机械故障诊断技术6 旋转机械故障诊断(1)课件.ppt

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转子组件是旋转机械的核心部分,由转轴及固定装上的各类盘状零件(如:叶轮、齿轮、联轴节、轴承等)所组成。

从动力学角度分析,转子系统分为刚性转子和柔性转子。
刚性转子:转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子,如电动机、中小型离心式风机等。
柔性转子:转动频率高于转子一阶横向固有频率的转子为柔性转子,如燃气轮机转子。
在工程上,我们也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界转速。
当代的大型转动机械,为了提高单位体积的做功能力,一般均将转动部件做成高速运转的柔性转子(工作转速高于其固有频率对应的转速),采用滑动轴承支撑。
由于滑动轴承具有弹性和阻尼,因此,它的作用远不止是作为转子的承载元件,而且已成为转子动力系统的一部分。在考虑到滑动轴承的作用后,转子——轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就和单个振动体不同了。
柔性转子的临界转速
由于柔性转子在高于其固有频率的转速下工作,所以在起、停车过程中,它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动,而在低于或高于固有频率转速下运转时,机组的振动是一般的强迫振动,幅值都不会太大,共振点是一个临界点。故此,机组发生共振时的转速也被称之为临界转速。
转子的临界转速往往不止一个,它与系统的自由度数目有关。实际情况表明:带有一个转子的轴系,可简化成具有一个自由度的弹性系统,有一个临界转速;转轴上带有二个转子,可简化成二个自由度系统,对应有二个临界转速,依次类推。
其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1,比之大的依次叫做二阶临界转速nc2、三阶临界转速nc3。
工程上有实际意义的主要是前几阶,过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。
—轴承系统的稳定性
转子系统的稳定与失稳:
转子——轴承系统的稳定性是指转子在受到某种小干扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力,也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。
如果响应随时间增加而消失,则转子系统是稳定的。
若响应随时问增加,则转子系统就失稳了。
油膜涡动与油膜振荡:
在瓦隙较大的情况下,转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心,致使油膜合力与载荷不能平衡,就会引起油膜涡动。油膜涡动是一种比较典型的失稳。
机组的稳定性能在很大程度上取决于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有正阻尼时,系统具有抑制作用,振动逐渐衰减。反之系统具有负阻尼时,油膜涡动就会发展为油膜振荡。
油膜涡动与油膜振荡都是油膜承载压力波动的反映,表现为轴的振动。
(1)油膜涡动与油膜振荡的发生条件
①只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。在半润滑轴
承上不发生。
②油膜振荡只发生在转速高于临界转速的设备上。
 
(2)油膜涡动与油膜振荡的信号特征
①油膜涡动的振动频率随转速变化,与转频保持
f=(~)fn。
②油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附
近,不随转速变化。
③两者的振动随油温变化明显。
(3)油膜涡动与油膜振荡的振动特点
①油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双椭圆,较稳定。
②油膜振荡是自激振荡,维持振动的能量是转轴在旋转中供应的,具有惯性效应。由于有失稳趋势,导致摩擦与碰撞,因此轴心轨迹不规则,波形幅度不稳定,相位突变。
 
(4)消除措施
①设计时使转子避开油膜共振区;
②增大轴承比压,减小承压面;
③减小轴承间隙;
④控制轴瓦预负荷,降低供油压力;
⑤选用抗振性好的轴承结构;
⑥适当调整润滑油温;
⑦从多方面分析并消除产生的因素。

旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响,致使其质量中心与旋转中心存在一定程度的偏心距。
静不平衡:偏心距较大时,静态下,所产生的偏心力矩大于摩擦阻力矩,表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部,其偏心力矩小于摩擦阻力矩的区域内,称之为静不平衡。
动不平衡:偏心距较小时,不能表现出静不平衡的特征,但是在转子旋转时,表现为一个与转动频率同步的离心力矢量,离心力F=Meω2,从而激发转子的振动。这种现象称之为动不平衡。
特点:静不平衡的转子,由于偏心距e较大,表现出更为强烈的动不平衡振动。
要求:虽然作不到质量中心与旋转中心绝对重合,但为了设备的安全运行,必需将偏心所激发的振动幅度控制在许可范围内。

转子不对中包括轴承不对中和轴系不对中两类。
轴承不对中本身不引起振动,它影响轴承的载荷分布、油膜形态等运行状况。一般情况下,转子不对中都是指轴系不对中,故障原因在联轴节处。
 
引起轴系不对中的原因:
①安装施工中对中超差;
②冷态对中时没有正确估计各个转子中心线的热态升高量,工作时出现主动转子与从动转子之间产生动态对中不良;
③轴承座热膨胀不均匀;
④机壳变形或移位;
⑤地基不均匀下沉;
⑥转子弯曲,同时产生不平衡和不对中故障。
轴系不对中故障特征:
①时域波形在基频正弦波上附加了2倍频的谐波。
②轴心轨迹图呈香蕉形或8字形。
③频谱特征:主要表现为径向2倍频、4倍频振动成份,
有角度不对中时,还伴随着以回转频率的轴向振动。
④在全息图中2、4倍频椭圆较扁,并且两者的长轴近似
垂直。

设备停用一段较长时间后重新开机时,常常会遇到振动过大甚至无法开机的情况。这多半是设备停用后产生了转子轴弯曲的故障。转子弯曲有永久性弯曲和临(暂)时性弯曲两种情况。
永久性弯曲是指转子轴呈弓形。造成永久弯曲的原因有设计制造缺陷(转轴结构不合理、材质性能不均匀)、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷所致。
临时性弯曲指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快等致使转子热变形不均匀等。
轴弯曲振动的机理和转子质量偏心类似,因而都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力,与质心偏离不同点是轴弯曲会使轴两端产生锥形运动,因而在轴向还会产生较大的工频振动。