旋轉(zhuǎn)機(jī)械講義教材

旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障故障主講人簡(jiǎn)介軒建平博士

華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系博士后機(jī)械與電子信息系副教授中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)故障診斷專業(yè)委員會(huì)理事

一旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析基礎(chǔ)二旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征三旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)四旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)例主要內(nèi)容一旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析基礎(chǔ)1.機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念2.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念1.什么是振動(dòng)在特指的機(jī)械系統(tǒng)中，我們把所有由質(zhì)量與彈性的物體組成一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)（不是靜態(tài)的）產(chǎn)生的震蕩運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。振動(dòng)返回機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念振動(dòng)的三要素所有復(fù)雜振動(dòng)均可分解成多個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成。最基本的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)形式:

Y=Acos(t+j)振幅A位移的最大值頻率f=/2單位時(shí)間同一狀態(tài)出現(xiàn)的次數(shù)相位j三個(gè)參數(shù)決定了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),稱:振動(dòng)的三要素振動(dòng)三要素返回機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念振動(dòng)形式的分類自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)自由振動(dòng)是系統(tǒng)受到外界干擾，并去掉激振后產(chǎn)生的振動(dòng)，又稱自由響應(yīng)。自由振動(dòng)反映了系統(tǒng)內(nèi)在的信息。自由振動(dòng)返回強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)：系統(tǒng)在外界干擾作用下的振動(dòng)響應(yīng)。外激勵(lì)力：確定性————周期振動(dòng)外激勵(lì)力：非確定性————隨機(jī)振動(dòng)返回自激振動(dòng)與參數(shù)振動(dòng)（1）自激振動(dòng)是非振動(dòng)性能量在系統(tǒng)內(nèi)部變成了振動(dòng)性的激勵(lì)而產(chǎn)生的振動(dòng)。產(chǎn)生振動(dòng)的直接原因是振動(dòng)力，它是由振動(dòng)體自身而產(chǎn)生的，且取決于振動(dòng)體本身的振動(dòng)，這種振動(dòng)力是由外部供給的非振動(dòng)的或振動(dòng)的能量而產(chǎn)生的。系統(tǒng)外部的非振動(dòng)的或振動(dòng)的能量振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)力參數(shù)振動(dòng)是指振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的質(zhì)量、阻尼、彈性等元素隨時(shí)間周期變化而引起的激振。在這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)中，質(zhì)量、阻尼、彈性等元素隨時(shí)間變化，但系統(tǒng)不受到外界的激勵(lì)仍然可以有周期性的運(yùn)動(dòng)。自激振動(dòng)與參數(shù)振動(dòng)（2）自激振動(dòng)與參數(shù)振動(dòng)（3）參數(shù)振動(dòng)屬于自激振動(dòng)的一種。電廠中常見的自激振動(dòng)有：軸承的油膜振蕩。轉(zhuǎn)子的汽流激振。泵及管道的喘振。返回機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念振動(dòng)系統(tǒng)的分類系統(tǒng)簡(jiǎn)化后得到一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的組成模型，按照需要確定系統(tǒng)在空間運(yùn)動(dòng)時(shí)的幾何位置所需要獨(dú)立坐標(biāo)的個(gè)數(shù)可以將振動(dòng)系統(tǒng)分成：?jiǎn)巫杂啥认到y(tǒng)多自由度系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)定，可以用一個(gè)方程就描述它的運(yùn)動(dòng)。為慣性項(xiàng)為阻尼項(xiàng)為彈性恢復(fù)項(xiàng)為外激力所謂單自由度系統(tǒng)就是在任何時(shí)刻，系統(tǒng)的位置只需要一個(gè)坐標(biāo)就可以確返回對(duì)于簡(jiǎn)化的只受偏心激勵(lì)力作用的轉(zhuǎn)子，按單自由度振動(dòng)方程得到的轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)解是：轉(zhuǎn)子的固有頻率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速共振單自由度系統(tǒng)的幅頻、相頻特性返回當(dāng)干擾力的頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，振動(dòng)迅速增大，此時(shí)系統(tǒng)處于共振狀態(tài)。對(duì)于有阻尼系統(tǒng)，阻尼的耗能作用使共振振幅變小，阻尼越大，共振振幅越小。多自由度系統(tǒng)（1）多自由度系統(tǒng)就是在任何時(shí)刻，系統(tǒng)的位置需要兩個(gè)以上坐標(biāo)才能確定的系統(tǒng)。多自由度系統(tǒng)（2）一個(gè)具有n個(gè)自由度的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)的典型方程可以寫做：返回機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幾個(gè)重要概念固有頻率振型臨界轉(zhuǎn)速共振固有頻率一根轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下，如果沒有阻尼衰減作用，此時(shí)給它一個(gè)擾動(dòng)讓其自由振動(dòng)的話，那么這個(gè)轉(zhuǎn)子將按照一定的頻率振動(dòng)下去，這個(gè)振動(dòng)的頻率只取決于系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度，與外界的因素?zé)o關(guān)，外界的擾動(dòng)情況只能影響他振動(dòng)的幅度，但不會(huì)干擾他的振動(dòng)頻率。這個(gè)頻率我們稱：是這根轉(zhuǎn)子的固有頻率。返回振型又叫模態(tài)，是振動(dòng)系統(tǒng)各點(diǎn)在固有頻率下做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，波節(jié)與波腹的振動(dòng)形態(tài)?；蛘f(shuō)沿軸向分布的橫向振動(dòng)大小。振型有助于估算轉(zhuǎn)子與固定部件之間的內(nèi)部間隙，并能估算出轉(zhuǎn)軸上節(jié)點(diǎn)的位置。節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸上振幅為零的位置。返回55型國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階振型55型國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子一階振型臨界轉(zhuǎn)速（wcr）ISO定義：系統(tǒng)共振時(shí)發(fā)生主響應(yīng)的特征轉(zhuǎn)速。wcr>=wn（固有頻率）旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見振動(dòng)測(cè)試的特征圖形所有的信號(hào)都可以分類成時(shí)域圖形和頻域圖形。最常用的就是：

a波形圖

b

頻譜圖常見的幾種振動(dòng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的波形圖與頻譜圖波形圖波形圖就是將振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程表示出來(lái)。從波形圖可以看出振動(dòng)信號(hào)是否平穩(wěn)、毛刺、削波、調(diào)頻、調(diào)幅等異?，F(xiàn)象。返回頻譜圖當(dāng)對(duì)時(shí)域波型數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析可以看到信號(hào)是由哪些頻率成分的分量組成的，以及各個(gè)分量的幅值情況。這是目前進(jìn)行故障診斷與分析最普遍使用的圖形。以頻率為橫坐標(biāo)，以振幅為縱坐標(biāo)，將分析結(jié)果繪制在圖上就可以得到某一時(shí)刻的頻譜。返回常見振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(1)以工頻為主的振動(dòng)常見振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(2)有低頻的次諧波振動(dòng)常見振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(3)有高頻的超諧波振動(dòng)常見振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(4)隨機(jī)振動(dòng)常見振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(5)返回拍振旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見振動(dòng)測(cè)試的特征圖形兩種連續(xù)的三維頻譜圖：c瀑布圖d級(jí)聯(lián)圖瀑布圖(時(shí)間－頻率)用某一測(cè)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)測(cè)的的頻譜圖按時(shí)間順序排列組成瀑布圖（通常是在相同的轉(zhuǎn)速下）。瀑布圖中可以看到各種頻率的組成與振幅是如何隨時(shí)間變化的。返回級(jí)聯(lián)圖(轉(zhuǎn)速－頻率)級(jí)聯(lián)圖是轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時(shí)的頻譜圖依次組成三維連續(xù)的頻譜圖。他的Z軸是轉(zhuǎn)速，各個(gè)頻率的軸線是傾斜的直線。級(jí)聯(lián)圖用來(lái)分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的故障比較直觀。返回旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見振動(dòng)測(cè)試的特征圖形f趨勢(shì)圖g波特圖h極坐標(biāo)圖I軸心軌跡j

全息圖趨勢(shì)圖趨勢(shì)是觀察的某個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系。分析機(jī)組的振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷等的變化時(shí)，趨勢(shì)圖非常直觀，對(duì)運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組狀況很有用。返回波特圖（幅值、相位－轉(zhuǎn)速）表示振動(dòng)的幅值、相位隨著轉(zhuǎn)速變化的圖形。通常用來(lái)確定機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速。另一個(gè)重要用處就是在進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)有助于用來(lái)分析轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所處的軸向位置、不平衡振型的階數(shù)。返回極坐標(biāo)圖極坐標(biāo)圖又叫做奈奎斯特圖。就是把波特圖的結(jié)果繪制在極坐標(biāo)上，得到的振幅—轉(zhuǎn)速曲線是一條環(huán)形線。判斷轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，容易得到模態(tài)參數(shù)。用渦流傳感器測(cè)試軸振動(dòng)時(shí)，很容易得到原始的晃度矢量。返回軸心軌跡圖軸心軌跡就是將轉(zhuǎn)子在軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)情況以二維軌跡形式表示出來(lái)。必須在一個(gè)平面安裝兩個(gè)互相垂直的渦流傳感器?？梢詭椭袛嗄Σ痢⒂湍u動(dòng)、油膜振蕩等具有不同軸心軌跡特征的故障。返回全息譜將轉(zhuǎn)子各軸承橫斷面的振動(dòng)信息加以集成完全充分地利用各頻率分量下的幅值、頻率和相位信息旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念振動(dòng)測(cè)試的物理量與傳感器的選擇位移

速度加速度渦流傳感器性能1.可以直接測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)2.采用非接觸測(cè)量方式，避免了接觸磨損3.能做靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量?？梢詼y(cè)量2Hz以下的低頻振動(dòng)，適用于絕大多數(shù)機(jī)器環(huán)境。4.輸出信號(hào)與振動(dòng)位移成正比。5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，尺寸小，沒有活動(dòng)部件。6.可作為轉(zhuǎn)速測(cè)量與振動(dòng)相位測(cè)量的鍵相信號(hào)7.材料不同影響傳感器線形范圍和靈敏度，須重新標(biāo)定。8.需外加電源和前置器，安裝復(fù)雜。

返回速度傳感器的性能1.安裝簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)機(jī)器環(huán)境，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，有合適的頻響范圍。2.無(wú)須外加電源，振動(dòng)信號(hào)可不經(jīng)處理傳送直需要的地方3.體積、重量較大，活動(dòng)部件易損壞，低頻響應(yīng)不好，15Hz以下誤差較大。4.標(biāo)定較麻煩，只可作動(dòng)態(tài)測(cè)量，價(jià)格較貴。返回加速度傳感器的性能1.體積小，重量輕，適用于受附加質(zhì)量影響顯著的振動(dòng)系統(tǒng)測(cè)量，如汽機(jī)葉片的振動(dòng)測(cè)量。2.結(jié)構(gòu)緊湊、牢靠，不易損壞。3.環(huán)境的噪聲、傳感器的安裝方法、導(dǎo)線的鋪設(shè)方式，對(duì)測(cè)試結(jié)果有較大影響。4.標(biāo)定困難，只能做動(dòng)態(tài)測(cè)量。5.價(jià)格較貴，需設(shè)電荷放大器。返回旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念振動(dòng)幅值的度量當(dāng)我們測(cè)量出來(lái)振動(dòng)的位移、速度、加速度后，需要對(duì)這些量進(jìn)行度量，常用的有這樣的一些：?jiǎn)畏逯?，峰峰值，有效值。a.單峰值b.

峰峰值c.有效值與振動(dòng)烈度選用振動(dòng)烈度的意義：速度的均方根值，振動(dòng)能量振動(dòng)幅值的度量單峰值就是振動(dòng)的最大點(diǎn)到平衡位置之間的距離。峰峰值實(shí)際上就是振動(dòng)的波峰與波谷的距離。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器輸出的位移振動(dòng)振幅通常都是峰峰值。有效值又叫均方根值，對(duì)于速度振幅的度量，又叫做振動(dòng)烈度。

Vms

有效值

Vp_p峰峰值返回有效值與振動(dòng)烈度（1）ISO規(guī)定：頻率在10Hz到1000Hz范圍內(nèi)振動(dòng)速度的均方根值叫做振動(dòng)烈度。速度均方根值：簡(jiǎn)諧振動(dòng)v(t)=1/2*Vp_psin(wt)，利用上述定義，可以得到：返回有效值與振動(dòng)烈度（2）選用振動(dòng)烈度的意義轉(zhuǎn)子故障時(shí)的振動(dòng)頻率成分復(fù)雜，大量振動(dòng)失效分析表明：不同頻率的振動(dòng)有不同的危害，在相同的振幅下，振動(dòng)頻率越高，產(chǎn)生的危害越大。同時(shí)由于振動(dòng)的能量與速度的平方成正比，為充分考慮高頻振動(dòng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全的影響，在機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的評(píng)定中更多采用振動(dòng)烈度。有效值與振動(dòng)烈度（3）選用振動(dòng)烈度的意義例轉(zhuǎn)子振動(dòng)由兩個(gè)同相位的頻率分量組成，按位移與振動(dòng)烈度考核，將得到有不同的結(jié)果：（按GB11347.1-89）返回振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的換算簡(jiǎn)諧振動(dòng)下的振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的換算單位:振動(dòng)位移um

振動(dòng)烈度mm/s

轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分例：3000轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)烈度是6mm/s，換算出來(lái)，振動(dòng)位移是：54um。返回旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念振動(dòng)相位的測(cè)量與鍵相信號(hào)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)，相位的含義是：振動(dòng)信號(hào)的某一點(diǎn)（高點(diǎn)或零點(diǎn)），與基準(zhǔn)脈沖信號(hào)之間在時(shí)間上的關(guān)系。脈沖測(cè)相法：在轉(zhuǎn)子上貼一條反光帶或開鍵槽，用光電傳感器或渦流傳感器產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速完全同步的脈沖信號(hào)，求脈沖信號(hào)前沿與振動(dòng)信號(hào)上某一點(diǎn)之間的時(shí)間距離，即為振動(dòng)相位。脈沖測(cè)相法圖中j是脈沖信號(hào)導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)高點(diǎn)的角度，即振動(dòng)相位。返回轉(zhuǎn)子平衡的基本概念與方法轉(zhuǎn)子平衡的概念平衡是通過(guò)檢測(cè)和調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，即在轉(zhuǎn)子的適當(dāng)?shù)胤郊由希ɑ驕p去）一定大小的質(zhì)量，來(lái)減少轉(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線的偏離，使機(jī)組振動(dòng)降到容許的范圍，保障機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子的區(qū)分剛性轉(zhuǎn)子的平衡柔性轉(zhuǎn)子的平衡二旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征轉(zhuǎn)子(也稱轉(zhuǎn)軸組件)是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要部件，其振動(dòng)主要分為：1、橫向振動(dòng)：對(duì)機(jī)器的影響最大，是振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象2、軸向振動(dòng)3、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子的區(qū)分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在遠(yuǎn)低于它的第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由振動(dòng)引起的撓曲變形較小，轉(zhuǎn)子不平衡力的產(chǎn)生主要是由于不平衡質(zhì)量偏離轉(zhuǎn)子原始曲線，其偏心距不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生變化，這種轉(zhuǎn)子可以認(rèn)為是剛性轉(zhuǎn)子。按ISO的規(guī)定，如果轉(zhuǎn)子的最高工作轉(zhuǎn)速與第一臨界轉(zhuǎn)速之比小于0.7，就平衡而言，轉(zhuǎn)子可以被認(rèn)為是剛性的。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于它的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于共振轉(zhuǎn)子發(fā)生撓曲變形，不平衡質(zhì)量與原始軸線的距離隨轉(zhuǎn)速變化，即運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生變形的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。兩種振動(dòng)形式(1)同步振動(dòng)(又稱強(qiáng)迫振動(dòng))：振動(dòng)的頻率為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率及其諧波。倍頻，主要由轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器的不對(duì)中、安裝不良等因素造成的，其振幅在前隨的升高而升高，在時(shí)隨升高而有所下降，在時(shí)有共振。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡質(zhì)心偏離幾何中心。(1)

制造時(shí)幾何尺寸不同心，材質(zhì)不均勻；(2)

安裝時(shí)由于軸頸不同心造成的偏心；(3)

水平放置過(guò)久、受熱不均勻等造成變形而導(dǎo)致偏心；(4)

工作時(shí)物料充填不均勻造成的偏心；(5)

腐蝕性介質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)子的不均勻腐蝕；(6)

不均勻結(jié)垢；(7)

軸與子配合過(guò)程；故障特征

l

軸心軌跡以橢圓為主；l

振動(dòng)變化以基頻分量為主，振動(dòng)信號(hào)的能量集中于基頻，其振幅增加最大，其它諧波的振幅變化相對(duì)較??；l

振動(dòng)波形近似為正弦波；l

渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向相同。

轉(zhuǎn)于不平衡的軸心軌跡軸系不對(duì)中

造成不對(duì)中的原因：1、轉(zhuǎn)軸彎曲或軸承座安裝不正確所致；2、在同一軸系中，不同轉(zhuǎn)軸中心線偏置所致。

故障特征靠近聯(lián)軸器的軸承振動(dòng)較大；二倍頻振動(dòng)分量的幅值較大；振動(dòng)信號(hào)的波形為畸變的正弦波；軸心軌跡呈香蕉形或8字形，正進(jìn)動(dòng)；軸承軸向振動(dòng)與垂直水平方向振動(dòng)的比值增大，軸心位置不穩(wěn)定。

全息譜2X全息橢圓偏心率小2X全息橢圓長(zhǎng)軸與X軸夾角小動(dòng)靜碰摩

為了提高機(jī)組效率，往往把密封間隙、靜葉和動(dòng)葉之間的間隙做得較小，以減少蒸汽泄漏。但是，小間隙除了會(huì)引起流體激振之外，還容易發(fā)生轉(zhuǎn)子與靜止部件的摩擦。汽輪機(jī)由于熱彎曲變形、裝配不善、轉(zhuǎn)子不平衡量大、機(jī)械松動(dòng)或零部件缺陷等原因，都會(huì)引起動(dòng)靜部件之間發(fā)生碰摩，這是常見的一種故障。轉(zhuǎn)子與靜止件發(fā)生摩擦有兩種情況：一種是轉(zhuǎn)子在渦動(dòng)過(guò)程中軸頸或轉(zhuǎn)子外緣與靜止件接觸而引起的徑向摩擦；另一種是轉(zhuǎn)子在軸向與靜止件接觸而引起的軸向摩擦。徑向摩擦故障特征出現(xiàn)從低頻到高頻的較豐富的頻率成分（主要是高頻段），時(shí)域波形有時(shí)有明顯削頂波現(xiàn)象，升速時(shí)振幅階躍上升，降速時(shí)振幅階躍下降，垂直或水平振動(dòng)與軸向振動(dòng)幅值比值上升。轉(zhuǎn)子部分碰摩時(shí)，基頻分量有所降低，高倍頻分量有所增大。轉(zhuǎn)子整圈碰摩時(shí)，轉(zhuǎn)子反向渦動(dòng)的可能性很大，并且渦動(dòng)頻率與構(gòu)件的固有頻率有關(guān)。全息譜

高次諧波分量多橢圓排列不規(guī)則橢圓形狀不規(guī)則橫向裂紋轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋為貝殼狀的弧形裂紋，由于裂紋區(qū)所受的應(yīng)力狀態(tài)不同，轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋呈現(xiàn)張開、閉合、時(shí)張時(shí)閉三種情況。故障特征1)轉(zhuǎn)軸上有了開裂紋，振動(dòng)帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的2×，3x…等高倍頻分量。裂紋擴(kuò)展時(shí)，剛度進(jìn)一步降低，1×，2×…等頻率的幅值也隨之增大。2)機(jī)器開機(jī)或停機(jī)，工作轉(zhuǎn)速通過(guò)半臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅響應(yīng)有共振峰值；3)軸上出現(xiàn)裂紋時(shí)，初期擴(kuò)展速度很慢，徑向振幅的增長(zhǎng)也很慢，但裂紋的擴(kuò)展會(huì)隨著裂紋深度的增大而加速，相應(yīng)地也會(huì)出現(xiàn)1×及2×振幅迅速增加，同時(shí)1×及2×的相位角也出現(xiàn)異常的波動(dòng)。橫向裂紋

全息譜(自由端)

1x:橢圓很大且基本為圓形2x:橢圓為圓形狀

提純軸心軌跡

基本為圓形狀(2)亞同步振動(dòng)亞同步振動(dòng)(又稱自激振動(dòng))：振動(dòng)的頻率低于轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率。亞同步振動(dòng)往往在某個(gè)轉(zhuǎn)速突然發(fā)生，對(duì)設(shè)備危害極大。造成亞同步振動(dòng)的原因很多(例油膜渦動(dòng))。

半速渦動(dòng)油膜渦動(dòng)的頻率小于旋轉(zhuǎn)角頻率的一半稱半速渦動(dòng)，是轉(zhuǎn)子中心繞軸承中心轉(zhuǎn)動(dòng)的亞同步振動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)際：原因：(1)

軸承中心壓力油不僅被軸頸帶著作圓周運(yùn)動(dòng)，還向軸承兩側(cè)泄油(端泄)以帶走工作時(shí)產(chǎn)生的熱。(2)軸頸與軸承表面粗糙度不一樣，實(shí)際油膜速度分布線向內(nèi)凹進(jìn)。

油膜振蕩

半速渦動(dòng)的頻率小于轉(zhuǎn)子的一階固有頻率時(shí)，即w＜wn時(shí)，半速渦動(dòng)是一種比較平靜的渦動(dòng)，其主要特征是：頻譜中的次諧波在半頻處有峰值，其軸心軌跡是基頻與半頻疊加構(gòu)成的較為穩(wěn)定的雙橢圓；相位穩(wěn)定，正進(jìn)動(dòng)。油膜振蕩油膜渦動(dòng)產(chǎn)生后，隨著工作轉(zhuǎn)速的升高，其渦動(dòng)頻率也不斷增加，頻譜圖中半頻諧波的振幅也不斷增大，使轉(zhuǎn)子振動(dòng)加劇。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍附近，將產(chǎn)生自激振動(dòng)，振幅突然驟增，振動(dòng)非常劇烈，軸心軌跡突然變成擴(kuò)散的不規(guī)則曲線，頻譜圖中的半頻諧波振幅值增加到接近或超過(guò)基額振幅，并有組合頻率的特征。若繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)頻率保持不變，始終等于轉(zhuǎn)子的固有頻率，這種現(xiàn)象稱為油膜振蕩。油膜振蕩是轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率接近時(shí)發(fā)生的自激振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)失速與喘振

高速運(yùn)行的流體機(jī)械(例如離心式壓縮機(jī)等)，其流道是根據(jù)額定工況條件下的實(shí)際氣體流量設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)工況條件下，機(jī)器各級(jí)間氣體流量匹配，流向合理，流速穩(wěn)定。當(dāng)由于設(shè)計(jì)制造、安裝維修或運(yùn)行工況等方面的某些原因，機(jī)器實(shí)際運(yùn)行中某一級(jí)的實(shí)際流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，就會(huì)在葉輪的某一流道內(nèi)首先產(chǎn)生氣體脫離團(tuán)（氣流漩渦），占據(jù)了流道的一部分空間，使通流截面減小。同時(shí)使一個(gè)流道通暢，另一個(gè)流道的氣流失速。以此類推，氣體脫離團(tuán)如此循環(huán)發(fā)生，就在葉輪內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)失速(或稱旋轉(zhuǎn)脫離)，其運(yùn)動(dòng)方向與葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。旋轉(zhuǎn)失速在葉輪問產(chǎn)生的壓力波動(dòng)是激勵(lì)轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)的激勵(lì)力。喘振當(dāng)壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，流量不斷減小達(dá)到Qmin值時(shí)，就會(huì)在壓縮機(jī)流道中出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，流動(dòng)嚴(yán)重惡化，使壓縮機(jī)出口壓力突然大大下降。由于壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作的，這時(shí)管網(wǎng)中的壓力并不馬上減低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力反而大于壓縮機(jī)出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮及機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于壓縮機(jī)出口壓力為止。這時(shí)倒流停止，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的流量又增大，壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力也恢復(fù)到原來(lái)的壓力時(shí)，壓縮機(jī)的流量又減小，系統(tǒng)中氣體又產(chǎn)生倒流。如此周而復(fù)始，就在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。喘振現(xiàn)象不但和壓縮機(jī)中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)，還和管網(wǎng)系統(tǒng)密切有關(guān)。管網(wǎng)的容量愈大，則喘振的振幅愈大，頻率愈低；管網(wǎng)的容量愈小，則喘振的振幅愈小，頻率愈高。

三旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)武鋼氧氣廠空透、氧透、氮透振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)上海寶鋼冷軋帶鋼表面質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)荊門熱電廠200MW汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)項(xiàng)目1：武鋼氧氣廠空透、氧透、氮透振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)項(xiàng)目簡(jiǎn)介實(shí)現(xiàn)武鋼氧氣廠兩個(gè)透平壓縮機(jī)單元在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，能同步、完整、實(shí)時(shí)地反映壓縮機(jī)單元的運(yùn)行情況，合理地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，正確地監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)并對(duì)常見故障能給出正確診斷建議，并符合開放性、兼容性和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的規(guī)范系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置本系統(tǒng)總測(cè)點(diǎn)通道數(shù)為106路，其中：振動(dòng)系統(tǒng)80路:

安裝在每軸承垂直方向的軸承振動(dòng)測(cè)點(diǎn)20路:(4+2+4)*2=20軸振動(dòng)40路(包括BENTLY3300的輸出):(8+4+8)*2=40安裝在每根轉(zhuǎn)軸上的鍵相信號(hào)10路；軸向位移10路：5*2=10溫度量26路：軸瓦溫度20路:(4+2+4)*2=20；各機(jī)組進(jìn)口潤(rùn)滑油溫6路。根據(jù)需要，系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)總通道數(shù)可任意增加，只需配置相應(yīng)的硬件，而無(wú)需改變系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)?？胀皋D(zhuǎn)速及振動(dòng)傳感器

氧透轉(zhuǎn)速及振動(dòng)傳感器

氮透轉(zhuǎn)速及振動(dòng)傳感器

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)—網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)E臺(tái)氧透振動(dòng)信號(hào)E臺(tái)氮透振動(dòng)信號(hào)F臺(tái)空透振動(dòng)信號(hào)F臺(tái)氮透振動(dòng)信號(hào)F臺(tái)氧透振動(dòng)信號(hào)信號(hào)采集站1信號(hào)采集站2信號(hào)采集站3E臺(tái)空透振動(dòng)信號(hào)信號(hào)采集服務(wù)器工程師站服務(wù)器信號(hào)采集站4監(jiān)測(cè)診斷工作站信號(hào)采集站2信號(hào)采集站2系統(tǒng)硬件功能框圖數(shù)據(jù)采集處理方案采樣方式包括如下兩種:按時(shí)間的等時(shí)同步采樣方式按空間的等空間同步采集方式采樣數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)傳輸集中傳輸黑匣子功能故障加速采樣鍵相信號(hào)的特殊處理系統(tǒng)軟件功能框圖系統(tǒng)軟件平臺(tái)服務(wù)器： WindowsNT采集站： Windows95/98工程師站服務(wù)器： WindowsNT監(jiān)測(cè)診斷工作站： Windows95/98數(shù)據(jù)庫(kù)： SQLServer系統(tǒng)軟件描述WWW服務(wù)器(NT自帶的)FTP服務(wù)器(NT自帶的)WEB數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(SQL)系統(tǒng)組態(tài)程序網(wǎng)絡(luò)通訊程序信號(hào)采集程序采樣數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序信號(hào)分析程序狀態(tài)監(jiān)測(cè)程序診斷專家系統(tǒng)程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊故障報(bào)表運(yùn)行報(bào)表系統(tǒng)管理軟件的主要功能模塊系統(tǒng)組態(tài)程序網(wǎng)絡(luò)通訊程序信號(hào)采集程序信號(hào)分析程序虛擬儀器顯示程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序診斷專家系統(tǒng)程序趨勢(shì)分析程序動(dòng)平衡分析程序項(xiàng)目2:上海寶鋼冷軋帶鋼表面質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介：本項(xiàng)目建立了一套平整過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并根據(jù)獲取的狀態(tài)信號(hào)，找出冷軋帶鋼表面振動(dòng)紋產(chǎn)生的主要原因，同時(shí)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定振動(dòng)紋的判別準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)紋的實(shí)時(shí)報(bào)警，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作、設(shè)備維護(hù)和設(shè)備改造提供指導(dǎo)意見。平整軋機(jī)系統(tǒng)

硬件指標(biāo)信號(hào)源信號(hào)或參數(shù)總數(shù)為 77路（個(gè)）ICP振動(dòng)加速度信號(hào) 16路

電壓信號(hào)（±10V） 22路開關(guān)量（24V） 4路開關(guān)量（48V） 4路轉(zhuǎn)速（24V脈沖） 1路串行通信（RS-232：9600波特、數(shù)據(jù)位7、停止位2、偶校驗(yàn)） 14個(gè)參數(shù)手工輸入?yún)?shù) 16個(gè)(均有默認(rèn)值)。軟件功能：系統(tǒng)功能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)記錄精密分析趨勢(shì)分析運(yùn)行報(bào)表系統(tǒng)維護(hù)軟件功能：信號(hào)及參數(shù)功能振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)FFT、同步時(shí)間平均、功率譜、倒頻譜、三維譜圖、階比分析、數(shù)字濾波工藝信號(hào)以電壓形式出現(xiàn)，包括軋制速度、軋制力、彎輥力、延伸率、張力、平整液流量的時(shí)域平均、棒圖顯示電氣信號(hào)(電樞電流)諧波分析；轉(zhuǎn)速用作鍵相信號(hào)；輥?zhàn)訁?shù)用作振動(dòng)因素分析；手工輸入?yún)?shù)用作振動(dòng)因素分析傳感器布置

軟件功能：站點(diǎn)功能數(shù)采站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)服務(wù)器以鋼卷號(hào)為關(guān)鍵字，記錄所有相關(guān)數(shù)據(jù)分析站完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、精密分析、趨勢(shì)分析、運(yùn)行報(bào)表、數(shù)據(jù)回放RemoteView站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)頻譜、報(bào)警、手工輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件信號(hào)采集狀態(tài)監(jiān)測(cè)精密分析數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)通信通道選擇硬件設(shè)置參數(shù)設(shè)定信號(hào)采集信號(hào)保存特征量計(jì)算

實(shí)時(shí)振動(dòng)頻譜特征量報(bào)警用戶存盤打印

系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)入庫(kù)數(shù)據(jù)查詢報(bào)表系統(tǒng)打印時(shí)域分析（鑒相處理、轉(zhuǎn)速處理、數(shù)學(xué)運(yùn)算、相關(guān)處理）頻域分析（幅值譜、對(duì)數(shù)譜、倒譜等）時(shí)頻分析統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（控制圖、PCA分析、PLS分析等）系統(tǒng)功能框圖項(xiàng)目3：荊門熱電廠200MW

汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)去廠級(jí)MIS網(wǎng)設(shè)備管理層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層（560點(diǎn)）S-NET輸力強(qiáng)分散采集系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)流熱工信號(hào)流主機(jī)服務(wù)器工程師站鍋爐操作站汽機(jī)操作站振動(dòng)信號(hào)采

集

站工藝參數(shù)采

集

站IMPIMPIMP200MW汽輪發(fā)電機(jī)組網(wǎng)橋打印機(jī)1打印機(jī)2振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理裝置汽機(jī)操作站鍋爐操作站系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用分布式采集系統(tǒng)，布置簡(jiǎn)潔、采集可靠。系統(tǒng)采集的信號(hào)類型復(fù)雜、量大，共有560個(gè)測(cè)點(diǎn)，并可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)充。信號(hào)包括慢變模擬量、快變振動(dòng)信號(hào)、狀態(tài)型開關(guān)量、脈沖量和中斷型開關(guān)量，能滿足火電廠單元機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測(cè)需要。系統(tǒng)是一個(gè)大型多功能系統(tǒng)，是集單元機(jī)組DAS與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、汽機(jī)和鍋爐以及熱力系統(tǒng)能損分析、現(xiàn)場(chǎng)軸系高速動(dòng)平衡及汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)于一體的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)具有靈活實(shí)用的在線組態(tài)功能?？蓪?duì)測(cè)點(diǎn)管理信息、各操作站顯示畫面和顯示參數(shù)、過(guò)程參數(shù)的成組相關(guān)圖、故障追憶參數(shù)表、機(jī)組運(yùn)行管理指標(biāo)體系（小指標(biāo)）等進(jìn)行在線修改和組態(tài)，不影響系統(tǒng)的正常工作。修改和組態(tài)的結(jié)果立即反映在系統(tǒng)運(yùn)行中。系統(tǒng)有完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，可記錄一年內(nèi)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)包括熱工參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、振動(dòng)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（波形及各倍頻特征量）、開關(guān)量歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、異常參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)、事故追憶數(shù)據(jù)庫(kù)等。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)系統(tǒng)與廠級(jí)MIS系統(tǒng)互聯(lián)，既給MIS系統(tǒng)提供豐富信息，又與MIS系統(tǒng)相互獨(dú)立，MIS系統(tǒng)故障不會(huì)影響本系統(tǒng)的安全正常工作。獲得授權(quán)的MIS系統(tǒng)用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分，詳細(xì)了解機(jī)組狀況。同時(shí)，在異地可通過(guò)Modem進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，獲取機(jī)組的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行性能分析和故障診斷。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小。小屏幕監(jiān)視器的操作站只有五個(gè)按鍵，通過(guò)操作這五個(gè)按鍵，可選擇監(jiān)視模擬量或開關(guān)量或脈沖量參數(shù)表、棒圖、趨勢(shì)曲線、啟停曲線等。大屏幕監(jiān)視器的操作站用鼠標(biāo)操作，可選擇監(jiān)視各熱力系統(tǒng)圖、棒圖、趨勢(shì)圖、參數(shù)成組或相關(guān)圖表、參數(shù)描述、報(bào)警記錄等。由于對(duì)硬件集成和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了精心考慮，系統(tǒng)的維護(hù)工作量小，正常情況下只需進(jìn)行常規(guī)的電源管理和保潔管理。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)項(xiàng)目4：寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)系統(tǒng)概述系統(tǒng)總通道數(shù) 153路測(cè)力系統(tǒng) 1路(扭矩)液壓系統(tǒng) 102路模擬量60路，開關(guān)量36路，數(shù)字量設(shè)定5路振動(dòng)系統(tǒng) 29路(振動(dòng))工藝量和電氣系統(tǒng) 21路溫度8路，轉(zhuǎn)速1路（數(shù)字），1路（模擬）機(jī)架受載信號(hào)2路（開關(guān)量），機(jī)架空過(guò)信號(hào)1路（開關(guān)量）軋制力2路，電氣信號(hào)6路其它項(xiàng)目50MW熱電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷專家系統(tǒng)(4臺(tái))揚(yáng)子石化公司熱電廠便攜式風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)上海寶山鋼鐵集團(tuán)公司300MW汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷專家系統(tǒng)華中華能武漢陽(yáng)邏電廠湖北漢川電廠

四旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)例

可確診的常見故障

低頻

高頻其他故障中頻油膜渦動(dòng)旋轉(zhuǎn)脫離喘振流體激勵(lì)支座松動(dòng)密封磨損