故障诊断讲义

1、PAGE PAGE 83Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.大型旋转机机械状态态监测与与故障诊诊断讲义义深圳市创为为实技术发发展有限限公司二00五年年十二月月目 录TOC o h z u第一节 状态监监测与故故障诊断断的基本本知识 HYPERLINK l _Toc122080492 一、状态监监测与故故障诊断断的意义义 PAGEREF _Toc122080492 h 4 HYPERLINK l _Toc122080493 二、大机组组状态监监测与故故障诊断断常用的的方法 PAGEREF _To

2、c122080493 h 4 HYPERLINK l _Toc122080494 1振动分分析法 PAGEREF _Toc122080494 h 4 HYPERLINK l _Toc122080495 2油液分分析法 PAGEREF _Toc122080495 h 5 HYPERLINK l _Toc122080496 3轴位移移的监测测 PAGEREF _Toc122080496 h 54轴承回回油温度度及瓦块块温度监监测5 HYPERLINK l _Toc122080498 5综合分分析法 PAGEREF _Toc122080498 h 5 HYPERLINK l _Toc12208049

3、9 三、有关振振动的常常用术语语 PAGEREF _Toc122080499 h 5 HYPERLINK l _Toc122080500 1机械振振动 PAGEREF _Toc122080500 h 5 HYPERLINK l _Toc122080501 2涡动、进进动、正正进动、反反进动、弓弓状回转转 PAGEREF _Toc122080501 h 6 HYPERLINK l _Toc122080502 3振动的的基本参参数振幅、频频率、相相位 PAGEREF _Toc122080502 h 6 HYPERLINK l _Toc122080503 4相对轴轴振动、绝绝对轴振振动、轴轴承座振振

4、动 PAGEREF _Toc122080503 h 9 HYPERLINK l _Toc122080504 5径向振振动、横横向振动动、轴向向振动 PAGEREF _Toc122080504 h 9 HYPERLINK l _Toc122080505 6刚度、阻阻尼、临临界阻尼尼 PAGEREF _Toc122080505 h 9 HYPERLINK l _Toc122080506 7临界转转速 PAGEREF _Toc122080506 h 10 HYPERLINK l _Toc122080507 8刚性转转子、挠挠性转子子 PAGEREF _Toc122080507 h 10 HYPERL

5、INK l _Toc122080508 9挠度、弹弹性线、主主振型、轴轴振型 PAGEREF _Toc122080508 h 10 HYPERLINK l _Toc122080509 10通频频振动、选选频振动动、工频频振动 PAGEREF _Toc122080509 h 11 HYPERLINK l _Toc122080510 11谐波波、次谐谐波 PAGEREF _Toc122080510 h 11 HYPERLINK l _Toc122080511 12同步步振动、异异步振动动、亚异异步振动动、超异异步振动动 PAGEREF _Toc122080511 h 12 HYPERLINK l

6、_Toc122080512 13共振振、高次次谐波共共振、次次谐波共共振 PAGEREF _Toc122080512 h 12 HYPERLINK l _Toc122080513 14简谐谐振动、周周期振动动、准周周期振动动、瞬态态振动、冲冲击振动动、随机机振动 PAGEREF _Toc122080513 h 12 HYPERLINK l _Toc122080514 15自由由振动、受受迫振动动、自激激振动、参参变振动动 PAGEREF _Toc122080514 h 13 HYPERLINK l _Toc122080515 16高点点、重点点 PAGEREF _Toc122080515 h

7、14 HYPERLINK l _Toc122080516 17同相相振动、反反相振动动 PAGEREF _Toc122080516 h 15 HYPERLINK l _Toc122080517 18机械械偏差、电电气偏差差、晃度度 PAGEREF _Toc122080517 h 15 HYPERLINK l _Toc122080518 19旋转转失速、喘喘振 PAGEREF _Toc122080518 h 16 HYPERLINK l _Toc122080519 20半速速涡动、油油膜振荡荡 PAGEREF _Toc122080519 h 17 HYPERLINK l _Toc12208052

8、0 第二节 状态监监测与故故障诊断断的基本本图谱 PAGEREF _Toc122080520 h 18 HYPERLINK l _Toc122080521 一、常规图图谱 PAGEREF _Toc122080521 h 18 HYPERLINK l _Toc122080522 1机组总总貌图 PAGEREF _Toc122080522 h 18 HYPERLINK l _Toc122080523 2单值棒棒图 PAGEREF _Toc122080523 h 19 HYPERLINK l _Toc122080524 3多值棒棒图 PAGEREF _Toc122080524 h 19 HYPERL

9、INK l _Toc122080525 4波形图图 PAGEREF _Toc122080525 h 20 HYPERLINK l _Toc122080526 5频谱图图 PAGEREF _Toc122080526 h 23 HYPERLINK l _Toc122080527 6轴心轨轨迹图 PAGEREF _Toc122080527 h 23 HYPERLINK l _Toc122080528 7振动趋趋势图 PAGEREF _Toc122080528 h 25 HYPERLINK l _Toc122080529 8过程振振动趋势势图 PAGEREF _Toc122080529 h 28 HY

10、PERLINK l _Toc122080530 9极坐标标图 PAGEREF _Toc122080530 h 28 HYPERLINK l _Toc122080531 10轴心心位置图图 PAGEREF _Toc122080531 h 29 HYPERLINK l _Toc122080532 11全息息谱图 PAGEREF _Toc122080532 h 29 HYPERLINK l _Toc122080533 二、启停机机图谱 PAGEREF _Toc122080533 h 30 HYPERLINK l _Toc122080534 1转速时时间图 PAGEREF _Toc122080534

11、h 30 HYPERLINK l _Toc122080535 2波德图图 PAGEREF _Toc122080535 h 31 HYPERLINK l _Toc122080536 3奈奎斯斯特图 PAGEREF _Toc122080536 h 32 HYPERLINK l _Toc122080537 4频谱瀑瀑布图 PAGEREF _Toc122080537 h 34 HYPERLINK l _Toc122080538 5级联图图 PAGEREF _Toc122080538 h 34 HYPERLINK l _Toc122080539 第三节 故障诊诊断的具具体方法法及步骤骤 PAGEREF

12、_Toc122080539 h 335 HYPERLINK l _Toc122080540 一、故障真真伪的诊诊断 PAGEREF _Toc122080540 h 35 HYPERLINK l _Toc122080541 1首先应应查询故故障发生生时生产产工艺系系统有无无大的波波动或调调整 PAGEREF _Toc122080541 h 35 HYPERLINK l _Toc122080542 2其次应应查看探探头的间间隙电压压是否真真实可信信 PAGEREF _Toc122080542 h 37 HYPERLINK l _Toc122080543 3应查看看相关的的运行参参数有无无相应的的变

13、化 PAGEREF _Toc122080543 h 39 HYPERLINK l _Toc122080544 4应察看看现场有有无人可可直接感感受到的的异常现现象 PAGEREF _Toc122080544 h 40 HYPERLINK l _Toc122080545 二、故障类类型的诊诊断 PAGEREF _Toc122080545 h 42 HYPERLINK l _Toc122080546 1振动故故障类型型的诊断断 PAGEREF _Toc122080546 h 42 HYPERLINK l _Toc122080547 1.1主要要异常振振动分量量频率的的查找步步骤及方方法 PAGER

14、EF _Toc122080547 h 43 HYPERLINK l _Toc122080548 1.2 根根据异常常振动分分量频率率进行振振动类型型诊断 PAGEREF _Toc122080548 h 45 HYPERLINK l _Toc122080549 2轴位移移故障原原因的诊诊断 PAGEREF _Toc122080549 h 47 HYPERLINK l _Toc122080550 三、 故障障程度的的评估 PAGEREF _Toc122080550 h 48 HYPERLINK l _Toc122080551 四、 故障障部位的的诊断 PAGEREF _Toc122080551 h

15、 50 HYPERLINK l _Toc122080552 五、 故障障趋势的的预测 PAGEREF _Toc122080552 h 51第一节 状态监监测与故故障诊断断的基本本知识一、状态监监测与故故障诊断断的意义义故障是指机机械设备备丧失了了原来所所规定的的性能和和状态。通通常把机机械设备备在运行行中所发发生的状状态异常常、缺陷陷、性能能恶化、以以及事故故前期的的状态统统统称为为故障，有有时也把把事故直直接归为为故障。而大机组的的故障诊诊断，则则是根据据对大机机组进行行状态监监测所获获得的信信息，结结合机组组的工作作原理、结结构特点点、运行行状况，对对有可能能发生的的故障进进行分析析、预报

16、报，对已已经或正正在发生生的故障障进行分分析、判判断，以以确定故故障的性性质、类类别、程度度、部位位及趋势势，对维维护机组组的正常常运行和和合理检检修提供供正确的的技术支支持。大型旋转机机械由于于功率大大、转速速高、流流量大、压压力高、结结构复杂杂、监控控仪表繁繁多、运运行及检检修要求求高，因因此在设设计、制制造、安安装、检检修、运运行等诸诸多环节节上稍有有不当，都都会造成成机组在在运行时时发生种种种故障障。大型型机组本本身价格格昂贵，其其故障停停机又会会引起整整个生产产装置的的全面停停产，会会给企业业、社会会、国家家造成巨巨大的经经济损失失。因此此，认真真做好大大机组的的状态监监测与故故障诊

17、断断工作，对对避免恶恶性事故故的发生生、降低低故障停停机次数数、缩短短故障停停机检修修时间、减减少企业业的经济济损失是是十分有有益的。二、大机组组状态监监测与故故障诊断断常用的的方法1. 振动动分析法法振动分析法法是大机机组状态态监测与与故障诊诊断所使使用的主主要方法法。振动分析法法是对设设备所产产生的机机械振动动（对大大机组来来说，主要要是是转转子相对对于轴承承的振动动）进行行信号采采集、数数据处理理后，根根据振幅幅、频率率、相位位及相关关图谱所所进行的的故障分分析。一方面，由由于在大大型旋转转机械的的所有故故障中，振振动故障障出现的的概率最最高；另另一方面面，振动动信号包包含了丰丰富的机机

18、械及运运行的状状态信息息，它既包含含了转子子、轴承承、联轴轴器、基基础、管管线等机机械零部部件运行行中自身身状态的的信息，又又包含了了诸如转转速、流流量、进进出口压压力以及及温度、油油温等影影响运行行状态的的信息；第三，振振动信号号易于拾拾取，便便于在不不影响机机组运行行的情况况下实行行在线监监测和诊诊断。因因此，振振动分析析法是旋旋转机械械故障诊诊断中运运用最广广泛、最最有效的的方法，同同时也是是大机组组故障诊诊断的主主要方法法。采用用振动分分析法，可可以对旋旋转机械械大部分分的故障障类型进进行准确确的诊断断，如转转子动不不平衡问问题、转转子弯曲曲、轴承承工作不不良、油油膜涡动动及油膜膜振荡

19、、转转子热不不对中、动动静件摩摩擦、旋旋转失速速及喘振振、转轴轴的横向裂纹纹、机械械松动、结结构共振振等等。2. 油液液分析法法油液分析法法是对机机组在用用润滑油油的油液液本身及及油中微微小颗粒粒所进行行的理化化分析。通通过对润润滑油的的粘度、闪闪点、酸酸值、破破乳化度度、水分分、机械械杂质、液液相锈蚀蚀试验、抗抗氧化安安全性等等各种主主要性能能指标的的检验分分析，不不仅可以以掌握润润滑油本本身的性性能信息息，而且且也可以以了解到机机组轴承承、密封封的工作作状况。尤尤其是对对油液中中不溶物物质，主主要是微微小固体体颗粒所所进行的的铁谱分分析、光光谱分析析、颗粒粒计数，可可以识别别油液中中所含各

20、各种颗粒粒的化学学成分及及其浓度度、形貌貌、尺寸寸，从而而对润滑滑、特别别是轴承承合金、轴轴颈、浮浮环、机机械密封封的动静静环、油油封、油油檔、等等摩擦付付的磨损损状态进进行科学学的分析析与诊断断。因此此，油液液分析法法也是大大型旋转转机械故故障诊断断中的一一个重要要方法。3. 轴位位移的监监测在某些非正正常的工工况下，大大型旋转转机械的的转子会会因轴向向力过大大而产生生较大的的轴向位位移，严严重时会会引起推推力轴承承磨损，进进而发生生转子（如如叶轮）端面与隔板或缸体摩擦碰撞；汽轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生轴向动静摩擦。尽管转子轴位移故障的概率不

21、是很高，但也常有发生，特别是一旦发生后对设备造成的损坏往往是灾难性的。所以，对轴位移进行在线状态监测和故障诊断很有必要。4. 轴承承回油温温度及瓦瓦块温度度的监测测检修或运行行中的操操作不当当都会造造成轴承承工作不不良，从从而引起起轴承瓦瓦块温度度及轴承承回油温温度升高高，严重重时会造造成烧瓦瓦。所以以对轴承承回油温温度、瓦瓦块温度度进行监监测也很很必要。API （美国石油协会标准）规定，轴承进出口润滑油的正常温升应小于28，轴承出口处的最高油温应小于82。另外，用铂电阻在距轴承合金1mm处测量瓦块温度时，一般不应超过110115。由于温度的反映往往滞后，具体的测量方法及测量位置等又各不相同，

22、因此应具体情况具体分析。5. 综合合分析法法在进行实际际的大机机组状态态监测与与故障诊诊断时，往往往是将将以上各各种方法法连同工工艺及运运行参数数的监测测与分析析一起进进行综合合分析的的。三、有关振振动的常常用术语语1. 机械械振动机械振动是是物体相相对于平平衡位置置所作的的的往复复运动。通通常用振振动的基基本参数数、即所谓谓的“振动三三要素” 振幅、频频率、相相位加以以描述。例如，机器器箱体的的颤动、管管线的抖抖动、叶叶片的摆摆动等都都属于机机械振动动。2. 涡动动、进动动、正进进动、反反进动、弓弓状回转转涡动是转动动物体相相对于平平衡位置置所作的的旋转运运动。旋转机械转转子的实实际运动动状

23、态是是，一方方面绕着着本身的的轴线旋旋转（自自转），另另一方面面整个轴轴线又绕绕着某一一平衡位位置同时时在做旋旋转运动动（公转转）。转转子实际际上是做做旋转状状的涡动动，并不不是往复复状的机机械振动动。由于于这种涡涡动在径径向上所所测得的的振幅、频频率、相相位在数数值上与与机械振振动相同同，因此此可以沿沿用机械械振动的的许多成成熟的理理论、方方法，所所以旋转转机械转转子的涡涡动通常常仍然称称作振动动。但是是，在研研究大机机组转子子的振动动时，不不应该忘忘记转子子的振动动实际上上是涡动动的这一一基本特特点。由于转子是是在自转转的同时时、进一一步在作作公转，所所以涡动动也称为为进动。正进动是指指涡

24、动方方向与转转子旋转转方向相相同的涡涡动。反进动是指指涡动方方向与转转子旋转转方向相相反的涡涡动。由于不平衡衡等其它它力矩的的作用，旋旋转状态态下挠性性转子的的轴线并并非是直直线，而而是呈弓弓状弯曲曲的形状状，因此此转子的的涡动又又被形象象地称作作弓状回回转。3. 振动动的基本本参数振幅、频频率、相相位a）振幅振幅是物体体动态运运动或振振动的幅幅度。它它是振动动强度和和能量水水平的标标志，也也是评判判机器运运转状态态优劣的的一个主主要指标标。振幅的量值值可以表表示为峰峰峰值值（PP）、单单峰值（0P）、有效值（rms）或平均值（Average）。峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与负峰之间的

25、差值；单峰值是正峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。只有在纯正弦波的情况下，单峰值等于峰峰值的1/2，有效值等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少使用。振幅分别采采用振动动的位移移、速度度或加速速度值加加以描述述、度量量，三者者可以通通过微分分或积分分进行换换算。在在振动测测量中，除除特别注明外外，振动动位移的的量值为为峰峰峰值，单单位是微微米m或或密耳mill；振振动速度度的量值值为有效效值，单单位是毫毫米/秒mmm/s或英寸寸/秒ipss；振动动加速度度的量值值是单峰峰值，单单位是重重力加速速度gg。一一般认为为，在低低频范围围内，振动动强度与与位移成

26、成正比；在中频频范围内内，振动动强度与与速度成成正比；在高频频范围内内，振动动强度与与加速度度成正比比。也可可以认为为，振动动位移具具体地反反映了动动、静间间隙的变变化，振振动速度度反映了了能量的的大小，振振动加速速度反映映了冲击击力的大大小。所所以，在在工厂的的实际应应用中，大大机组转转子相对对于轴承承的振动动用振动动位移的的峰峰峰值表示示，大机机组轴承承箱及缸缸体、中中小型机机泵的振振动一般般用振动动速度的的有效值值表示，某些滚动轴承及齿轮的振动用振动加速度表示。振动烈度是是我国及及国际振振动标准准的通用用术语，是是描述一一台机器器振动状状态的特特征量，无无论各标标准对振振动测量量及评定定

27、方法做做了怎样样的规定定，几乎乎都用振振动速度度的均方方根值进进行度量量（大机机组除外外）。因因此，对对一般转转动设备备，只有有振动速速度才有有振动标标准可参参照，才才能对机机器运转转状态的的优劣进进行评定定。右图为中石石化旋转转机械振振动标准准SHSS 0110033-20004关关于机器器振动烈烈度的评评定等级级表。其其它我国国及国际际振动标标准关于于机器振振动烈度度的评定定等级也也大致如如此。其其中，根根据输出出功率、机机器支支承系统统的刚性性等将旋旋转机械械分为如如下4类类：小型转转机，如如15 kW以以下的电电机；安装在在刚性基基础上的的中型转转机，功功率在3300 kW以下下；大型

28、转转机，机机器支支承系统统为刚性性支承状状态；大型转转机，机机器支支承系统统为挠性性支承状状态。当支座的固固有频率率大于转转子轴承承系统的的固有频频率时，机机器支支承系统统为刚性性支承状状态；当当支座的的固有频频率小于于转子轴轴承系统统的固有有频率时时，机器器支承承系统为为挠性支支承状态态。对大机组而而言，没没有权威威的振动动评定等等级标准准，但根根据权威威的APPI标准准规定，转转子振动动位移的的峰峰峰值不应应超过AA 值（A=25.4120000/N，NN为最大大连续工工作转速速）或225.44m，取取二者之之中的较较小值。b) 频率率周期T是物物体完成成一个振振动过程程所需要要的时间间，

29、单位位是秒 s 。例如如一个单单摆，它它的周期期就是重重锤从左左运动到到右，再再从右运运动回左左边起点点所需要要的时间间。 频率f是物物体每秒秒钟振动动的次数数，单位位是赫兹兹 Hzz 。频率率是振动动特性的的标志，是是分析振振动原因因的重要要依据。频频率与周周期互为为倒数，f1 / T。各种不同类类型的故故障所引引起的振振动都有有各自的的特征频频率。例例如，转转子动不不平衡的的振动频频率是工工频，齿齿式联轴轴器（带带中间齿齿套）不不对中的的振动频频率是二二倍频，油油膜涡动动的振动动频率是是0.55倍频，等等等。通通过对振振动频率率成分的的查找，可可以探索索构成振振动激振振力的来来源，有有助于

30、对对机器进进行故障障类型的的判别。但是反过来来，某种种振动频频率可能能和多种种类型的的故障有有关联。例例如，动动不平衡衡的特征征频率是是工频，但但不能说说工频高高就是发发生了动动不平衡衡，因为为某些轴轴承及对对中不良良等的振振动频率率也是工工频。因因此，振振动频率率和振动动故障的的对应关关系并不不是唯一一的。为为了得到到正确的的诊断结结论，需需要对各各种振动动信息进进行综合合分析。对旋转机械械而言，转转子的转转速N、角速速度都可以以看作频频率，称称为旋转频率、转转速频率率，或N、f不分，都都直接简简称为频频率，相互互换算关系系为：ff = N /60/2，其中转速N为转/分钟rr/minn，角

31、角速度为弧度/秒raad/ss；振振动频率也也可以用用转速频频率的倍倍数来表表示，如如一倍频频（1XX）、二二倍频（2X）、半频（0.5X）、等。对于旋转机机械的振振动来说说，一般般存在下下述令人人感兴趣趣的频率率：转子的的旋转频频率；各种振振动分量量的频率率；转子的的临界转转速；机器自自身和基基础或其其它附着着物的固固有频率率。c) 相位位相位是指两两个振动动要素在在时间或或空间上上的相差差。相位位的度量量单位为为度。在大机组的的在线状状态监测测中，具具体测得得的相位位是指转转子各选选频振动动信号（如如一倍频频等）与与轴上固固定标志志（如键相器器）之间间的相位位差。相位在振动动领域有有着许多

32、多重要的的应用，例例如：比较同频率率振动在在时间上上的先后后关系。如简谐振动，振动速度超前振动位移90，振动加速度超前振动速度90，振动加速度超前振动位移180。 比较激激振力与与响应在在空间上上的相互互关系。如对于无阻尼挠性转子，在低于临界转速时，转子不平衡矢量与其所引起的振动矢量二者的相位相同，即在同一方向上，振动值较大；在通过临界转速时，不平衡矢量的相位突然发生翻转变化；高于临界转速后，不平衡矢量与振动矢量相位相反，二者相差180，振动反而变小。此即所谓的转子自动定心。 比较两两个零部部件之间间相对运运动的方方位。例例如，齿齿式联轴轴器（带带中间短短接）不不对中时时，两边边转子振振动的相

33、相位差为为180。在转子动平平衡中更更有着必必不可少少、十分分重要的的作用。4. 相对对轴振动动、绝对对轴振动动、轴承承座振动动相对轴振动动是指转转子轴颈颈相对于于轴承座座的振动动，它一一般是用用非接触触式电涡涡流位移移传感器器来测量量。绝对轴振动动是指转转子相对对于大地地的振动动，它可可用接触触式传感感器或用用一个非非接触式式电涡流流传感器器和一个个惯性传传感器组组成的复复合传感感器来测测量。两两个传感感器所测测量的值值进行向向量相加加就可得得到转子子轴相对对于大地地的振动动。轴承座振动动是指轴轴承座相相对于大大地的振振动，它它可用速速度传感感器或加加速度传传感器来来测量。通常所说的的大机组

34、组振动实实际上是是转子的的相对轴轴振动，必必要时辅辅之于轴轴承座振振动。5. 径向向振动、横横向振动动、轴向向振动径向振动是是指垂直直于转子子中心线线方向上上的振功功。径向向振动也也称为横横向振动动。水平振动是是指与水水平方向向一致的的径向振振动。垂直振动是是指与垂垂直方向向一致的的径向振振动。轴向振动是是指与转转子中心心线同一一方向上上的振动动。由于转子的的实际振振动是涡涡动，其其涡动轨轨迹通常常为不规规整的椭椭圆，因因此需要要两个相相互垂直直的探头头才能较较为准确确地测出出转子真真实的振振动。6刚度、阻阻尼、临临界阻尼尼使弹性体产产生单位位变形yy所需的的力F称为刚度度k，k=FF/y 。

35、刚度度反映了了弹性体体抵抗变变形的能能力。机机械件以以及压力力较高的的液体（如如油膜）和和气体都都可以视视为弹性性体。旋旋转机械械转子的的刚度包包括静刚刚度和动动刚度两两个部分分，静刚刚度决定定于结构构、材质质、尺寸寸，而动动刚度既既与静刚刚度有关关，也与与支座刚刚度、连连接刚度度等有关关。阻尼是指振振动系统统中的能能量转换换（从机机械能转转换成另一一种能量量形式，一一般是热热能），这这种能量量转换吸收、消消化了振振动能量量，抑制制了振动动过程中中的振幅幅值。转转子阻尼尼主要来来自于轴轴承阻尼尼，另外外还有介介质阻尼尼、材料料内部阻尼尼。临界阻尼是是指系统统能回到到平衡位位置而不不发生振振荡所

36、要要求的最最小阻尼尼。7. 临界界转速临界转速就就是转子子轴承系系统本身身的固有有频率。临界转速完完全由转转子轴承承系统本本身的结结构特性性（转子子的轴径径、长度度、集中中质量大大小及分分布、支支座跨度度、以及及支座的的刚度、阻阻尼、质质量等）所所决定，与与外界条条件（如如不平衡衡力、介介质负荷荷等）无无关。临临界转速速有计算算值（转转子无阻阻尼的自自振频率率）或现现场实际际值（转转子有阻阻尼的共共振频率率），由由于转子子阻尼相相对很小小，故此此二值相相差很小小。与物物体的固固有频率率一样，临临界转速速也有若若干阶，如如一阶（第第一临界界转速）、二二阶、n阶。8. 刚性性转子、挠挠性转子子刚性

37、转子是是指工作作转速低低于第一一临界转转速的转转子。挠性转子是是指工作作转速高高于第一一临界转转速的转转子。9. 挠度度、弹性性线、主主振型、轴轴振型挠度是指转转子轴线线的横向弯曲曲变形值值。或称称为转子子挠曲。转子的挠度度又分为为静挠度度和动挠挠度。静静挠度是是指在静静止状态态下转子子因重力力或其它它载荷而而产生的的弯曲变变形值，沿沿转子轴轴线不同同的点，静静挠度值值不同；动挠度度是指在在旋转状状态下转转子因不不平衡力力矩或其其它交变变载荷而而产生的的弯曲变变形值，同同样因不不平衡力力矩所处处位置及及大小的的不同，动动挠度值值也会有有所不同同；转子子动挠曲曲又分同同步挠曲曲和异步步挠曲两两种

38、，这这两种挠挠曲将直直接迭加加到转轴轴振动上上。转子子的动挠挠曲变形形既可以以是平面面的，也也可以是是空间的的。弹性线是指指振动时时转子轴轴线的形形状。主振型是在在临界转转速下振振动时的的弹性线线。对挠性转子子来说，在高高速旋转转状态下下，转子子受到由由质量偏偏心而产产生的离离心力的的作用，轴轴线被拉拉弯，并并非是直直线，所所以弹性性线为弓弓状弯曲曲的形状状。与临界转速速一样，主主振型同同样由转转子轴承承系统本本身固有有的结构构特性所所决定，与与外界条条件无关关；同时时，对应应于不同同阶数的的临界转转速，也也有形状状各不相相同的各各阶主振振型，如如一阶主主振型、二二阶主振振型、n阶阶主振型型。

39、对于无阻尼尼刚性铰铰支的光光轴，各各阶主振振型的形形状如下下图所示示。即，一阶主主振型为为一个弯弯、无节节点（振振幅为零零的点），二阶主振型为两个弯、一个节点，。其中：弯数（拐点点数）阶数， 节点数阶阶数00 。需要指出的的是，由由于支座座弹性、外外伸跨度度等因素素的影响响，实际际上各阶阶主振型型的具体体形状和和节点数数并无确确定的规规律，刚刚性铰支支光轴的的各阶主主振型完完全没有一般般性，仅仅仅是帮帮助我们们对各阶阶主振型型有一些些形象上上的大致致了解。转子轴振型型就是转转子实际际运转状状态下的的弹性线线，是由由一阶、二二阶等多多阶主振振型相互互迭加的的结果。转转速越靠靠近某一一阶临界界转速

40、，某某一阶主主振型的的影响就就相对大大一点；多数情情况下，起起主导影影响因素素的是一一阶、二二阶、三三阶等低低阶主振振型，其其中又以以一阶、二二阶为主主。另外外，各阶阶主振型型的大小小与不平平衡质量量所在的的轴向位位置有关关，也就就是说不平衡衡量也会会对转子子实际轴轴振型的的形状及及大小产产生影响响。同样，弹性性线可以以是平面面的，也也可以是是空间的的。10. 通通频振动动、选频频振动、工工频振动动通频振动是是原始的的、未经经傅立叶叶级数变变换分解处处理的、由由各频率率振动分分量相互互迭加后后的总振振动。其其振动波波形是复复杂的波波形。选频振动是是从通频频振动中中所分解解出来的的、某一一选定频

41、频率（如如工频、半半频、二二倍频等等）的振振动。其其振动波波形是单单一的正正弦波。工频振动是是指振动动频率等等于转速速频率的的选频振振动。工工频也称称为基频频、一倍倍频。转转速为660000r/mmin的的转子，工工频振动动的频率率fN60 = 66000060 =1000 Hz 。11. 谐谐波、次次谐波在通频信号号中，频频率等于于转速频频率整数数倍的分分量称为为转速频频率的谐谐波，简简称谐波波。如一一倍频（1X）、二倍频（2X）、三倍频（3X）分量等。次谐波是指指通频信信号中所所含频率率等于转转速频率率整分数数倍的分分量，也也称为分分数谐波波。如半半频（00.5XX）、三三分之一一倍频（1

42、/3X）分量等。12. 同同步振动动、异步步振动、亚亚异步振振动、超超异步振振动同步振动是是指频率率成分与与转速频频率成正正比的振振动。一一般情况况（但不不是全部部情况）下下，同步步成分是是转速频频率的整整数倍或或者整分分数倍，不不管转速速如何，它它们总保保持这一一关系，如如一倍频频（1XX），二二倍频（2X），三倍频（3X），半频（0.5X）,三分之一倍频（1/3X）等。由不平衡、不对中所引起的振动都是同步振动。异步振动是是频率成成分指与与转速频频率无整整数倍或或者整分分数倍关关系的振振动，也也可称为为非同步步运动。由由摩擦所所引起的的振动为为异步振振动。亚异步振动动是指频频率成分分低于转转

43、速频率率的异步步振动。由由油膜涡涡动、密密封流体体激振、旋旋转失速速等所引引起的振振动都是是亚异步步振动。超异步振动动是指频频率成分分高于转转速频率率的异步步振动。由由滚动轴承承、齿轮轮缺陷所所引起的的振动都都是超异异步振动动。13. 共共振、高高次谐波波共振、次次谐波共共振共振是振幅幅和相位位的变化化响应状状态，由由对某一一特殊频频率的作作用力敏敏感的相相应系统统所引起起。共振振通常通通过振幅幅的显著著增加和和相应的的相位移移动来识识别。共振振发生时时，激振振频率稍稍有变化化（上升升或下降降）时，其其振动响响应就会会明显地地减小。因激振频率率f的n倍（n=2,33,4,，正整数数）谐波波，等

44、于于或接近近于系统统的固有有频率而而引起的的共振称称为高次次谐波共共振。因激振频率率f的1/nn倍（n=2,33,4,，正整数数）次谐谐波，等等于或接接近于系系统的固固有频率率而引起起的共振振称为次次谐波共共振。需要特别强强调的是是，谐波波共振所所对应的的频率是是系统的的固有频频率，并并不是转转子工作作转速频频率，因因此是异异步振动动，只有有在系统统固有频频率等于于转速频频率的特特殊情况况下才为为同步振振动。亚异步振动动的油膜膜涡动、密密封流体体激振、旋旋转失速速都有可可能转变变为高次次谐波共共振。14. 简简谐振动动、周期期振动、准准周期振振动、瞬瞬态振动动、冲击击振动、随随机振动动按振动历

45、程程及信号号特点，振振动可分分为简谐谐振动、周周期振动动、准周周期振动动、瞬态态振动、冲冲击振动动、随机机振动。a）简谐振振动简谐振动是是指振动动的历程程按正弦弦函数变变化的振振动。简简谐振动动是最简简单的振振动，波波形为正正弦波，频频率成分分单一，频频谱图上上只有一一根谱线线。b）周期振振动周期振动是是指经过过一定时时间间隔隔能完全全重复的的振动。周周期振动动是由若若干谐波波迭加组组成的振振动，波波形不再再是正弦弦波，但但显现周周期性，即即波形的的重复性性好。频频谱图上上为若干干根离散散的谱线线。周期期振动的的频率称称为基波波频率，它它是各谐谐波频率率的最大大公约数数，基波波频率在在频谱图图

46、上不一一定能直直接反映映出来。如如谐波频频率为550Hzz、75HHz、1000Hz时时，频谱谱图上找找不到225Hzz的基波波频率。c）准周期期振动准周期振动动是由若若干振动动频率不不成比例例的简谐谐振动迭迭加成的的振动。由由于不再再是谐波波，因此此波形不不显周期期性，频频谱图由由若干离离散的谱谱线构成成。d）瞬态振振动瞬态振动是是一种短短暂的振振动，如如系统受受激后的的衰减自自由振动动过程、起停机机过程等等。瞬态态振动的的波形有有一定的的往复周周期，振振幅随时时间衰减减。频谱谱图显示示的是有有一定带带宽的连连续谱，峰峰尖位置置处的频频率即瞬瞬态振动动的频率率，峰高高取决于于刚度，宽宽度取决

47、决于阻尼尼。越寛寛，则预预示振动动过程越越短，若若寛到整个个频带，表表明已变变成冲击击振动；若收缩缩成线谱谱，表明明已延长长为简谐谐振动。e）冲击振振动冲击振动是是指振动动能量（动动能）传传递到系系统的时时间短于于系统固固有周期期时的振振动。其其过程比比瞬态振振动更为为短暂。单单个冲击击是呈周周期性衰衰减的，衰衰减周期期与脉寛寛成反比比，脉冲冲越尖衰衰减越慢慢。在实实际状态态监测图图谱中，冲冲击振动动往往是是一种常常见的现现象，多多数是由由干扰信信号所引引起的假假像。f）随机振振动随机振动是是运动周周期无规规律，而而且过程程不会再再现的振振动。与与上述振振动不同同，随机机振动不不能用精精确的时

48、时间函数数式来描描述，其其振动过过程具有有不可重重复性和和不可预预知性。随随机振动动应该看看成是一一种偶然然因素造造成的干干扰或噪噪声，不不是大机机组故障障的主要要形式。15. 自自由振动动、受迫迫振动、自自激振动动、参变变振动从动力学角角度看，振振动可分分为自由由振动、受受迫振动动、自激激振动、参参变振动动。a) 自由由振动自由振动是是指物体体在经历历初始扰扰动后，不不再受外外力作用用下的振振动。自自由振动动的频率率为物体体自身的的固有频频率，与与初始扰扰动无关关；振幅幅呈衰减减趋势。b) 受迫迫振动受迫振动是是指物体体在持续续的交变变力作用用下所产产生的振振动。受受迫振动动不仅与与激励力力

49、的频率率和大小小有关，而而且与转转子轴承承系统自自身的固固有特性性有关。受迫振动的特点具体如下： 受迫振振动的频频率与激激振力频频率相同同； 受迫振振动的振振幅除与与激振力力大小成成正比、与与自身刚刚度成反反比外，还还与频率率比及阻尼尼有关（/n ，为激振振力频率率，n为自身身固有频频率），小（即激振力的频率低）振幅接近于静态位移，大（力的频率很高、系统因惯性跟不上力的变化反而几乎停止不动）振幅小，1时振幅很大、即共振； 受迫振振动的相相位、即即位移最最大值与与激振力力最大值值之间的的时间差差与频率率比及阻尼尼有关，1时相位趋于相同，1、即共振时相位差等于90，1时相位差趋向于180； 当激振

50、振力频率或或激振力力频率的的谐波与系系统固有频率相同同时即发生共振振。c) 自激激振动自激振动是是指由振振动体自自身能量量所激发发的振动动。维持持振动的的交变力力是由系系统本身身产生或或控制的的。自激激振动通通常有下下述特点点：一般为亚异异步振动动，即振振动频率率小于转转子工作作转速且且不同步步；自激振动的的频率与与转子的的第一临临界转速速基本符符合；呈随机性，一一般都为为偶然因因素引起起，没有一定定规律可可循；振动系统自自身的刚刚度、阻阻尼非线线性特征征较强，振振幅随时时可能急急剧上升升；振幅的变化化与转速速或负荷荷存在一一定的关关联；失稳状态下下的振动动能量来来源于系系统本身身。大机组自激

51、激振动时时有发生生，如轴轴承油膜膜振荡、密密封流体体激振、气气流激振振、摩擦擦涡动、转转子配合合松动等等。d) 参变变振动参变振动是是指由结结构参数数周期性性变化而而引起的的振动。造成结构参参数周期期性变化化的常见见因素有有基础松松动、锚锚爪及滑滑动支座座连接螺螺栓紧度度不一、转转子有较较深的横横向裂纹纹、齿轮轮及滚动轴承承缺陷、转转子不对对称截面面引起的的弯矩等等。参变振动有有以下特特点： 振动频频率与转转速有关关，构成成谐波关关系，如如1X、2X、nX； 结构参参数周期期改变，振振动系统统的固有有频率也也随之改改变； 当参变变振动产产生的二二次谐波波与系统统第一临临界转速速相一致致时会产产

52、生共振振。16. 高高点、重重点高点是指转转子产生生最大振振动位移移时的角角位置。具具体为，当当转子和和振动探探头之间间的距离离最近时时，转子子上与振振动探头头所对应应的那一一点任一一时刻的的角位置置；也就就是当振振动探头头产生正正的振动动峰值信信号时，转转子与振振动探头头对应点点的位置置。高点点会随转转子动力力特性的的变化（如如转速变变化）而而移动。重点是指在在某一断断面处转转子不平平衡向量量的角位位置。重重点实际际上就是是转子质质心的角角位置。重重点与转转子的质质量分布布有关，当当有异物物附着在在转子上上（如结结垢、催催化剂粘粘结等）以以及转子子上有对对象脱落或滑滑移（如如断叶片片、轴套套

53、移动等等）时，重重点会发发生改变变；但是是，重点点不随转转速变化化，重点和高点点之间的的夹角称称为机械械滞后角角。对应应于不同同的转速速，会有有不同的的机械滞滞后角。在大机组的的在线状状态监测测中，高高点的角角位置是是通过与与键相探探头的角角度差来来确定的的。17. 同同相振动动、反相相振动同相振动、反反相振动动是指在在时间或或空间上上相位相相同或相相反的振振动。通过是否为为同相振振动或反反相振动动，有助助于对振振动问题题进行更更深入的的了解。例如，通过过判断同同一转子子两端支支持轴承承在同一一方向上上的振动动相位是是否相同同或相近近，可以以初步判判断转子子的振型型，若是是同相振振动则为为一阶

54、（三三阶、五五阶、）振型型，若是是反相振振动则为为二阶（四四阶、）振型型。依据据联轴器器的型式式，通过过判断相相邻两转转子是否否为同相相振动或或反相振振动，可可以对平平行不对对中、角角度不对对中、轴轴向不对对中做出出进一步步判断。通通过比较较工频与与二倍频频的振动动相位以以判断两两者之间间是否存存在因果果关系。等等等。18. 机机械偏差差、电气气偏差、晃晃度机械偏差是是指对应应于测振振探头处处转子轴轴颈表面面的机械械缺陷。机机械缺陷陷造成测测振探头头所测的的振动间间隙变化化并不是是由轴线线位置变变化或转转子动态态运动所所引起的的，这是非接接触式电电涡流位位移传感感器系统统输出信信号误差差的来源

55、源之一。机机械缺陷陷通常来来源于轴轴颈的圆圆度、损损坏、键键标记、凹凹陷、划划痕、锈锈斑、甚甚至是弯弯曲变形形、等等等，或其其它结构构原因所引引起的。电气偏差也也是非接接触式电电涡流位位移传感感器系统统输出信信号误差差的来源源之一，转转子每转转一圈，该该偏差就就重复一一次。传传感器输输出信号号的变化化并不是是来自探探头所测测振动间间隙的改改变（动动态运动动或位置置的变化化），而而通常是是来自于于转子表表面材料料电导率率的变化化或转子子表面上上某些位位置局部部磁场的的存在。转子磁化后，其频谱特征为2X、4X、6X等比较高，且差不多高。API612、API617标准规定转子的剩磁应小于4高斯、5高

56、斯。转子轴颈的的晃度，或或称为轴轴的径向向偏差，是是电气偏偏差和机机械偏差差的总和和。在AAPI标标准及其其它有关关的振动动标准中中，规定晃晃度的数值不不能超过过所允许许振动位位移的225或或6.44m，取取两者中中的较大大值。通通常在稳稳定的低低转速下下（APPI 6617标标准规定定为30006000rppm），测测振探头头所测得得的振值值基本上上就大致致相当于于转子的的晃度值值。大部部分情况况下，晃晃度与振振动为同同一方向向，相反反的情况况很少。19. 旋旋转失速速、喘振振旋转失速是是指由于于气体介介质的容容积流量量偏小，在在离心式式（及轴轴流式）压压缩机的的叶轮或或扩压器器流道中中所发

57、生生的气流流脉动现现象。当压缩机容容积流量量降低、偏偏离设计计工况运运行时，叶轮入口处气体的绝对速度就会降低，引起气体进入叶轮通道后的相对速度与设计工况不一致，产生偏离而冲向叶片工作面，原来在非工作面上就存在的气流脱离区因更缺乏主流的推动而扩大，形成涡流团而阻塞叶片间的气流通道。脱离团使流入该叶道的气体受阻，只能改变方向流入相邻的叶道。流入旋转方向前方叶道的气流冲向叶片非工作面，使原有脱离区消失；流向后方叶道的气流冲向工作面，使非工作面处的脱离区扩大成脱离团而阻塞叶道。这样，脱离团在叶轮中便产生了移动。脱离团的移动方向始终与叶轮旋转方向相反，但又随着叶轮一起转动，因此从绝对坐标系上来看，其旋转

58、速度低于叶轮转速，所以称之为旋转失速，又称为旋转脱离。旋转失速现象实际上是喘振的前兆。旋转失速既既可以发发生在某某一级的的某几个个叶轮流流道中，也也可以同同时发生生在某几几级的某某几个流流道中；既可以以发生在在旋转的的叶轮中中，也可可以发生生在固定定元件、如如扩压器器中。显显然，压压缩机发发生旋转转失速时时，气体体的出口口压力以以及转子子的振动动会伴随随着脱离离强度的的不同而而产生程程度不同同的脉动。旋转转失速所所引起的的振动为为亚异步步气流激激振，其其所产生生的振动动频率小小于工频频，叶轮轮失速的的频率大大约在00.50.88转速频频率的范范围内，扩压器失速的频率大约在0.10.25转速频率

59、的范围内。喘振是严重重失速和和管网相相互作用用的结果果。当气气体脱离离团充满满整个叶叶轮流道道时，气气体的流流动状况况极为恶恶劣，会会造成压压缩机的的出口压压力降低低，此时时管网的的气体倒倒流入压压缩机中中，使流流量短时时得到满满足，压压力重新新升高，流流向管网网。管网网压力恢恢复后，压压缩机的的流量又又再次减减小，管管网中的的气体再再次倒流流。如此此周而复复始，压压缩机与与管网一一起产生生了周期期性振荡荡现象，即即为喘振振。喘振的特点点十分明明显，进进口流量量及出口口压力发发生大幅幅度波动动、机组组产生强强烈的振振动、伴伴有间歇歇性的气气流吼叫叫声，生生产企业业时有发发生，早早已为人人们所熟

60、熟知。喘喘振的振振动频率率很低，大大约为00.520HHz 。20. 半半速涡动动、油膜膜振荡半速涡动，即通常常所说的的油膜涡涡动。油膜涡动是是由径向向滑动轴轴承油膜膜力所产产生的一一种涡动动。当转转子轴頸頸在动压压滑动轴轴承中稳稳定运转转时，轴轴承的油油膜力RR与载荷荷P相互平平衡，转转子轴心心处于某某一平衡衡位置OO1。若转转子受到到扰动离离开平衡衡位置移移动到O点，变化后后的油膜膜力R与载荷荷P的合力力F不再为为零、共线。合合力F可可分解成成径向与与切向上上的二个个分力，径径向分力力Fr与轴颈颈的位移移方向相相反，力力图把轴轴颈推回回到原平平衡位置置O1处，是一种种弹性恢恢复力；而切向向