机械振动及其种类 机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往 复运动。 1º 按振动产生的原因分： • 自由振动－给系统一定能量后，系统所产生 的振动。若系统无阻尼，则维持等幅振动，反之， 为衰减振动； • 受迫振动－系统在外界持续力作用下，被迫 产生的振动（刚性转子系统）； • 自激振动－系统从本身运动中吸收能量转变 成交变力维持的振动（柔性转子系统）；
• 3、安装、维修 ①机械安装不当，零部件错位，预负荷大 ②轴系对中不良 ③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整 不当 ④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装 精度 ⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度 ⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度 • 4、操作运行 ①过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等） 偏离设计值，机器运行工况不正常 ②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性 ③运行点接近或落入临界转速区
3’ 差胀 指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化 值。它对机组安全启动具有十分重要的意义。 4’ 对中度 指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度 轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压 反映滑动轴承油膜的建立情况。
图
转子系统模型
转子的临界转速
旋转机械在启停升降速过 程中，往往在某个(或某几个) 转速下出现振动急剧增大的 现象。原因往往是由于转子 系统处于临界转速附近产生 共振。 转子的临界转速个数与转 子的自由度相等。 由于转子的转速限制，往 往只能遇见数个临界转速。
650MW 发电机转子
n1= 604 r/min n2= 1840 r/min n3= 4651 r/min 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型
旋转机械的振动 监测与诊断
主要内容
旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的监测参数 旋转机械振动故障分析常 用方法 旋转机械的典型故障及其诊 断方法
1、旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的定义 旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是 指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。 旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重 要工程领域。 旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别 迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋 转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安 全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术， 提出了迫切的要求。进而形成了近年来国内外广泛的旋转 机械振动监测和故障诊断技术。
转子振动的基本特性
单圆盘转子
Fx kx x m my Fy ky
x X cos( n x ) y Y cos( n y )
n k / m
转子振动形式
• 横向振动——振动发生在包括转轴的横向平面内 • 轴向振动——振动发生在转轴的轴线方向上（x轴） • 扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振
2º 静态参数 1’ 轴心位置 在稳定情况下，轴承中心相对于转轴轴颈中心 的位置。 在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一 定的位置上浮动。在异常情况下，由于偏心太大， 会发生轴承磨损的故障。 2’ 轴向位置 是机器转子上止推环相对于止推轴承的位置。 当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良 后果。
机械故障的主要原因
• 1、设计原因 ①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振 动或自激振动 ②结构不合理，应力集中 ③设计工作转速接近或落入临界转速区 ④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良������ • 2、制Байду номын сангаас原因 ①零部件加工制造不良，精度不够 ②零件材质不良，强度不够，制造缺陷 ③转子动平衡不符合技术要求
机械振动
旋转机械的机械振动特点 1º 振动存在具有广泛性 即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一 定的振动。 2º 振动监测的有效性 当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化， 一般表现为振幅加大。这就使人们可以从振动信号中获取 诊断信息。 3º 振动的可识别性 由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激 发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、 相位差别、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可 以从振动信号中识别故障。 4°振动识别的复杂性
④润滑或冷却不良 ⑤转子局部损坏或结垢 ⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热 膨胀不均 匀或在临界区停留时间过久������ • 5、机器劣化 ①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化 ②转子局部损坏、脱落或产生裂纹 ③零部件磨损、点蚀或腐蚀等 ④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破 坏了配合性质和精度 ⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且与机械 系统的固有特性有关： • 1’同一故障对不同的转子系统，其振动的幅 值和相位可能相差很大； • 2’同一故障发生在不同部位，振动信号可能 相差很大； • 3’同一故障在不同位置布置测点，所得的振 动信号亦会有较大差别。 在机械故障诊断中，振动信号能够更迅速、更 直接的反映机械设备的运行状态，据统计，70％ 以上的故障都是以振动形式表现出来。为了便于 分析，因此首先介绍有关振动的一些概念。

转子分类
刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界 以下的转子系统。目前大多数低速（工作 频率<100Hz）机械均属于刚性转子系统。
柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界 以上的转子系统。例如一些大型高速（工 作频率>100Hz）旋转机械均属于柔性转子 系统。
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2、旋转机械的监测参数
检测参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数 两种。 1º 动态参数 1’ 振幅 它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加 速度表示。 2’ 振动烈度 近年来国际上已统一使用振动烈度作为描述机 器振动状态的特征量。 3’ 相位 它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及 转子的动平衡等具有重要意义。