旋转机械故障机理及诊断讲稿课件

旋转机械故障机理及诊断2000.07.04第一节概述旋转机械的故障来源及其主要原因旋转机械故障的特征旋转机械故障的特征

故障发生的阶段性故障暴露的渐进性故障的并存性征兆的相关性数据和信息的不充分性征兆和故障的复杂映射性故障表现的不一致性第二节转子系统振动基础转子振动的基本特性转子临界转速及其影响因素

p2＝ｋ／ｍ；2n=ｒ／ｍ影响振幅的主要原因e的影响z的影响ζ的影响e的影响转子受迫振动的振幅B与质心的偏心距e成正比要想减小转子的振幅应尽量减小质心的偏心距ez的影响当z=0时，即表示转子静止时，B/Bs=1，振幅B为零。当z很小时，B/Bs≈1，振幅B与激振力幅值引起的转子静变形Bs差不多当z≈1时，即ω≈p；在ζ=0的情况下，B/Bs→∞，在ζ很小的情况下，振幅B将会非常大。实际情况下系统不可能没有阻尼，但从中可以看出共振的危险性.当z很大时，即ω>>p；B/Bs很小。说明在转子运行在高速的范围内时，转子的振幅很小，运行反而更加平稳ζ的影响在ζ=0时的幅频响应曲线以下，这说明由于阻尼的存在使振幅变小当ω>>p；ω<<p时计算振幅可以不计阻尼的影响当ω与p较接近时，ζ对于振幅的影响较大在给定阻尼比ζ的情况下，求解转子最大振幅所对应的频率比z当ζ较小（ζ=0.05～0.2）时,可以近似的认为共振时的振幅就是最大振幅,此时z=1,即ω=pB=e/2ζ相频响应曲线当ζ=0时，当z<1，则ψ=0；当z>1，则ψ=π；当z=1，则共振点前后相位角发生突然变化当ζ很小时，在z<<1，即转子运行在低频范围内，ψ≈0，即表示位移与激振力的相位相同；在z>>1，ψ≈π，在高频范围内，即表示位移与激振力的相位相反当ζ很大时，相位角ψ随z增加而增大。当z=1（即共振）时，相位角ψ=π/2，与阻尼大小无关，这是共振时的一个共同特征转子临界转速及其影响因素当ω<p时，ψ<π/2，在ω<<p，z≈0即转子运行在低频范围内ψ≈0，即表示位移与激振力的相位相同，这时转子的重点和高点同相位当ω>p时，ψ>π/2，在ω>>p，z→∞，即转子运行在高速范围内ψ≈π，即表示位移与激振力的相位相反,这时转子的振动很小,自动对心.当ω=p时，即z=1B=e/2ζ，ψ=π/2回转半径即为转轴的横向位移最大值B=e/2ζ此时的转速为临界转速。影响转子临界转速的因素陀螺力矩对转子临界转速的影响弹性支承对转子临界转速的影响组合转子对临界转速的影响转子不平衡的故障机理及诊断转子不平衡的分类静不平衡动不平衡一般不平衡不平衡故障的主要振动特征振动的时域波形为正弦波频谱图中,谐波能量集中基频当﹤p

时,振幅随的增加而增大;当﹥p

后,增加时振幅趋于一个较小的稳定值;=

p时发生共振,振幅具有最大峰值.当工作转速一定时,相位稳定.转子的轴心轨迹为椭圆

转子弯曲的故障机理及诊断转子弯曲故障机理发电机转子热弯曲原因汽轮机转子热弯曲原因发电机转子热弯曲原因转轴上内应力过大转轴材质不均转轴存在径向不对称温差.(1)发电机转子受热不均;(2)转子冷却不均匀;(3)转轴轴向传热、直径方向的热阻不均匀;(4)转轴上套装零件失去紧力;(5)楔条紧力不一.汽轮机转子热弯曲转轴上内应力过大转轴材质不均汽轮机叶轮的轮毂之间或轴上其他套装零件与轴凸台之间轴向间隙不足或不均匀转轴存在径向不对称温差①在转轴处存在着轴向不对称漏汽②转子外表面热辐射不均③转子中心孔内有油或水④转轴直径方向热阻不均匀⑤轴上套装零件失去紧力轴系裂纹的故障机理与诊断

轴系裂纹的原因轴的受力状态①横向弯曲状态是由径向旋转和不旋转的力产生的，这些力包括质量和弱不平衡(弯曲)惯性力、不对中力、热变形力和重力②正常运转时，旋转机械的转子随由驱动力矩和载荷力矩产生的稳定的扭转应力③拉伸和压缩对总应力的影响通常较小轴系裂纹的原因应力集中促使裂纹扩展的最重要的应力集中部位是转子材料的缺陷处，如夹渣及其他非金属夹杂物一些转子设计的特殊要求使其特定部分产生应力集中，在这些部位经常出现裂纹如孔(如透平机叶轮的压力平衡孔)槽切口、缝隙、螺纹、转子内孔、压花、刻痕和或健槽(特别是加工粗糙和有尖锐的内角时)将被削弱的部位紧固在转子上的零件都在“紧固”表面形成一个潜在的应力集中区域轴系裂纹的原因环境因素转子的内孔、键槽、沟槽、装配处的缝隙和锐角不仅产生机械的应力集中，还特别易于腐蚀由于化学活性物质的集中结晶。当水蒸汽的纯度较差时，即使时间很短也能形成激发裂纹的环境热状态是裂纹形成和扩展的另一个重要因素。例如过高的温度会使蠕变加速。这将在金属中形成晶间空位，从而产生微观和宏观的开裂轴系裂纹诊断工作转速下轴的同步(1X)相对横向振动幅值和或相位的无法解释的变化，以及启动和/或停机过程中低速转动向量的变化。二倍转速(2X)振动分量的出现从极座标图中得到轴裂纹扩展的信息应当注意低速转动向量(幅值和相位)的