机械故障诊断技术6_旋转机械故障诊断PPT课件

▪ 半速涡动
➢ 因为油具有黏性，所 以轴颈表面的油流速 度与轴颈线速度相同， 均为rω，而轴瓦表面 的油流速度为0
➢ 假设油流速度呈直线 分布
➢ 轴颈某一直径扫过的 面积，即为油楔入口 与出口的流量差
rωl C e dt rωl C e dt 2rlΩedt dQ
2
2
1 1 dQ
（1）原始不平衡； （2）渐变不平衡； （3）突发不平衡。
转子不平衡的轴心轨迹
同步采集
转子不平衡故障谱图
转子不平衡与转速的关系
•当ω<ωn，即在临界转速下，振幅随着转速的增加而增 大； •当ω接近ωn时，发生共振，振幅具有最大峰值； •当ω>ωn，即在临界转速上，转速增加时振幅趋于一个 较小的稳定值； •当工作转速一定时，相位稳定.
第6章旋转机械故障诊断
2021年7月30日星期五
大型汽轮机外形及转子
多级汽轮机转子
转子是由合金钢锻件整体精加工，并且在装配上叶片后，进行全速转动试验和精确动平衡
6．1 动力学特征及信号特点
▪ 何谓旋转机械
➢ 主要运动由旋转运动来完成的机械
汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机
➢ 核心：转轴组件
中
向振动较大。
频谱中2X较大，常常超过1X，这与联轴节
A
结构类型有关。 角不对中和平行不对中严重时，会产生较多
谐波的高次（4X～8X）振动。
联轴节两侧径向振动相位差180。
联角
轴不
器
Байду номын сангаас
对 中
不
典型的频谱
相位关系
对
定义：当转子轴线之间存在偏角位移。
2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类 型和结构

旋转机械的故障可能导致生产 中断、设备损坏和安全事故。
振动监测与诊断的方法
振动监测是通过测量和分析设备 的振动信号来评估其运行状态的
方法。
振动诊断则是基于监测数据，通 过信号处理、特征提取和模式识 别等技术，对设备的故障进行诊
断和预测。
振动监测与诊断是实现旋转机械 故障预警和预防性维护的重要手
段。
基于人工智能的方法
神经网络
神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型，可以通过训练 学习识别出非线性、复杂的故障特征。
支持向量机
支持向量机是一种分类器，可以通过训练学习将正常状态和故障状 态进行分类和识别。
决策树
决策树是一种基于规则的分类器，可以通过训练学习将故障特征进 行分类和识别。
CHAPTER 05
CHAPTER 02
旋转机械的振动原理
旋转机械振动的类型
强迫振动
由外部周期性干扰力引起 的振动，如不平衡的转子 、不均匀的气流等。
自激振动
由机械内部某种自激力引 起的振动，如油膜振荡、 流体激振等。
随机振动
受到多种随机因素影响的 振动，如环境振动、地震 等。
旋转机械振动的产生原因
转子不平衡
转子质量分布不均匀， 导致转动时产生离心力
振幅
监测机械振动的幅度，判断机械运转的稳定 性。
相位
监测机械振动的相位，判断机械运转的协调 性。
振动监测的频率范围
低频
通常在10Hz以下，用于监测大 型旋转机械和往复机械的振动。
中频
通常在10Hz-1kHz之间，用于监 测大多数旋转机械的振动。
高频
通常在1kHz以上，用于监测精 密机械和高速旋转机械的振动。
基于模型的方法

6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子运动的力学模型
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子在低速时，G在C的外侧，且O、C、G三点成一直线。当不计圆盘 重力影响和系统阻尼时，转子受到的离心力m(e+δ)w2与弹性恢复力k δ相 平衡，即可得到圆盘处的动挠度公式：
w e w 2 ew n 2 k w2 1 w m w n
6.1 转子不平衡故障诊断
• 6.1.4.2 转子运行中的不平衡 • 转子在运行过程中的不平衡，可分两类情况：
• 为转子弯曲 • 原始平衡状态破坏
• （1）转子弯曲
• 永久性弯曲 • 临时性弯曲
6.1 转子不平衡故障诊断
• a、临时性弯曲 • 指转子因外部环境影响或外力的作用而产生弯曲变形，这种变 形不需经过动平衡，而是只需采取一些简单的措施（如经过低 速长时间盘车方式）或改变操作方式即可减缓或消除不平衡振 动。 • 常见的临时性弯曲主要有下列几种情况。
• 6.1.4.1 固有质量不平衡 • 固有质量不平衡：是指转子在原始状态下已经存在的不平 衡，而与操作运行情况无关。 • 主要原因有：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动 平衡方法不正确等问题。
6.1 转子不平衡故障诊断
• 固有质量不平衡将在转子上产生稳定的每转一次的转速频 率振动，在给定转速下其幅值和相位在短时间内一般不随 时间变化。 • 防治办法：改善转子的平衡状态来降低转子的激振力。 • 很多高速的大型机组，联轴节与转子之间正确的平衡方法 是很重要的。联轴节制造厂在出厂前一般都做了整体动平 衡，半联轴节应该紧紧配合在轴上与转子一起动平衡，但 是转子动平衡时不允许在联轴节中间套或半联轴节上再去 重或配重，否则将破坏整个轴系的平衡状态，产生新的不 平衡。

电气绕组
铜线分布不均
转子不平衡故障
不平衡的原因
铸造缺陷
热膨胀
由于每个部件热膨胀 率不同影响转子平衡
轴孔太大
转子不平衡故障机理与诊断
不平衡的种类
按发生不平衡的过程可分为：
• 原始不平衡 • 渐发性不平衡 • 突发性不平衡
按机理可分为：
• 静不平衡 • 偶不平衡 • 动不平衡
= 静不平衡 + 偶不平衡
转子转动一周，离心力方向改变一次。因此，不平衡振动的 频率与转频相一致。
转子不平衡故障机理与诊断
旋转机械故障诊断 转子不平衡
无阻尼时，O、O’、G三点成一直线
实际转子总存在阻尼
工作介质、轴承油膜的黏性阻尼，滑动面之间的摩擦阻尼， 轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼，转子轴承系统因变形能耗 产生的结构阻尼
k m
由上式中解出x和y,并求得振幅r。
转子的临界转速
影响临界转速的因素
支承刚度
• 只有在支承完全不变形的条件下，支点才会在转子运动过 程中保持不动。考虑支承的弹性变形时，就相当于弹簧与 弹性转轴相串联。
• 支承与弹性转轴串联后，总的弹性刚度要低于转轴本身的 弹性刚度，使转子的临界转速降低。
旋转机械故障诊断 转子不平衡
静不平衡
偶不平衡
转子不平衡故障机理与诊断
旋转机械故障诊断 转子不平衡
故障机理
如下图所示单盘转子系统，由于质心与旋转中心不重合而产 生不平衡
F（t）
Fsint
e
t c
M
y( t)
k
c
(a) 转子系统
(b) 振动模型
交变的力(方向、大小周期性变化)会引起振动

转子不平衡故障包括：①转子质量不平衡、 ②转子偏心、 ③轴弯曲、 ④转子热态不平衡、 ⑤转子部件脱落、 ⑥转子 部件结垢、 ⑦ 联轴器不平衡等，不同原因引起的转子不平 衡故障规律相近，但也各有特点。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
1．转子质量不平衡
力不平衡：不平衡产生的振动幅值在转子第一临界转速以下随转 速的平方增大。例如，转速升高1倍，则振动幅值增大3倍。在转 子重心平面内只用一个平衡修正重量便可修正之。 力偶不平衡：至少需在两个修正平面内放置平衡重量才能修正。 动不平衡：动不平衡是不平衡的最普遍的类型，它是力不平衡和 力偶不平衡两者的组合。 悬臂转子不平衡：悬臂转子不平衡包含力不平衡和力偶不平衡两 者。总是必需要在两个修正面内加以修正重量。
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实例三：转子不平衡故障的诊断
结合喂入轮实际特点，引起其不平衡的诱因主要有：制造误差， 锈蚀，表面结垢，磨损引起的喂入轮轴系配合松动等。以前在检修 时发现，由于操作人员经常用水冲洗喂入轮致其内部进水，其安装 螺栓已经产生了大量锈蚀① ，再加之油剂等产生的工艺杂质附着在 喂入轮齿形表面越积越厚(结垢) ② ， 是造成喂入轮不平衡现象频发 的主要原因。为此，已将其列为工艺处理注意事项，并要求操作人 员利用缠辊等停机机会及时对喂入轮表面进行清理。
跃响应，主要特征是振动会突然发生变化而后趋于稳定，振动 幅值一般会有较明显的增大，如果有在线监测系统的话将能捕 捉到这一情况。为了防止脱落部件在惯性力作用下飞出使机体 发生二次事故，必要时应及时停机检修。
6．转子部件结垢 由于结垢需要一定长甚至相当长的时间，所以振动是随着
年月逐渐增大的。
7．联轴器不平衡 通常是联轴器两端轴承的振动较大。

3
自动化与智能化决策
利用人工智能和机器学习技术，自动进行故障诊 断和决策，提高诊断的智能化水平。
在线监测与远程诊断技术
在线监测系统
01
建立在线监测系统，实时监测设备的运行状态和参数，及时发
现异常和故障。
远程诊断技术
02
利用互联网和通信技术，实现远程诊断和专家会诊，提高故障
诊断的效率和准确性。
数据共享与服务平台
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，自动 学习和识别故障模式，提高诊断的准 确性。
智能化诊断技术
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智能传感器与监测系统
开发高灵敏度、高可靠性的智能传感器和监测系 统，实时监测设备的运行状态和故障信息。
故障预警与预测
通过分析监测数据，预测设备可能出现的故障和 问题，提前预警，减少非计划停机时间。
机械故障诊断学培训教程
汇报人：可编辑 2023-12-24
目 录
• 机械故障诊断学概述 • 机械故障诊断的基本原理 • 机械故障诊断的方法与技术 • 机械故障诊断的实践与应用 • 机械故障诊断的挑战与未来发展 • 机械故障诊断案例分析
01
机械故障诊断学概述
定义与特点
定义
机械故障诊断学是一门研究机械 设备在运行过程中出现故障的检 测、诊断和预测的学科。
通过解析航空航天领域的实际案例，使学员深入了解航空航天机械故障
的特点、诊断方法和处理措施，提高学员在航空航天领域的实际操作能
力。
汽车机械故障诊断实践
汽车机械故障诊断概述
介绍汽车机械故障诊断的基本概念、发展历程和应用领域 ，使学员全面了解汽车机械故障诊断的重要性。
汽车机械故障诊断技术
重点介绍适用于汽车的机械故障诊断技术，如振动分析、 油液分析、尾气检测等，并阐述其原理和应用。