动设备-旋转机械故障诊断

1、旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断 设备监测中心 赵贺嘉 2022-6-16旋转机械故障诊断的过程旋转机械故障诊断的过程检测缩小故障范围状态判别搜集征兆定期检测故障定位原因分析维修决策趋势分析正常参数开始尚可正常不可异常l事后维修，故障维修 (Break down)l设备坏了后才去修理。l定期维修，预防维修 (Preventive)l定期地检查和大修。l预测维修，视情维修 (Predictive)l周期的监测，必要时才去维修。事后维修体制事后维修体制设备运行到坏了再进行修理。设备运行到坏了再进行修理。l不需要安排计划。不需要安排计划。l对一些设备，更换比修理更便宜。对一些设备，更换比修理更便宜。

2、l意外停机引起生产损失。意外停机引起生产损失。l可能引起设备的二次损坏，甚至灾可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。难性事故。l库存备件投资多。库存备件投资多。定期维修体制定期维修体制按预订的时间间隔或检修周期，对设按预订的时间间隔或检修周期，对设备作维修、调整和更换备件。备作维修、调整和更换备件。l机器寿命较长。机器寿命较长。l减少意外停机。减少意外停机。l备件库存较少。备件库存较少。l意外停机引起生产损失。意外停机引起生产损失。l过剩维修导致维修费用增加。过剩维修导致维修费用增加。l过剩维修引起人为维修故障。过剩维修引起人为维修故障。预测维修体制预测维修体制有计划地对设备作检查和测试，以

3、确定有计划地对设备作检查和测试，以确定其健康状态，必要时才进行维修。其健康状态，必要时才进行维修。l减少非计划停机损失。减少非计划停机损失。l维修时间间隔可以延长。维修时间间隔可以延长。l维修费用大为减少。维修费用大为减少。l备件库存最小。备件库存最小。l需要初始投资。需要初始投资。l需学习和培训。需学习和培训。不同制度的维修成本的比较不同制度的维修成本的比较大型钢铁企业l何谓旋转机械何谓旋转机械n主要运动由旋转运动来完成的机械 汽轮机、离心式压缩机、水泵、风机、电动机n核心：转轴组件 转子、轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器 滑动轴承、滚动轴承 支座、定子、机座 密封、密封装置l旋转机械故障原因分

4、类旋转机械故障原因分类n设计原因设计原因 设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动/自激振动 结构不合理，应力集中 设计工作转速接近或落入临界转速区 热膨胀量计算不准，导致热态不对中n制造原因制造原因 零部件加工制造不良，精度不够 零件材质不良，强度不够，制造缺陷 转子动平衡不符合技术要求旋转机械振动及故障概述旋转机械振动及故障概述l旋转机械故障原因分类旋转机械故障原因分类n安装安装/维修的原因维修的原因 机械安装不当，零部件错位，预负荷大 轴系对中不良 机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当 转子长期放置不当，改变了动平衡精度n操作运行的原因操作运行的原因 工艺参数(如介质的

5、温度、压力、流量、负荷)偏离设计值 转速接近或落入临界转速区 润滑或冷却不良 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长旋转机械振动及故障概述旋转机械振动及故障概述l旋转机械故障原因分类旋转机械故障原因分类n机器劣化的原因机器劣化的原因 长期运行，转子的挠度增大或动平衡劣化 转子局部损坏、脱落或产生裂纹 零部件磨损、点蚀或腐蚀 配合面受力劣化、产生过盈不足或松动等，破坏了配合的性质和精度 机器基础沉降不均匀，机器壳体变形典型的表盘式监测系统典型的表盘式监测系统前置器双通道轴位表推力瓦温表键相信号双通道轴振表径向瓦温表键相传感器90度布置的两涡流传感器推力瓦温传感器

6、径向瓦温传感器轴向位置传感器报警信号输出l离心压缩机离心压缩机转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因 转子转子机械损伤机械损伤污染物堆积污染物堆积轴弯曲轴弯曲轴孔偏离中心轴孔偏离中心 风扇风扇机械损伤机械损伤污染物堆积污染物堆积轴孔偏离中心轴孔偏离中心 齿轮齿轮机械损伤机械损伤轴孔偏离中心轴孔偏离中心转子不平衡故障转子不平衡故障不平衡的原因不平衡的原因 滑轮滑轮/ /槽轮槽轮机械损伤琐丝太大轴孔偏离中心 飞轮飞轮机械损伤偏心孔轴孔偏离中心 轴轴轴弯曲不规则加工转子不平衡故障转子不平衡故障l不平衡的原因不平衡的原因 叶轮叶轮机械损伤腐蚀 联轴器联轴器 机械损伤 轴孔偏离中心 电气绕

7、组电气绕组 铜线分布不均转子不平衡故障转子不平衡故障l不平衡的原因不平衡的原因铸造缺陷铸造缺陷 热膨胀热膨胀由于每个部件热膨胀由于每个部件热膨胀率不同影响转子平衡率不同影响转子平衡轴孔太大轴孔太大转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l不平衡的种类不平衡的种类n按发生不平衡的过程可分为： 原始不平衡 渐发性不平衡 突发性不平衡n按机理可分为： 静不平衡 偶不平衡 动不平衡旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡静不平衡偶不平衡= = 静不平衡静不平衡 + + 偶不平衡偶不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的频谱特征转子不平衡故障的频谱特征

8、n振动幅值与转速平方成正比n工频的1倍频能量较大n同一平面x,y振动相位差90l转子不平衡故障的时域特征转子不平衡故障的时域特征n呈现为类似简谐振动的波形n由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断 正向进动：轴转向与轴心轨迹转向一致 不平衡、不对中、油膜失稳产生的亚同步涡动、内摩擦激发的涡动等 逆向进动：轴转向与轴心轨迹转向相反 干摩擦等少数情况下发生旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡l转子不平衡的轴心轨迹转子不平衡的轴心轨迹n轴在

9、各个方向上刚度有差别，所以转子轴心轨迹通常为椭圆椭圆n从轴心轨迹观察其进动特征为同步正进动同步正进动同步采集H方向V方向转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡与转速的关系转子不平衡与转速的关系n当n，即在临界转速上，转速增加时振幅趋于一个较小的稳定值；n当工作转速一定时，相位稳定旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例1n某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡

10、压缩机振动特征转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例1n振动特征分析 时域波形为正弦波 频域中能量集中于1频，有突出的峰值，高次谐波分量较小 轴心轨迹为椭圆 进动方向为同步正进动 振动大小随转速升降变化明显n诊断意见：强烈振动的原因是振动不平衡n处理措施：监护运行n生产验证 在加强监测的前提下维持运行，其振动趋势稳定，没有增大的趋势 维持运行一个大修周期后，下次大修发现动平衡严重超标 原因：转子库存时间较长，转子较重，未按规定周期盘转原因：转子库存时间较长，转子较重，未按规定周期盘转旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平

11、衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例2n某52万吨/年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡CO2压缩机渐变不平衡振动特征转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l诊断实例诊断实例2n振动特征分析 时域波形为正弦波 频谱图中，以1频为主 分析其矢量域图，相位有一缓慢变化n诊断意见：故障原因为渐变不平衡，是由于转子流道结垢或局部腐蚀造成的n处理措施：监护运行n生产验证 6个月后大修时检查到转子并不弯曲 目测无结垢和腐蚀现象 拆卸检查后发现一轴套内侧发生局部严重腐蚀，导致转子不平

12、衡质量逐渐增大旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡转子不平衡故障机理与诊断转子不平衡故障机理与诊断l转子不平衡故障的特征小结转子不平衡故障的特征小结n时域为类似正弦波的振动波形n振动能量主要集中在工频的1倍频n轴心轨迹为椭圆，并为正进动方向n主要表现为径向振动n同一平面X、Y方向振动相位差90n振动幅值随转速升高而迅速增大n振动幅值不随负荷的增大而增大旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不平衡转子不平衡不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l造成不对中的原因造成不对中的原因n安装误差n管道应变影响n温度变化热变形n基础沉降不均l危害危害n滚动轴承 振动噪声 过度磨损 “卡死”

13、 n滑动轴承 油膜承载失稳 半速涡动 油膜振荡 严重时油膜破裂而烧损轴瓦旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中不对中的危害不对中的危害- -热像图热像图30,000 out平行10,000/inch out角1,000/inch out角不对中62 F105 F0对中不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中不同的联轴器具有不同的故障机理不同的联轴器具有不同的故障机理 大型高速旋转机械，常用齿式联轴器大型高速旋转机械，常用齿式联轴器 中、小设备多采用固定式刚性联轴器中、小设备多采用固定式刚性联轴器l平行不对中平行不对中l角不对中角

14、不对中l综合不对中综合不对中l平行不对中平行不对中l角不对中角不对中l综合不对中综合不对中不对中故障不对中故障l转子不对中的故障特征转子不对中的故障特征n振动的振幅与转子的负荷负荷有关 负荷越大、振幅越大n不对中故障对转子的激振力随转速转速的升高而加大n激励力与不对中量不对中量成正比n轴系具有过大的不对中量时，转子在运动中产生附加径向力和附加轴向力，使转子产生异常振动 平行不对中主要引起径向振动径向振动 角度不对中主要引起轴向振动轴向振动n振动频率 径向振动以工频的2倍频为主倍频为主，也有1倍频的成分 轴向振动以工频的1倍频为主倍频为主，也有2x，3x。不对中故障不对中故障l转子不对中的故障特

15、征转子不对中的故障特征n振动幅值幅值 平行不对中：平行不对中：振动频谱中2x幅值超过1x幅值的50 角不不对中：角不不对中：轴向2x或3x幅值约是1x转频幅值的3050 2x值相对于1x幅值的高度常取决于联轴器的类型和结构n联轴节两侧轴承振动的相位差相位差 平行不对中，径向振动差180 角度不对中，轴向振动差180n轴心轨迹轴心轨迹：香蕉形、8字形、外圈中产生一个内圈不对中故障不对中故障l平行不对中的故障特征平行不对中的故障特征l角度不对中的故障特征角度不对中的故障特征不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l诊断实例诊断实例n某透平压缩机组检修后启动时，高压缸振动较大；机组运行一周后压缩机高

16、压缸振动突然加剧，测点4、5的径向振动增大，其中测点5的振动值增加两倍，测点6轴向振动加大；又运行两周后，测点5的振动值又突然增加一倍，超过设计允许值，振动剧烈旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中机组布置示意图不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l诊断实例诊断实例旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中异常振动特征测点测点5 5的振动波形畸的振动波形畸变为基频与倍频的叠变为基频与倍频的叠加波形，频谱中加波形，频谱中2 2倍倍频谱具有较大幅值频谱具有较大幅值双椭圆复合轨迹双椭圆复合轨迹轴向振动变大轴向振动变大不平衡的频谱不平衡的频谱不对中故障机理与诊断不对中故障机

17、理与诊断l诊断实例诊断实例n诊断意见 压缩机高压缸和低压缸之间转子对中不良转子对中不良，联轴器发生故障n生产验证 高、低压缸之间的联轴器固定法兰与内齿套的连接螺栓已断掉三只 对中严重超差对中严重超差，不对中量大于设计要求16倍 对螺栓断面进行电镜分析，断面为沿晶断裂、并有局部韧窝组织。 联接螺栓的机械加工和热处理工艺不符合要求机械加工和热处理工艺不符合要求，螺纹根部产生应力集中，而且热处理后未进行正火处理，金相组织为淬火马氏体，螺栓在拉应力作用下脆性断裂。旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不对中转子不对中不对中故障机理与诊断不对中故障机理与诊断l小结小结旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断转子不

18、对中转子不对中转子不对中故障原因与治理措施转子不对中故障原因与治理措施序序号号故障原故障原因分类因分类故障原因故障原因处理措施处理措施1设计原因设计原因1）对工作状态下热膨胀量计算不准）对工作状态下热膨胀量计算不准2）对介质压力、真空度变化对机壳的影响）对介质压力、真空度变化对机壳的影响计算不准计算不准3）给出的冷态对中数据不准）给出的冷态对中数据不准1） 核对设计给出的冷核对设计给出的冷态对中数据态对中数据2）按技术要求检查调）按技术要求检查调整轴承对中整轴承对中3）检查热态膨胀是否）检查热态膨胀是否受限受限4） 检查保温是否完好检查保温是否完好5）检查调整基础沉降）检查调整基础沉降2制造原

19、因制造原因1）材质不均，造成热膨胀）材质不均，造成热膨胀3安装维修安装维修1）冷态对中数据不符合要求）冷态对中数据不符合要求2）检修失误造成热态膨胀受阻）检修失误造成热态膨胀受阻3）机壳保温不良，热胀不均匀）机壳保温不良，热胀不均匀4操作运行操作运行1） 超负荷运行超负荷运行2）介质温度偏离设计值）介质温度偏离设计值5状态劣化状态劣化1）机组基础或基座沉降不均匀）机组基础或基座沉降不均匀2）基础滑板锈蚀，热胀受阻）基础滑板锈蚀，热胀受阻3）机壳变形）机壳变形动静件摩擦的故障机理与诊断动静件摩擦的故障机理与诊断l诊断实例诊断实例n某大型透平压缩机组，在开车启动过程中发生异常振动，导致无法升速旋转

20、机械故障诊断旋转机械故障诊断动静件摩擦动静件摩擦压缩机振动频谱图与轴心轨迹n振动特征分析振动特征分析振动波形有削波现象振动波形有削波现象频谱图中有丰富的次谐波及高频谐波频谱图中有丰富的次谐波及高频谐波轴心轨迹的涡动方向为反向涡动轴心轨迹的涡动方向为反向涡动动静件摩擦的故障机理与诊断动静件摩擦的故障机理与诊断l诊断实例诊断实例n诊断意见 机组在升速过程中发生了严重摩擦故障n处理措施 由于机组振动值非常高，表明内部动静件摩擦比较严重，为安全起见，决定停机拆检n生产验证 解体检修发现，机组转子弯曲，动平衡精度严重超差，在升速过程中因振动大造成转子与密封之间摩擦。不仅密封损坏，且转子严重偏磨旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断动静件摩擦动静件摩擦动静件摩擦的故障机理与诊断动静件摩擦的故障机理与诊断l小结小结旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断动静件摩擦动静件摩擦动静件摩擦故障原因及对策旋转机械故障诊断技术旋转机械故障诊断技术-小结小结l转子转子不平衡不平衡l轴系轴系不对中不对中l转子转子动静件摩擦动