18起机组故障、三大特征，深入了解转子不平衡故障对于各种旋转设备而言，转子不平衡是最常见的一种故障。据统计，接近70%的机组故障是由于转子不平衡或不平衡引发的其它故障。仅在2018年第2季度，在沈鼓云服务已验证的故障诊断事件中，就有18起为转子不平衡类故障。
所谓的不平衡就是转子质量沿旋转中心线的分布不均匀，转子在高速运行过程中受到离心力的作用，由此引起的机器振动或产生的其它问题称为不平衡故障。按照不平衡发生的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。
下表为2018年第2季度沈鼓云服务中心诊断的不同设备出现不平衡类故障的汇总：
（1）对于原始不平衡类故障，其发生的主要原因一般是由于转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差。
当转子出现原始不平衡类故障时，其时域波形接近标准正弦波形态，频谱中主要以1X为主，其它谐波频率成分幅值较低；当工作转速一定时，振动的相位稳定；转子的轴心轨迹图呈椭圆形，涡动特征为同步正进动；振动随转速变化较为明显，随其它参数变化不太敏感。
（2）对于渐变不平衡类故障，其故障发生的原因主要与机组运行、维护或介质特性有关，转子被腐蚀、磨损或出现不均匀的结垢、脱落等现象；如由于蒸汽品质不良，在汽轮机叶片上经常出现钙、镁及硅类物质沉积在叶片上形成垢；而对于乙烯装置中的裂解气压缩机、甲醇装置中的合成气压缩机、硝酸四合一装置中的氧化氮压缩机等，由于其气体介质特性，也经常在叶轮表面和流道内出现结垢现象；对于烟汽轮机，由于催化剂粉尘结垢导致机组振动变大，影响机组运行的案例发生的更多。
当转子出现渐变不平衡类故障时，其振动特征一般表现为：在一段时间内，振值呈缓慢上涨的趋势，偶尔还会有小幅跳变（向上或向下）的现象；变化的特征频率主要以1X 为主，1X相位随之同步小幅变化。对于汽轮机，有时随着通
流面积的减小，轴向力增加，轴位移或推力轴承温度也会随之缓慢小幅变化，其轮室压力往往也会增加。
（3）对于突发性不平衡类故障，大多是由于转子受疲劳应力作用，造成转子的零部件（如压缩机叶轮、汽轮机的叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。此类故障往往在汽轮机上出现的概率较高，给设备的安全运行带来一定影响。
当转子出现突发性不平衡类故障时，其振动值在短时间内（一般是秒级或毫秒级）突然大幅升高，随后振值会稳定在一个较高的新水平上；变化的特征频率主要以1倍频为主，1X相位也会同步发生改变；振值突变时刻，其波形图中，在某几个周期内波峰或波谷处幅值出现瞬间增大，随后波形呈稳定的正弦波形态，频谱图中1X幅值占比可达80%以上；机组停机过程中，通过临界转速区间时，其共振峰值与以往停机时比较明显增大，再次启机可能会因为振动超标而导致冲临界失败，机组无法正常起机运行。
若转子存在不平衡类问题，机组长时间运行可能会出现由于转子挠曲变形，振动过大可能会使轴承、密封磨损、干气密封损坏，甚至导致转子出现疲劳断裂的现象。一旦机组出现不平衡类问题时，要找出不平衡的原因，尽快消除转子不平衡的影响因素，确保机组安全、稳定的运行。
【后记】不平衡类故障只是大型旋转机械转子若干常见故障中的一类，对于其他类型的故障，我们在《大型旋转机械转子常见故障》这门课程中进行了系统的讲解。
转子不平衡的故障机理与诊断(1) 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。 一、不平衡的种类 造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。 原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。 渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。 突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。 不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。 二、不平衡故障机理 设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如图1-1所示。
图1-1 转子力学模型 由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两兼而有之。离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有关，即F＝meω2。众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致，振动的幅频特性及相频特性。 三、不平衡故障的特征 实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所示。 由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。 (1) 振动的时域波形近似为正弦波（图1-2）。 (2)频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波，使整个 频谱呈所谓的“枞树形”，如图1-3所示。
不平衡故障 一、 不平衡故障的产生机理 由于设计、制造、安装中转子材质不均匀、结构不对称、加工和装配误差等原因或由于机器运行时结垢、热弯曲、零部件脱落、电磁干扰力等原因而产生质量偏心。转子旋转时，由于转子质量中心偏离转动中心，将激起转子的振动，这是旋转机械最常见的故障。 由于有偏心质量m 和偏心距e 的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。离心力的大小与偏心质量m 、偏心距e 及旋转角速度ω有关，即2ωme F =。众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。转子每转动一周，离心力方向变化一周，因此不平衡振动的频率与转速相一致。 不平衡故障的主要振动特征： 1) 振动的时域波形近似为正弦波； 2) 频谱图中，谐波能量集中于基频。并且会出现较小的高次谐波，使整个频谱呈所谓的“枞树形”； 3) 当ω＜n ω时，即在临界转速以下，振幅随着转速的增加而增大；当ω＞n ω后，即在临界转速以上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；当ω接近于n ω时，即转速接近临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值。振动幅值对转速的变化很敏感。 4) 当工作转速一定时，相位稳定。 5) 转子的轴心轨迹为椭圆。（由于支撑刚度不同的影响） 6) 从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动。 对于原始不平衡、渐变不平衡和突发性不平衡这三种形式，其共同点较多，但可以从以下两个方面对其进行甄别。
1)振动趋势不同 原始不平衡：在运行初期机组的振动就处于较高的水平。 渐变不平衡：运行初期机组振动较低，随着时间的推移，振值逐步升高。 突发不平衡：振动值突然升高，然后稳定在一个较高的水平； 2)矢量域变化不同 原始不平衡：矢量域稳定于某一允许的范围。 渐变不平衡：矢量域逐渐变化； 突发性不平衡：矢量域某一时刻发生突变，然后稳定。 2．转子不平衡可能导致的后果 对于柔性转子还可能由于动挠度产生附加的惯性离心力而造成不平衡。不同原因所引起的转子不平衡故障是具有基本上一致的规律。归结起来，转子不平衡可能会导致下列不良后果； (1)造成转子的反复弯曲和内应力，从而引起转子疲劳，甚至引起转子断裂； (2)使机器在运转过程中产生过度振动和噪声，从而会加速轴承等零件的磨损及缩短使用寿命。
2006年第21卷第3期 电 力 学 报 Vol.21No.32006 (总第76期) JOURNAL OF ELECT RIC POWER (Sum.76) 文章编号: 1005-6548(2006)03-0310-04 笼型异步电动机转子断条故障诊断技术 安永红, 夏昌浩 (三峡大学,宜昌湖北 443002) Techniques of Broken Rotor Bar Fault Diagnosis For Squirrel Cage Induction Motor AN Yong hong, XIA Chang hao (Three Gorge University,Yichang 443002,China) 摘 要: 对笼型异步电动机转子断条故障诊断进行了研究,归纳和总结出几种方法。这些方法均由研究人员进行了仿真或实验验证,对检测笼型异步电动机的转子故障是有效的。并对各种方法进行了分析比较,指出了各自的优缺点。 关键词: 异步电动机;转子断条;故障检测 中图分类号: TM343+.3 文献标识码: A Abstract: This paper focuses on the study of bro ken rotor bar fault diagnosis for squirrel cage induc tion motor,and concludes several effective methods. All of the methods have been tested by reseachers to simulate or identify their validity in motor rotor fault analysis.This paper compares these methods and points out their advantages and disadvantages. Key Words: induction motor;broken rotor bar; fault detection 鼠笼式异步电动机的转子绕组比较坚固,但如果转子温度过高或作用在端环的离心负荷过大,可能会导致转子故障。另外,在制造过程中的某些缺陷(如铸导条或焊端环时的质量不良)也会导致电阻过高,从而引起过热。而在高温条件下,鼠笼的强度降低,鼠笼条可能出现裂纹,导致笼条伸出转子槽外而得不到转子铁芯的支撑。导条与转子槽的相对位移,连续的高温运行可引起端环和导条变形,并最终导致端环与鼠笼条的断裂[1]。 笼型异步电动机转子断条故障将导致电机出力下降,运行性能恶化,一旦发生,不仅会损坏电动机本身,而且会影响整个生产系统,甚至会危及人身安全,造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响[2]。因此必须对其进行检测,特别是进行早期检测,早期检测系统可以在故障发生初期及时告警,有助于现场组织,安排维修,避免事故停机,具有显著经济效益。 1 转子断条故障诊断方法 笼型异步电动机转子故障的检测与诊断方法有许多种,如:磁通检测法,定子电流检测法,机械信号检测法,傅立叶变换法等。但这些方法有时很难提取转子故障特征,因此,必须寻求其它的检测与诊断方法。 1 1 基于小波变换的方法 笼型异步电动机正常运行时,定子绕组中只含 收稿日期: 2006-04-27 修回日期: 2006-09-10 作者简介: 安永红(1967-),男,湖北钟祥人,硕士研究生,小波理论及应用; 夏昌浩(1965-),男,湖北江陵人,副教授,硕士生导师,检测与自控,智能信号处理。
XX大学机械交通学院 机械故障诊断论文 题目：旋转机械故障诊断技术 姓名学号： 指导教师： 年级专业：机械设计制造及其自动化084班所在学院：机械交通学院 课程评分： 二零一一年12月18日
旋转机械故障诊断技术 摘要：通过分析旋转式机械各种故障产生机理的基础上，归纳和概括了传统故障诊断的基本原理和典型故障振动特征分析方法及模糊理论、神经网络、遗传算法等在诊断决策算法研究中的应用，并对国内外旋转机械故障诊断的发展现状进行了详细论述最后对其发展趋势进行了展望。旋转机械是各种类型机械设备中数量最多应用最广的一类机械，特别是一些大型旋转机械，如汽轮机、球磨机、离心式压缩机等支持国家经济命脉的一些工业门是属于关键设备。由于检测技术在当今轻工业广泛应用，如电力、石化、冶金、汽车和造船等国民经济重要部门，都需要用机械振动的测试和分析，来检测机械是否正常运作。 关键字：机械故障诊断；旋转机械
前言 设备状态监测与故障诊断是通过掌握设备过去和现在运行中或基本不拆卸的情况下的状态量，判断有关异常或故障的原因及预测对将来的影响，从而找出必要对策的技术。它是一门综合性技术，涉及传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术以及人工智能专家系统等多门基础学科，是对这些基础理论的综合应用。 旋转机械的主要功能是由旋转动作完成的，转了是其最主要的部件。旋转机械发生故障的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。转子常见的故障有转子不平衡、转子不对中、转子弯曲、油膜涡动和油膜振荡等[1]。 1.旋转机械故障诊断的内容 作为设备故障诊断技术的一个分支--旋转机械状态监测与故障诊断技术.其研究领域也同样主要集中在故障信息检测、故障特征分析、状态监测方法、故障机理研究、故障识别及其专家系统。 2.旋转机械的振动关系及故障分类 旋转式机械的主要组成部分是转轴组件，又称转子系统，它包括转子、轴承、支座及密封装置等部分。由于转子类型及振动性质的不同，其产生故障的原因，机理及振动特征各不相同。 2.1转子不平衡 2.1.1转子不平衡产生原因 在旋转机械中，若转子的质心与旋转轴不重合，就存在不平衡。转子不平衡包括转了系统的质量偏心及转子部件出现缺损。转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的，称此为初始不平衡。转了部件的缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用使转子的零部件(如叶轮、叶片等)局部损坏、脱落、碎块飞出，从而造成新的转了不平衡。转子质量偏心和转子部件缺损是两种不同的故障但其不平衡振动机理却有共同之处。 2.1.2转子不平衡的振动特征 转子不平衡故障的主要振动特征为：频谱图中，谐波能量集中于基频；振动的时域波形为正弦波；当工作转速一定时，相位稳定；转子的轴心轨迹为椭圆；转子的进动特征为同步正进动；转子振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感，振动幅值与转速的平方成正比，而与负荷大小无关；当转速大于第一临界转速后，转速上升，振幅趋向于一个较小的稳定值。当转速接近第一临界转速时，发生共振，振幅具有最大峰值；不平衡故障主要有静不平衡和动不平衡两种。对于静不平衡，其振动方向主要反映在径向，与轴向振动无关，转子两端轴承同一方向的径向振动为同相。 2.2转子不对中 2.2.1转子不对中产生原因 机组各转子之间由联轴器联接构成轴系传递运动和转矩。由于机器的安装误
利用连续细化的傅里叶变换方法，通过对异步电动机稳态运行时定子电流进行分析，提出了用傅里叶变换的结果作为参考信号以抵消基波1f 分量的方法，解决了傅里叶变换时1f 分量的泄漏淹没()121f s -分量这以问题。该方法可用于电动机转子故障的在线检测，并可成功应用于嵌入式在线监测仪的研制。 三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、运行可靠，在电力、冶金、石油、化工、机械等领域得到广泛应用。由于工作环境恶劣或者电动机频繁启动等原因，转子导条或者端环经常会发生开焊和断裂等故障。这种故障通常先有1~2根，而后发展成多根，以至出力下降，最后带不动负荷而停机。对电动机进行在线检测，提前发现电动机的故障隐患及早采取相应措施，以减少或者避免恶性故障的发生。 目前常用的转子断条在线检测方法是对稳态的定子电流信号直接进行频谱分析，根据频谱中是否存在()121f s -的附加分量来判断转子有无断条。但由于()121f s -分量的绝对幅值很小，并且异步电动机运行时转差率s 很小，频率()121f s -与1f 非常接近，用快速傅里叶变换直接作频谱分析时，基波1f 频率分量的泄漏会淹没()121f s -频率分量，因而使检测()121f s -频率分量是否存在变得非常困难。 本文采用快速傅里叶变换的方法，通过快速傅里叶变换得到电动机断条时信号的频谱，为了抵消基频50Hz 频谱图由于频谱泄漏对故障信号频谱的淹没，将电动机断条故障时的信号经自适应陷波器处理，以滤除工频50Hz 对特征分量的影响。
第一章绪论 1 引言 2 电动机转子断条故障的现状与课题意义 3 本文的主要研究方法法与研究内容 第二章电动机的结构与工作原理 2.1 电动机结构及原理分析 2.1.1 组成结构 2.1.2 转子的结构、定子的结构 2.1.3 电动机工作原理分析 2.2 电动机断条故障的原理 2.2.1转子断条原因 2.2.2转子断条常见现象 2.2.3断条原因分析 第三章快速傅里叶变换与MATLAB实现 3.1 MATLAB简介 3.2 快速傅里叶变换的数字实验 3.3 本章小结 第四章自适应陷波器原理 4.1 原理分析 4.2 基于LMS算法的MATLAB实现 4.3 用MATLAB程序实现LMS算法 4.4 本章小结 第五章电动机断条故障理论分析 5.1 电动机断条故障理论分析 5.1.1异步电动机转子断条故障时定子电流的特点 5.1.2电动机断条故障理论分析程序流程图 5.1.3理论仿真波形及其分析 5.2 理论仿真波形与分析 5.3 本章小结 参考文献 附录 致谢
汽车轮胎常见故障现象与动平衡检测 一.常见异常现象的故障判断 1、大部分平衡机的测量系统都具有“自检”功能，此功能可以检测测量系统本身是否正常。与“自检”功能对应的操作按键可能会标注为“自检”或“TEST”等。用户可以在平衡机正常时，将各种设定的支承条件（支承方式及a、b、c及两个半径等）固定，然后使测量系统进入“自检”状态，记录下对应此支承条件下的“自检”状态的显示读数。当操作者认为测量系统有问题时，可以使测量系统恢复到对应原设定的支承条件下的“自检”状态，然后检查测量系统的显示读数是否正常。 2、平衡机显示的不平衡量的角度总在大致相差180度或0度左右。首先确认平衡机正常运转测量而且转子仍有一定的残余不平衡量（甚至可以在两个配重面上分别给转子加装两个不同相位的不平衡量），在转子正常旋转测量的情况下：拔下1号传感器线插头，看仪表显示数值有无变化。如有明显变化，则证明此传感器线和传感器一切正常。如无变化，则证明此传感器线或传感器有问题。将1号插头插好，再将2号传感器线插头拔下，同样的方法可以判断2号传感器线和传感器是否正常。使用者可以找专业人员对照另一个传感器线和传感器对有故障的传感器线或传感器进行修理。 3、平衡机在残余不平衡量较大时，故障不明显。但在残余不平衡量较小时，一次启动平衡机进入测量时，显示不平衡量值的角度总在变化。有时角度在一定范围内变化，有时角度在360度范围内变化。
①为减少同频、倍频、分频干扰,工件支承轴径应避开与支承滚轮外径或其整倍数整分数相同或接近，以免干扰。比如：滚轮外径为101毫米，那么，最好避开使用91~111、46~55、32~36毫米范围内的轴径支承。②严格检查转子装配部分的稳定性。如使用工艺轴，则应着重检查轴和孔的配合。③检查转子轴（工艺轴）与滚轮接触处的状态，如果轴径粗糙、刀纹明显或滚轮表面有伤，均会导致小信号时不稳定。④检查滚轮与转子轴（工艺轴）接触处的状态，如果滚轮接触面上连续的光洁的外表面已经破坏，也会导致小信号时不稳定。当滚轮的接触面上出现较明显的伤痕时，平衡量的显示是非常不稳定的。 ⑤停车状态下清洁滚轮与转子轴（工艺轴）的接触面，加适量润滑油。 ⑥认真计算一下，是否你的平衡精度要求太高了。 4、平衡机在残余不平衡量较大时，故障不明显。但在残余不平衡量较小时，每次配平衡后重新启动测量时，显示不平衡量值的角度总是以大致相差180度的方式变化。①所配平衡量偏多。②严格检查转子装配部分的稳定性。如使用工艺轴，则应着重严格检查配合轴和孔的间隙、椭圆度和锥度误差，尤其是椭圆度和锥度误差。 二.四点法故障诊断 按以上方法检测、维修完成后，如果故障仍然存在，可以按下面介绍的平衡机四点检验法对平衡机进行检验。一般情况下，用户可以依此用实物转子进行。如果有必要，用户可以将下面过程及所有数据进行记录，然后提供给平衡机的制造厂家，制造厂家可以根据这个记录判断90%以上的故障。
不平衡量的简化计算公式： M ----- 转子质量单位kg G ------精度等级选用单位 kg r ------校正半径单位mm n -----工件的工作转速单位 rpm m------不平衡合格量单位g -------m=风机动平衡的阐述 1、风机动平衡标准：如动平衡精度≤ G (指位移振幅6.3mm/s)； 2、一般动平衡机采用350 rpm和720 rpm两种转速做动平衡测试；
3、一般动平衡机采用最大动平衡重量（Kg）命名型号； 4、动平衡方法：加重平衡和去重平衡； 平衡对象：轴，风轮，皮带轮和其它转子 6、平衡的原因：一个不平衡的转子将造成振动和转子本身及其支撑结构的应力（应力：材料内部互相拉推的力量，即作用与反作用力）； 7、平衡的目的： A,增加轴承寿命； B,减少振动； C,减少杂音； D,减少操作应力； E,减少操作者的困扰和负担； F,减少动力损耗； G,增加产品品质； H,使顾客满意。 8、不平衡的影响 A,只有一个传动组件的不平衡会导致整个组合产生振动，在转动所引起的振动会造成轴承﹑轴套﹑轴心﹑卷轴﹑齿轮等的过大磨损，而减少其使用寿命； B,一旦很高的振动出现，则在结构支架和外框产生应力，经常导致其整个故障； C,且被支架结构吸收的能量会使得等效率的减低； D,振动也会经由地板传给邻近的机械，会严重影响其精确度或正常功能。 9、不平衡的原因： 不平衡为转子（风轮﹑轴心或皮带轮等）的重量分布不均匀。 一、叶轮产生不平衡问题的主要原因
叶轮在使用中产生不平衡的原因可简要分为两种：叶轮的磨损与叶轮的结垢。造成这两种情况与引风机前接的除尘装置有关，干法除尘装置引起叶轮不平衡的原因以磨损为主，而湿法除尘装置影响叶轮不平衡的原因以结垢为主。现分述如下。 1.叶轮的磨损 干式除尘装置虽然可以除掉烟气中绝大部分大颗粒的粉尘，但少量大颗粒和许多微小的粉尘颗粒随同高温、高速的烟气一起通过引风机，使叶片遭受连续不断地冲刷。长此以往，在叶片出口处形成刀刃状磨损。由于这种磨损是不规则的，因此造成了叶轮的不平衡。此外，叶轮表面在高温下很容易氧化，生成厚厚的氧化皮。这些氧化皮与叶轮表面的结合力并不是均匀的，某些氧化皮受振动或离心力的作用会自动脱落，这也是造成叶轮不平衡的一个原因。 2．叶轮的结垢 经湿法除尘装置(文丘里水膜除尘器)净化过的烟气湿度很大，未除净的粉尘颗粒虽然很小，但粘度很大。当它们通过引风机时，在气体涡流的作用下会被吸附在叶片非工作面上，特别在非工作面的进口处与出口处形成比较严重的粉尘结垢，并且逐渐增厚。当部分灰垢在离心力和振动的共同作用下脱落时，叶轮的平衡遭到破坏，整个引风机都会产生振动。 二、解决叶轮不平衡的对策 1．解决叶轮磨损的方法 对干式除尘引起的叶轮磨损，除提高除尘器的除尘效果之外，最有效的方法是提高叶轮的抗磨损能力。目前，这方面比较成熟的方法是热喷涂技术，即用特殊的手段将耐磨、耐高温的金属或陶瓷等材料变成高温、高速的粒子流，喷涂到叶轮的叶片表面，形成一层比叶轮本身材料耐磨、耐高温和抗氧化性能高得多的超强外衣。这样不仅可减轻磨损造成叶轮动平衡的破坏，还可减轻氧化层产生造成的不平衡问题。 选用引风机时，干式除尘应优先选用经过热喷涂处理的叶轮。使用中未经过热喷涂处理的叶轮，在设备维修时，可考虑对叶轮进行热喷涂处理。虽然这样会增加叶轮的制造或维修费用，但却提高叶轮的使用寿命l～2倍，延长了引风机的大修周期。从而降低了引风机和整个生产系统的运行成本，综合效益很好。 2．解决叶轮结垢的方法 (1)喷水除垢：这是一种常用的除垢方法，喷水系统装在引风机的机壳上，由管道、3个喷嘴(1个位于叶轮出口处，2个位于进口处)及排水孔组成。水源一般为自来水，压力约。这种方法通常还是有效的。缺点是每次停机除垢的时间较长，每月需停机数次进行除垢。影响机组的正常使用。 (2)高压气体除垢：该系统采用与喷水系统相似的结构，但其管道为耐高压管道、专用的喷嘴和高压气源。这种装置对叶片的除垢是快速有效的，它可以在引风机正常停机的间隙，开启高压气源，仅用数十秒的时间即可完成除垢。由于操作简单方便，一天可以进行许多次，不但解决了人工除垢费力、费时的问题，还明显降低了整个机组的生产成本。问题是用户是否有现成的高压气源(压力在～之间，可以用压缩空气或氮气)，否则，需要专用的高压压缩机设备。
振动故障诊断及其转子平衡 一、振动基础理论知识简介 1、基本概念： ▲振动：一个弹性体或弹性系统（几个弹性体连在一起）离开其平衡位置做周期性往复运动就叫振动。 其振动量有：极值（峰值），其中单峰值X m，峰-峰值X m-m，X m-m=2 X m；平均值（X i）和均方根值（有效值-X S）。 ▲简谐振动：能用一项正弦或余弦函数表示其运动规律的周期性振动，现场发生的一些复杂振动均是几种不同频率的简谐振动的合成，因此一些资料或书籍均以简谐振动为主加以分析和研究。 X=A.cos（ωt+Φ） ▲通频振幅、基频振幅/基频相位：目前测量振动的仪表按功能来分有两种，一种只能测量振幅值，称为振动表；另一种除能测量幅值外，还能测量振动相位和不同频率下的振动分量，称作振动仪。 振幅有两个含义：1.振幅的表示方法；2.振幅中所含的频率成分。 描述振动的几个物理量： 振动速度：X=A.sin ωt 振动位移：Y=dx/dt=ωt sin（ωt+900） 振动加速度：Z= d2x/dt2=ω2t sin（ωt+1800） X、Y、Z：ω相同，A（最大位移），ωA，ω2A； Y比X矢量超前900；Z比X矢量超前1800。
表示振动强度，位移是最有效的；表示振动平均能量的振动速度是有效的；表示振动冲击强度，振动加速度是最有效的。 ▲极值（幅值）、有效值、平均值的关系： X S =Xm Xi 2 1223600= 极值（幅值）：单峰值X （t ）=1；峰-峰值=2 平均值：（ X ）=A dt t x T T 636.0)(10=? 均方根值（有效值）：X S =A dt t x T T 707.0120 =?）（ 三者之间的关系：双振幅近似等于3倍的有效值或平均值。 轴承振动烈度是以振动速度的均方根值， 我们现在一直沿用的是轴承振动位移峰-峰值S P-P ，国外和国内某些制造厂有用轴承烈度表示 振动，上述换算关系只是指单一频率的振动，如果是混频振动不能直接换算。 ▲通频振幅：用普通振动表（不带滤波器）测得的振幅值是各种频率振动分量的叠加值，如果振幅是由几种不同频率的周期振动叠加而成，其叠加后的振动仍是周期振动，A 在各个周期内保持不变，仪表指示稳定，如果表记示值不稳定，说明由非周期成分存在。 ▲基频振幅：通频振动只能反映物体总的状态，如果要反映振动故障的性质和计算转子重量，就要获取基频振幅。所谓基频振幅是指基波振动频率（机组振动的基波频率等于转子工作频率）下运动量值按正弦规律变化的幅值。测取的方法是采用可调滤波器，可调滤波器
《机械故障诊断技术》 读书报告 院系：机械与汽车工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级：13机制（升） 姓名：林媛 学号：01 指导老师：王平 学年：2014-2015学年第一学期 旋转机械不平衡故障的诊断案例综述 The Summary of Unbalanced Rotating Machinery Fault Diagnosis Cases 【摘要】： 在理想的情况下回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但在实际应用中的各种回转体，由于材质不均匀 或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状 等多种因素，造成了回转体的不平衡，即使静态平衡了，回转体在旋转时，其 上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，从而产生了不平衡的离心力，就造成了动态的不平衡。转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现 缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有70%的 故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。【关键词】：
旋转机械转子不平衡故障诊断 【Abstract】： In the ideal case, no matter how the rotary body is rotating or not rotating, the pressure on the bearings is the same, so that the rotary body is balanced. However, b ecause material is unevenblank has some defect and machining and assembling gene rate errors,even designing has been asymmetrical geometry and so on,the various rot ary body of the practical application become to be unbalanced. Even under Static bal ance.When the rotary body is rotating,centrifugal force of inertia generated on each t iny particle can’t cancel each other out. Then the rotary body produce unbalanced ce ntrifugal force and cause dynamic imbalance. Rotor imbalance is due to partiality of mass of the rotor parts or the fault caused by rotor parts. It is most common fault of r otating machinery. According to statistics,70%fault of rotating machinery is about wi th the rotor imbalance. Therefore, there is best practical significance for research and diagnosis of unbalanced fault. [Key Words]: Rotating machinery; Rotor; Imbalance Fault diagnosis. 目录 前言 (1) 一、不平衡的种类 (1) 二、不平衡故障机理 (2) 三、不平衡故障的特征 (2) 四、转子不平衡的诊断方法 (4)
A、B可控硅整流柜输出转子电流不平衡原因分析 关键词：可控硅整流装置、转子电流、不平衡、均流系数 摘要：本发电机转子额定电流为1170A，励磁装置配置为南京南瑞公司生产的SAVR-2000发电机励磁调节器，其两台可控硅整流装置型号为FLZ-1000，晶闸管型号为5FPP24L2800,额定电流为1350A，两台可控硅整流装置自投运以来发现其转子电流不平衡，A柜输出转子电缆为400A左右，B柜输出转子电缆为700A左右，经现场检查，励磁装置可控硅整流柜无异常，两套整流装置触发角基本相同。那么是什么原因导致A、B可控硅整流柜输出转子电流不平衡呢？这个问题是本文此次讨论重点。 一、原因分析 首先从功率柜可控硅整流装置原理上入手分析，可控硅整流装置的核心是三相可控硅整流桥，其主回路接线如图1。 图1 整流柜主回路接线图
当它工作时，通过控制可控硅元件SCR1～SCR6的导通角α,将有效值为u2的三相交流电压整流成不同的直流输出电压u d。对发电机而言，通过改变励磁电压值u d，达到改变励磁电流I d的目的。针对理想的电感负载R O，其对应关系为： u d=1.35×u2×cosα (0°≤α＜180°) 触发角α的控制是通过励磁调节器输出与电压u2有一定时序关系的触发脉冲来实现的。触发脉冲有宽脉冲、双窄脉冲或脉冲阵列等形式，南京南瑞公司生产的SAVR-2000发电机励磁调节器使用双窄脉冲的形式，按照一定的规律控制六只可控硅元件SCR1～SCR6，使它们按顺序导通，完成整流（0°＜α＜90°）或逆变（α＞90°）功能，从而达到增加励磁电流或减少励磁电流的目的。 根据以上分析从理论上讲，如果触发角相同，则两套整流装置的输出电流应该相同，但实际上，由于两套整流装置是并联工作的，发电机单机容量不断增大，相应的励磁电流也不断提高，另外有时考虑到配置一定数量的备用整流柜，一般来讲，都需要有2～4个并联支路一起工作，这就有一个采取均流措施的问题。厂家设计时通常采取以下三个方面的措施来进行并联柜之间的均流问题： 1）根据硅元件的导通特性和正向导通电压降V T值进行各支路元件的编排。 2）在每个硅元件桥臂上串联一只空心电抗器来改善均流。 3）采用计算机软件产生触发脉冲，保证各并联支路的硅元件触发一致性，另外采用高性能的脉冲变压器，保证脉冲触发前沿的一致
1．设备故障诊断最初的发展阶段是 ( A ) 。 A．感性阶段 B．量化阶段 C．诊断阶段 D．人工智能和网络化 2、设备故障诊断技术在保证设备的安全可靠运行以及获取更大的经济效益和（ A ）上意 义是十分明显的。 A 社会效益 B 国家建设 C 人身安全 D 医疗事业 3、旋转机械振动的故障诊断应在（A）进行。 A 机械运行中 B 机械停止运行后 C 机械损坏后 D 装配过程中 4、根据具体情况，也可将状态监测维修的定期测量周期改为连续或（ C ） A 断续 B 随机 C 不定期 D 长期 5、我国从（B ）起已正式把开展设备诊断工作的要求纳入《国营工业交通设备管理实行条 例》。 A 1980年 B 1983年 C 1995年 D 1999年 6、设备故障诊断未来的发展方向是（ D ） A 感性阶段 B 量化阶段 C 诊断阶段 D 人工智能和网络化 7、状态监测与故障诊断的概念来源于（ C ） A 化学 B 高等数学 C 仿生学 D 工程力学 8、监视设备的状态，判断其是否正常是（A ） A 设备故障诊断的任务 B 故障产生的原因 C 设备状态监测的任务 D 消除故障的方法 9 设备的整体或局部没有缺陷，或虽有缺陷但其性能仍在允许的限度以内称为设备的（B） A 异常状态 B 正常状态 C 紧急故障状态 D 早期故障状态 10、旋转机械转子不平衡故障的最主要征兆是（A ） A 转速的工频分量占主要成分 B 转速的工频分量占次要成分 C 主要信号成分中出现同族谐频 D 主要信号成分中出现异族谐频
11、状态监测主要采用检测、测量、监测、分析和（C ）等方法 A 测试 B 估计 C 判别 D 观察 12、设备不能正常工作且不能维持工作时的状态称为（D ） A 标准状态 B 异常状态 C 正常状态 D 故障状态 13、下列哪个不是设备管理和维修工作中的基本技术（C） A 设备诊断技术 B 修复技术 C 液压传动技术 D 润滑技术 14、设备状态监测和故障诊断是在（）情况下进行。（ C ） A 停机状态 B 完全解剖 C 设备运行中 D 修理过程中 15、设备状态监测和故障诊断是在（）情况下进行。（ B ） A 修理过程中 B 基本不拆卸 C 设备解体 D 设备闲置 16、设备故障诊断的目的之一是在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长使用寿命，减低设 备（）的费用。（A） A 寿命周期 B 修理周期 C 能耗 D 设备闲置 17、“设备状态监测和故障诊断”来源于仿生学，其技术具有（）。（ D） A 神秘特征 B 复杂性 C 直观性 D 综合性 三、判断题(正确的在括号内打“√”，错误的在括号内打“×”) 1．通常设备的状态可分为正常状态、异常状态和故障状态。 ( ) 2．状态监测的任务是对设备可能要发生的故障进行预报和分析、判断。 (× ) 3．故障诊断技术真正作为一门学科是以振动等传感器的广泛应用为标志。 (× ) 4．最早开展故障诊断技术研究的是美国海军研究室(ONR)。( ) 5．“状态监测与故障诊断”的概念来源于仿生学。 ( ) 6、通常设备的状态可分为正常状态、异常状态和故障状态。（） 7、状态监测的任务是根据设备的复杂程度对设备进行修理。（×） 8、故障诊断技术真正作为一门学科是以振动等传感器的广泛应用为标志。（×） 9、最早开展故障诊断技术研究韵是美国海军研究室(ONR)。（） 10、状态监测与故障诊断”的概念来源于生物学。（） 11、如果用指示灯示性，红色表示预警。（×）
笼型异步电动机转子断条故障检测方法 笼型异步电动机在运行过程中，转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲挠度力等交变应力的作用，加之转子制造缺陷，导致断条故障，其发生概率约为15%[1~3]。 转子断条是典型的渐进性故障，初期通常1、2根导条断裂，而后逐渐发展以至电机出力下降甚至停机。因此，必须实施转子断条故障在线检测，特别是初发性转子断条故障在线检测，这具有重要意义。 笼型异步电动机发生转子断条故障之后，在其定子电流中将出现1)21(f s ±频率的附加电流分量（s 为转差率，1f 为供电频率）[4，5]，该电流分量称为边频分量。以此作为故障特征，对定子电流信号做傅立叶频谱分析即可进行转子断条故障检测。 在转子断条故障发展初期，其特征——定子电流1)21(f s ±频率分量是细小、微弱的。因此，进行转子断条故障检测，特别是早期检测必须保证高灵敏度。 另一方面，由于本身所固有的非对称、气隙偏心、转子不对中及其它因素，异步电动机即使处于正常运行状态，其定子电流中亦可能包含1)21(f s ±及其它频率分量。并且对于不同的异步电动机，情况复杂。这极易与转子断条故障初期特征相混淆，导致误判，影响故障检测可靠性。 为了解决这一问题，姜建国、汪庆生 等采用自适应滤波方法抵消定子电流1f 频率分量，以凸现转子断条故障特征——定子电流1)21(f s -频率分量，从而显著提高故障检测灵敏度 [6]。K. Abbaszadeh, J. Milimonfared, et al 应用小波分析技术处理定子电流信号，提取小波分解系数反映转子断条故障特征，据此改善故障检测灵敏度[7]。 华北电力大学业已提出卓有成效的初发性转子断条故障检测方法[8,9]：采用定子电流1)21(f s ±频率分量作为故障特征，将连续细化傅里叶变换、自适应滤波、转子齿槽谐波转差率估计、检测阈值自整定技术有机结合，高灵敏度/高可靠性地在线检测异步电动机转子断条故障。 文献[8，9]表明：应用连续细化傅里叶变换与自适应滤波技术可以保证高灵敏度地提取电机定子电流边频分量；应用转子齿槽谐波转差率估计技术可以正确判断该分量是否真正由转子断条故障所导致；应用基于样本学习的检测阈值自整定策略则可以适当设臵检测阈值，避免故障漏检与误判。 异步电动机低转差率运行（如轻载甚至空载）时，频率1)21(f s -与频率1f 非常接近，而定子电流1)21(f s -频率分量幅值远远小于1f 频率分量，因此断条特征----1)21(f s -频率分量可能被1f 频率分量的泄漏所淹没。在这种情况下，检测结果可信度欠佳。
第一章绪论 1.1 研究背景及意义 旋转机械是以转子、齿轮、轴承等回转部件为主体的设备，在企业生产中处于核心 地位。当它们发生故障时，会带来一系列的经济损失。随着旋转机械运转速度的日益提高，机械设备集成化发展，系统的非线性将更加突出，可能直接（或间接）导致转子系 统发生不平衡、不对中、碰摩、松动等故障。其中，转静碰摩是其非常普遍的一种故障[1] ，其发生频率随转定子间的密封间隙的减少而增加。与其它故障相比，碰摩故障更容 易引起整机振动过大，引起耦合效应，导致系统结构破坏，生产效率低下，缩短其使用 寿命等一系列后果。因此，探究转子碰摩故障机理，研究其故障信号特征的提取，实现 智能诊断，获得可靠有效的诊断结果具有十分重要的现实指导意义。 碰摩故障是一种典型的多发性事件，是由其他故障或是由耦合故障所带来的“二次 效应”[2] 。碰摩故障一般伴随有不平衡、不对中故障，两种或两种以上故障相互影响形成耦合。尽管目前不少研究人员针对不平衡-碰摩、不对中-碰摩耦合故障进行了研究， 但由于耦合故障的振动响应呈现非线性特点，对信号的分解存在一定难度，不能很好地 提取出故障的特征。 含有碰摩故障的耦合振动信号具有冲击、不平稳的特性，这给耦合故障的检测和特 征提取带来一定难度。常用的信号处理方法，对单一故障的特征提取，具有很好地分析 效果，但在研究耦合故障时，难以得到有用的特征信息。因此，以碰摩和碰摩耦合故障 为研究对象，研究出能够处理非均布信号的方法，实现故障特征提取和诊断，具有十分 重要的现实意义。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 转子碰摩故障机理的国内外研究现状 目前，人们针对碰摩故障的机理从非线性动力学模型、动力学响应等方面进行了研 究，发表了许多有价值的的论文。Agnieszka Muszynska [3] 就在其《Rotor Dynamics》— 书中，建立了边界约束条件较为完备的转子碰摩力模型，引入弹性恢复力来表示碰摩产 生的碰撞，详细描述了碰摩的分类情况，并分析了局部碰摩和整周碰摩的故障特征，但 没有考虑定子的弹性。Muszynska [4] 在建立的模型中引入了弹性恢复系数，为了降低动 力学分析的难度，假设定子在碰摩的过程中不发生弹性变形，计入碰摩过程中的能量损失，由此该模型只能用于研究单点和局部碰摩的情况。SawiCki [5] 建立的动力学模型中，郑州轻工业学院硕士学位论文 2 将定子简化为具有一定质量弹性的基础支承，假设转定子碰撞过程收到了弹性力和切向 摩擦力，计算弹性力的的摩擦系数与转定子之间的相对转速有关。沈小要[6] 建立了具有初始弯曲的不平衡Jeffcott转子碰摩力模型，在非线性油膜力的作用下，判断是否发生了 碰摩，并动态检测出碰摩开始时的转速。 在转子碰摩的动力学响应分析方面，Ehrich [7] 研究了局部碰摩的动力学响应，在过 渡区域中的超谐波阶段里，出现了混沌现象。胡鸾庆[8] 建立了偏心Jeffcott碰摩模型，考虑局部碰摩力变化，在不同平衡力、阻尼、转速的情况下，仿真分析局部碰摩的拟周期 结果和混沌、分叉现象，并提出了检测早期微弱碰摩信号的方法：Duffing方程外轨解的 最大轨道所对应的分叉阈值法。吴敬东[9] 研究了理想转子的单点碰摩情况，绘制Poincare 截面图，研究碰摩产生的周期分岔、拟周期和混沌运动形式。褚福磊和张正松[10] 分析了碰摩转子系统在油膜力的作用下，产生的倍周期分叉和拟周期运动，并将转速和不平衡 量作为控制参数研究运动的路径和形式。 1.2.2 转子碰摩耦合故障机理的国内外研究现状
技术讲课教案 主讲人： 罗仁波 培训题目：《转子动平衡——原理、方法和标准》 培训目的： 多种原因会引起转子某种程度的不平衡问题，分布在转子上的所有不平衡矢量的和可以认为是集中在“重点”上的一个矢量，动平衡就是确定不平衡转子重点的位置和大小的一门技术，然后在其相对应的位置处移去或添加一个相同大小的配重。
内容摘要： 动平衡前要确认的条件： 1.振动必须是因为动不平衡引起。并且要确认动不平衡力占 振动的主导。 2.转子可以启动和停止。 3.在转子上可以添加可去除重量。 培训教案： 第一章不平衡问题种类 为了以最少的启停次数，获得最佳的平衡效果，我们不仅要认识到动不平衡问题的类型（静不平衡、力偶不平衡、动不平衡，如下图），而且还要知道转子的宽径比及转速决定了采用单平面、双平面还是多平面进行动平衡操作。 同时也要认识到转子是挠性的还是刚性的。 ● ●刚性转子与挠性转子
?对于刚性转子，任何类型的不平衡问题都可以通过 任选的二个平面得以平衡。 ?对于挠性转子，当在一个转速下平衡好后，在另一 个转速下又会出现不平衡问题。当一个挠性转子首先在低于它的70%第一监界转速下，在它的两端平面内加配重平衡好后，这两个加好的配重将补偿掉分布在整个转子上的不平衡质量，如果把这个转子的转速提高到它的第一临界转速的70%以上，这个转子由于位于转子中心处的不平衡质量所产生的离心力的作用，而产生变形，如图10所示。由于转子的弯曲或变形，转子的重心会偏离转动中心线，而产生新的不平衡问题，此时在新的转速下又有必要在转子两端的平衡面内重新进行动平衡工作，而以后当转子转速降下来后转子又会进入到不平衡状态。为了能在一定的转速范围内，确保转子都能处在平衡的工作状态下，唯一的解决办法是采用多平面平衡法。 ?挠性转子平衡种类 1.如果转子只是在一个工作转速下运转，小量的变 形不会产生过快的磨损或影响产品的质量，那么 可以在任意二个平面内进行平衡，使轴承的振动
参考答案 教材：设备故障诊断，沈庆根、郑水英，化学工业出版社，2006.3第1版 2010.6.28 于电子科技大学 1第1章概论 1.1 机械设备故障诊断包括哪几个方面的内容？ 答：机械设备故障诊断所包含的内容可分为三部分。 第一部分是利用各种传感器和监测仪表获取设备运行状态的信息，即信号采集。采集到的信号还需要用信号分析系统加以处理，去除无用信息，提取能反映设备状态的有用信息（称为特征信息），从这些信息中发现设备各主要部位和零部件的性能是处于良好状态还是故障状态，这部分内容称为状态监测，它包含了信号采集和信号处理。 第二部分是如果发现设备工作状态不正常或存在故障，则需要对能够反映故障状态的特征参数和信息进行识别，利用专家的知识和经验，像医生诊断疾病那样，诊断出设备存在的故障类型、故障部分、故障程度和产生故障的原因，这部分内容称为故障诊断。 第三部分称为诊断决策，根据诊断结论，采取控制、治理和预防措施。 在故障的预防措施中还包括对设备或关键零部件的可靠性分析和剩余寿命估计。有些机械设备由于结构复杂，影响因素众多，或者对故障形成的机理了解不够，也有从治理措施的有效性来证明诊断结论是否正确。 由此可见，设备诊断技术所包含的内容比较广泛，诸如设备状态参数（力、位移、振动、噪声、裂纹、磨损、腐蚀、温度、压力和流量等）的监测，状态特征参数变化的辨识，机器发生振动和机械损伤时的原因分析，故障的控制与防治，机械零部件的可靠性分析和剩余寿命估计等，都属于设备故障诊断的范畴。 1.2 请简述开展机械设备故障诊断的意义。 答：1、可以带来很大的经济效益。 ①采用故障诊断技术，可以减少突发事故的发生，从而避免突发事故造成的损失，带来可观的经济效益。 ②采用故障诊断技术，可以减少维修费用，降低维修成本。 2、研究故障诊断技术可以带动和促进其他相关学科的发展。故障诊断涉及多方面的科学知识，诊断工作的深入开展，必将推动其他边缘学科的相互交叉、渗透和发展。 2第2章故障诊断的信号处理方法 2.1 信号特征的时域提取方法包括哪些？ 答：信号特征的时域提取方法包括平均值、均方根值、有效值、峰值、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、偏度指标（或歪度指标、偏斜度指标）、峭度指标。这些指标在故障诊断中不能孤立地看，需要相互印证。同时，还要注意和历史数据进行比较，根据趋势曲线作出判别。 2.2 时域信号统计指标和频谱图在机械故障诊断系统中的作用分别是什么？