4 转子系统故障诊断-1 1121

1第四章转子系统故障诊断重点实验室张建宇2011-11-21EquipmentFaultDiagnostics2故障诊断基础——机械振动Kcmx0sinFFt强迫振动模型无阻尼自由振动有阻尼自由振动3力学模型例圆盘转子的不平衡振动cos()cos()nxnyxXtyYt振动响应：22cossinmxcxkxmetmycykymet222cos2sinnnxnxxetynyyet故障诊断基础——机械振动4幅频与相频曲线例圆盘转子的不平衡振动故障诊断基础——机械振动5频谱图轴心轨迹时域波形不平衡故障的振动特征：波形、频谱：正弦波，一倍频为主；轴心轨迹：椭圆。高次谐波较小，呈“枞树形”例圆盘转子的不平衡振动故障诊断基础——机械振动6故障诊断基础——振动信号采集信号拾取加速度速度位移信号调理抗混滤波（低通）信号转换模拟数字（采样定理）7故障诊断基础——振动信号分析(1)时域分析有量纲指标无量纲指标(2)频域诊断相关分析倍频分析边频分析(3)解调分析Hilbert变换包络解调(4)时频联合分析短时傅里叶WVD小波分析8第四章转子系统故障诊断4.1旋转机械振动的基本特性4.2转子不平衡故障4.2转子不对中故障94.1旋转机械振动的基本特性(1)什么是旋转机械？旋转机械：主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件做旋转运动的、转速较高的机械。如:汽轮机、燃气轮机、发电机、电动机、离心压缩机、水轮机、航空发动机等机械设备。模拟故障试验台（不平衡故障、轴承故障）Bently转子试验台（不平衡故障、油膜涡动）104.1旋转机械振动的基本特性(1)什么是旋转机械？大型汽轮机转子114.1旋转机械振动的基本特性(2)旋转机械的振动特性由于旋转机械的结构及其零部件的加工和安装方面的缺陷，使机器在运行时引起振动，其振动类型可分为横向振动、轴向振动和扭转振动三类。轴向振动横（径）向振动扭转振动其中，过大的横（径）向振动往往是机器破坏的主要原因，所以成了振动监测的主要对象，也是对机组状态进行诊断的主要依据。12因工作原理、制造误差、装配误差、材质不均匀、结垢不均匀、零部件脱落等原因，转子在工作过程中常常出现不平衡现象。4.1转子不平衡(1)何为不平衡？134.1转子不平衡例：风机转子不平衡产生原因后果14•原始不平衡•渐发不平衡•突发不平衡4.1转子不平衡(2)不平衡的产生原因15类型解决措施原始不平衡①按技术要求对转子进行动平衡②按要求对位安装转子上的零部件③消除转子上松动的部件渐变不平衡①转子除垢，进行修复②定期检修③保证介质清洁，不带液，防止结垢和腐蚀突发不平衡①停机检修，更换损坏的转子②停机清理流道异物③消除应力，防止转子损坏4.1转子不平衡(2)不平衡的产生原因16特征参量故障特征原始不平衡渐变不平衡突发不平衡时域波形正弦波正弦波正弦波特征频率1X1X1X常伴频率较小的高次谐波较小的高次谐波较小的高次谐波振动稳定性稳定逐渐增大突发性增大后稳定4.1转子不平衡(3)不平衡故障的振动特征振动方向径向径向径向相位特征稳定渐变突变后稳定轴心轨迹椭圆椭圆椭圆17透平机风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小4.1转子不平衡故障实例118III4.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施不平衡力不平衡转矩分解后的不平衡载荷配重面转子平衡基本思想：在平面I中F′的反方向上加校正质量m1，加重半径为r1使m1r1ω2=F′。在平面Ⅱ中F″的反方向加m2(半径为r2)，以平衡F″。思考：在不解体情况下，应如何消除设备的不平衡问题？——现场动平衡19影响系数法（前提：线性系统假设）：图中：I，II——校正平面Q1，Q2——试重A，B——测振点4.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施——现场动平衡配重盘Bently动平衡试验台20第一步：测出平衡前A、B两点振动的原始值A0、B0，包含振幅和相位。4.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施——现场动平衡第二步：先在平面I上加一试重Q1，角度为r1，并在平稳转速下测得两轴承的振动为A1、B121第三步：计算单位试重引起的效果矢量，影响系数α1、β1，即α1=(A1-A0)/Q1;β1=(B1-B0)/Q1第四步：取走Q1，再在平面Ⅱ上加试重Q2。同样测得轴承振动为A2、B2，同理可得A2-A0和B2-B0以及影响系数α2、β2。4.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施——现场动平衡224.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施——现场动平衡第五步：设校正平面I、II中所需的校正质量为W1、W2,则W1、W2应满足下列方程：α1W1+α2W2=-A0β1W1+β2W2=-B0第六步：在转子上加上校正质量，重新转动转子，如振动已减小到满意的程度，则平衡结束，否则需再平衡或更换试重或修正影响系数。23平衡孔平衡块4.1转子不平衡(4)不平衡的解决措施——现场动平衡