旋转机械故障诊断基本理论讲义

由天下分享时间：2024/9/8 3:33:27 加入收藏我要投稿点赞

2×

1×、3× 稳定径向、轴向较稳定双环椭圆正进动表6 转子不对中的敏感参数

1 振动随转速变化明显 3 振动随负荷变化明显 3 振动随油温变化有影响 4 振动随流量变化有影响 5 振动随压力变化有影响 6 其它识别方法转子轴向振动较大；联轴器相邻轴承处振动较大；随机器负荷增加，振动增大；对环境温度变化敏感三、转子摩擦的故障机理及诊断方法

在高速旋转机械中，为了提高机器效率，往往把密封间隙、轴承间隙做得较小，以减少气体和润滑油的泄露。但是，小间隙除了会引起流体动力激振之外，还会发生转子与静止部件的摩擦。轻者发生密封件的摩擦损伤，重者发生转子与静止件的摩擦碰撞，引起严重的机器损伤事故。此外轴承中也会发生干摩擦或半干摩擦，这种摩擦有时是不明显的，并不发生事故，机器未停机拆检之前找不出异常振动原因。因此，必须了解转子与静止件摩擦激振的故障特征，以便及时做出诊断，防止重大事故发生。

1. 转子与静止件径向摩擦的振动机理

图24 转子与静止件径向摩擦示意图

转子与静止件发生径向接触瞬间，转子刚度增大;被静止件反弹后脱离接触，转子刚度减小，并且发生横向自由振动。因此，转子刚度在接触与非接触两者之间变化，会产生一些特有的、复杂的振动响应频率。

摩擦振动是非线性振动，局部摩擦引起的振动频率中包含有2X、3X···一些高次谐波及分数谐波振动(即次谐波振动)。在频谱图上出现(1/n) X的次谐波成分(n=2, 3, 4，···)，重

度摩擦时n=2，轻度摩擦时n=2, 3, 4,···。次谐波的范围取决于转子的不平衡状态，在足够高阻尼的转子系统中也可能完全不出现次谐波振动。

2. 转子与静止件轴向摩擦的振动机理

轴向摩擦时，转子的振动响应几乎与正常状况一致，没有明显的异常特征，所以诊断轴向摩擦时，不能用波形、轨迹和频谱去识别。干摩擦具有阻尼的特性，干摩擦正比于转子与静止件间的干摩擦因数和轴向力。干摩擦阻尼远较正摩擦阻尼大，由轴向干摩擦引起的系统阻尼的增加是显著的，因此系统阻尼的变化可作为诊断轴向摩擦的识别特征。

3. 诊断方法

表7 转子与静止件径向摩擦的振动特征

1 特征频率高次谐波、低次谐波及其组合谐波 2 常伴频率 1× 3 振动稳定性不稳 4 振动方向径向 5 相位特征连续摩擦时:反向位移、跳动、突变；局部摩擦时:反向位移 6 轴心轨迹连续摩擦时:扩散；局部摩擦时:紊乱 7 进动方向连续摩擦时:反进动；局部摩擦时:正进动表8 转子与静止件径向摩擦的敏感系数

1 振动随转速变化不明显 3 振动随负荷变化不明显 3 振动随油温变化不变 4 振动随流量变化不变 5 振动随压力变化不变 6 其它识别方法时域波形严重削波四、转子油膜涡动和油膜振荡的故障机理及诊断方法

油膜涡动和油膜振荡是由滑动轴承力学特性引起的自激振动。

1. 振动机理

以圆柱滑动轴承为例，由于交叉刚度系数不等于零，油膜弹性力有使轴颈失稳的因素。在不同的工作转速下，轴颈中心位置如图所示，其位置还随载荷大小而变，轨迹近似为一个半圆弧，称为平衡半圆，即轴承中轴颈中心的位置并不是沿着载荷作用方向移动，其位置与工作转速及载荷大小有关。

图25 轴颈中心轨迹图

滑动轴承工作状态对于受载荷条件一定的滑动轴承，当轴颈转速不太高时，即使受到一个偶然的外部干扰力的作用，轴颈仍能回到平衡位置。轴颈转速升高达到一定数值后，一旦受外部干扰力作用，轴颈便不能回到初始位置，而沿一近似椭圆的封闭轨迹涡动，或者沿某一极不规则的扩散曲线振荡，这就形成了轴承的失稳状态。

2. 油膜涡动的诊断方法

表9 油膜涡动的振动特征

1 特征频率 ≤0.5× 2 常伴频率 1× 3 振动稳定性较稳定 4 振动方向径向 5 相位特征稳定 6 轴心轨迹双环椭圆 7 进动方向正进动表10 油膜涡动的敏感参数

1 振动随转速变化明显 3 振动随负荷变化不明显 3 振动随油温变化明显 4 振动随流量变化不变 5 振动随压力变化不变 6 其它识别方法涡动频率随工作角频率升降，保持≤0.5× 3. 油膜振荡的诊断方法

表11 油膜振荡的振动特征

1 特征频率＜0.5× 2 常伴频率组合 3 振动稳定性不稳定 4 振动方向径向

5 相位特征不稳定（突变） 6 轴心轨迹扩散不规则 7 进动方向正进动 12

表12 油膜振荡的敏感参数

1 振动随转速变化 3 振动随负荷变化 3 振动随油温变化明显 4 振动随流量变化不变 5 振动随压力变化不变 6 其它识别方法工作角频率≥时突然发生；振动强烈，有低沉吼叫声；振荡发生前发生油膜涡动；异常振动有非线性特征振动发生后，不明显升高转速，振动不变五、转子弯曲的故障机理及诊断方法

转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于转轴结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当等，发生永久弯曲变形或是由于热态停机时未及时盘车、热稳定性差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。转子临时性弯曲是指转子的转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速过快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。转子弓形弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同。

1. 振动机理

旋转轴弯曲时，由于弯曲所产生的力和转子不平衡所产生的力相位不同，两者之间相互作用有所抵消，转轴的振幅将在某个速度下减小。当弯曲的作用小于不平衡时，振幅的减小发生在临界转速以下:当弯曲的作用大于不平衡时，振幅的减小就发生在临界转速以上。转子无论发生弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力.同时在轴向发生与角频率相等的振动。这两种故障的机理与转子质量偏心相同。

2. 诊断方法

转子弓形弯曲和转子临时性弯曲的故障诊断，与转子质量偏心的诊断方法基本相同。其不同之处是，具有转子弓形弯曲故障的机器，开机启动时振动就较大；而转子临时性弯曲的机器，是随着开机升速过程振幅增大到某一值后振幅有所减小；转子质量偏心的机器是低速时振幅趋于零。

六、转子支承系统联接松动的故障机理及诊断方法

轴承松动是指机器的转子支承系统配合间隙误差过大或配合过盈量不足，或是配合面的联接螺栓紧固不牢发生的异常振动。

1. 振动机理

当轴承套与壳体配合具有较大间隙或配合过盈量不足时，轴承套受转子离心力的作用沿圆周方向发生周期性变形，从而改变了轴承的几何参数而影响油膜的稳定性;当轴承座螺栓紧固不牢时，由于结合面上有间隙，系统将发生不连续的位移。

2. 诊断方法

转子支承系统的联接状态对转子的偏心率和转速比的变化敏感，当工作转速低于一阶临界转速时，联接松动的振动响应较大；当转速高于一阶临界转速时，在一定条件下将发生分数谐波共振。

表13 转子支承系统联接松动的振动特征

1 特征频率基频及分数谐波 2 常伴频率 2×、3× 3 振动稳定性不稳定。工作转速达到某阈值时，振幅突然增大或减小

4 振动方向松动方向振动大 5 相位特征不稳定 6 轴心轨迹紊乱 7 进动方向正进动表14 转子支承系统联接松动的敏感参数

1 振动随转速变化很敏感