旋轉機械故障診斷

關于旋轉機械故障診斷第一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械故障診斷技術旋轉機械振動及故障概述旋轉機械典型故障分析小結第二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述何謂旋轉機械主要運動由旋轉運動來完成的機械汽輪機、離心式壓縮機、水泵、風機、電動機核心：轉軸組件轉子、軸、齒輪傳動件、葉輪、聯(lián)軸器滑動軸承、滾動軸承支座、定子、機座密封、密封裝置第三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述振動的分類橫向振動：振動發(fā)生在包括轉軸的橫向xoy平面內，大多數(shù)故障所激發(fā)的振動為此類振動軸向振動：振動發(fā)生在轉軸軸線z方向上，某些故障如不對中將會激發(fā)軸向振動扭轉振動：沿轉軸軸線發(fā)生的扭振，多盤轉子的柔性軸將會產生扭振產生扭轉振動的根本原因是旋轉機械的主動力矩與負荷反力矩之間失去平衡，致使合成扭矩方向來回變化。yxz0最簡單的轉子系統(tǒng)第四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述旋轉機械故障原因分類設計原因設計不當，動態(tài)特性不良，運行時發(fā)生強迫振動/自激振動結構不合理，應力集中設計工作轉速接近或落入臨界轉速區(qū)熱膨脹量計算不準，導致熱態(tài)不對中制造原因零部件加工制造不良，精度不夠零件材質不良，強度不夠，制造缺陷轉子動平衡不符合技術要求第五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述旋轉機械故障原因分類安裝/維修的原因機械安裝不當，零部件錯位，預負荷大軸系對中不良機器幾何參數(shù)(如配合間隙、過盈量及相對位置)調整不當轉子長期放置不當，改變了動平衡精度操作運行的原因工藝參數(shù)(如介質的溫度、壓力、流量、負荷)偏離設計值轉速接近或落入臨界轉速區(qū)潤滑或冷卻不良啟停機或升降速過程操作不當，暖機不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時間過長第六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述旋轉機械故障原因分類機器劣化的原因長期運行，轉子的撓度增大或動平衡劣化轉子局部損壞、脫落或產生裂紋零部件磨損、點蝕或腐蝕配合面受力劣化、產生過盈不足或松動等，破壞了配合的性質和精度機器基礎沉降不均勻，機器殼體變形第七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子的臨界轉速臨界轉速What？當轉子轉速達到某一數(shù)值后，振動就大得使機組無法繼續(xù)工作，即所謂臨界轉速現(xiàn)象？轉子在臨界轉速下會發(fā)生劇烈振動大?。颗R界轉速數(shù)值上一般等于轉子橫向振動的固有頻率。大小決定于轉子的結構（質量和剛度的分布）和軸承的結構(邊界條件)形式？一個實際的轉子往往有多階臨界轉速，從低到高依次稱為第一階、第二階、第三階等特點？每一階臨界轉速下，轉子有一個對應的振型第八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一單圓盤轉子的臨界轉速reAO

01r/ecCAmO

O’

kyx由上式中解出x和y,并求得振幅r。圓盤慣性力＋軸彈性力＝偏心的離心力第九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子的臨界轉速影響臨界轉速的因素支承剛度只有在支承完全不變形的條件下，支點才會在轉子運動過程中保持不動。考慮支承的彈性變形時，就相當于彈簧與彈性轉軸相串聯(lián)。支承與彈性轉軸串聯(lián)后，總的彈性剛度要低于轉軸本身的彈性剛度，使轉子的臨界轉速降低。回轉力矩轉子的軸線與支點的連線有夾角，會產生回轉力矩，也稱陀螺力矩。正進動時，回轉力矩可以提高轉子的剛度，臨界轉速增大；反進動時，降低轉子的剛度，臨界轉速減小。組合轉子組合系統(tǒng)中各轉子的各階臨界轉速高于單個轉子。第十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承剛度對臨界轉速的影響

小

支承剛度

大臨界轉速0K支承剛度降低，臨界轉速隨之下降第十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一單轉子的臨界轉速和振型單轉子的臨界轉速和振型650MW發(fā)電機轉子

n1=604r/minn2=1840r/minn3=4651r/min多自由度轉子有多個臨界轉速和相應的振型第十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一多轉子軸系的臨界轉速和振型200MW汽輪發(fā)電機組高壓轉子中壓轉子低壓轉子發(fā)電機轉子

第十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一多轉子軸系的臨界轉速和振型200MW汽輪發(fā)電機組軸系

發(fā)電機轉子型n1=1002r/min中壓轉子型n2=1470r/min高壓轉子型n3=1936r/min低壓轉子型n4=2014r/min發(fā)電機轉子型n5=2678r/min高壓轉子中壓轉子低壓轉子發(fā)電機轉子

軸系各階振型中，一般有一個轉子起主導作用。第十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一多轉子軸系的臨界轉速和振型200MW汽輪發(fā)電機組軸系軸系的各階臨界轉速高于相應的單轉子的臨界轉速彈性支承轉子的臨界轉速低于剛性支承轉子的臨界轉速第十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述轉子系統(tǒng)分類剛性轉子系統(tǒng)：工作轉速在一階臨界轉速以下判別依據(jù)：一般工作轉速<6000r/min的機械系統(tǒng)屬于剛性轉子系統(tǒng)同步振動：振動頻率=工作頻率強迫振動：對線性系統(tǒng)，在周期激振下的穩(wěn)態(tài)響應柔性轉子系統(tǒng)：工作轉速在一階臨界轉速以上判別依據(jù)：一般工作轉速>6000r/min的機械系統(tǒng)屬于柔性轉子系統(tǒng)亞同步振動：振動頻率<工作頻率自激振動：振動過程中，由于系統(tǒng)內部不斷有能量輸入而產生的共振現(xiàn)象第十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述兩種轉子系統(tǒng)振動特點比較剛性系統(tǒng)柔性系統(tǒng)振動特點強迫振動自激振動激振原因由于外部激振力或激振位移引起的在振動過程中，由于系統(tǒng)內部有能量輸入而引起的頻率與工作頻率的關系振動頻率=工作頻率（同步振動）振動頻率<工作頻率（亞同步振動）頻率與轉速變化的關系振動頻率隨轉速變化而變化，呈比例關系振動頻率在一定范圍內可能存在某種比例關系，但超過一定范圍后則主要與轉子的一階自振頻率有關振幅與轉速變化的關系振幅隨轉速增加而增加，達到臨界轉速時振幅出現(xiàn)峰值，然后則隨轉速之增加而減小，趨于某定值隨轉速的變化振幅有突發(fā)變化的可能（增大或減?。┳枘岬挠绊懽枘釋εR界轉速無影響，但對共振峰的高低有較大影響對頻率及振幅影響不大第十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械振動及故障概述旋轉機械故障分類第十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械故障診斷技術旋轉機械振動及故障概述旋轉機械典型故障分析小結第十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第二十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷故障原因分析制造時幾何尺寸不同心、材質不均安裝方式不好，如用斜鍵等軸水平放置太久，或受熱不均，造成永久或暫時變形工作中的液、固雜質或腐蝕，使轉子不對稱磨損或不對稱沉積零件配合過松，旋轉時間隙變大，造成偏心旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第二十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障不平衡的原因轉子機械損傷污染物堆積軸彎曲軸孔偏離中心風扇機械損傷污染物堆積軸孔偏離中心齒輪機械損傷軸孔偏離中心第二十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障不平衡的原因滑輪/槽輪機械損傷瑣絲太大軸孔偏離中心

飛輪機械損傷偏心孔軸孔偏離中心軸軸彎曲不規(guī)則加工第二十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障不平衡的原因葉輪機械損傷腐蝕聯(lián)軸器

機械損傷軸孔偏離中心電氣繞組

銅線分布不均第二十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障不平衡的原因鑄造缺陷熱膨脹由于每個部件熱膨脹率不同影響轉子平衡軸孔太大第二十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷不平衡的種類按發(fā)生不平衡的過程可分為：原始不平衡漸發(fā)性不平衡突發(fā)性不平衡按機理可分為：靜不平衡偶不平衡動不平衡旋轉機械故障診斷

轉子不平衡靜不平衡偶不平衡=靜不平衡+偶不平衡第二十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一故障機理如下圖所示單盤轉子系統(tǒng)，由于質心與旋轉中心不重合而產生不平衡交變的力(方向、大小周期性變化)會引起振動轉子轉動一周，離心力方向改變一次。因此，不平衡振動的頻率與轉頻相一致。轉子不平衡故障機理與診斷旋轉機械故障診斷

轉子不平衡F（t）te

c(a)轉子系統(tǒng)MFsint

y(t)ck(b)振動模型第二十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷無阻尼時，O、O’、G三點成一直線實際轉子總存在阻尼工作介質、軸承油膜的黏性阻尼，滑動面之間的摩擦阻尼，軸材料不完全彈性的內摩擦阻尼，轉子軸承系統(tǒng)因變形能耗產生的結構阻尼阻尼力與速度成正比，力的方向與速度方向相反旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第二十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷不平衡故障的振動機理旋轉機械故障診斷

轉子不平衡設：偏心距e，轉子質量M，軸剛度k，阻尼系數(shù)c，轉速n（r/min），角速度=2n/60，離心力F=Me2，分解為兩方向的力為：兩力相差90，y方向的振動方程為：歸一化后：其中：阻尼系數(shù)自振角頻率第二十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷故障機理旋轉機械故障診斷

轉子不平衡上式的通解為：公式第一部分為瞬態(tài)解，是衰減的自由振動，很快消失；公式第二部分為穩(wěn)態(tài)解，是強迫振動：第三十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷故障機理旋轉機械故障診斷

轉子不平衡H()----幅頻響應函數(shù)，表示振幅Y隨頻率比

/n的變化而變化的放大系數(shù)，當

/n

1時出現(xiàn)共振峰。

()---相頻響應函數(shù)其中：第三十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷阻尼對轉子臨界轉速的影響旋轉機械故障診斷

轉子不平衡不敏感轉子阻尼小阻尼大轉速振幅阻尼對臨界轉速無影響，但對共振峰的高低有較大影響第三十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障的頻譜特征振動幅值與轉速平方成正比工頻的1倍頻能量較大同一平面x,y振動相位差90轉子不平衡故障的時域特征呈現(xiàn)為類似簡諧振動的波形由于其他振動信號源（松動、不動中、軸承磨損、噪聲）的影響，實際的信號不會是標準的正弦波旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第三十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷正向進動：軸轉向與軸心軌跡轉向一致不平衡、不對中、油膜失穩(wěn)產生的亞同步渦動、內摩擦激發(fā)的渦動等逆向進動：軸轉向與軸心軌跡轉向相反干摩擦等少數(shù)情況下發(fā)生旋轉機械故障診斷

轉子不平衡轉子不平衡的軸心軌跡軸在各個方向上剛度有差別，所以轉子軸心軌跡通常為橢圓從軸心軌跡觀察其進動特征為同步正進動同步采集H方向V方向第三十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡與轉速的關系當ω<ωn，即在臨界轉速下，振幅隨著轉速的增加而增大；當ω接近ωn時，發(fā)生共振，振幅具有最大峰值；當ω>ωn，即在臨界轉速上，轉速增加時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值；當工作轉速一定時，相位穩(wěn)定旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第三十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷診斷實例1某大型離心式壓縮機組蒸汽透平經(jīng)檢修更換轉子后，機組啟動時發(fā)生強烈振動。壓縮機兩端軸承處徑向振幅達到報警值，機器不能正常運行。旋轉機械故障診斷

轉子不平衡壓縮機振動特征第三十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷診斷實例1振動特征分析時域波形為正弦波頻域中能量集中于1×頻，有突出的峰值，高次諧波分量較小軸心軌跡為橢圓進動方向為同步正進動振動大小隨轉速升降變化明顯診斷意見：強烈振動的原因是振動不平衡處理措施：監(jiān)護運行生產驗證在加強監(jiān)測的前提下維持運行，其振動趨勢穩(wěn)定，沒有增大的趨勢維持運行一個大修周期后，下次大修發(fā)現(xiàn)動平衡嚴重超標原因：轉子庫存時間較長，轉子較重，未按規(guī)定周期盤轉旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第三十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷診斷實例2某52萬噸/年尿素裝置CO2壓縮機組低壓缸轉子，大修后開車振動值正常，但在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其振動值有逐步增大的趨勢。旋轉機械故障診斷

轉子不平衡CO2壓縮機漸變不平衡振動特征第三十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷診斷實例2振動特征分析時域波形為正弦波頻譜圖中，以1×頻為主分析其矢量域圖，相位有一緩慢變化診斷意見：故障原因為漸變不平衡，是由于轉子流道結垢或局部腐蝕造成的處理措施：監(jiān)護運行生產驗證6個月后大修時檢查到轉子并不彎曲目測無結垢和腐蝕現(xiàn)象拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)一軸套內側發(fā)生局部嚴重腐蝕，導致轉子不平衡質量逐漸增大旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第三十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉子不平衡故障機理與診斷轉子不平衡故障的特征小結時域為類似正弦波的振動波形振動能量主要集中在工頻的1倍頻軸心軌跡為橢圓，并為正進動方向主要表現(xiàn)為徑向振動同一平面X、Y方向振動相位差90°振動幅值隨轉速升高而迅速增大振動幅值不隨負荷的增大而增大旋轉機械故障診斷

轉子不平衡第四十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第四十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷據(jù)美國MONSANTO石化公司統(tǒng)計，旋轉機械故障的50~60%是由轉子不對中引起的。轉子不對中的類型軸承不對中：軸頸在軸承中偏斜軸系不對中：各轉子不處在同一直線上平行不對中：軸線平行位移角度不對中：軸線交叉成一角度綜合不對中：軸線位移且交叉旋轉機械故障診斷

轉子不對中e(a)平行不對中(b)角度不對中(c)綜合不對中第四十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷造成不對中的原因安裝誤差管道應變影響溫度變化熱變形基礎沉降不均危害滾動軸承振動噪聲過度磨損“卡死”滑動軸承油膜承載失穩(wěn)半速渦動油膜振蕩嚴重時油膜破裂而燒損軸瓦旋轉機械故障診斷

轉子不對中不對中的危害-熱像圖30,000out平行10,000/inchout角1,000/inchout角不對中62°F105°F0對中第四十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷旋轉機械故障診斷

轉子不對中不同的聯(lián)軸器具有不同的故障機理大型高速旋轉機械，常用齒式聯(lián)軸器中、小設備多采用固定式剛性聯(lián)軸器平行不對中角不對中綜合不對中平行不對中角不對中綜合不對中第四十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理齒式聯(lián)軸器平行不對中在K點的線速度在K點的角速度ABww第四十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一wwwwB不對中故障機理齒式聯(lián)軸器平行不對中ABwwMBO’MBO’O’MBO’MMBO’從圖中可以看出，半聯(lián)軸器旋轉半圈，而中間齒套旋轉一圈，即中間齒套O’的運動方程為：中間齒套的這種運動向轉子系統(tǒng)施加的激振力為：第四十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理齒式聯(lián)軸器平行不對中激振力與不對中量D

和質量m成正比激振力隨轉速變化的因子為4w2，這說明不對中對轉速的敏感程度比不平衡對轉速的敏感程度要大4倍。不平衡時的幅頻響應函數(shù)第四十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理剛性聯(lián)軸器平行不對中兩半聯(lián)軸節(jié)旋轉時，在螺栓力作用下有把偏移的兩軸中心拉到一起的趨勢PO1=PS,PO2>>e,O1S⊥PO2SO2=PO2-PO1=ecosωt若兩半聯(lián)軸節(jié)尺寸和材料相同，則PO1受壓縮、PO2受拉伸，兩者變形量近似相等δ=SO2/2=ecosωt/2設剛度為K，則F=Kδ=Kecosωt/2第四十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理剛性聯(lián)軸器平行不對中將F進行分解Fy前一項不隨時間而變化，力圖把兩個聯(lián)軸節(jié)的不對中量縮小Fy后一項與Fx，是隨轉速而變化的兩倍頻激振力，即：聯(lián)軸節(jié)每旋轉一周，徑向力交變兩次不對中方向上的一對螺釘，當螺釘拉緊時，一個受拉、一個受壓。旋轉過程中，每轉180°，拉壓狀態(tài)交變一次，旋轉一周，交變兩次，使軸在徑向上產生兩倍頻振動。第四十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障轉子不對中的故障特征振動的振幅與轉子的負荷有關負荷越大、振幅越大不對中故障對轉子的激振力隨轉速的升高而加大激勵力與不對中量成正比軸系具有過大的不對中量時，轉子在運動中產生附加徑向力和附加軸向力，使轉子產生異常振動平行不對中主要引起徑向振動角度不對中主要引起軸向振動振動頻率徑向振動以工頻的2倍頻為主，也有1倍頻的成分軸向振動以工頻的1倍頻為主，也有2x，3x。第五十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障轉子不對中的故障特征振動幅值平行不對中：振動頻譜中2x幅值超過1x幅值的50％角不不對中：軸向2x或3x幅值約是1x轉頻幅值的30％~50％2x值相對于1x幅值的高度常取決于聯(lián)軸器的類型和結構聯(lián)軸節(jié)兩側軸承振動的相位差平行不對中，徑向振動差180°角度不對中，軸向振動差180°軸心軌跡：香蕉形、8字形、外圈中產生一個內圈第五十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障平行不對中的故障特征角度不對中的故障特征第五十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障不對中故障，除了1x，2x頻率外，還會出現(xiàn)3x倍頻第五十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷診斷實例某透平壓縮機組檢修后啟動時，高壓缸振動較大；機組運行一周后壓縮機高壓缸振動突然加劇，測點4、5的徑向振動增大，其中測點5的振動值增加兩倍，測點6軸向振動加大；又運行兩周后，測點5的振動值又突然增加一倍，超過設計允許值，振動劇烈旋轉機械故障診斷

轉子不對中機組布置示意圖第五十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷診斷實例旋轉機械故障診斷

轉子不對中異常振動特征測點5的振動波形畸變?yōu)榛l與倍頻的疊加波形，頻譜中2倍頻譜具有較大幅值雙橢圓復合軌跡軸向振動變大不平衡的頻譜第五十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷診斷實例診斷意見壓縮機高壓缸和低壓缸之間轉子對中不良，聯(lián)軸器發(fā)生故障生產驗證高、低壓缸之間的聯(lián)軸器固定法蘭與內齒套的連接螺栓已斷掉三只對中嚴重超差，不對中量大于設計要求16倍對螺栓斷面進行電鏡分析，斷面為沿晶斷裂、并有局部韌窩組織。聯(lián)接螺栓的機械加工和熱處理工藝不符合要求，螺紋根部產生應力集中，而且熱處理后未進行正火處理，金相組織為淬火馬氏體，螺栓在拉應力作用下脆性斷裂。旋轉機械故障診斷

轉子不對中第五十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一不對中故障機理與診斷小結旋轉機械故障診斷

轉子不對中轉子不對中故障原因與治理措施序號故障原因分類故障原因處理措施1設計原因1）對工作狀態(tài)下熱膨脹量計算不準2）對介質壓力、真空度變化對機殼的影響計算不準3）給出的冷態(tài)對中數(shù)據(jù)不準1）核對設計給出的冷態(tài)對中數(shù)據(jù)2）按技術要求檢查調整軸承對中3）檢查熱態(tài)膨脹是否受限4）檢查保溫是否完好5）檢查調整基礎沉降2制造原因1）材質不均，造成熱膨脹3安裝維修1）冷態(tài)對中數(shù)據(jù)不符合要求2）檢修失誤造成熱態(tài)膨脹受阻3）機殼保溫不良，熱脹不均勻4操作運行1）超負荷運行2）介質溫度偏離設計值5狀態(tài)劣化1）機組基礎或基座沉降不均勻2）基礎滑板銹蝕，熱脹受阻3）機殼變形第五十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第五十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜軸承的分類（按工作原理分）靜壓軸承依靠潤滑油在轉子軸頸周圍形成的靜壓力差與外載荷相平衡的原理進行工作無論軸是否旋轉，軸頸始終浮在壓力油中旋轉精度高、摩擦阻力小、承載能力強、對轉速的適應性和抗振性好制造工藝要求高，供油裝置復雜主要用于高精度的機床動壓軸承設計良好的動壓軸承具有很長的使用壽命應用非常廣泛：壓縮機、泵、電動機、發(fā)電機等油膜壓力靠軸本身旋轉產生供油系統(tǒng)簡單旋轉機械故障診斷

油膜軸承第五十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷動壓油膜軸承的工作原理(a)軸頸靜止時，沉在軸承底部(b)軸頸開始旋轉時，軸頸依靠摩擦力作用，沿軸承內表面往上爬行，達到一定位置，摩擦力不能支持轉子重力，開始打滑，即為半液體摩擦(c)油楔的入口斷面大于出口斷面，隨著轉速的升高，軸頸被油壓擠向另外一側(d)如果帶入楔形間隙內的潤滑油流量是連續(xù)的，油液中的油壓就會升高，達到一定程度，間隙內積聚的油膜的壓力可以把轉子軸頸抬起，當油膜壓力與外載荷平衡時，軸頸就在與軸承內表面不發(fā)生接觸的情況下穩(wěn)定地運轉旋轉機械故障診斷

油膜軸承第六十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷軸頸在軸承內旋轉時的油膜壓力分布θ－偏位角e－偏心距c－平均間隙，c=R-rψ－相對間隙，ψ＝c/rε－相對偏心率，ε=e/rhmin

－最小油膜厚度hmin=c–e=c(1-ε)第六十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷軸承的承載能力P－軸承載荷S0－軸承承載能力系數(shù)也稱索默費爾特(Sommerfeld)數(shù)μ－潤滑油動力黏度系數(shù)

l

－軸承寬度d

－軸承直徑ω－軸頸旋轉角速度ψ－相對間隙軸承承載能力系數(shù)S0是相對偏心率ε（ε=e/r）和軸承寬徑比（l/d）的函數(shù)S0>1，稱為低速重載轉子；S0＜1，稱為高速輕載轉子高速輕載轉子易產生油膜失穩(wěn)低速重載轉子穩(wěn)定性雖好，但偏心率過大時，油膜過薄，易產生干摩擦第六十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷軸頸在油膜中的渦動與穩(wěn)定性軸承通過油膜支承載荷（完全流體潤滑狀態(tài)下）時，摩擦功耗最小穩(wěn)態(tài)情況下：油膜動壓合力R與軸載荷P處于平衡狀態(tài)軸受到瞬時擾動情況下：油膜動壓合力R’與軸載荷P不再保持平衡狀態(tài)，形成合力F。F沿垂直\水平方向分解為Fr和Fu。①Fr與軸的水平位移方向相反，力圖使軸心恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的位置，因此稱Fr為恢復力。②Fu則力圖使軸心繞軸承轉動，因此稱Fu為渦動力。旋轉機械故障診斷

油膜軸承軸頸的受力分析

第六十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜渦動與油膜振蕩

當恢復力矩大于渦動力矩時，軸承將回到穩(wěn)定狀態(tài)工作。相反，若渦動力矩大于恢復力矩時，則軸心開始渦動，即轉軸除自轉外，還繞軸承中心公轉，這種公轉稱為渦動。

半速渦動：油膜渦動速度（角頻率）的理論值為軸的轉速（角頻率）之半，實際渦動速度=(0.43~0.48)

油膜振蕩：轉子在渦動共振的狀態(tài)下，將表現(xiàn)為強烈的振蕩稱為油膜振蕩，即轉速升至臨界轉速的兩倍，渦動頻率與一階自振頻率重合，則發(fā)生油膜振蕩。旋轉機械故障診斷

油膜軸承第六十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷半速渦動因為油具有黏性，所以軸頸表面的油流速度與軸頸線速度相同，均為rω，而軸瓦表面的油流速度為0假設油流速度呈直線分布軸頸某一直徑掃過的面積，即為油楔入口與出口的流量差當軸承兩端泄漏量時，可得：第六十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷實際的渦動頻率，通常低于轉頻的一半受到不斷增大的壓力作用，油楔入口的油速減慢，油楔出口的油速增加。實際速度與假設速度在分布上的差別使驅動軸頸渦動的速度下降。軸承中的壓力油不僅被軸頸帶著作圓周運動，還向軸承兩側泄油，用以帶走軸承工作時產生的熱量。油有泄漏時根據(jù)國外資料介紹，半速渦動的實際振動頻率為

Ω＝(0.43~0.48)ω第六十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一半速渦動與油膜振蕩半速渦動的發(fā)展將使轉子由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定在半速渦動出現(xiàn)的初期階段，由于油膜具有非線性特性（即軸頸渦動幅度增加時，油膜的剛度和阻尼較線性關系增加得更快），抑制了轉子的渦動幅度，軸心軌跡為一穩(wěn)定的封閉圖形。轉速升至臨界轉速的兩倍，渦動頻率與一階自振頻率重合，發(fā)生油膜振蕩。轉速繼續(xù)升高，振動并不減弱，而且振動頻率基本上不再隨轉速而升高。油膜軸承的故障機理與診斷第六十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜渦動故障特征旋轉機械故障診斷

油膜軸承油膜振蕩故障特征第六十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜渦動與油膜振蕩的特征輕載轉子在一階臨界轉速之前就可能發(fā)生不穩(wěn)定的半速渦動，但不產生大幅度的振動越過一階臨界轉速后振幅減少當達到兩倍一階臨界轉速時，振幅增大并且不隨著轉速的增加而改變，即發(fā)生了油膜振蕩中載轉子過了一階臨界轉速后會出現(xiàn)半速渦動油膜振蕩在二倍的一階臨界轉速之后出現(xiàn)重載轉子低轉速時并不存在半速渦動現(xiàn)象，甚至轉速達到兩倍的一階臨界轉速時，也不會立即發(fā)生很大的振動轉速達到兩倍的一階臨界轉速之后的某一轉速時，突然發(fā)生油膜振蕩旋轉機械故障診斷

油膜軸承第六十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜渦動與油膜振蕩的特征油膜振蕩的其它特征油膜振蕩在一階臨界轉速的二倍以上時發(fā)生一旦發(fā)生振蕩，振幅急劇加大，即使再提高轉速，振幅也不會下降油膜振蕩時，軸頸中心的渦動頻率為轉子的一階固有頻率油膜振蕩具有慣性效應，升速時產生油膜振蕩的轉速和降速時油膜振蕩消失時的轉速不同油膜振蕩為正進動，即軸心渦動的方向和轉子旋轉方向相同。旋轉機械故障診斷

油膜軸承第七十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷故障原因軸承參數(shù)設計不合理軸承制造不符合技術要求安裝不當油溫或油壓不當潤滑不良軸承磨損、疲勞損壞、腐蝕、氣蝕等旋轉機械故障診斷

油膜軸承第七十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜振蕩的防治措施設計上盡量避開油膜共振區(qū)(應使ω避免為2ωc1)增加軸承比壓軸承比壓是指軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷增加軸承比壓，即提高軸承承載能力系數(shù)，增大軸頸偏心率，以提高油膜穩(wěn)定性常用的方法是減小軸瓦的長度減小軸承間隙試驗表明，減小軸承間隙，可提高發(fā)生油膜振蕩的轉速減小間隙，相當于增大了軸承的偏心率ε=e/c旋轉機械故障診斷

油膜軸承第七十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜振蕩的防治措施控制適當?shù)妮S瓦預負荷軸承的預負荷定義為對于圓柱軸承，c=Rp-Rs，預負荷為0預負荷為正值，表示軸瓦內表面上的曲率半徑大于軸頸半徑，相當于起到了增大偏心率的作用橢圓軸承的穩(wěn)定性優(yōu)于圓柱軸承多油楔軸承的穩(wěn)定性較好第七十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷油膜振蕩的防治措施選用抗振性好的軸承對于高速轉子，通常采用多油楔可傾瓦軸承調整油溫適當?shù)厣哂蜏?，減小油的黏度，可以增加偏心率對于已經(jīng)不穩(wěn)定的轉子，降低油溫，增加油膜對轉子渦動的阻尼作用，有時對降低轉子的振幅有利。第七十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例1某氣體壓縮機運行期間，蒸汽透平時常有短時強振發(fā)生。旋轉機械故障診斷

油膜軸承1#軸承測點頻譜變化趨勢第七十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例1正常時，機組各測點振動均以工頻成分(143.3Hz)幅值最大，同時存在豐富的低次諧波成分,并有幅值較小但不穩(wěn)定的69.8Hz(相當于0.49×)成分存在，時域波形存在單邊削頂現(xiàn)象，呈現(xiàn)動靜件碰磨的特征。振動異常時，工頻及其它低次諧波的幅值基本不變，但透平前后兩端測點出現(xiàn)很大的0.49×成分，其幅度大大超過了工頻幅值分頻成分隨轉速改變而改變，與轉速頻率保持0.49×左右的比例關系隨著強振的發(fā)生，機組聲響明顯異常，有時油溫也明顯升高旋轉機械故障診斷

油膜軸承測點強振時的波形和頻譜測點振動值較小時的波形與頻譜第七十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例1診斷意見：故障原因為油膜渦動，建議降低負荷和轉速，然后監(jiān)測運行生產驗證：機組平穩(wěn)運行到機組大檢修，檢修中將軸瓦形式由原來的圓筒瓦改為橢圓瓦后，運行一直正常旋轉機械故障診斷

油膜軸承第七十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例2某壓縮機組氣壓機在運行過程中軸振動突然報警，軸振動值和軸承座振動值明顯增大。停機檢查發(fā)現(xiàn)零部件無明顯損壞，測量轉子對中數(shù)據(jù)、前后軸承的間隙、瓦背緊力和轉子彎曲度，各項數(shù)據(jù)均符合要求。旋轉機械故障診斷

油膜軸承氣壓機軸承振動頻譜前后軸承振動頻譜圖均有47Hz低頻峰值存在第七十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例2振動特征分析觀察升速過程中的三維譜圖，發(fā)現(xiàn)升速到4260r/min時出現(xiàn)半速渦動隨著轉速的上升，渦動頻率和振幅不斷增加渦動頻率達到47Hz時不再隨轉速而上升，轉速提高到7500r/min工作轉速時，振動頻率仍為47Hz，但振幅非常大旋轉機械故障診斷

油膜軸承前軸承升速過程振動瀑布圖47Hz頻率成分第七十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一油膜軸承的故障機理與診斷診斷實例2診斷意見轉子第一臨界轉速為2820r/min(47Hz)，振動特征與典型的高速輕載轉子的油膜振蕩故障現(xiàn)象完全吻合，建議立即停機檢修生產驗證解體檢查發(fā)現(xiàn)，軸瓦巴氏合金表面發(fā)黑，上瓦有磨損并伴有大量小氣孔，前軸承巴氏合金有部分脫落更換新軸承后，重啟機組，47Hz低頻分量不再出現(xiàn)旋轉機械故障診斷

油膜軸承第八十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第八十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速與喘振的故障機理與診斷概述離心式、軸流式的風機、壓縮機，因設計工況范圍窄、結構設計不合理等因素，使氣流在機器內產生不穩(wěn)定的運動，引起流道內和管道內的氣流壓力脈動，從而導致機器和管道的強烈振動。氣流不穩(wěn)定現(xiàn)象主要表現(xiàn)的故障形式為旋轉失速喘振旋轉失速和喘振是高速離心壓縮機特有的一類振動故障。喘振會對機器造成很大危害，嚴重時會導致轉子彎曲，聯(lián)軸器損壞故障是由于氣體流動分離造成，通過調節(jié)流量即可使振動減到允許值旋轉機械故障診斷

旋轉失速與喘振第八十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一氣體流動分離幾個基本概念速度三角形實際流動模式：三元流動簡單分析時：一元流動流體一方面相對于葉面流動，另一方面又隨葉輪轉動，流體真正的流動為兩者的矢量和，即速度三角形為防止氣流沖擊，葉片的入口安裝角應與入口氣流角相等。出口氣流角則由出口安裝角決定。流量減小時，氣流絕對速度c變小，氣流相對速度角β也將隨之減小。氣流脈動力主要來自氣體流動分離第八十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一氣體流動分離幾個基本概念收斂流動和擴壓流動氣流流動方向由高壓流向低壓，稱為收斂流動，即減壓反之，稱為擴壓流動主流區(qū)和邊界層區(qū)由于氣體具有粘性，在靠近流道壁面相當薄的范圍內，氣流受壁面粘滯，流速很快降低到零，在這一薄層中，速度梯度極大，稱為邊界層邊界層外的流動區(qū)域，速度分布比較均勻，稱為主流區(qū)沖角葉片安裝角與進口氣流方向角之差稱為沖角沖角是氣流方向與葉片弧線前緣切線間的夾角第八十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一氣體流動分離氣流分離的原因在氣流擴壓流動的過程中，由于主流區(qū)速度逐漸減弱，不足以帶動邊界層氣體向前流動，致使邊界層在流動方向的壓差作用下倒流，而主流區(qū)仍維持其流向，從而形成旋渦(分離)。即使是收斂流動，也可能在局部區(qū)域存在擴壓區(qū)。由于彎管內流動的曲率作用，外壁彎曲處壓力高、速度低，內壁彎曲處壓力低、速度高。因此，彎管前半部外壁和后半部內壁均為局部擴壓區(qū)。第八十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一氣體流動分離由葉輪入口氣流沖擊造成的分離沖角的變化將導致氣流對葉片的沖擊，使葉片入口附近產生局部擴壓區(qū)葉片的工作面與非工作面氣流流量減小時，沖角為正，凹面產生氣流分離，流量增大時，沖角變負，凸面產生氣流分離。第八十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的機理與特征旋轉失速的機理首先由H.W.Emmons在1995年提出壓縮機在正常流量下工作時，氣體進入葉輪的方向β1與葉片進口安裝角一致βs，氣體可以平穩(wěn)地進入葉輪。當進入葉輪的氣體流量小于額定流量時，β1與βs不一致，在葉片凹面附近形成旋渦由旋渦組成的氣流堵塞團(失速團或失速區(qū))，將沿著葉輪旋轉的反方向在各個流道中傳播。失速區(qū)在反方向傳播速度小于葉輪的旋轉速度。但從葉輪之外的絕對參考系來看，失速區(qū)還是沿著葉輪旋轉方向轉動。旋轉機械故障診斷

旋轉失速與喘振第八十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的機理與特征旋轉失速頻率經(jīng)驗公式Vs：旋轉失速區(qū)的傳播速度Q0p：發(fā)生旋轉失速時的實際流量Q0：壓縮機設計工況流量u：轉子的周向速度據(jù)此公式計算出的旋轉失速區(qū)傳播速度約為轉子旋轉速度的0.3～0.45旋轉機械故障診斷

旋轉失速與喘振第八十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的機理與特征旋轉失速的振動特征分頻同時存在ω和(Ω-ω)兩個頻率成份全息譜工頻橢圓與脫離團橢圓形狀相似，旋轉方向相反振動隨負荷變化、流量變化關系明顯振動隨轉速、壓力變化而變化故障原因工作流量比設計流量小入口過濾器堵塞、氣體流道有異物阻塞第八十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的診斷診斷實例某煉鐵廠廢氣風機旋轉失速風機2一直工作正常。風機1開啟后起初運行平穩(wěn)，一段時間(約半小時)會因振動超過停機限而跳閘。每次啟動風機1都有相同的現(xiàn)象。旋轉機械故障診斷

旋轉失速與喘振第九十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的診斷診斷實例風機1每次啟動后初期運行穩(wěn)定，但經(jīng)歷一段時間以后就會因振動過大而造成跳閘，可以基本排除因機械故障造成的跳閘。風機流體類故障大部分是由于進風口氣流不暢或氣量不足等原因所致，出風口的改造效果并不明顯。第九十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的診斷診斷實例f1=7.42Hzf2=8.72Hzf1+f2=16.14Hz≈ω第九十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的診斷診斷案例生產驗證管道直徑1m左右，在距離風機1氣體入口約等于1m處有一較大的彎道。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，為保證氣流順暢，氣流入口距離彎道的距離應大于1.5倍管道直徑。第九十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速的診斷旋轉失速與油膜振蕩的故障甄別區(qū)別內容旋轉失速油膜振蕩振動特征頻率與工作轉速的關系振動特征頻率隨轉子工作轉速變化油膜振蕩發(fā)生后，特征頻率不隨轉速變化振動值與機器進口流量的關系振動強烈程度隨流量改變而變化振動強烈程度不隨流量變化壓力脈動頻率的特點壓力脈動頻率與管網(wǎng)容積有關，非常低壓力脈動幅值很小或不存在，頻率與轉子固有頻率相近軸振動與機殼振動情況軸振動不太高時，機殼振動已十分明顯軸振動十分劇烈，但機殼振動有時卻并不十分大第九十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一喘振的機理與故障特征喘振是旋轉失速的進一步發(fā)展喘振的故障特征壓縮機接近或進入喘振工況時，缸體和軸承都會發(fā)生強烈的振動，其振幅要比正常運行時大大增加喘振頻率一般較低，通常為1~30Hz壓縮機在穩(wěn)定工況下運行時，其出口壓力和進口流量變化不大，所測得的數(shù)據(jù)在平均值附近波動，幅度很??；當接近或進入喘振工況時，出口壓力和進口流量的變化都很大，會發(fā)生周期性大幅度的脈動，有時甚至會出現(xiàn)氣體從壓縮機進口倒流的現(xiàn)象壓縮機在穩(wěn)定運轉時，其噪聲較小且是連續(xù)性的；當接近喘振工況時，在氣流管道中，氣流發(fā)出的噪聲時高時低，產生周期性變化；當進入喘振工況時，噪聲劇增，甚至有爆聲出現(xiàn)。旋轉機械故障診斷

旋轉失速與喘振第九十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉失速與喘振旋轉失速與喘振的治理措施開大回流閥，保證入口流量和壓力調整機組轉速，嚴格遵循“降速先降壓、升壓先升速”的操作原則檢查入口冷卻器，保證入口溫度不超過允許值檢查入口濾網(wǎng)、流道、清理堵塞的異物保證出口暢通，出口壓力不高于設計值第九十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第九十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子與靜止件摩擦的分類徑向摩擦：轉子在渦動過程中軸頸或轉子外緣與靜止件接觸偶然性或周期性的局部碰磨轉子與靜子的摩擦接觸弧度較大，甚至發(fā)生360°的全周向接觸摩擦軸向摩擦：轉子在軸向與靜止件接觸故障原因設計原因制造原因安裝維修操作運行狀態(tài)劣化旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦第九十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一徑向摩擦局部動靜件碰磨的故障特征轉子剛度在接觸與非接觸兩者之間變化，變化的頻率就是轉子渦動頻率。轉子橫向自由振動與強迫的旋轉運動、渦動運動疊加在一起，會產生一些特有的、復雜的振動響應頻率。不平衡引起的轉速頻率ω摩擦振動的非線性性，引起高次諧波(2ω、3ω···)非線性性還引起低次諧波ω/i(i=2,3,4···)重摩擦時，i=2；輕摩擦時，i=2,3,4···旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦第九十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一徑向摩擦動靜件摩擦接觸弧增大時的故障特征動靜件間具有很大的摩擦力，可使轉子由正向渦動變?yōu)榉聪驕u動時域波形出現(xiàn)單邊“削波”頻譜上出現(xiàn)渦動頻率Ω與旋轉頻率的和頻與差頻，即會產生(nω±nΩ)的頻率成分旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦局部摩擦削波效應摩擦產生的組合頻率第一百頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一徑向摩擦動靜件摩擦接觸弧增大時的故障特征剛開始碰摩階段，旋轉頻率成分幅值較高(不平衡)，二次諧波必大于三次諧波隨摩擦接觸弧的增加，由于摩擦接觸的附加支撐作用，旋轉頻率幅值下降，二、三次諧波幅值由于附加的非線性作用而有所增加轉子在超過臨界轉速時，若發(fā)生全摩擦，可能出現(xiàn)轉子的完全失穩(wěn)，振動響應中具有很高的亞異步成分，一般為轉子發(fā)生摩擦時的一階自振頻率；此外，會出現(xiàn)旋轉頻率和振動頻率之間的和差頻率，高次諧波消失。利用示波器監(jiān)測轉子的進動方向，若進動方向由正向變成反向，則發(fā)生了全摩擦接觸。旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦第一百零一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一軸向摩擦振動特征轉子與靜止件發(fā)生軸向摩擦時，轉子的振動特征幾乎與正常狀況一致，沒有明顯的異常特征系統(tǒng)阻尼的變化可作為診斷軸向摩擦的識別特征摩擦會造成功耗上升和效率下降，同時局部會有溫升，因此工藝參數(shù)對轉子與靜止件軸向摩擦的故障診斷非常重要

旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦第一百零二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一動靜件摩擦的故障機理與診斷診斷實例某大型透平壓縮機組，在開車啟動過程中發(fā)生異常振動，導致無法升速旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦壓縮機振動頻譜圖與軸心軌跡振動特征分析振動波形有削波現(xiàn)象頻譜圖中有豐富的次諧波及高頻諧波軸心軌跡的渦動方向為反向渦動第一百零三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一動靜件摩擦的故障機理與診斷診斷實例診斷意見機組在升速過程中發(fā)生了嚴重摩擦故障處理措施由于機組振動值非常高，表明內部動靜件摩擦比較嚴重，為安全起見，決定停機拆檢生產驗證解體檢修發(fā)現(xiàn)，機組轉子彎曲，動平衡精度嚴重超差，在升速過程中因振動大造成轉子與密封之間摩擦。不僅密封損壞，且轉子嚴重偏磨旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦第一百零四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一動靜件摩擦的故障機理與診斷小結旋轉機械故障診斷

動靜件摩擦動靜件摩擦故障原因及對策第一百零五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第一百零六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承松動的故障機理與診斷支承部件連接松動指系統(tǒng)結合面存在間隙或連接剛度不足造成機械阻尼偏低，機組振動加大主要原因支承系統(tǒng)結合面的緊力不足在外力或溫升作用下產生間隙固定螺栓強度不足缺乏防松措施第一百零七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承松動的故障機理與診斷故障機理支承部件一旦松動，會使連接剛度下降，機械阻尼降低典型轉子支承系統(tǒng)，設其右端軸承配合松動，間隙量為Δ旋轉機械故障診斷

支承部件松動轉子的運動方程為彈性恢復力第一百零八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承松動的故障機理與診斷故障機理旋轉機械故障診斷

支承部件松動設轉子靜變形轉子固有頻率轉速比轉子偏心率間隙比第一百零九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承松動的故障機理與診斷故障機理求解后得出如下結論轉子系統(tǒng)是否進入非線性狀態(tài)與轉子的偏心率和轉速比有關，當二者較小時，轉子的振動響應小于靜變形。此時松動對轉子運行影響較小當落在非線性區(qū)域內，振動響應除基頻外還有2倍頻、3倍頻等高頻諧波當λ=0.75～2時，若α=0.7，β=0.5，則轉子支承系統(tǒng)為非線性系統(tǒng)，基頻振幅隨轉速比λ而變化。當λ<1時，松動的振動較大，穩(wěn)定性較差；而當λ>1時，松動的振幅反而較小旋轉機械故障診斷

支承部件松動振動特征頻譜特征第一百一十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一支承松動的故障機理與診斷旋轉機械故障診斷

支承部件松動轉子支承部件松動的故障原因及治理措施第一百一十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械典型故障分析轉子不平衡的故障機理與診斷不對中故障機理與診斷油膜軸承的故障機理與診斷旋轉失速與喘振故障機理與診斷動靜件摩擦的故障機理與診斷轉子支承部件松動的故障機理與診斷轉軸裂紋的故障機理與診斷第一百一十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷轉軸裂紋概率雖小，但危害極大，易發(fā)展為斷軸事故故障機理裂紋形態(tài)閉裂紋：轉軸在壓應力下旋轉開裂紋：轉軸在拉應力下旋轉開閉裂紋：應力由自重或其他徑向載荷產生故障特征出現(xiàn)開裂紋，則振動帶有非線性性質，出現(xiàn)旋轉頻率的2×、3×、…等高頻分量；裂紋擴展時，剛度進一步降低，1×、2×、…等頻率的幅值也隨之增加開、停機過程中，會出現(xiàn)分頻共振，即轉子在經(jīng)過1/2、1/3、…臨界轉速時，由于相應的高倍頻正好與臨界轉速重合，振動響應會出現(xiàn)峰值裂紋初期擴展速度很慢，徑向振動值的增長也很慢，但裂紋的擴展速度會隨著裂紋深度的增大而加劇，1×及2×振幅也迅速增加，同時1×及2×的相位角也會出現(xiàn)異常波動旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋第一百一十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷不對中與轉軸裂紋的故障甄別譜特征以工作頻率的2倍頻為主二者的區(qū)分主要是振值的穩(wěn)定性不對中振動比較穩(wěn)定全息譜不對中為單向約束力，2倍頻的橢圓較扁軸裂紋則是旋轉矢量，2倍頻較圓第一百一十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷故障機理旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋軸上有裂紋時的振動響應第一百一十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例某大型高速泵在運行過程中軸振動逐漸增大，同時出現(xiàn)2倍頻及3倍頻等高倍頻諧波分量，且相位變化。旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋升速過程振動趨勢圖頻譜圖中振幅在2×、3×諧波處有共振峰值轉速通過1/2臨界轉速時有共振峰值出現(xiàn)第一百一十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例診斷意見通過轉子在降速和升速通過半臨界轉速時的振動特征可以確認，高速泵轉子產生了裂紋，必須立即停機檢修，更換轉子生產驗證檢查發(fā)現(xiàn)轉軸裂紋深度已達到2/5更換合格的轉子后開車，高速泵軸振動趨于正常旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋第一百一十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例現(xiàn)象描述：冷軋廠連退爐爐輥是該廠的關鍵設備，此設備一旦發(fā)生故障直接影響產品的質量和產量。2008年一月現(xiàn)場點檢時發(fā)現(xiàn)軸承有異常聲音出現(xiàn)。設備結構：技術參數(shù)：爐輥轉速為40rpm=0.67Hz旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋第一百一十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋垂直方向V：水平方向H：軸向A：存在明顯的轉頻0.678Hz的沖擊第一百一十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋垂直方向V：水平方向H：軸向A：存在明顯的轉頻0.678Hz的沖擊轉頻的沖擊表現(xiàn)的十分明顯，說明爐輥旋轉一周，有一次沖擊出現(xiàn)，可能存在碰摩或裂紋故障第一百二十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋計算峰值指標垂直水平軸向工作側10.7716.5311.11傳動側5.7810.825.85工作側軸承峰值指標比傳動側軸承峰值指標增大將近一倍，說明故障點在工作側軸承一側。第一百二十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷診斷實例旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋診斷結論：爐輥兩側軸承都存在爐輥轉頻0.68Hz左右的沖擊，且工作側軸承的沖擊較大，所以故障點存在于工作側，其故障可能是碰摩或裂紋類缺陷。生產驗證：

現(xiàn)場對爐輥進行停機檢修，發(fā)現(xiàn)爐輥與軸的根部出現(xiàn)一條橫向裂紋第一百二十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一轉軸裂紋的故障機理與診斷小結旋轉機械故障診斷

轉軸裂紋轉軸橫向裂紋的故障原因及治理措施第一百二十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械故障診斷技術---小結轉子不平衡轉軸裂紋軸系不對中滑動軸承的油膜渦動與油膜振蕩轉子動靜件摩擦高速壓縮機的旋轉失速與喘振支承部件松動為什么產生故障？特點？如何判別？第一百二十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期一旋轉機械故障診斷技術---小結轉子不平衡F（t）e

c質量不平衡離心力旋轉一周方向改變一次振動大小隨轉速升降變化明顯時域波形為正弦波軸心軌跡為橢圓振動相位穩(wěn)定，為同步正進動一倍頻能量較大第一百二十五頁，共一百四十二頁，編輯