旋转机械故障诊断2

第六章旋转机械故障诊断1•对转子不平衡故障的处理措施▫平衡技术•刚性转子▫静平衡▫动平衡单面平衡双面平衡第六章旋转机械故障诊断2转子平衡的方法和设备刚性转子挠性转子静平衡影响系数法。单面平衡振型平衡法（模态平衡法）。双面平衡。其他综合方法。平衡设备平衡机：专用、通用，硬支承、软支承，卧式、立式，机电式、计算机化，等。现场平衡：平衡仪其他设备：平行导轨、滚轮架、平衡摇架等。第六章旋转机械故障诊断3oCoWC静平衡的布置W水平导轨滚轮架水平导轨转子转子滚轮架第六章旋转机械故障诊断4•刚性转子的单面平衡：影响系数法QAA010AP1.选择加重平面、选择测点。2.测得原始振动A0(幅值和相位)。3.在平衡平面内加试重Q，测得振动A14.计算影响系数5.按下式求得校正质量P。幅值相位转速AUαX第六章旋转机械故障诊断5•旋转机械的相位检测▫旋转机械的相位指基频信号相对于转轴上某一确定标记的相位差▫标记可以是键槽或是反光片，获取键相脉冲信号▫相位有四种取值方法正峰点相位负峰点相位正斜率过零相位负斜率过零相位第六章旋转机械故障诊断6单面平衡的作图解法•作A0和A1，求其差为A1-A0。•量A1-A0和A0之间的夹角为。•把试重Q按的方向转动一角，此即为校正重的正确方位。•校正重P的大小为：010AAAQPKoQP相角正A0A1A1-A0o相角正第六章旋转机械故障诊断7单面平衡的作图解法UQX1X0XQ=X1-X0XQU0ωβΦβΦ第六章旋转机械故障诊断8不平衡向两个平面的分解刚性转子的任意不平衡可以向两个平面内分解。故刚性转子都可以用两个校正质量来达到平衡。第六章旋转机械故障诊断9双面平衡的布置和方法10111011QBBQAA,20222022QBBQAA,0221102211BPPAPP幅值相位转速ABIIIAB1.测原始振动A0，B0。2.平面I内加试重Q1，测得振动A1，B1。3.计算影响系数4.平面II内加试重Q2，测得振动A2，B2。5.计算影响系数6.按下式求得校正质量P1，P2。第六章旋转机械故障诊断10•例题•已知m1=m2=10•A0=2+3i;A1=i;A2=4;•B0=2;B1=1+i;B2=3+i•求0221102211BPPAPP第六章旋转机械故障诊断11•现场动平衡▫针对整个系统的平衡▫试重的方向选择▫相位的测量互谱、互相关•评价某种平衡方法的原则▫平衡精度高▫平衡时，开车次数少。▫校正质量数目少，总质量小。▫测试仪器和设备较少。▫对操作者的技术水平没有过高的要求。第六章旋转机械故障诊断12•利用影响系数法进行现场平衡的影响因素▫振动信号的质量测点上所测取的振动值应该是由转子不平衡所产生的，而实际信号中还有其它因素产生的振动响应。测量时应尽量保证振动信号的质量，包括选择对不平衡振动敏感点及采用滤波排噪等方法。▫转子的刚性程度实际转子不可能是绝对的刚性的，而柔性的存在会使转子在不同转速下具有不同的不平衡状态，这样会因加试重时转速的不一致等因素，而使所求得影响系数具有误差▫系统的线性程度若不平衡质量与振动值之间的线性关系较差，则不容易确定试重与测点振动值之间的对应程度，而且振动值的相位关系对非线性反应更为灵敏。第六章旋转机械故障诊断13旋转机械典型故障分析•转子不平衡的故障机理与诊断•不对中故障机理与诊断•油膜轴承的故障机理与诊断•旋转失速与喘振故障机理与诊断•动静件摩擦的故障机理与诊断•转子支承部件松动的故障机理与诊断•转轴裂纹的故障机理与诊断第六章旋转机械故障诊断14•据美国MONSANTO石化公司统计，旋转机械故障的50~60%是由转子不对中引起的。•转子不对中的类型▫轴承不对中：轴颈在轴承中偏斜▫轴系不对中：各转子不处在同一直线上平行不对中：轴线平行位移角度不对中：轴线交叉成一角度综合不对中：轴线位移且交叉旋转机械故障诊断转子不对中e(a)平行不对中(b)角度不对中(c)综合不对中第六章旋转机械故障诊断15•造成不对中的原因▫安装误差▫管道应变影响▫温度变化热变形▫基础沉降不均•危害▫滚动轴承振动噪声过度磨损“卡死”▫滑动轴承油膜承载失稳半速涡动油膜振荡严重时油膜破裂而烧损轴瓦旋转机械故障诊断转子不对中不对中的危害-热像图30,000out平行10,000/inchout角1,000/inchout角不对中62°F105°F0对中第六章旋转机械故障诊断16旋转机械故障诊断转子不对中不同的联轴器具有不同的故障机理大型高速旋转机械，常用齿式联轴器中、小设备多采用固定式刚性联轴器•平行不对中•角不对中•综合不对中•平行不对中•角不对中•综合不对中第六章旋转机械故障诊断17•齿式联轴器平行不对中2cos2121coscos2sin21cossinDDDyDDxdDdydDdx2sin2cosdtDddtdydtdxVK/)/()/(22KV在K点的线速度KV在K点的角速度Kw2/22dtdDVwKK2DrVKKKABww第六章旋转机械故障诊断18wwwwB•齿式联轴器平行不对中ABwwMBO’MBO’O’MBO’MMBO’wtDx2sin2wtDy2cos2从图中可以看出，半联轴器旋转半圈，而中间齿套旋转一圈，即wwK2中间齿套O’的运动方程为：中间齿套的这种运动向转子系统施加的激振力为：wtwmDwtDmxmmaFx2sin)2(212sin22wtwmDwtDmymmaFy2cos)2(212cos22第六章旋转机械故障诊断19•齿式联轴器平行不对中wtwmDwtDmxmmaFx2sin)2(212sin22wtwmDwtDmymmaFy2cos)2(212cos22激振力与不对中量D和质量m成正比激振力随转速变化的因子为4w2，这说明不对中对转速的敏感程度比不平衡对转速的敏感程度要大4倍。222221nnnH不平衡时的幅频响应函数第六章旋转机械故障诊断20•刚性联轴器平行不对中▫两半联轴节旋转时，在螺栓力作用下有把偏移的两轴中心拉到一起的趋势▫PO1=PS,PO2e,O1S⊥PO2▫SO2=PO2-PO1=ecosωt▫若两半联轴节尺寸和材料相同，则PO1受压缩、PO2受拉伸，两者变形量近似相等δ=SO2/2=ecosωt/2▫设刚度为K，则F=Kδ=Kecosωt/2第六章旋转机械故障诊断21•刚性联轴器平行不对中▫将F进行分解▫Fy前一项不随时间而变化，力图把两个联轴节的不对中量缩小▫Fy后一项与Fx，是随转速而变化的两倍频激振力，即：联轴节每旋转一周，径向力交变两次▫不对中方向上的一对螺钉，当螺钉拉紧时，一个受拉、一个受压。旋转过程中，每转180°，拉压状态交变一次，旋转一周，交变两次，使轴在径向上产生两倍频振动。tKeKeteKtFFy2cos44cos2cos2tKetFFx2sin4sin第六章旋转机械故障诊断22•转子不对中的故障特征▫振动的振幅与转子的负荷有关负荷越大、振幅越大▫不对中故障对转子的激振力随转速的升高而加大▫激励力与不对中量成正比▫轴系具有过大的不对中量时，转子在运动中产生附加径向力和附加轴向力，使转子产生异常振动平行不对中主要引起径向振动角度不对中主要引起轴向振动▫振动频率径向振动以工频的2倍频为主，也有1倍频的成分轴向振动以工频的1倍频为主，也有2x，3x。第六章旋转机械故障诊断23•转子不对中的故障特征▫振动幅值平行不对中：振动频谱中2x幅值超过1x幅值的50％角不不对中：轴向2x或3x幅值约是1x转频幅值的30％~50％2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类型和结构▫联轴节两侧轴承振动的相位差平行不对中，径向振动差180°角度不对中，轴向振动差180°▫轴心轨迹：香蕉形、8字形、外圈中产生一个内圈第六章旋转机械故障诊断24•平行不对中的故障特征•角度不对中的故障特征第六章旋转机械故障诊断25•不对中故障，除了1x，2x频率外，还会出现3x倍频第六章旋转机械故障诊断26•诊断实例▫某透平压缩机组检修后启动时，高压缸振动较大；机组运行一周后压缩机高压缸振动突然加剧，测点4、5的径向振动增大，其中测点5的振动值增加两倍，测点6轴向振动加大；又运行两周后，测点5的振动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈旋转机械故障诊断转子不对中机组布置示意图第六章旋转机械故障诊断27•诊断实例旋转机械故障诊断转子不对中异常振动特征测点5的振动波形畸变为基频与倍频的叠加波形，频谱中2倍频谱具有较大幅值双椭圆复合轨迹轴向振动变大不平衡的频谱第六章旋转机械故障诊断28•诊断实例▫诊断意见压缩机高压缸和低压缸之间转子对中不良，联轴器发生故障▫生产验证高、低压缸之间的联轴器固定法兰与内齿套的连接螺栓已断掉三只对中严重超差，不对中量大于设计要求16倍对螺栓断面进行电镜分析，断面为沿晶断裂、并有局部韧窝组织。联接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求，螺纹根部产生应力集中，而且热处理后未进行正火处理，金相组织为淬火马氏体，螺栓在拉应力作用下脆性断裂。旋转机械故障诊断转子不对中第六章旋转机械故障诊断29•小结旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中故障原因与治理措施序号故障原因分类故障原因处理措施1设计原因1）对工作状态下热膨胀量计算不准2）对介质压力、真空度变化对机壳的影响计算不准3）给出的冷态对中数据不准1）核对设计给出的冷态对中数据2）按技术要求检查调整轴承对中3）检查热态膨胀是否受限4）检查保温是否完好5）检查调整基础沉降2制造原因1）材质不均，造成热膨胀3安装维修1）冷态对中数据不符合要求2）检修失误造成热态膨胀受阻3）机壳保温不良，热胀不均匀4操作运行1）超负荷运行2）介质温度偏离设计值5状态劣化1）机组基础或基座沉降不均匀2）基础滑板锈蚀，热胀受阻3）机壳变形第六章旋转机械故障诊断30谢谢！