湖北汽车工业学院
课程论文大型旋转机械故障诊断
姓名：高俊斌
班级：T1113-5
学号：20110130106
日期：2015.1.11
目录
1.引言 (2)
2.旋转机械故障产生的原因及频率特征 (2)
2.1不平衡故障及其诊断 (2)
2.1.1故障机理 (2)
2.1.2频率特点 (2)
2.2转子不对中故障及其诊断 (3)
2.2.1故障机理 (3)
2.2.2频率特点 (3)
2.3涡动故障及其诊断 (4)
2.3.1故障机理 (4)
2.3.2频率特征 (4)
3.常用的故障诊断方法 (5)
3.1振动检测诊断法 (5)
3.2噪声检测诊断法 (5)
3.3温度检测诊断法 (6)
3.4声发射检测诊断法 (6)
3.5油液分析诊断法 (6)
4.大型旋转机械故障诊断案例 (7)
4.1某厂04年09月27日空压机断叶片故障诊断分析 (7)
4.2某厂04年06月24日主风机断叶片故障诊断分析 (9)
5.结论 (12)
参考文献： (13)
大型旋转机械故障诊断
高俊斌
摘要：文章概述了旋转机械故障产生的原因及频率特征、旋转机械故障诊断的基本方法，然后分析了一些大型旋转机械故障诊断的案例。
关键词：旋转机械；故障诊断
1.引言
旋转机械故障诊断技术是伴随着现代工业生产设备的发展形成的一项专门的设备诊断技术。该技术主要研究机械设备在运行过程中或停机状态下不对设备进行拆卸，掌握设备的运行现状，分析判断设备故障的部位、故障原因以及故障严重程度，并估算出设备可靠性和使用寿命，从而提出解决方法的技术。大型旋转机械如风机、压缩机、汽轮机和燃气轮机等设备，是石油、化工、冶金、航天及电力等现代重要生产部门中的关键生产工具，对这些设备开展性能监测与故障诊断工作，具有重要的意义。
2.旋转机械故障产生的原因及频率特征
2.1不平衡故障及其诊断
2.1.1故障机理
质量不平衡是大型旋转机械最为常见的故障。众所周知，旋转机械的转子由于受材料质量和加工技术等各方面的影响，转子上的质量分布相对于旋转中心线不可能做到“绝对平衡”，这就使得转子旋转时形成周期性的离心力的干扰，在轴承上产生动载荷，使机器发生振动。机组不平衡按发生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。其中原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差及材质不均匀等原因造成的；渐发性不平衡是由于不均匀积灰造成的；突发性不平衡是由于转子上零件脱落造成的，机组振幅突然增大后稳定在一定水平上。
2.1.2频率特点
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一致。即f= w /60，转速频率也称为工频(即工作频率)，这种频率成分很容易在频谱图上观察到。
转子不平衡故障的特征是：
⑴在转子径向测得的频谱图上，频谱能量集中于基频，转速频率成分具有突出的峰值；
⑵转速频率的高次谐波幅值很低，因此反映在时域上的波形很接近于一个正弦波；
⑶除了悬臂转子之外，对于普通两端支承的转子，轴向测点上的振动值一般并不明显，即水平方向上的振值比垂直和轴向大；
⑷当w＜wn时，振幅随w的增加而增大，当w＞wn后，w增加时振幅趋于一个较小的稳定值，当w接近wn时，发生共振，振幅具有最大峰值；
⑸振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感；
⑹工作转速一定时相位稳定。
2.2转子不对中故障及其诊断
2.2.1故障机理
不对中是旋转机械最常见的故障之一。是由于设备安装或运转过程中多种因多种原因引起的，联轴节的三种非标准连接状态是不对中故障的主要表现形式。不对中故障表现出的结果为机器的振动、联轴节的偏转、轴承的摩擦损伤、油膜失稳和轴的挠曲变形等故障问题。美国MONSANTO石油化工公司统计得到：机械故障的60%是由转子的不对中引起，因此需要重视这方面的故障分析。其主要原因有以下几点：一是设计对中考虑不够及计算偏差；二是安装找正误差和对热态转子不对中量考虑欠佳；三是运行操作上超负荷运行和机组保温不良，轴系各转子热变形不一；四是机器基础、底座沉降不均使对中超差和软地脚造成对中不良；五是环境温度变化大，机器热变形不同。
2.2.2频率特点
转子不对中所引起的故障，其主要特征表现在下列几个方面：
(1)改变了轴承中的油膜压力，不对中所出现的最大振动往往表现在紧靠联轴节两端的轴承上；
(2)不对中所引起的振动幅值与转子的负荷有关，它随负荷的增大而增高；
(3)平行不对中主要引起径向振动，显示振幅大的方向就是原始不对中方向。角度不对中主要引起轴向振动。对于刚性联轴节，轴向振幅要大于径向振幅；
(4)不对中使联轴节两侧的转子振动产生相位差。平行不对中时，两侧轴承径向振动相位差基本上为1800。角度不对中使联轴节两侧轴承轴向振动相位差为1800。而径向振动是同相位的，上述故障特征均指刚性联轴节情况；
(5)从振动频率上分析，不同类型的机组和不同形式的不对中情况引起的振动频率是不相同的。对于刚性联轴节，平行不对中易激起两倍旋转频率的振动.同时也存在工频(转速频率)和多倍频的振动成分。并且不对中程度越严重，2倍频分量越大；
(6)角度不对中在轴向振动中易激起工频振动，在径向振动中也会产生2倍频。一般说来，如果轴向振动的幅值大于径向振动中最高幅值的一半，而且频谱图表现为工频振动占主导，那么就应该怀疑设备存在不对中，同时也存在多倍频振动。除了要观察转子的径向振动信息外，还要观察轴向的振动信息。
2.3涡动故障及其诊断
2.3.1故障机理
涡动是轴旋转时发生的一种自激振动，它既不具有自由振动的特征也不属于受迫振动的类型，它的特征是轴在轴承间表面为回转运动，这种振动并不是在转轴达到临界转速时发生，而是在较大范围内发生并且与转轴本身的转速关系较少。
油膜涡动产生后，随着工作转速的升高，其涡动频率也不断增加，频谱图中半频谐波的振幅也不断增大，使转子振动加剧。如果转子的转速升高到第一临界转速的2倍附近，将产生自激振动，振幅突然骤增，振动非常剧烈，轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，频谱图中的半频谐波振幅值增加到接近或超过基频振幅，并有组合频率的特征，若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的固有频率，这是就形成了油膜振荡。
2.3.2频率特征
特征频率约等于转子的工作频率的一半即f = (0.42一0.48)w。振幅小的油膜涡动会引起零件的疲劳、松动、瓦面龟裂等，当工作转速增加到一阶临界转速的两倍时，涡动频率就会等于一阶临界转速这时就会发生共振现象，这时便会演变为油膜振荡，引起动静部件摩擦，转子热弯曲、瓦面碎裂等，具有较大破坏力。一般是从振动频率是否接近转速之半来判别。(与油膜振荡相对应来看)
半速涡动的频率小于转子的一阶固有频率时，即时，半速涡动是一种比较平静的涡动，其主要特征是：频谱中的次谐波在半频处有峰值；其轴心轨迹是基频与半频叠加构成的较为稳定的双椭圆；相位稳定，正进动。
油膜振荡频率特点
(1)油膜振荡发生w≥2wn，wn为临界转速。一旦发生振荡，振幅急剧加大，再提高转速，振幅也不会下降；
(2)油膜振荡时，轴心涡动频率通常为转子一阶固有频率，振型为一阶振型；
(3)油膜振荡时，轴心涡动方向和转子旋转方向相同，为正向涡动，而干摩擦引起的自激为反向涡动；
