規(guī)律，事先制定計(jì)劃

確定修理類別、間隔、內(nèi)容及要求。分大修和項(xiàng)（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(dòng)化生產(chǎn)線和連續(xù)運(yùn)行設(shè)備

缺點(diǎn)：①檢修量大耗時(shí)耗費(fèi)；②要求精密機(jī)械，過多拆卸人為故障

③備品備件種類多，檢修費(fèi)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(yùn)行時(shí)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(jì)劃，確定設(shè)備修理內(nèi)容和時(shí)間

即為基于狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的維修，最經(jīng)濟(jì)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(shí)機(jī)，依據(jù)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)

以設(shè)備故障診斷為基礎(chǔ)的先進(jìn)維修方式

優(yōu)點(diǎn)：①減少突發(fā)性事故；②減少停機(jī)時(shí)間；③延長檢修周期

④延長設(shè)備使用壽命；⑤節(jié)約維修費(fèi)用機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診斷的9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(shí)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(jī)不對生產(chǎn)造成損失，一般均設(shè)有備機(jī)定期維修（計(jì)劃維修）按磨損規(guī)律和故障概率得出維修周期，根據(jù)計(jì)劃定期維修。設(shè)備大修解體檢查，更換或修理零部件單機(jī)連續(xù)運(yùn)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(jì)算使用周期，確保設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測維修（預(yù)知性維修）根據(jù)設(shè)備運(yùn)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(shí)間和部位單機(jī)連續(xù)運(yùn)行大型機(jī)組和重大設(shè)備，停機(jī)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(jī)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

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工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)

90

％設(shè)備要求預(yù)知性維修

10

％設(shè)備需要定期維修維修方式內(nèi)容比較使用對象事后維修設(shè)備出現(xiàn)故障或性能精度下降到10機(jī)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(diǎn)或備用設(shè)備維修，傳統(tǒng)維修方式

☆

定期維修

TBM（Tim-Based

Maintenance）：

屬預(yù)防維修，即計(jì)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(jì)劃

適用主要生產(chǎn)設(shè)備，成本高，經(jīng)濟(jì)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(jì)劃維修

適用于重點(diǎn)或通用設(shè)備，經(jīng)濟(jì)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，確定界限

適用于非重要零部件，認(rèn)為有必要才進(jìn)行維修的維修方式機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.1設(shè)備故障診11機(jī)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)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(yùn)動(dòng)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。化學(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(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)劣化性故障：

（1）機(jī)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(dòng)

（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(dòng)和聲學(xué)共振；旋轉(zhuǎn)失速、喘振、汽蝕

滑動(dòng)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(dòng)、流體間隙激勵(lì)、摩擦等機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.2設(shè)備故障的類型12機(jī)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)1.2.2

設(shè)備故障診斷的功能和環(huán)節(jié)

1.

功能

①

檢測評價(jià)設(shè)備運(yùn)動(dòng)、缺陷、磨損、劣化和故障狀態(tài)

②

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

③

確定故障來源，提出整改措施

2.

環(huán)節(jié)

①

信號采集

——

傳感器（人體感覺器官）采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)

反映設(shè)備故障特性

②

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

③

故障診斷

——

人的知識經(jīng)驗(yàn)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

④

防治控制

——

確定故障提出控制方案或預(yù)防治理措施機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.2設(shè)備故障的類13機(jī)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)1.2.2

設(shè)

備

故

障

診

斷

的

功

能

和

環(huán)

節(jié)

2.

環(huán)

節(jié)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§1概述 §1.2設(shè)備故障的14機(jī)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)1.2.3

狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)和方法

振動(dòng)信號監(jiān)測診斷技術(shù)：

振動(dòng)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)機(jī)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15機(jī)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1.3.1

信息比較診斷法

采集存儲(chǔ)振動(dòng)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(jī)器故障有關(guān)因素1.3.3

模擬試驗(yàn)診斷法

模擬試驗(yàn)，研究未知或不確定的故障機(jī)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(jì)算設(shè)備運(yùn)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

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）機(jī)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16機(jī)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?fù)浣Y(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(diǎn)、故障機(jī)理

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)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機(jī)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17機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

旋

轉(zhuǎn)

機(jī)

械

：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工作機(jī)器，轉(zhuǎn)子、軸承等部件

典型旋轉(zhuǎn)機(jī)械：離心泵、軸流泵、離心式和軸流式風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)

汽輪機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心機(jī)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(jī)械

煉油廠催化三機(jī)組或四機(jī)組

大化肥裝置四大機(jī)組或五大機(jī)組

乙烯裝置三大機(jī)組

電力行業(yè)汽輪發(fā)電機(jī)組、泵和水輪機(jī)組

鋼鐵行業(yè)高爐風(fēng)機(jī)和軋鋼機(jī)組3.1.1

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(yùn)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(shí)周期性離心力干擾

軸承產(chǎn)生動(dòng)載荷引起機(jī)器振動(dòng)

不平衡原因：旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線不均勻分布機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.1轉(zhuǎn)18G

?

2πn??

2πn??

2π

×6000?機(jī)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(dòng)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷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

l

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ω

假定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)無阻尼

轉(zhuǎn)子產(chǎn)生離心力Gen2

900

2

e?

?

≈g

?

60

?F

=

meω

2

=22?

60

?=10×2×10?4

×?

?

=

789

（N）F

=

me×?

?

?

60

?G?2πn??2πn??2π×6000?機(jī)械設(shè)19機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷

3.1.1

轉(zhuǎn)子不平衡概念機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.1轉(zhuǎn)子不20機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.2

臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動(dòng)的影響（1）臨界轉(zhuǎn)速的動(dòng)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(shí)轉(zhuǎn)子很大彎曲變形

弓狀回旋運(yùn)動(dòng)（“渦動(dòng)”或“進(jìn)動(dòng)”），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(jī)器劇烈振動(dòng)

臨界轉(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(jì)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(yùn)動(dòng)力學(xué)模型：最簡單兩端剛性軸承對稱支承轉(zhuǎn)子

軸中點(diǎn)圓盤質(zhì)量

m，剛度系數(shù)

k，動(dòng)撓度δ

轉(zhuǎn)子無阻尼橫向振動(dòng)固有頻率

ωn

=

K

/m

ω＝ωn

時(shí)，理論δ

無限大

角速度ω

即臨界轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速頻率ω

＝橫向固頻ωn機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.121機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.2

臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動(dòng)的影響（2）阻尼對臨界轉(zhuǎn)速下

轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響

阻尼：介質(zhì)黏性

軸承油膜黏性

滑動(dòng)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β

＝

振幅

A

/

靜撓度

Xst

反映轉(zhuǎn)子共振振幅高低

β

值與頻率比ω/ωn

和阻尼比ζ

有關(guān)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.1轉(zhuǎn)22機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)

不平衡振動(dòng)故障特征：①

轉(zhuǎn)子或軸承徑向振動(dòng)，頻譜圖轉(zhuǎn)速頻率成分突出峰值②

轉(zhuǎn)子單純不平衡振動(dòng)

轉(zhuǎn)速頻率高次諧波幅值低

時(shí)域波形為正弦波③

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

90o④

轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)⑤

普通兩端支承轉(zhuǎn)子

軸向振幅不明顯⑥

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(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.3

轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的故障特征

轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)：周期性離心力干擾產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周

離心力經(jīng)某點(diǎn)產(chǎn)生一次擾動(dòng)，測點(diǎn)一次振動(dòng)響應(yīng)

轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率

f

＝轉(zhuǎn)速頻率

n

/

60，轉(zhuǎn)子角頻率ω＝2πf

工頻（工作頻率）：轉(zhuǎn)速頻率工頻成分機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù) 不平衡振動(dòng)故障特征：§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診23§3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4不平衡振動(dòng)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(yùn)行無關(guān)原因：設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動(dòng)平衡方法不正確等§3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷24機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷25機(jī)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(yùn)行無關(guān)原因：設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動(dòng)平衡方法不正確等§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)的故障原因和防治措施機(jī)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26機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)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(yùn)行無關(guān)

原因：

設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、

材料缺陷、

加工與裝配誤差、

動(dòng)平衡方法

不正確等機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.127機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)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(yùn)行無關(guān)

原因：設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動(dòng)平衡方法不正確等機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.1轉(zhuǎn)28機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)的故障原因和防治措施

1

固有質(zhì)量不平衡

動(dòng)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

等級，轉(zhuǎn)子平衡精度等級

G

＝

0.16

～

4000

mm/s

G

＝（eω）/

1000

式中：

e

——

轉(zhuǎn)子不平衡度，g·mm/kg；ω

——

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度，1/s

G

——

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(dòng)法、計(jì)算平衡質(zhì)量，對薄圓盤轉(zhuǎn)子）

動(dòng)平衡（雙面多面平衡、動(dòng)平衡機(jī)）

現(xiàn)場平衡：對大型機(jī)組、實(shí)際安裝條件（與平衡機(jī)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(jì)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(dòng)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(dòng)化、微機(jī)化，提高精度、減少次數(shù)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.129機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)的故障原因和防治措施F2F3F113m2

2m1r2r1

r3m3IIIF2IF3IF3

IIF1IrI

rIIF1

IIF2

II

mbIIFIILl1l2l3θIIθ

I

mb

I

PI平衡平面1

固有質(zhì)量不平衡

雙面動(dòng)平衡技術(shù)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.1轉(zhuǎn)子不30機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)的

故障原因和防治措施

2

轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的不平衡（1）轉(zhuǎn)子彎曲

臨時(shí)性彎曲：

外部影響或外力作用

不需動(dòng)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)

熱處理校直

精加工消除機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §331機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)2

轉(zhuǎn)子運(yùn)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(shí)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(dòng)：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(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.4

不平衡振動(dòng)的故障原因和防治措施機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)2轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的不平衡（2）轉(zhuǎn)子平衡狀32機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.1

轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷3.1.5

定向振動(dòng)與不平衡振動(dòng)故障的鑒別

定向振動(dòng)：

軸心軌跡接近直線

非圓或橢圓

振動(dòng)同相位或

180o

反相位

機(jī)體變形

皮帶輪或齒輪偏心

機(jī)座松動(dòng)

結(jié)構(gòu)共振等機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.1轉(zhuǎn)子33機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)器振動(dòng)或聯(lián)軸節(jié)、軸承損壞原因：①

初始安裝對中超差

②

轉(zhuǎn)子中心運(yùn)行時(shí)熱態(tài)升高

③

軸承架熱膨脹不均勻

④

管道力作用

⑤

機(jī)殼變形或移位

⑥

地基不均勻下沉

⑦

基礎(chǔ)變形

⑧

轉(zhuǎn)子彎曲，同時(shí)產(chǎn)生不平衡和不對中故障故障：振動(dòng)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(jī)械故障

60％原因?yàn)檗D(zhuǎn)子不對中機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.2轉(zhuǎn)子34機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)①

改變軸承油膜壓力③

平行不對中引起徑向振動(dòng)②

軸承振幅隨負(fù)荷增大而增高④

剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動(dòng)相位差⑤

振動(dòng)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(dòng)及多倍頻⑥

大型渦輪機(jī)械多跨轉(zhuǎn)子其他因素⑦

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(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.1

轉(zhuǎn)子不對中故障的特征

轉(zhuǎn)子不對中故障特征：機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)①改變軸承油膜壓力②軸承振幅隨負(fù)荷增35機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.2

聯(lián)軸節(jié)不對中的振動(dòng)頻率

1

剛性聯(lián)抽節(jié)軸（1）平行不對中的振動(dòng)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(dòng)頻率

軸旋轉(zhuǎn)一周，彎矩方向交變一次，工頻振動(dòng)（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(dòng)

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(dòng)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機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.236機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.3

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

疲勞裂紋

摩擦痕跡機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.2轉(zhuǎn)37機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.3

不對中故障的監(jiān)測方法（2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測法

振動(dòng)診斷法：振動(dòng)頻率、相位、振動(dòng)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(jià)格昂貴，環(huán)境中蒸汽、煙氣、灰塵和機(jī)體振動(dòng)影響

Dodd

棒測量法：驅(qū)動(dòng)機(jī)和被驅(qū)動(dòng)機(jī)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(bǔ)償溫度變形問題

電渦流測量法：

地面獨(dú)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(jī)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)高機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.2轉(zhuǎn)38機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.4

故障診斷實(shí)例

☆汽輪發(fā)電機(jī)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(qiáng)烈振動(dòng)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.2轉(zhuǎn)39機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.2

轉(zhuǎn)子不對中故障診斷3.2.4

故障診斷實(shí)例

☆離心泵聯(lián)軸節(jié)不對中：

聯(lián)軸節(jié)軸承處振動(dòng)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(dòng)，典型不對中故障

11

倍轉(zhuǎn)速頻率成分為泵葉片通過頻率機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.2轉(zhuǎn)40機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷

滑動(dòng)軸承作用：①

轉(zhuǎn)子負(fù)荷支承作用

②

轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)提供剛度和阻尼

③

控制轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)3.3.1

滑動(dòng)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(qiáng)

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(jī)床上

動(dòng)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(jī)器廣泛采用

徑向軸承和止推軸承（軸向力）機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.3滑動(dòng)41機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.1

滑動(dòng)軸承工作原理

流體動(dòng)壓軸承原理：潤滑油膜楔形間隙流體動(dòng)壓力作用

軸停滯時(shí)沉在軸承內(nèi)底部

軸旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)壓力作用

抬起軸頸

軸承承載能力系數(shù)

S0

相對偏心率ε

和

軸承寬徑比

l

/

d

的函數(shù)

低速重載轉(zhuǎn)子

S0＞1

高速輕載轉(zhuǎn)子

S0＜1機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.3滑42機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.2

滑動(dòng)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(cuò)位，軸瓦接觸，軸頸油膜

引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)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(dòng)：軸瓦振動(dòng)摩擦、燒損、刮傷、拉毛

消除振動(dòng)因素，更換磨損軸承

止推軸承設(shè)計(jì)：承載面積、壓縮機(jī)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，更換潤滑油機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.3滑43機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.2

滑動(dòng)軸承常見故障的原因和防治措施（3）軸承疲勞

原因：①

軸承過載：

油膜破裂，應(yīng)力集中，局部裂紋，裂紋擴(kuò)展

②

軸瓦松動(dòng)：

軸承間隙，機(jī)器振動(dòng)，軸承交變載荷

裂紋擴(kuò)展，瓦塊表面開裂與松脫

③

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(kuò)展

④

巴氏合金過厚：

疲勞敏感，疲勞破壞

⑤

巴氏合金強(qiáng)度：

溫度升高下降，高溫疲勞裂紋擴(kuò)展

措施：①

軸承比壓合適范圍

②

軸承間隙應(yīng)設(shè)計(jì)范圍

③

較薄巴氏合金（厚度

1

～

1.5

mm）和抗疲勞性能瓦塊

④

控制軸瓦溫度機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.3滑44機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.2

滑動(dòng)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(dòng)

軸承蓋與軸承座之間壓緊間隙

軸瓦松動(dòng)影響軸承油膜穩(wěn)定性

振動(dòng)非線性特點(diǎn)，振動(dòng)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（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(dòng)（8）軸承溫度過高

軸承間隙??；軸承載荷高；油冷卻器故障

軸承形狀或裝配機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.3滑動(dòng)45機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施

1

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的原因

高性能旋轉(zhuǎn)機(jī)器轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)

多為高速輕載滑動(dòng)軸承，設(shè)計(jì)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(dòng)

特有故障——油膜振蕩，油膜力引起自激振動(dòng)（1）軸頸在油膜中的渦動(dòng)與穩(wěn)定性（2）油膜失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理

油膜動(dòng)態(tài)特性：油膜剛度和阻尼

油膜失穩(wěn)機(jī)理：一般強(qiáng)迫振動(dòng)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ω

等有關(guān)

油膜失穩(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(dòng)方向起推動(dòng)作用，某種條件使振幅越來越大

強(qiáng)烈振動(dòng)導(dǎo)致機(jī)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)定機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.346機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施

2

油膜振蕩的機(jī)理及其故障診斷

高速滑動(dòng)軸承特有故障，油膜力產(chǎn)生自激振動(dòng)

發(fā)生時(shí)輸入能量很大

，引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)損壞

大型機(jī)組可能導(dǎo)致機(jī)組毀壞嚴(yán)重事故（1）半速渦動(dòng)與油膜振蕩

半速渦動(dòng)：

轉(zhuǎn)子軸頸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)繞平衡中心公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

油膜力激勵(lì)的渦動(dòng)角速度近似為轉(zhuǎn)速二分之一

渦動(dòng)正向運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同向）

實(shí)際振動(dòng)頻率Ω

＝（0.43～0.48）ω（2）油膜振蕩的特征及其診斷

油膜振蕩：

軸頸渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子自振頻率吻合時(shí)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(qiáng)烈吼叫聲，嚴(yán)重?fù)p壞軸承和轉(zhuǎn)子機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.347機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)

故障特征：①自激振動(dòng)

不受外部激勵(lì)力影響②渦動(dòng)頻率Ω

與轉(zhuǎn)速頻率ω

之比約

0.35～0.5

渦動(dòng)頻率Ω

接近

轉(zhuǎn)子一階自振頻率③非線性油膜共振④軸心軌跡形狀紊亂發(fā)散，不規(guī)則軌跡線疊加花瓣形狀⑤發(fā)生巨大吼叫聲。轉(zhuǎn)子激烈自激振動(dòng)，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⑥

“

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(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施

2

油膜振蕩的機(jī)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(dòng)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù) 故障特征：③非線性油膜共振§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械48機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)故障特征§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施

2

油膜振蕩的機(jī)理及其故障診斷（2）油膜振蕩的特征及其診斷約

1/2

工頻機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)故障特征§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.349..機(jī)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(jī)

理

及

其

故

障

診

斷333

高

速

滑

動(dòng)

軸

承

不

穩(wěn)

定

故

障

的

特

征

和

防

治

措

施§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷..機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)（2233§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.50機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)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（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

工頻機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.351機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)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

1.0～1.5

MPa，高速輕載軸承

0.3～1.0

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?yàn)橹剌d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，增加軸承比壓，提高承載能力系數(shù)

常用辦法：

①

車削縮短軸承寬度

②

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

③

減小下瓦接觸角，下瓦開泄油槽，增加軸頸偏心率

④

減小上瓦油槽寬度或設(shè)置油壩，提高上瓦油壓

⑤

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)定性機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.352機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)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

增加油楔力

多油楔、多油葉軸承機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.353機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)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(dòng)軸瓦（5

塊較多）

各瓦塊有自由擺動(dòng)支點(diǎn)

載荷方向自動(dòng)調(diào)整

油膜力通過軸中心消除切向力

獨(dú)立瓦塊油膜不連續(xù)，減小渦動(dòng)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(dòng)

球面自調(diào)式，瓦塊圓周方向和軸線平面方向擺動(dòng)（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機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.354機(jī)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3000～3300

r/min油膜振蕩頻譜：

軸轉(zhuǎn)速頻率ω

140.5

Hz

軸不平衡振動(dòng)

油膜振蕩頻率Ω

55

Hz

其他成分：

主頻率ω

和Ω

和差組合頻率§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的

特征和防治措施

4

故障診斷實(shí)例

☆國產(chǎn)

30

萬噸合成氨裝置

ALS-16000

型離心式氨壓縮機(jī)

軸承油膜振蕩

11000

kW

汽輪機(jī)拖動(dòng)

高低壓缸間速比

56:42

增速器油膜振蕩頻率高壓缸轉(zhuǎn)速頻率機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù) 低壓缸轉(zhuǎn)速6700r/min3055機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.3

高速滑動(dòng)軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施

4

故障診斷實(shí)例（☆空氣壓縮機(jī)低壓缸軸承油膜不穩(wěn)定振動(dòng)

）

振動(dòng)低頻成分突出，工頻比

0.48，認(rèn)為空壓機(jī)軸承油膜不穩(wěn)定半速渦動(dòng)

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(jī)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機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.356機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.3

滑動(dòng)軸承故障診斷3.3.4

結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生的軸承工作不穩(wěn)定

機(jī)器底板或軸承座剛性不足

結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)共振，底板基礎(chǔ)連接松動(dòng)、扭曲或斷裂振動(dòng)，管道振動(dòng)

結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率與軸承油膜渦動(dòng)激發(fā)頻率吻合引發(fā)油膜不穩(wěn)定振動(dòng)3.3.5

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：①

放電區(qū)域熔化金屬粒子，金屬表面形成微小電流凹坑

②

凹坑積累使承磨表面粗糙，產(chǎn)生機(jī)械磨損

③

大量熔化金屬微粒進(jìn)潤滑劑，潤滑性能壞，油膜電阻降低

④

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）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；變油膜厚度機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.357機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.4

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷①

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(dòng)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(dòng)、

部件熱膨脹量、潤滑系統(tǒng)故障

轉(zhuǎn)子振動(dòng)：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②

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(dòng)

軸上配合零件與軸彎曲時(shí)產(chǎn)生摩擦

齒式聯(lián)軸節(jié)齒套與齒殼間軸向滑動(dòng)摩擦機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.4轉(zhuǎn)58機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.4

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷3.4.1

干摩擦故障的機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)響應(yīng)

輕摩擦：工頻ω、2ω，3ω高低次諧波。重摩擦：1/2ω諧波及高次諧波（2）摩擦接觸弧增大時(shí)故障特征。波形“削波”；反向進(jìn)動(dòng)；軸心軌跡圓環(huán)

“8”

字機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.4轉(zhuǎn)59機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.4

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷

3.4.2

轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起失穩(wěn)的機(jī)理

（1）轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后引起的不穩(wěn)定振動(dòng)

（2）軸上零件滑動(dòng)摩擦引起的不穩(wěn)定振動(dòng)

（3）齒式聯(lián)軸節(jié)摩擦引起的不穩(wěn)定振動(dòng)

（4）防止滑動(dòng)摩擦激振的方法機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷§3.4轉(zhuǎn)子摩60機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.5

浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.1

浮動(dòng)環(huán)密封故障的機(jī)理和特征

高速高壓離心式壓縮機(jī)防止氣體外泄采用浮動(dòng)環(huán)密封

浮動(dòng)環(huán)密封特點(diǎn)：浮動(dòng)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(dòng)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)摩擦故障特征機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.5浮61機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.5

浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.1

浮動(dòng)環(huán)密封故障的機(jī)理和特征機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.5浮動(dòng)62機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.5

浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷3.5.2

故障診斷實(shí)例

☆大化肥廠合成氣壓縮機(jī)

高壓缸浮動(dòng)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(dòng)

浮動(dòng)環(huán)工作不穩(wěn)定壓力波動(dòng)

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(dòng)環(huán)卡澀機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.5浮63機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)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

離心泵多用環(huán)形密封，汽輪機(jī)和離心壓縮機(jī)均用迷宮密封（梳齒形密封）機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.6葉64機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)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

1

非接觸式密封中流體激振的機(jī)理

Alford

流動(dòng)模型；氣隙不平衡力矩模型

螺旋形流動(dòng)模型；三維流動(dòng)模型機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.6葉65機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)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

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(diǎn)位置，轉(zhuǎn)子渦動(dòng)切向力

密封進(jìn)出口壓力差，密封激勵(lì)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(dòng)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(dòng)頻率，低于工作轉(zhuǎn)速頻率亞異步振動(dòng)

振動(dòng)情況與轉(zhuǎn)速、壓力、負(fù)荷有密切關(guān)系

高壓汽輪機(jī)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）平直形密封機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.6葉66機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)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(shí)例

☆美國宇宙飛船主發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)轉(zhuǎn)速

25500～37500

r/min

旋轉(zhuǎn)機(jī)械最高功率密度機(jī)器，結(jié)構(gòu)先進(jìn)、高速高功率密度渦輪機(jī)械典范

轉(zhuǎn)子三閉式葉輪，二級軸流式渦輪驅(qū)動(dòng)，軸承液氫冷卻，軸向力平衡盤平衡

臨界轉(zhuǎn)速計(jì)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(yàn)轉(zhuǎn)速

17500～20000

r/min

以上，泵殼明顯振動(dòng)

振動(dòng)頻率

150～165

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(dòng)現(xiàn)象消失，順利達(dá)到工作轉(zhuǎn)速機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.667機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)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(shí)例

美國宇宙飛船主發(fā)動(dòng)機(jī)

高壓燃料渦輪泵

密封流體激振機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.6葉68機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷3.6.2

葉片式機(jī)器中的氣流不穩(wěn)定故障

離心式、軸流式風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)工況范圍窄、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

操作點(diǎn)遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)以及操作失誤等因素產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)

引起流道和管道內(nèi)氣流壓力脈動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)器和管道強(qiáng)烈振動(dòng)

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(jī)理：離心式或軸流式壓縮機(jī)操作工況變動(dòng)→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(shí)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(shí)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(tuán)（失速團(tuán)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(dòng)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 §3.669機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)§3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷

§3.6

葉片式機(jī)器中流體激振故障診斷3.6.2

葉片式機(jī)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(dòng)具有周期性受迫振動(dòng)

振動(dòng)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)型和突變型

①

破壞葉輪壓力軸對稱性，引起壓力脈動(dòng)，發(fā)生機(jī)器和管道振動(dòng)

②

振動(dòng)基本頻率

0.5

～

0.8

倍轉(zhuǎn)速頻率范圍

③

機(jī)器流量基本穩(wěn)定

④

振動(dòng)強(qiáng)度比喘振小，但比不穩(wěn)定進(jìn)口渦流大，不同其他機(jī)械振動(dòng)

防治措施：

①

設(shè)計(jì)穩(wěn)定工況范圍寬，各級壓比分配合理

②

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

③

多級軸流式壓縮機(jī)啟動(dòng)階段采用中間抽氣方法

增