旋转机械的状态监测与故障诊断PPT课件

旋转机械状态监测和故障诊断的主要内容，1转子系统振动故障诊断，2齿轮箱故障诊断，3滚动轴承故障诊断，6.1转子系统振动故障诊断，旋转机械状态特征参数和测试旋转机械振动评价标准旋转机械振动故障分析转子系统主要故障的常用方法及其诊断，6.1转子系统振动故障诊断，旋转机械是指主要功能是由旋转运动完成的机械，特别是指旋转运动的主要部件，高速机械。旋转机械有很多种，包括汽轮机、燃气轮机、离心压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机和电动机。这种设备的主要部件包括转子、轴承系统、定子和机组外壳、联轴器等。转速范围从每分钟几十万转到几十万转。6.1、转子系统振动故障诊断，旋转机械故障诊断，是在采集机器的稳态数据、瞬态数据、过程参数和运行状态信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症状和故障敏感参数，通过综合分析和判断，确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出处理措施。6.1、转子系统振动故障诊断，旋转机械的核心转子系统(轴总成)，它包括：转子(轴、齿轮传动部件、叶轮、联轴器)；滑动轴承、滚动轴承；支架(定子、框架)；密封，密封装置。1)转子系统的振动分类：横向振动振动发生在包括旋转轴在内的横向平面上，大多数故障引起的振动就是这样的振动；轴向振动振动发生在旋转轴轴线的Z方向，如果不正确，一些故障会引起轴向振动；扭转振动沿着旋转轴轴线的扭转振动，多盘转子的柔性轴将产生扭转振动。最简单的转子系统，2)系统分类按临界速度分类，(1)刚性转子系统-工作速度低于一阶临界速度的系统：一阶临界速度：转子系统具有多个固有频率。当转速逐渐增加到横向振动的一阶固有频率时，就会发生一阶共振，相应的转速称为一阶临界转速。判别基础：一般工作频率为100赫兹的机械系统属于柔性转子系统。振动特性：振动频率(自激振动)工作频率，与一阶横向自振频率有关。自激振动：振动过程中系统连续能量输入引起的共振现象，在设备诊断中也称为次同步振动。通常使用滑动轴承。3)故障分类，旋转机械的故障分类，1)旋转机械的状态特征参数和测试，1)旋转机械的状态特征参数，2)振幅，3)振动频率，4)相位，5)转速，6)时域波形，7)轴向轨迹，7)轴向位置(轴向位移)，1)旋转机械的状态特征参数和测试，1)振幅是描述设备振动幅度的重要参数。正常运行设备的振幅通常稳定在允许范围内。如果振幅改变，这意味着设备的状态已经改变。因此，振幅的监测可以用来判断设备的运行状态。振幅可分为位移振幅、速度振幅和加速度振幅。在旋转机械状态监测的实际应用中，位移幅值通常用双幅值表示，即峰峰值。速度振幅通常用单一振幅有效值表示，即振动强度(Vrms)；加速度幅值通常用最大单峰值表示。1。旋转机械的状态特征参数和测试。振动频率振动频率可分为基频(周期的倒数)和倍频(每次的谐波频率)，这是描述机器状态的另一个特征参数，也是测量的主要参数，1。旋转机械的状态特征参数和测试。相位许多设备故障单很难从振幅谱中区分出来，需要进一步分析相位信息才能做出正确的判断。例如，对于转子的暂时弯曲、转子缺陷和滑动轴承故障，频谱主要是倍频，难以区分。如果对它们的相位进行进一步的监测和分析，就可以很容易地区分它们：当转子暂时弯曲时，相位变化相对稳定；当转子有缺陷时，相位会突然改变，然后保持稳定。当轴承失效时，相位在一定范围内不稳定地变化。1。旋转机械的状态特征参数和测试。转速旋转机械的转速变化与设备的运行状态有非常密切的关系。它不仅指示设备的负载，而且通常在设备发生故障时相应地改变。例如，当离心式压缩机组喘振时，转速会大幅波动；当转子与静止部分碰撞时，转速也会不稳定。因此，转速通常是设备状态监测和故障诊断中的一个重要参数。旋转机械的振动检测大型旋转设备发生故障时，转子振动的变化比轴承座振动的变化更加敏感，其振动信息更加直接有效。对于轴承、齿轮等部件的故障，轴系的振动也更加明显。因此，当检测旋转机械的振动时，测量转子振动是第一选择，但是当条件不可用时，也可以测量壳体或轴承座的振动。1。旋转机械的状态特征参数和试验，1。旋转机械的状态特征参数和试验、测点数量和布置原则：通过对整个机组结构特征的全面了解和细致分析，可以用最少的传感器和最大的灵敏度来测量整个机组系统的工况。注：在机壳(轴承座)上进行振动测量时，测量点的选择应考虑环境因素，应避免高温、高湿、出风口和温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证测量的有效性。注：为了降低系统成本，只能确定一个方向作为高频随机振动和冲击振动的测量点。然而，对于低频确定性振动(通常是低频振动)，必须同时测量水平和垂直方向，并且在条件允许时应增加轴向测量点。(1)轴的径向振动的测量轴的径向振动的测量通常，传感器安装在平面内彼此垂直的两个方向上。2)对于外壳(轴承座)的振动测量，测量点应尽可能靠近轴承的轴承区域，最好只有一个与被监测旋转部件的接口，以尽可能避免多层分离，减少振动信号传输过程中的中间环节和衰减。测量点必须有足够的刚度，轴承座的底部和侧面通常是更好的测量点。(3)旋转机械振动相位检测是指基频(以转子转速为频率)信号与转轴上某一相位标记之间的相位差。这个定义是因为旋转机械的许多故障都与基频有关。在工程中，确定标记通常是关键相槽位置，用于检测关键相槽位置的传感器是涡流传感器，因此被称为“关键相传感器”。1、旋转机械的状态特征参数和测试，1、旋转机械的状态特征参数和测试，通过标记关键相位(即设置在待测轴上的凹槽或凸键)来测量关键相位传感器的安装关键相位信号。当凹槽或凸键旋转到探头安装位置时，相当于探头与被测表面之间的距离发生突变，传感器将产生脉冲信号。轴的每转都会产生一个脉冲信号。通过将脉冲与轴的振动信号进行比较，可以确定振动的相位角。它也可以用于d1、关键相位传感器的安装、旋转机械的状态特征参数和测试、相位角的定义如下：如图所示，假设轴上的键槽位置为O，传感器安装位置为O，当O旋转到与O重合时，得到关键相位脉冲信号，该脉冲信号作为相位的参考脉冲信号。如果任何测量点的滤波基频信号描绘在同一时间轴上，则基频信号的相位可以根据参考脉冲信号来确定。1)旋转机械的状态特征参数和测试，4)旋转机械的速度检测，1)旋转机械的状态特征参数和测试，齿轮盘的速度测量，速度测量通常是在轴的测量圆周上设置多个凹槽或凸键，或者在轴上安装齿轮盘，以每转产生多个脉冲。5)轴向位移检测，测量转子轴向位移时，测量面应与轴成一体，测量面应以探头中心线为中心。1。旋转机械的状态特征参数和测试6)轴心轨迹测试轴心轨迹非常直观地显示轴承中转子的旋转和振动，这是故障诊断中常用的非常重要的特征信息。1。旋转机械的状态特征参数和试验，正进动(轴转向与轴轨迹转向一致)-例如，转子不平衡、不对中、油膜不稳定引起的次同步涡动、内部摩擦引起的涡动等。正进动。大多数是正进动。反向进动(轴转向与轴轨迹转向相反)-在少数情况下会出现干摩擦。1。旋转机械的状态特征参数和测试，7)轴承温度测量。轴承温度是指示轴承状态和载荷变化最敏感的参数，轴承温度也是一个快速、灵敏、易于测量的参数。测量径向轴承衬套温度的热电偶温度传感器或热电阻温度传感器应安装在下轴承衬套的最大载荷区域，通常距离旋转方向中心线约20处。旋转机械的状态特征参数和测试，旋转机械的状态特征参数和测试，现场测试的准备步骤和测试中应注意的问题(1)了解被测对象的原理和结构，例如，被测对象是旋转机械、往复机械还是其他机械、滚动轴承还是滑动轴承，是否有外部激励振动，可能的故障和故障反映在哪里，哪些参数对变化最敏感。(2)了解被测对象的运行状态，例如，它容易发生故障以及已经发生的故障历史。(3)确定需要哪些数据来满足测量目的，以及应该测量哪些参数。(4)估计被测对象的振动类型、振动水平和可能的最低和最高频率，并根据环境条件(如温度、湿度、电磁场等)确定传感器类型及其匹配的中间转换器和显示记录仪器。)。(5)绘制测试系统的工作框图和仪器的连接示意图，并标注所用仪器的型号和序列号，以便于安装、校准和编写测试系统的测试报告。(6)校准和测试整个测试系统，特别是传感器及其连接的前置放大器。(7)确定传感器的安装位置和方法以及安装夹具的结构，并评估传感器的附加质量是否会影响测试对象(如改变原始振动频率和振幅)。(8)准备测试，包括安装传感器、连接各种仪器的电线、确认各种仪器控制旋钮的位置、检查电源等。(1)旋转机械的状态特征参数和试验，(9)试验过程中应详细记录试验环境，以便在数据分析过程中及时参考和发现一些意外因素。(10)在试验过程中，应经常检查试验系统的“背景噪声”，并在分析过程中消除这部分因素。在实际测量中，背景噪声至少应小于2、旋转机械振动评价标准，1)以轴承振动位移的峰峰值作为评价标准，位移的峰峰值xp-p可从普通振动仪中读出。用于判断汽轮机和压缩机的初始状态。1)以轴承振动位移的峰峰值为评价标准，2)以轴承振动强度为评价标准，2)以轴承振动强度为评价标准，2)以旋转机械振动强度为评价标准，3)以轴振动位移的峰峰值为评价标准。美国石油学会标准：中小型涡轮机轴，旋转机械振动故障分析的三种常用方法。根据旋转机械的特点，有许多图形分析方法：时域波形图、Poter图、极坐标图、瀑布图、轴心轨迹图、频谱图、相位分析图、趋势分析图，1)时域波形图，波形分析方法是通过观察振动波形的特征来获取诊断信息。振动波形：振动位移、速度或加速度随时间的曲线。(1)时域波形图。与同步振动相关的各种故障激发的振动属于周期函数，其基本分量由基频(工作频率)分量和若干高次谐波函数加随机噪声组成。振动波形包含周期性分量和随机噪声，例如：振动波形平滑后的曲线，如图所示。如果频率f=1/T等于转子的工作频率，则可以初步确定振动与不平衡有关。(2)波德图，波德图是描述某一频带内振幅、相位和频率之间关系的曲线。3)极坐标图，极坐标图实际上是振动矢量图。极坐标图除了记录转子加速或减速过程中系统幅值和相位的变化外，还可以描述恒速条件下工作条件或负载变化引起的基频或其他谐波幅值和相位的变化。4)轴心轨迹图，轴心轨迹转子轴心点相对于轴承座的运动形成的轨迹。放大器、高通滤波器、轴轨迹、y方向涡流传感器、x方向涡流传感器、y、4)轴轨迹图，一般来说，轴轨迹是稳定的，一旦形状和尺寸发生变化或轨迹发生紊乱。则表明机器和设备的运行状态已经改变或异常。5)轴位置图，6)瀑布图，瀑布图是振动信号的功率谱或振幅谱随转速变化叠加而成的三维谱。它能显示各种谐波成分谱随转速的变化。不同转速下机器的功率谱叠加形成瀑布图。7)趋势图。旋转机械有多种故障。常见故障类型包括：1。转子不平衡2。转子错位3。转子弯曲4。油膜振荡(滑动轴承)5。运动部件和静止部件之间的摩擦。轴裂纹。3.转子系统的主要故障及其诊断。3.转子系统的主要故障及其诊断。3.转子系统的主要故障及其诊断。1.不平衡类型(1)最初的不平衡是由转子制造误差、装配误差和材料不均匀引起的。如果动平衡出厂时达不到平衡精度要求，调试开始时会产生较大的振动。(2)逐渐失衡是由转子上的不均匀结垢、介质中灰尘的不均匀沉积、介质中的颗粒对叶片和叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨损造成的。结果表明，随着运行时间的延长，振动值逐渐增大。(3)突然不平衡是由于转子上的零件脱落或异物粘附并卡在叶轮通道中造成的。机组的振动值突然显著增加，然后稳定在恒定水平。1)转子不平衡的故障机理和诊断，2)不平衡的故障机理由于偏心质量m和偏心距离e的存在，在转子旋转时会产生离心力、离心力矩或两者兼有。离心力的大小与偏心质量m、偏心距离e和旋转角度an有关1)转子不平衡的故障机理和诊断，转子系统及其振动模型，设置：偏心率e，转子质量m，轴刚度k，阻尼系数c，转速n(r/min)，角速度=2n/60，离心力f=me2，力分解成两个方向为：h()-幅频响应函数，表示幅值y的放大系数随频率比/n的变化而变化，当/n1时出现共振峰；()-相频响应函数，表示受迫振动的相角随转速的变化。(1)振动的时域波形近似为正弦波。(2)在声谱图中，谐波能量集中在基频。并且会出现更小的高次谐波。1)转子不平衡的故障机理和诊断；3)当n超过临界转速时，随着转速的增加，幅值趋于较小的稳定值；当接近n时，即转速接近临界转速时，发生共振，振幅达到最大峰值。振动的