機(jī)械振動(dòng)與故障診斷基本知識(shí)講解

1、共44頁Strongwish內(nèi)部材料第 頁旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷講義深圳市創(chuàng)為實(shí)技術(shù)發(fā)展有限公司2005年8月目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 第一章狀態(tài)監(jiān)測的基本知識(shí)4 HYPERLINK l bookmark8 一、有關(guān)的名詞和術(shù)語4 HYPERLINK l bookmark10 振動(dòng)的基本參量：幅值、周期（頻率）和相位4 HYPERLINK l bookmark12 通頻振動(dòng)、選頻振動(dòng)、工頻振動(dòng)6 HYPERLINK l bookmark14 徑向振動(dòng)、水平振動(dòng)、垂直振動(dòng)、軸向振動(dòng)6 HYPERLINK l bookmark16 同步振動(dòng)、異

2、步振動(dòng)7 HYPERLINK l bookmark18 諧波、次諧波、亞異步、超異步7 HYPERLINK l bookmark20 相對(duì)軸振動(dòng)、絕對(duì)軸振動(dòng)、軸承座振動(dòng)7 HYPERLINK l bookmark22 自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)7 HYPERLINK l bookmark24 8.高點(diǎn)和重點(diǎn)8 HYPERLINK l bookmark26 剛度、阻尼和臨界阻尼8 HYPERLINK l bookmark28 共振、臨界轉(zhuǎn)速、固有頻率9 HYPERLINK l bookmark30 分?jǐn)?shù)諧波共振、高次諧波共振和參數(shù)激振9 HYPERLINK l bookmark32

3、12.渦動(dòng)、正進(jìn)動(dòng)和反進(jìn)動(dòng)9 HYPERLINK l bookmark34 13.同相振動(dòng)和反相振動(dòng)10 HYPERLINK l bookmark36 14.軸振型和節(jié)點(diǎn)10 HYPERLINK l bookmark38 15.轉(zhuǎn)子撓曲11 HYPERLINK l bookmark40 16.電氣偏差、機(jī)械偏差、晃度11 HYPERLINK l bookmark42 17.偏心和軸心位置11 HYPERLINK l bookmark44 18.間隙電壓、油膜壓力11 HYPERLINK l bookmark46 二、傳感器的基本知識(shí)12 HYPERLINK l bookmark48 1.振動(dòng)傳

4、感器12 HYPERLINK l bookmark50 電渦流振動(dòng)位移傳感器的工作原理13 HYPERLINK l bookmark52 電動(dòng)力式振動(dòng)速度傳感器的工作原理13 HYPERLINK l bookmark54 4壓電式加速度傳感器的工作原理14 HYPERLINK l bookmark56 第二章狀態(tài)監(jiān)測常用圖譜15 HYPERLINK l bookmark58 1波德圖15 HYPERLINK l bookmark60 2極坐標(biāo)圖16 HYPERLINK l bookmark62 3頻譜瀑布圖16 HYPERLINK l bookmark64 4極聯(lián)圖17 HYPERLINK l

5、 bookmark66 5軸心位置圖186軸心軌跡圖18 HYPERLINK l bookmark70 7振動(dòng)趨勢(shì)圖19 HYPERLINK l bookmark72 8波形頻譜圖20 HYPERLINK l bookmark74 第三章旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷22 HYPERLINK l bookmark76 1.不平衡22 HYPERLINK l bookmark78 2.不對(duì)中23 HYPERLINK l bookmark80 3.軸彎曲和熱彎曲26 HYPERLINK l bookmark82 4.油膜渦動(dòng)和油膜振蕩28 HYPERLINK l bookmark84 5.蒸汽激振30 HYP

6、ERLINK l bookmark86 6.機(jī)械松動(dòng)33 HYPERLINK l bookmark88 7.轉(zhuǎn)子斷葉片與脫落33 HYPERLINK l bookmark90 8.摩擦38 HYPERLINK l bookmark92 9.軸裂紋4010.旋轉(zhuǎn)失速與喘振40 HYPERLINK l bookmark94 11.機(jī)械偏差和電氣偏差43第一章狀態(tài)監(jiān)測的基本知識(shí)一、有關(guān)的名詞和術(shù)語機(jī)械振動(dòng)是指物體圍繞其平衡位置附近來回?cái)[動(dòng)并隨時(shí)間變化的一種運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)通常以其幅值、周期（頻率）和相位來描述，它們是描述振動(dòng)的三個(gè)基本參量。以下介紹在振動(dòng)測量和分析中經(jīng)常用到的有關(guān)名詞和術(shù)語。振動(dòng)的基本

7、參量：幅值、周期（頻率）和相位幅值：表示物體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的幅度，它是機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，也是機(jī)器振動(dòng)嚴(yán)重程度的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的好壞絕大多數(shù)情況是根據(jù)振動(dòng)幅值的大小來判別的。振幅的大小可以表示為峰一峰值（PP）、單峰值（0P）、有效值（RMS）或平均值（Average）。峰一峰值等于正峰和負(fù)峰之間的最大偏差值，峰值等于峰峰值的1/2。只有在純正弦波的情況下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振動(dòng)測量中一般則很少使用。它們之間的換算關(guān)系是：峰峰值=2X單峰值=2X21/2X有效值表述振動(dòng)幅值的大小通常采用振動(dòng)的位移、速度或加速度值為度量單位。一

8、般在振動(dòng)測量中，除特別注明外，振動(dòng)位移（D）以峰一峰值表示，單位一般是微米（口m）或密耳（mil）；振動(dòng)速度（V）常用有效值表示，單位用毫米/秒（mm/s）或英寸/秒（IPS）。振動(dòng)速度的有效值又稱為“振動(dòng)烈度”有的行業(yè)的設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)就是以“振動(dòng)烈度”來作為基礎(chǔ)的。振動(dòng)加速度（A）積分一次即為振動(dòng)速度；而振動(dòng)速度再積分一次就成了振動(dòng)位移。即：V=2nfD；A=2nfV=（2nf）2D以上僅僅是對(duì)簡諧振動(dòng)而言是正確的，因其頻率f值為一常數(shù)；而對(duì)于一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)或波形來說，由于其振動(dòng)頻率f值的多重性而會(huì)帶來誤差。周期：物體完成一個(gè)完整的振動(dòng)所需要的時(shí)間，以T。表示。單位一般是用“秒”來表示。例如一個(gè)

9、單擺，它的周期就是重錘從左運(yùn)動(dòng)到右，再從右運(yùn)動(dòng)回左邊起點(diǎn)所需要的時(shí)間。頻率：是指振動(dòng)物體在單位時(shí)間（1秒）內(nèi)所產(chǎn)生振動(dòng)的次數(shù)，即Hz,以f0表示。很顯然，f0=1/T0。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)來說，存在下述令人感興趣的頻率：a）轉(zhuǎn)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)頻率；b）各種振動(dòng)分量的頻率；c）機(jī)器自身和基礎(chǔ)或其它附著物的固有頻率。由于某些機(jī)器故障僅僅在某些特定的頻率下才產(chǎn)生振動(dòng)，這種現(xiàn)象就有助于區(qū)別各種不同種類的機(jī)器故障。例如：不平衡故障的結(jié)果一定會(huì)導(dǎo)致工頻能量的異常升高。但是，反過來我們必須注意到，振動(dòng)頻率和機(jī)器故障的關(guān)系并不是一一相對(duì)應(yīng)的。也就是說，某一特定頻率的振動(dòng)，可能和多種機(jī)器的故障有關(guān)聯(lián)。因此，我們不要企

10、圖將某一固定的振動(dòng)頻率與某一特定的機(jī)器故障建立直接的聯(lián)系。在對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行振動(dòng)分析與故障診斷時(shí)，振動(dòng)的頻率是非常重要的參量，是分析振動(dòng)原因的重要依據(jù)，它有助于我們對(duì)機(jī)器的故障進(jìn)行判別，根據(jù)振動(dòng)頻率可以初步查明振動(dòng)的性質(zhì)和來源。但是，它僅僅只是一種參量而已。為了得到正確的診斷結(jié)論，我們還必須對(duì)機(jī)器所有的參量進(jìn)行估計(jì)和分析。振動(dòng)頻率可采用赫茲（HZ）、周/分鐘（CPM）、轉(zhuǎn)/分鐘（RPM）等度量單位，或以相對(duì)于轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)為度量單位，如一倍頻（IX）、二倍頻（2X）、半頻（0.5X）.，相位：是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械測量中某一瞬間機(jī)器的選頻振動(dòng)信號(hào)（如基頻）與軸上某一固定標(biāo)志（如鍵相器）之間的相位差。相位可

11、用來描述某一特定時(shí)刻機(jī)器轉(zhuǎn)子的位置，一個(gè)好的相位測量系統(tǒng)能夠確定每一個(gè)傳感器所在的機(jī)器轉(zhuǎn)子上“高點(diǎn)”相對(duì)機(jī)器軸系上某一固定的標(biāo)志點(diǎn)的位置。而平衡狀態(tài)的變化將會(huì)引起“高點(diǎn)”位置的變化，這種變化也會(huì)通過相位角的變化而表示出來。相位的度量單位為度（）,通常振動(dòng)相位在0360范圍之間變化。振動(dòng)的相位在振動(dòng)分折中十分重要，它不僅反映了不平衡分量的相對(duì)位置，在動(dòng)平衡中必不可少，而且在故障診斷中也能發(fā)揮重要作用。下面專門說一下振動(dòng)位移、速度、加速度三者之間的相位關(guān)系。以單擺的簡諧振動(dòng)為例：共44頁Strongwish內(nèi)部材料第 頁把一個(gè)單擺橫向來看，當(dāng)重錘向上擺，通過起始點(diǎn)0時(shí)，其位移為零，而速度為正方向最

12、大，加速度為零；當(dāng)重錘運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，位移為正方向最大，此時(shí)速度為零，加速度為負(fù)方向最大；重錘向下回零時(shí)，位移為零，速度為負(fù)方向最大，加速度為零；當(dāng)重錘運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，位移為負(fù)方向最大，而此時(shí)速度為零，加速度為正方向最大。結(jié)論：振動(dòng)速度相位超前振動(dòng)位移90；振動(dòng)加速度相位超前振動(dòng)速度90；振動(dòng)加速度相位超前振動(dòng)位移180。相位如果沒有明確指明，其角度增加的方向總是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。通頻振動(dòng)、選頻振動(dòng)、工頻振動(dòng)通頻振動(dòng)表示振動(dòng)原始波形的振動(dòng)幅值。選頻振動(dòng)表示所選定的某一頻率正弦振動(dòng)的幅值。工頻振動(dòng)表示與所測機(jī)器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相同的正弦振動(dòng)的幅值。對(duì)于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min的機(jī)器，工頻振

13、動(dòng)頻率是100HZ。工頻振動(dòng)又叫基頻振動(dòng)。徑向振動(dòng)、水平振動(dòng)、垂直振動(dòng)、軸向振動(dòng)徑向振動(dòng)是指垂直于機(jī)器轉(zhuǎn)軸中心線方向的振功。徑向振動(dòng)有時(shí)也稱為橫向振動(dòng)。水平振動(dòng)是指與水平方向一致的徑向振動(dòng)。深圳市創(chuàng)為實(shí)技術(shù)發(fā)展有限公司培訓(xùn)教材共44頁Strongwish內(nèi)部材料第 頁垂直振動(dòng)是指與垂直方向一致的徑向振動(dòng)。軸向振動(dòng)是指與轉(zhuǎn)軸中心線同一方向的振動(dòng)。同步振動(dòng)、異步振動(dòng)同步振動(dòng)是指與轉(zhuǎn)速頻率成正比變化的振動(dòng)頻率成分。一般情況（但不是全部情況）下，同步成分是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍或者整分?jǐn)?shù)倍，不管轉(zhuǎn)速如何，它們總保持這一關(guān)系，如一倍頻（IX）,二倍頻（2X）,三倍頻（3X）,半頻（1/2X）,三分之一倍頻（1

14、/3X）等。異步振動(dòng)是指與轉(zhuǎn)速頻率無關(guān)的振動(dòng)頻率成份，也可稱為非同步運(yùn)動(dòng)。諧波、次諧波、亞異步、超異步一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)信號(hào)所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率整數(shù)倍的信號(hào)分量，也稱諧波、超諧波或同步。一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)信號(hào)中所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率分?jǐn)?shù)倍的信號(hào)分量，也稱為次諧波或分?jǐn)?shù)諧波。亞異步振動(dòng)是指頻率低于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動(dòng)分量。超異步振動(dòng)是指頻率高于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動(dòng)分量。相對(duì)軸振動(dòng)、絕對(duì)軸振動(dòng)、軸承座振動(dòng)轉(zhuǎn)子的相對(duì)軸振動(dòng)是指轉(zhuǎn)子軸頸相對(duì)于軸承座的振動(dòng)，它一般是用非接觸式電渦流傳感器來測量。轉(zhuǎn)子的絕對(duì)軸振動(dòng)是指轉(zhuǎn)子軸相對(duì)于大地的振動(dòng)，它可用接觸式傳感器或用一個(gè)非接觸式電渦流傳感器和一個(gè)慣性傳感器組成的復(fù)合傳感器來

15、測量。兩個(gè)傳感器所測量的值進(jìn)行矢量相加就可得到轉(zhuǎn)子軸相對(duì)于大地的振動(dòng)。軸承座振動(dòng)是指軸承座相對(duì)于大地的振動(dòng)，它可用速度傳感器或加速度傳感器來測量。自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)自由振動(dòng)一般是指力學(xué)體系在經(jīng)歷某一初始擾動(dòng)（位置或速度的變化）后，不再受外界力的激勵(lì)和干擾的情形下所發(fā)生的振動(dòng)。根據(jù)擾動(dòng)的類型，力學(xué)體系以自身的一種或多種固有頻率發(fā)生自由振動(dòng)。受迫振動(dòng)是指在外來力函數(shù)的激勵(lì)下而產(chǎn)生的振動(dòng)。通常，受迫振動(dòng)按照激勵(lì)力的頻率振動(dòng)。自激振動(dòng)是指由振動(dòng)體自身所激勵(lì)的振動(dòng)。維持振動(dòng)的交變力是由運(yùn)動(dòng)本身產(chǎn)生或控制的。自激振動(dòng)通常有下述特點(diǎn)：振動(dòng)頻率為亞異步或超異步，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步。自激振動(dòng)的

16、頻率以轉(zhuǎn)子的固有頻率為主。多數(shù)為徑向振動(dòng)。振幅可能發(fā)生急劇上升，直到受非線性作用以極限圓為界。振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負(fù)荷關(guān)系密切。失穩(wěn)狀態(tài)下的振動(dòng)能量來源于系統(tǒng)本身。隨機(jī)振動(dòng)是指當(dāng)描述系統(tǒng)振動(dòng)的狀態(tài)變量不能用確切的時(shí)間函數(shù)來表述，無法確定狀態(tài)變量在某瞬時(shí)的確切數(shù)值，其物理過程具有不可重復(fù)性和不可預(yù)知性時(shí)，也就是在任何時(shí)刻，其振動(dòng)的大小不能正確預(yù)知的振動(dòng)。8.高點(diǎn)和重點(diǎn)高點(diǎn)是指當(dāng)轉(zhuǎn)軸和振動(dòng)傳感器之間的距離最近時(shí)，轉(zhuǎn)軸上振動(dòng)傳感器所對(duì)應(yīng)的那一點(diǎn)任一時(shí)刻的角位置。也意味著當(dāng)振動(dòng)傳感器產(chǎn)生正的峰值振動(dòng)信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)軸表面振動(dòng)傳感器對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置。高點(diǎn)可能隨轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性的變化（如轉(zhuǎn)速變化）而移動(dòng)。重點(diǎn)是指在轉(zhuǎn)軸

17、上某一特定橫向位置處，不平衡矢量的角位置。重點(diǎn)一般不隨轉(zhuǎn)速變化。在一定的轉(zhuǎn)速下，重點(diǎn)和高點(diǎn)之間的夾角稱為機(jī)械滯后角。剛度、阻尼和臨界阻尼剛度是一種機(jī)械或液壓元件在負(fù)載作用下的彈性變化量。一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度包括靜剛度和動(dòng)剛度兩個(gè)部分，靜剛度決定于結(jié)構(gòu)的材料和幾何尺寸，而動(dòng)剛度既與靜剛度有關(guān)，也與連接剛度和共振狀態(tài)有關(guān)。阻尼是指振動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換（從機(jī)械能轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，一般是熱能），這種能量轉(zhuǎn)換抑制了每次振蕩的振幅值。當(dāng)轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻尼來自軸承中的油、密封等。臨界阻尼是指能夠保證系統(tǒng)回到平衡位置而不發(fā)生振蕩所要求的最小阻尼共振、臨界轉(zhuǎn)速、固有頻率共振是振幅和相位的變化響應(yīng)狀態(tài)，由對(duì)某一特

18、殊頻率的作用力敏感的相應(yīng)系統(tǒng)所引起。一個(gè)共振通常通過振幅的顯著增加和相應(yīng)的相位移動(dòng)來識(shí)別。在共振發(fā)生時(shí)，當(dāng)激振頻率稍有變化（頻率上升或下降）時(shí)，其振動(dòng)響應(yīng)就會(huì)明顯地減小。每一個(gè)轉(zhuǎn)子，連同支持它的軸承組成的系統(tǒng)，都有若干階橫向振動(dòng)的固有頻率，每一階固有頻率又有它所對(duì)應(yīng)的振型。在一定的轉(zhuǎn)速下，某一階固有頻率可以被轉(zhuǎn)子上的不平衡力激起，這個(gè)與固有頻率一致的轉(zhuǎn)速就被稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)的頻率只與系統(tǒng)本身的質(zhì)量（或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）、剛度和阻尼有關(guān)。這個(gè)由系統(tǒng)的固有性質(zhì)所決定的振動(dòng)頻率，稱為系統(tǒng)的固有頻率。分?jǐn)?shù)諧波共振、高次諧波共振和參數(shù)激振當(dāng)以頻率f激振，因頻率f/n（n等于2及其以上的正

19、整數(shù)）接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為分諧波共振。當(dāng)以頻率f激振，因頻率nf（n等于2及其以上的正整數(shù)）接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為高次諧波共振。參數(shù)激振是指由質(zhì)量、彈性等因素隨時(shí)間周期變化的激振。由極不對(duì)稱的截面或由此引起的不同的抗彎強(qiáng)度可能產(chǎn)生參數(shù)振動(dòng)。渦動(dòng)、正進(jìn)動(dòng)和反進(jìn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的渦動(dòng)（或稱為進(jìn)動(dòng)）常定義為轉(zhuǎn)軸的中心圍繞軸承的中心所作的轉(zhuǎn)動(dòng)。正進(jìn)動(dòng)是指與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的渦動(dòng)。反進(jìn)動(dòng)是指與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的渦動(dòng)。同相振動(dòng)和反相振動(dòng)在一對(duì)稱轉(zhuǎn)子中，若兩端支持軸承在同一方向（垂直或水平）的振動(dòng)相位角相同時(shí)，則稱這兩軸承的振動(dòng)為同相振動(dòng)。若兩端支持軸承在同一方向（垂直或水平）的振動(dòng)相位

20、角相差180時(shí)，則稱這兩軸承的振動(dòng)為反相振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)的同相分量和反相分量可初步判斷轉(zhuǎn)子的振型。14.軸振型和節(jié)點(diǎn)軸振型是在某一特定轉(zhuǎn)速下，作用力所引起的轉(zhuǎn)子合成偏離形狀，是轉(zhuǎn)子沿軸向的偏離的三維表示。節(jié)點(diǎn)是在所給定的振型中，軸上的最小偏離點(diǎn)。由于殘留不平衡狀態(tài)的改變，或其它力函數(shù)的改變，或者約束條件的改變（如軸承間隙的變化），節(jié)點(diǎn)都可能圖13振型和節(jié)點(diǎn)很容易地沿軸向改變它的位置。節(jié)點(diǎn)也常指軸上最小絕對(duì)位移點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)兩邊的運(yùn)動(dòng)相角差180。15.轉(zhuǎn)子撓曲轉(zhuǎn)子撓曲是指轉(zhuǎn)子彈性彎曲值，現(xiàn)場習(xí)慣稱為撓度。轉(zhuǎn)子撓曲分為靜撓曲和動(dòng)撓曲，靜撓曲是靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)子在自重或預(yù)載荷作用下產(chǎn)生的彈性彎曲值，沿轉(zhuǎn)子軸線

21、上不同的點(diǎn)，靜撓曲值不同；動(dòng)撓曲是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)子在不平衡力矩和其它交變力作用下產(chǎn)生的彈性彎曲值，轉(zhuǎn)子動(dòng)撓曲又分同步撓曲和異步撓曲兩種，這兩種撓曲將直接疊加到轉(zhuǎn)軸振動(dòng)上。16.電氣偏差、機(jī)械偏差、晃度電氣偏差系非接觸式電渦流傳感器系統(tǒng)輸出信號(hào)誤差的來源之一，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，該偏差就重復(fù)一次。傳感器輸出信號(hào)的變化并不是來自探頭所測間隙的改變（動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)或位置的變化），而通常是來自于轉(zhuǎn)軸表面材料電導(dǎo)率的變化或轉(zhuǎn)軸表面上某些位置局部磁場的存在。（轉(zhuǎn)子磁化后，其頻譜特征為2X、4X、6X等比較高，且差不多高。）機(jī)械偏差也是電渦流傳感器系統(tǒng)輸出信號(hào)誤差的來源之一。傳感器所測間隙的變化，并不是由轉(zhuǎn)軸中心線位置變

22、化或轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)所引起的，通常來源于轉(zhuǎn)軸的橢圓度、損壞、鍵標(biāo)記、凹陷、劃痕、銹斑或由轉(zhuǎn)軸上的其它結(jié)構(gòu)所引起的。轉(zhuǎn)軸的晃度，或稱為軸的徑向偏差，是電氣偏差和機(jī)械偏差的總和。在軸的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，其數(shù)值不能超過相當(dāng)于許用振動(dòng)位移的25%或6口m這兩者中的較大值。通常渦流傳感器在低轉(zhuǎn)速（約工作轉(zhuǎn)速的10左右）下測得的軸的振值基本就相當(dāng)于轉(zhuǎn)軸的晃度值。大部分情況下，晃度與振動(dòng)為同一方向，相反的情況很少。偏心和軸心位置在轉(zhuǎn)子平衡領(lǐng)域，偏心是指轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心偏離轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)中心的數(shù)值，此偏心是引起轉(zhuǎn)軸振動(dòng)最主要的激振力；而在機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測中偏心是指軸頸中心偏離軸瓦中心的距離，也稱為偏心位置或軸心位置，通過對(duì)偏心的

23、監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子承受的外加載荷和軸瓦工作狀態(tài)。間隙電壓、油膜壓力間隙電壓是指電渦流傳感器測量的直流電壓，其值反映了軸頸和探頭間的間隙。由此可給出轉(zhuǎn)子揚(yáng)度、支承載荷、軸心位置等有關(guān)信息。油膜壓力反映了軸承支承油膜的厚度及穩(wěn)定性，該壓力能幫助診斷軸瓦穩(wěn)定性等方面的問題。二、傳感器的基本知識(shí)1.振動(dòng)傳感器現(xiàn)場振動(dòng)測試采用的傳感器一般有非接觸式電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和復(fù)合傳感器（它是由一個(gè)非接觸傳感器和一個(gè)慣性傳感器組成）四種。每一種傳感器都有它們固有的頻響特性，其決定了各自的工作范圍。如果采用的傳感器在超出其線性頻響區(qū)域工作時(shí)，測量得到的讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。下表列出了振動(dòng)測量中常用

24、的一些傳感器的性能和適用范圍及優(yōu)、缺點(diǎn)等。表11常用的振動(dòng)傳感器及其性能和適應(yīng)范圍傳感器種類頻響特性測量適用范圍優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電渦流傳感器05000HZ或010000Hz轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)軸心軌跡軸承油膜厚度軸位移和脹差轉(zhuǎn)速和相位非接觸測量測量范圍寬靈敏度咼抗干擾能力強(qiáng)不受介質(zhì)影響結(jié)構(gòu)簡單對(duì)被測材料敏感存在機(jī)械偏差和電氣偏差的可能及影響安裝較復(fù)雜速度傳感器10500Hz或101000HZ軸承座的絕對(duì)振動(dòng)不需電源，簡單方便靈敏度咼輸出信號(hào)大、輸出阻抗低，電氣性能穩(wěn)定性好，不受外部噪聲干擾動(dòng)態(tài)范圍有限尺寸和重量大彈簧件易失效受高溫影響較大加速度傳感器0.210000HZ或更咼軸承座的絕對(duì)振動(dòng)頻響范圍寬體積小、

25、重量輕靈敏度咼不易在咼溫環(huán)境下使用裝配困難、成品率低復(fù)合傳感器02000HZ轉(zhuǎn)軸絕對(duì)振動(dòng)轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)軸承座的絕對(duì)振動(dòng)轉(zhuǎn)軸在軸承間隙內(nèi)的徑向位移非接觸測量無磨損牢固可靠對(duì)被測材料敏感安裝較復(fù)雜電渦流振動(dòng)位移傳感器的工作原理12341.線圈2.框架3.框型甘套4支座5.電藐&祐頭金屈-9缽圖14電渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖圖15電渦流傳感器原理圖由前置放大器的高頻振蕩器向傳感器的頭部線圈供給一個(gè)高頻電流，線圈所產(chǎn)生的交變磁場在具有鐵磁性能的被測物體的表面就會(huì)產(chǎn)生電渦流，由該電渦流所產(chǎn)生的磁場在方向上與傳感器的磁場相反，因而對(duì)傳感器具有阻抗。當(dāng)傳感器與被測物體的表面間隙較小的時(shí)候，電渦流也較強(qiáng)，阻抗較大，傳感

26、器最終的輸出電壓變??；當(dāng)傳感器與被測物體的表面間隙變大的時(shí)候，電渦流會(huì)變?nèi)?，阻抗變小，傳感器最終的輸出電壓變大。渦流的強(qiáng)弱與間隙的大小成正比，因而，傳感器的輸出與振動(dòng)位移成正比。電動(dòng)力式振動(dòng)速度傳感器的工作原理圖16振動(dòng)速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖固定在殼體內(nèi)部的永久磁鐵，隨著外殼與振動(dòng)物體一起振動(dòng)，同時(shí)，由于內(nèi)部由彈簧固定著的線圈不能與磁鐵同步運(yùn)動(dòng)，磁鐵的磁力線被線圈以一定的速度切割，從而產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)輸出。而所輸出的電動(dòng)勢(shì)的大小則與磁通量的大小和線圈參數(shù)（在此處均系常數(shù)）以及線圈切割磁力線的速度成正比，所以我們可以得到和磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度成正比的輸出電動(dòng)勢(shì)，即：傳感器的輸出電壓與被測物體的振動(dòng)速度成正

27、比。4壓電式加速度傳感器的工作原理壓電式加速度傳感器是以某些晶體元件受力后會(huì)在其兩個(gè)表面產(chǎn)生不同電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理。壓電原理圖圖17壓電式加速度傳感器某些晶體，當(dāng)沿著一定的方向受到外力的作用的時(shí)候，其內(nèi)部的晶格會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在晶體的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生了符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉以后，就又恢復(fù)到原來的不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時(shí)，所產(chǎn)生的電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，而力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)加速度大小成正比：F=ma,上述現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對(duì)晶體施加一交變電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，這稱為逆壓電效應(yīng)，亦稱電致伸縮效應(yīng)（應(yīng)用在電聲器

28、材如喇叭、超聲波探頭等）。壓電加速度計(jì)的頻響范圍極寬，最高可達(dá)幾十KHz,測量范圍特大，最大可達(dá)十幾萬個(gè)g,多用于高頻振動(dòng)檢測中，如齒輪、滾動(dòng)軸承等的接觸式測量中。一般需與電荷放大器配合使用，且電荷放大器前的連接電纜較易受到干擾?，F(xiàn)在，有些加速度傳感器（如PCB）把放大電路集成到傳感器內(nèi)，這樣一來，外界干擾的影響極小，可靠性也得到了大幅度的提高。第二章狀態(tài)監(jiān)測常用圖譜1波德圖波德圖是反映機(jī)器振動(dòng)幅值、相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線，見圖21。圖形的橫坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是振幅的峰峰值，另一個(gè)是相位。從波德圖上我們可以得到以下信息：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；.轉(zhuǎn)子

29、系統(tǒng)的共振放大系數(shù)(Q=Amax/)；般小型機(jī)組Q在35甚至更小，而大型機(jī)組在57；超過上述數(shù)值，很可能是不安全的；轉(zhuǎn)子的振型；系統(tǒng)的阻尼大小；轉(zhuǎn)子上機(jī)械偏差和電氣偏差的大??；轉(zhuǎn)子是否發(fā)生了熱彎曲。由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀況和振動(dòng)體的剛度、阻尼特性等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。圖21波德圖2極坐標(biāo)圖極坐標(biāo)圖是把振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來，見圖22。圖中用一旋轉(zhuǎn)矢量的點(diǎn)代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點(diǎn)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑就代表了軸的徑向振幅，該點(diǎn)在極坐標(biāo)上的角度就是此時(shí)振動(dòng)的相位角。這種極坐標(biāo)表示方法在作用上與波德圖相同，但它比波德圖更為直觀。振幅轉(zhuǎn)速曲線在極坐標(biāo)圖中是呈環(huán)狀出現(xiàn)的，

30、臨界轉(zhuǎn)速處在環(huán)狀振幅最大處，且此時(shí)從弧段上標(biāo)記的轉(zhuǎn)速應(yīng)該顯示出變化率為最大。用電渦流傳感器測試軸的振動(dòng)時(shí)，在極坐標(biāo)圖中可以很容易得到軸的原始晃度矢量，即與低轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的矢量。從帶有原始晃度的圖形要得到扣除原始晃度后的振動(dòng)曲線也很容易做到，為此，只要將極坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)平移到與需要扣除的原始晃度矢量相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，原圖的曲線形狀保持不變。這樣，原曲線在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)即是扣除原始晃度后的振動(dòng)響應(yīng)。3頻譜瀑布圖用某一測點(diǎn)在啟停機(jī)（或正常運(yùn)行中）時(shí)連續(xù)測得的一組頻譜圖按時(shí)間順序組成的三維譜圖就是頻譜瀑布圖，見圖23。圖中Z軸是時(shí)間軸相同階次頻率的譜線集和Z軸是平行的。從圖中可以清楚地看出各種頻率的振

31、幅隨時(shí)間是如何變化的。0679:3E:1208:31:01二759三5012003倍頻LIX00B:45:3827B003:39:0121011卿09:33:391旳9CQ-31:51176114634DQ12D01ZQO08:44:02121100.41.0513H9OE：:38:07105600:35:22O0:2B:14單位微耒09：43：15DQ:41:CEZ519232109:30:13匸09:23:50F圖23頻譜瀑布圖4極聯(lián)圖極聯(lián)圖是在啟停機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下得到的頻譜圖依次組成的三維譜圖。它的Z軸是轉(zhuǎn)速，工頻和各個(gè)倍頻及分頻的軸線在圖中是都以0點(diǎn)為原點(diǎn)相外發(fā)射的傾斜的直

32、線。在分析振動(dòng)與轉(zhuǎn)速有關(guān)的故障時(shí)是很直觀的。該圖常用來了解各轉(zhuǎn)速下振動(dòng)頻譜變化情況，可以確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其振動(dòng)幅值、半速渦動(dòng)或油膜振蕩的發(fā)生和發(fā)展過程等。圖24極聯(lián)圖5軸心位置圖軸心位置圖用來顯示軸頸中心相對(duì)于軸承中心位置。這種圖形提供了轉(zhuǎn)子在軸承中穩(wěn)態(tài)位置變化的觀測方法，用以判別軸頸是否處于正常位置。當(dāng)軸心位置超出一定范圍時(shí)，說明軸承處于不正常的工作狀態(tài)，從中可以判斷轉(zhuǎn)子的對(duì)中好壞、軸承的標(biāo)高是否正常，軸瓦是否磨損或變形等等。如果軸心位置上移，則預(yù)示著轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的開始。通過對(duì)軸頸中心位置變化的監(jiān)測和分析，可以預(yù)測到某些故障的來臨，為故障的防治提供早期預(yù)報(bào)。一般來說軸心位置的偏位角應(yīng)該在20

33、50之間。6軸心軌跡一般是指轉(zhuǎn)子上的軸心一點(diǎn)相對(duì)于軸承座在其與軸線垂直的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)中除了包含由不平衡引起的基頻振動(dòng)分量之外，還存在由于油膜渦動(dòng)、油膜振蕩、氣體激振、摩擦、不對(duì)中、嚙合等等原因引起的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)、亞異步振動(dòng)、高次諧波振動(dòng)等等各種復(fù)雜的振動(dòng)分量，使得軸心軌跡的形狀表現(xiàn)出各種不同的特征，其形狀變得十分復(fù)雜，有時(shí)甚至是非常地混亂。7振動(dòng)趨勢(shì)圖在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可利用趨勢(shì)圖來顯示、記錄機(jī)器的通頻振動(dòng)、各頻率分量的圖27振動(dòng)趨勢(shì)圖這種圖形以不同長度的時(shí)間為橫坐標(biāo)，以振幅、相位或其它參數(shù)為縱坐標(biāo)。在分析機(jī)組振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷、軸位移或其它工藝參數(shù)的變化時(shí)，這種圖給出的曲線

34、十分直觀，對(duì)于運(yùn)行管理人員來說，用它來監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀況是非常有用的。8波形頻譜圖在對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，在時(shí)域波形圖上可以得到一些相關(guān)的信息，如振幅、周期（即頻率）、相位和波形的形狀及其變化。這些數(shù)據(jù)有助于對(duì)振動(dòng)起因的分析及振動(dòng)機(jī)理的研究。但由于從波形圖上不能直接得到我們所需要的精確數(shù)據(jù)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人用它來確定振動(dòng)參數(shù)。但它可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測中作為示波器用來觀察振動(dòng)的形態(tài)和變化。我們知道，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的非諧和的周期性的振動(dòng)信號(hào)，可以用傅立葉級(jí)數(shù)展開的方法得到一系列的頻率成分。對(duì)振動(dòng)波形進(jìn)行FFT處理則得到振動(dòng)的頻譜分布，即頻譜圖，該圖反映了振動(dòng)的頻率結(jié)構(gòu)。圖29頻譜分析的示意圖第三章旋轉(zhuǎn)機(jī)械

35、的故障診斷1.不平衡不平衡是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最普遍存在的故障。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因是多方面的，如轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械加工質(zhì)量偏差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻、動(dòng)平衡精度差；運(yùn)行中聯(lián)軸器相對(duì)位置的改變；轉(zhuǎn)子部件缺損，如：運(yùn)行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)不均勻結(jié)垢、脫落；轉(zhuǎn)子受疲勞應(yīng)力作用造成轉(zhuǎn)子的零部件（如葉輪、葉片、圍帶、拉筋等）局部損壞、脫落，產(chǎn)生碎塊飛出等。不平衡轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，其時(shí)間波形和頻譜圖一般具有如下典型特征：原始時(shí)域波形的形狀接近一個(gè)純正弦波；.振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖中，諧波能量主要是集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率（IX）上，即基頻振動(dòng)成分所占的比例很大，而其它倍頻成分所占的比例相對(duì)較??；.在升降速過程

36、中，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速越過臨界轉(zhuǎn)速之后，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加反而減小，并趨向于一個(gè)較小的穩(wěn)定值。當(dāng)轉(zhuǎn)速等于或接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子將會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)的振幅具有最大峰值；.當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時(shí)，振動(dòng)的相位穩(wěn)定；轉(zhuǎn)子的軸心軌跡圖呈橢圓形；.轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)特征為同步正進(jìn)動(dòng)；.純靜不平衡時(shí)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承同一方向的振動(dòng)相位相同，而純力偶不平衡時(shí)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承振動(dòng)呈反相，即相位差180。但實(shí)際轉(zhuǎn)子一般既存在一定的靜不平衡，又存在一定的力偶不平衡（即存在動(dòng)不平衡），此時(shí)支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承同一方向振動(dòng)相位差在0180之間變化；.在外伸轉(zhuǎn)子不平衡情況下可能會(huì)產(chǎn)生很大的軸向振動(dòng)。在轉(zhuǎn)子

37、外伸端不平衡時(shí)，支承轉(zhuǎn)子的兩軸承的軸向振動(dòng)相位相同；.因介質(zhì)不均勻結(jié)垢時(shí)，工頻幅值和相位是緩慢變化的。2.不對(duì)中轉(zhuǎn)子不對(duì)中通常是指相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。轉(zhuǎn)子不對(duì)中可分為聯(lián)軸器不對(duì)中和軸承不對(duì)中。聯(lián)軸器不對(duì)中又可分為平行不對(duì)中、偏角不對(duì)中和平行偏角不對(duì)中三種情況。平行不對(duì)中時(shí)振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子工頻的兩倍。偏角不對(duì)中使聯(lián)軸器附加一個(gè)彎矩，以力圖減小兩個(gè)軸中心線的偏角。軸每旋轉(zhuǎn)一周，彎矩作用方向就交變一次，因此，偏角不對(duì)中增加了轉(zhuǎn)子的軸向力，使轉(zhuǎn)子在軸向產(chǎn)生工頻振動(dòng)。平行偏角不對(duì)中是以上兩種情況的綜合，使轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向和軸向振動(dòng)。軸承不對(duì)中實(shí)際上反映的是軸承座標(biāo)高和軸中心位置的偏

38、差。軸承不對(duì)中使軸系的載荷重新分配。負(fù)荷較大的軸承可能會(huì)出現(xiàn)高次諧波振動(dòng)，負(fù)荷較輕的軸承容易失穩(wěn)，同時(shí)還使軸系的臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。因此，不對(duì)中故障的特征是：轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)出現(xiàn)二倍頻，以一倍頻和二倍頻分量為主，軸系不對(duì)中越嚴(yán)重，二倍頻所占的比例就越大，多數(shù)情況甚至出現(xiàn)二倍頻能量超過一倍頻能量；振動(dòng)信號(hào)的原始時(shí)域波形呈畸變的正弦波；聯(lián)軸器兩側(cè)相鄰兩個(gè)軸承的油膜壓力呈反方向變化，一個(gè)油膜壓力變大，另一個(gè)則變??；聯(lián)軸器不對(duì)中時(shí)軸向振動(dòng)較大，振動(dòng)頻率為一倍頻，振動(dòng)幅值和相位穩(wěn)定；聯(lián)軸器兩側(cè)的軸向振動(dòng)基本上是呈現(xiàn)出180反相的；典型的軸心軌跡為月牙形、香蕉形，嚴(yán)重對(duì)中不良時(shí)的軸心軌跡可能出現(xiàn)“8”字形；渦動(dòng)

39、方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)；圖32aXXX汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)中不良的波形頻譜圖1&1210Zrl0122052圧琨機(jī)前:圖32bXXX壓氣機(jī)有對(duì)中不良傾向的軸心軌跡圖1C自1&021Z296611軸冊(cè)跡VII4511/圖32c呈香蕉形的軸心軌跡圖軸心泌T赳心吃T0123&51143圖32d呈“8”字形的軸心軌跡振動(dòng)對(duì)負(fù)荷變化敏感。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，由聯(lián)軸器傳遞的扭矩立即發(fā)生改變，如果聯(lián)軸器不對(duì)中，則轉(zhuǎn)子的振動(dòng)狀態(tài)也立即發(fā)生變化。一般振動(dòng)幅值隨著負(fù)荷的增加而升高；軸承不對(duì)中包括偏角不對(duì)中和標(biāo)高變化兩種情況，軸承不對(duì)中時(shí)徑向振動(dòng)較大，有可能出現(xiàn)高次諧波，振動(dòng)不穩(wěn)定。由于軸承座的熱膨脹不均勻而引起軸承的不對(duì)中，使轉(zhuǎn)子的

40、振動(dòng)也要發(fā)生變化。但由于熱傳導(dǎo)的慣性，振動(dòng)的變化在時(shí)間上要比負(fù)荷的改變滯后一段時(shí)間。3.軸彎曲和熱彎曲軸彎曲是指轉(zhuǎn)子的中心線處于不直狀態(tài)。轉(zhuǎn)子彎曲分為永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲兩種類型。轉(zhuǎn)子永久性彎曲是指轉(zhuǎn)子的軸呈永久性的弓形，它是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長期存放不當(dāng)而發(fā)生永久性的彎曲變形，或是熱態(tài)停車時(shí)未及時(shí)盤車或盤車不當(dāng)、轉(zhuǎn)子的熱穩(wěn)定性差、長期運(yùn)行后軸的自然彎曲加大等原因所造成。轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲是指轉(zhuǎn)子上有較大預(yù)負(fù)荷、開機(jī)運(yùn)行時(shí)的暖機(jī)操作不當(dāng)、升速過快、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成。轉(zhuǎn)子永久性彎曲與臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障的機(jī)理是相同的。轉(zhuǎn)子不論發(fā)生永久性彎曲還

41、是臨時(shí)性彎曲，都會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量偏心情況相類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。軸彎曲時(shí)通常都會(huì)產(chǎn)生很大的徑向振動(dòng)和軸向振動(dòng)，如果彎曲位于轉(zhuǎn)軸中央附近，支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承上的軸向振動(dòng)主要呈IX分量，如果彎曲位于聯(lián)軸器附近或懸臂式支撐轉(zhuǎn)子的外伸端產(chǎn)生彎曲時(shí)，則可能產(chǎn)生較大的2X振動(dòng)分量。此外，軸彎曲時(shí)一般會(huì)在一階臨界轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的徑向振動(dòng)。熱彎曲是指轉(zhuǎn)子受熱后（如啟機(jī)中或加負(fù)荷時(shí)）使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了附加的不平衡力（即熱不平衡），從而導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。熱不平衡的機(jī)理是轉(zhuǎn)子橫截面存在某種不對(duì)稱因素（材質(zhì)不對(duì)稱、溫度不對(duì)稱、內(nèi)摩擦力不對(duì)稱等）、或溫度場不均勻，可能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生彎矩，造成轉(zhuǎn)子彎曲。轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動(dòng)主

42、要以基頻分量為主，一般其具有如下特點(diǎn)：振動(dòng)與轉(zhuǎn)子的熱狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)運(yùn)行時(shí)（空載）振動(dòng)較小，但隨著負(fù)荷的增加，振動(dòng)明顯增大；一旦振動(dòng)增大后快速降負(fù)荷或停機(jī)振動(dòng)并不立即較小，而是有一定的時(shí)間滯后；機(jī)組快速停機(jī)惰走通過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)較啟動(dòng)過程中的相應(yīng)值增大很多；轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后停機(jī)惰走時(shí)在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的工頻振動(dòng)幅值比在開車時(shí)相同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值要大很多，而且在相同轉(zhuǎn)速下，其工頻振動(dòng)的相位也可能不重合。圖33aXXX汽輪機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖1502400600B0Q100014OC180S0D225-12001800200C3600)180360(Dlaoo20M圖33bXXX汽輪機(jī)中

43、壓缸轉(zhuǎn)子熱彎曲的波德圖油膜渦動(dòng)和油膜振蕩油膜渦動(dòng)和油膜振蕩是滑動(dòng)軸承中由于油膜的動(dòng)力學(xué)特性而引起的一種自激振動(dòng)。油膜渦動(dòng)一般是由于過大的軸承磨損或間隙，不合適的軸承設(shè)計(jì)，潤滑油參數(shù)的改變等因素引起的。根據(jù)振動(dòng)頻譜很容易識(shí)別油膜渦動(dòng)，其出現(xiàn)時(shí)的振動(dòng)頻率接近轉(zhuǎn)速頻率的一半，隨著轉(zhuǎn)速的提高，油膜渦動(dòng)的故障特征頻率與轉(zhuǎn)速頻率之比也保持在一個(gè)定值上始終不變，常稱為半速渦動(dòng)。圖34c油膜渦動(dòng)使軸承損壞的照片油膜渦動(dòng)和油膜振蕩是兩個(gè)不同的概念，它們之間既有區(qū)別，又有著密切的聯(lián)系。當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)油膜渦動(dòng)，而且油膜渦動(dòng)頻率等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)就會(huì)發(fā)生油膜振蕩。油膜振蕩只有在機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速大于二倍轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的情況下才

44、可能發(fā)生。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至二倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，渦動(dòng)頻率非常接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，因此產(chǎn)生共振而引起很大的振動(dòng)。通常一旦發(fā)生油膜振蕩，無論轉(zhuǎn)速繼續(xù)升至多少，渦動(dòng)頻率將總保持為轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率。轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí)一般具有以下特征：時(shí)間波形發(fā)生畸變，表現(xiàn)為不規(guī)則的周期信號(hào)，通常是在工頻的波形上面疊加了幅值很大的低頻信號(hào)；.在頻譜圖中，轉(zhuǎn)子的固有頻率3。處的頻率分量的幅值最為突出；油膜振蕩發(fā)生在工作轉(zhuǎn)速大于二倍一階臨界轉(zhuǎn)速的時(shí)候，在這之后，即使工作轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，其振蕩的特征頻率基本不變；油膜振蕩的發(fā)生和消失具有突然性，并帶有慣性效應(yīng)，也就是說，升速時(shí)產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速要高于降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速；油膜振蕩時(shí)，

45、轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相同，為正進(jìn)動(dòng)；油膜振蕩劇烈時(shí)，隨著油膜的破壞，振蕩停止，油膜恢復(fù)后，振蕩又再次發(fā)生。如此持續(xù)下去，軸頸與軸承會(huì)不斷碰摩，產(chǎn)生撞擊聲，軸承內(nèi)的油膜壓力有較大的波動(dòng)；油膜振蕩時(shí)，其軸心軌跡呈不規(guī)則的發(fā)散狀態(tài)，若發(fā)生碰摩，則軸心軌跡呈花瓣?duì)?；軸承載荷越小或偏心率越小，就越容易發(fā)生油膜振蕩；油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端軸承振動(dòng)相位基本相同。5.蒸汽激振蒸汽激振產(chǎn)生的原因通常有兩個(gè)。一是由于調(diào)節(jié)閥開啟順序的原因高壓蒸汽產(chǎn)生了一個(gè)向上抬起轉(zhuǎn)子的力，從而減少了軸承比壓，因而使軸承失穩(wěn)。二是由于葉頂徑向間隙不均勻，產(chǎn)生切向分力，以及端部軸封內(nèi)氣體流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切向分力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了自激

46、振動(dòng)。蒸汽激振一般發(fā)生在大功率汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子上，當(dāng)發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)，振動(dòng)的主要特點(diǎn)是振動(dòng)對(duì)負(fù)荷非常敏感，而且振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率相吻合。在絕大多數(shù)情況下（蒸汽激振不太嚴(yán)重）振動(dòng)頻率以半頻分量為主。在發(fā)生蒸汽振蕩時(shí)，有時(shí)改變軸承設(shè)計(jì)是沒有用的，只有改進(jìn)汽封通流部分的設(shè)計(jì)、調(diào)整安裝間隙、較大幅度地降低負(fù)荷或改變主蒸汽進(jìn)汽調(diào)節(jié)汽閥的開啟順序等才能解決問題。圖35aXXX汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖圖35bXXX汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的工頻振動(dòng)趨勢(shì)圖視趨勢(shì)圖金按適道廣按煙圖35cXXX汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生前后的0.4X0.6X選頻振動(dòng)趨勢(shì)圖圖35dXXX汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生時(shí)振動(dòng)信號(hào)

47、的頻譜圖圖35eXXX汽輪機(jī)蒸汽激振發(fā)生時(shí)的軸心軌跡圖6.機(jī)械松動(dòng)通常有三種類型的機(jī)械松動(dòng)。第一種類型的松動(dòng)是指機(jī)器的底座、臺(tái)板和基礎(chǔ)存在結(jié)構(gòu)松動(dòng)，或水泥灌漿不實(shí)以及結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的變形，此類松動(dòng)表現(xiàn)出振動(dòng)頻譜為IX分量。第二種類型的松動(dòng)主要是由于機(jī)器底座固定螺栓的松動(dòng)或軸承座出現(xiàn)裂紋引起。其振動(dòng)頻譜除包含1X分量外，還存在相當(dāng)大的2X分量，有時(shí)還激發(fā)出1/2X和3X振動(dòng)分量。第三種類型的松動(dòng)是由于部件間不合適的配合引起的，由于松動(dòng)部件對(duì)來自轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)力的非線性響應(yīng),因而其產(chǎn)生許多振動(dòng)諧波分量，如1X,2X,nX,有時(shí)亦產(chǎn)生精確的1/2X或1/3X等等的分?jǐn)?shù)諧波分量，這時(shí)的松動(dòng)通常是軸承蓋里軸承瓦枕

48、的松動(dòng)、過大的軸承間隙、或者轉(zhuǎn)軸上的葉輪存在松動(dòng)。這種松動(dòng)的振動(dòng)相位很不穩(wěn)定，變化范圍很大。松動(dòng)時(shí)的振動(dòng)具有方向性。在松動(dòng)方向上，由于約束力的下降，將引起振動(dòng)幅度加大。7.轉(zhuǎn)子斷葉片與脫落轉(zhuǎn)子斷葉片、零部件或垢層脫落的故障機(jī)理與動(dòng)平衡故障是相同的。其特征如下：振動(dòng)的通頻振幅在瞬間突然升高；振動(dòng)的特征頻率為轉(zhuǎn)子的工作頻率；工頻振動(dòng)的相位也會(huì)發(fā)生突變。圖36aXXX空壓機(jī)透平斷葉片的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖圖36bXXX空壓機(jī)透平斷葉片的工頻振動(dòng)趨勢(shì)圖卜罰r陽出光掠點(diǎn)數(shù)5L3法世幅1S33倍髓E0感率倍q泣1感率廂1S乙=圖36cXXX空壓機(jī)透平斷葉片時(shí)振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖圖36dXXX空壓機(jī)透平斷葉片時(shí)的軸心

49、軌跡變化圖圖36eXXX空壓機(jī)透平斷葉片的現(xiàn)場照片1TVI-11031ivi-i忡aB.iBVST1砌密?n-niCHiA別.hISE2006-03-lft1533:90mos-io-fiaIS38:04EBE&同15-JS.J0sn15Sk特1530b：罵sa&d誦15.35373i好誦I5-I40m序J51B.ilrfsss圖36fXXX空壓機(jī)3段葉輪破裂的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖1圖36gXXX空壓機(jī)3段葉輪破裂的現(xiàn)場照片II-仃B27TBfiU1K147B3329B110Z4圖36hXXX煉廠主風(fēng)機(jī)斷葉片的波形頻譜圖1UM-SO-：l圖36iXXX煉廠主風(fēng)機(jī)斷葉片的軸心軌跡圖圖36jXXX煉廠主

50、風(fēng)機(jī)斷葉片的現(xiàn)場照片8.摩擦當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)部件和固定部件接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生動(dòng)、靜部分的徑向摩擦或軸向碰摩。這是一個(gè)嚴(yán)重的故障，它可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器整個(gè)損壞。在摩擦產(chǎn)生時(shí)通常分為兩種情況：第一種是部分摩擦，此時(shí)轉(zhuǎn)子僅偶然接觸靜止部分，同時(shí)維持接觸僅在轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)整周期的一個(gè)分?jǐn)?shù)部分，這通常對(duì)于機(jī)器的整體來說，它的破壞性和危險(xiǎn)性相對(duì)比較小；第二種，特別是對(duì)于機(jī)器的破壞性效果和危險(xiǎn)性來說就是更為嚴(yán)重的情況了，這就是整周的環(huán)狀摩擦，有時(shí)候也稱為“全摩擦”或“干摩擦”，它們大都在密封中產(chǎn)生。在整周環(huán)狀摩擦發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)子維持與密封的接觸是連續(xù)的，產(chǎn)生在接觸處的摩擦力能夠?qū)е罗D(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向的劇烈改變，從原本是向前的正進(jìn)

51、動(dòng)變成向后的反進(jìn)動(dòng)。摩擦一般會(huì)產(chǎn)生更多的次諧波振動(dòng)分量，此外，轉(zhuǎn)子摩擦可能產(chǎn)生一系列的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)分量（12X，13X，1/4X,1/5X,，1/nX）,轉(zhuǎn)子摩擦可能也會(huì)激起許多高頻振動(dòng)分量；這可能會(huì)在原本正常的頻譜圖上面疊加一個(gè)粉紅色的噪聲信號(hào)。摩擦的危害性很大，即使轉(zhuǎn)軸和軸瓦短時(shí)間摩擦也會(huì)造成嚴(yán)重后果。有的大型機(jī)組在轉(zhuǎn)子和靜子發(fā)生徑向部分摩擦?xí)r,振動(dòng)頻譜主要是基頻分量，但也有2X、3X、4X等高次諧波分量，其中2X分量較大。摩擦?xí)r振動(dòng)急劇增大，而且相位也會(huì)發(fā)生變化，相位變化是逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向。摩擦后若轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，則降速時(shí)轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)也急劇放大。n-I-JQ5A.n-iiKB圖37a

52、摩擦發(fā)生前的軸心軌跡（正進(jìn)動(dòng)）Will卜-rr-i-ns圖37b摩擦發(fā)生時(shí)的軸心軌跡（反進(jìn)動(dòng)）-30一旨i12B30當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜摩擦后，降轉(zhuǎn)速或降負(fù)荷振動(dòng)并不立即減小，反而有所增大。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷降低到某一數(shù)值后，振動(dòng)才緩慢減小，即振動(dòng)變化存在著一定的滯后。9.軸裂紋轉(zhuǎn)子裂紋產(chǎn)生的原因多是疲勞損傷。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子如果設(shè)計(jì)不當(dāng)（包括選材不當(dāng)或結(jié)構(gòu)不合理）或者加工方法不妥，或者是運(yùn)行時(shí)間超長的老舊機(jī)組，由于應(yīng)力腐蝕、疲勞、蠕變等，會(huì)在轉(zhuǎn)子原本存在誘發(fā)點(diǎn)的位置產(chǎn)生微裂紋，再加上由于較大而且變化的扭矩和徑向載荷的持續(xù)作用，微裂紋逐漸擴(kuò)展，最終發(fā)展成為宏觀裂紋。原始的誘發(fā)點(diǎn)通常出現(xiàn)在應(yīng)力高而且材料有

53、缺陷的地方，如軸上應(yīng)力集中點(diǎn)、加工時(shí)留下的刀痕、劃傷處、材質(zhì)存在微小缺陷（如夾渣等）的部位等。在轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋的初期，其擴(kuò)展的速度比較慢，徑向振動(dòng)的幅值增長也比較小。但裂紋的擴(kuò)展速度會(huì)隨著裂紋深度的加深而加速，相應(yīng)的會(huì)出現(xiàn)振幅迅速增大的現(xiàn)象。尤其是二倍頻幅值的迅速上升和其相位的變化往往可以提供裂紋的診斷信息，因此可以利用二倍頻幅值和相位的變化趨勢(shì)來診斷轉(zhuǎn)子裂紋。轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂紋后的一般特征：.各階臨界轉(zhuǎn)速較正常時(shí)要小，尤其是當(dāng)裂紋趨于嚴(yán)重時(shí)更明顯；.由于裂紋造成轉(zhuǎn)子的剛度變化而且不對(duì)稱，使轉(zhuǎn)子形成多個(gè)共振轉(zhuǎn)速；.在恒定轉(zhuǎn)速下，IX、2X、3X等各階倍頻分量的幅值及其相位不穩(wěn)定，而且尤其以二倍頻分量最為突出；.由于裂紋轉(zhuǎn)子的剛度不對(duì)稱，使得對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡變得困難。10.旋轉(zhuǎn)失速與喘振旋轉(zhuǎn)失速是壓縮機(jī)中最常見的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)壓