1、振动基本知识及其故振动基本知识及其故障诊断综述障诊断综述上篇：振动基本知识一、振动及其分类n振动振动指物体在一定位置附近的往复运动。指物体在一定位置附近的往复运动。普遍存在于宇宙及人类生产、生活中。是电厂重要安全经济指标之一。电厂中振动过大的危害电厂中振动过大的危害 （1）减少设备的使用寿命，造成设备损坏，甚至酿成灾难性事故；（2）动静部件碰摩，使转轴弯曲，部件及基础损坏；（3）降低机组的机械性能和热力性能；（4）振动及其产生的噪声，影响运行人员身体健康和工作效率。2振动基本知识及其故障诊断综述n 振动的分类（1）按振动的产生方式分：）按振动的产生方式分：自由振动自由振动 受迫振动受迫振动（2
2、）按振动的规律分：）按振动的规律分：简谐振动简谐振动 复合周期振动复合周期振动 瞬态振动瞬态振动 随机振动随机振动（3）按振动故障的性质分：）按振动故障的性质分：自激振动自激振动 强迫振动强迫振动（4）按振动模型的自由度分：）按振动模型的自由度分：单自由度振动单自由度振动 多自由度振动多自由度振动 3振动基本知识及其故障诊断综述二、简谐振动（一）简谐振动的运动学方程（一）简谐振动的运动学方程 以以无阻尼自由振动的无阻尼自由振动的弹簧振子为例得出普遍结论：弹簧振子为例得出普遍结论：微分方程特征微分方程特征 运动学特征运动学特征由由 Fmakx 0 xdtxd222 xxmka2 mk xok4振
3、动基本知识及其故障诊断综述解解 可得可得222dx+x=0d t)tcos(Ax 位位 移移振动方程振动方程速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt 加速度加速度22cos()cos()dvaAtAtdt 24681 01 21 4-1-0.50.51vt xa5振动基本知识及其故障诊断综述n结论：结论：（1）单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦函数表示的，故称为简谐振动。（2）自由振动的角频率即系统的固有频率仅由系统本身参数确 定，与外界激励、初始条件无关。（3）自由振动的振幅A和初相角由初始条件所确定。km002020 xvtgvxA 6振动基本知识及其故障诊断综述xn振幅
4、振幅 A(Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。n频率频率 f (Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期周期 T=1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率圆频率 =2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒n初相角初相角 (Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态。（二）描述简谐振动的三要素 7振动基本知识及其故障诊断综述（三）简谐振动的合成)tcos(Ax),tcos(Ax20221011 )tcos(Ax 0合振动：合振动：)cos(2)(cos21221222112212221 AAAAAAAAA1.1
5、.同方向、同频率简谐振动的合成同方向、同频率简谐振动的合成仍然为仍然为简谐振动简谐振动A1A2Ax12|2,1,0,)12(2112AAAnn ，21122,1,0,2AAAnn ，两种特殊情况：两种特殊情况：振动与其它运动形式一样也可以进行合成与分解振动与其它运动形式一样也可以进行合成与分解振动往往是由若干种频率的简谐振动合成的振动往往是由若干种频率的简谐振动合成的下面我们研究几种基本而重要的简谐振动的合成下面我们研究几种基本而重要的简谐振动的合成22112211 cosAcosAsinAsinAtg A1A2AxA1A2Ax8振动基本知识及其故障诊断综述2.2.同方向、不同频率简谐振动的合
6、成同方向、不同频率简谐振动的合成周期振动周期振动,tcosAx,tcosAx2211 tcosAtcosAx21 nmTTvv 122121 m,n 为整数，为整数，mn用用 x-t 图像合成最方便图像合成最方便如：如：T1=2s,T2=3sx1t2sx2t3sxt6s结论：结论：合振动不是简谐合振动不是简谐振动，但有周期性，合振动，但有周期性，合振动周期为两个分振动振动周期为两个分振动周期的最小公倍数周期的最小公倍数9振动基本知识及其故障诊断综述tx1221212vvv 拍拍拍拍，合振幅做周期性变化的现象叫拍，合振幅大小每变化合振幅做周期性变化的现象叫拍，合振幅大小每变化 一个周期叫一个周期
7、叫1拍，单位时间内拍出现的次数叫拍频拍，单位时间内拍出现的次数叫拍频ttAttAxxx2212121212coscos2)cos(cos 1212 2）两个分振动频率很高）两个分振动频率很高,又非常接近又非常接近,即即可视为振幅做周期性缓慢变化的准简谐振动，又称调幅可视为振幅做周期性缓慢变化的准简谐振动，又称调幅振动振动10振动基本知识及其故障诊断综述3.方向垂直、同频率简谐振动的合成xy)cos(),cos(202101 tAytAx将两个式子展开，消去参数将两个式子展开，消去参数t,可得质点可得质点运动的轨迹方程：运动的轨迹方程：)(sin)cos(21221221222212 AyAxA
8、yAx在一般情况下，为一椭圆方程，椭圆的形状、大小，在一般情况下，为一椭圆方程，椭圆的形状、大小，长、短轴方位，由振幅和相位差决定长、短轴方位，由振幅和相位差决定 11振动基本知识及其故障诊断综述4.方向垂直、不同频率简谐振动的合成 n若分振动频率不成整数比，则合运动轨迹不能形成稳定的封闭曲线，质点运动不具有周期性 n若分振动频率成整数比，则合运动轨迹为一稳定的封闭曲线，质点运动具有周期性，轨迹图形称为利萨如图形n图形的花样与振幅、初相、频率比有关 用作图法画利萨如图形 T1:T2=1:2 A1:A2=3:2 1=-/2 2 =/2A1A2xy12123456781234567812振动基本知
9、识及其故障诊断综述三、单自由度系统自由振动13振动基本知识及其故障诊断综述nd为阻尼自由振动的圆频率为阻尼自由振动的圆频率n阻尼比：阻尼比：nMi、Mi+1分别为阻尼自由振动的相邻超调量。21ndTd214振动基本知识及其故障诊断综述四、单自由度系统强迫振动（一）谐激励的强迫振动（一）谐激励的强迫振动022202()sin()2sin()nnnf tFtd ydyyYtdtdt外加作用力：00 ,2YFcmk 00n为质量块上作用有静力 时的静位移Y=F/kk=m y(t)=Ysin(t-稳态振动方程-：)15振动基本知识及其故障诊断综述022202000222222022()s i n()2
10、s i n()1()4()1()11()4(nnnnnnnnftFtdyd yyYtd td tYFYYMY 00n外加干扰力：为质量块上作用有静力时的静位移Y=F/k式中：振幅 Y=2(相位差：=a r c ty(t)=Y s i n(t-a n振幅放：-大)因子2)16振动基本知识及其故障诊断综述 图a)幅频特性曲线 图b)相频特性曲线（1）当激励频率时，振幅达到最大值，称临界。（2）不管系统的阻尼比是多少，在 时，位移始终落后于激励力90度现象，称共振。1n21 2n 1n17振动基本知识及其故障诊断综述re A O（二）单圆盘转子不平衡振动和临界转速01r/ecC A m O O mk
11、tmekytymtmekxtxmc222222 dddd临界转速sincosk y x 由上式中解出x和y,并求得振幅r。圆盘惯性力 轴弹性力 偏心的离心力18振动基本知识及其故障诊断综述 单圆盘转子的不平衡振动响应单圆盘转子的不平衡振动响应01r/ecre A O re C A O re C A O C A C O O c r e r ere A O 重点 高点C 19振动基本知识及其故障诊断综述n系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。n每个频率有一对应的振型和阻尼值。n同一阶的固有频率、振型 和阻尼值一起，称为模态模态。五、多自由度系统自由振动 两自由度系统的振动模态第二阶
12、模态第一阶模态20振动基本知识及其故障诊断综述三自由度系统振动模态第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。21振动基本知识及其故障诊断综述 单转子的临界转速和振型650MW发电机转子 n1=604 r/minn2=1840 r/minn3=4651 r/min多自由度转子有多个临界转速和相应的振型22振动基本知识及其故障诊断综述 多转子轴系的临界转速和振型200MW汽轮发电机组轴系汽轮发电机组轴系 发电机转子型n1=1002 r/min中压转子型n2=1470 r/min高压转子型n3=1936 r/min低压转子型n4=2014 r/min发电机转子型n5=
13、2678 r/min高压转子 中压转子 低压转子 发电机转子 轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。23振动基本知识及其故障诊断综述 多转子轴系的固有频率和振型24振动基本知识及其故障诊断综述 单跨转子与多跨轴系临界转速的关系200MW汽轮发电机组轴系汽轮发电机组轴系单 个转 子高压转子中压转子低压转子发电机转子刚性支承1805131619651053 3149弹性支承169312211740 943 2654多 跨轴 系高压转子型中压转子型低压转子型发电机转子型刚性支承2284164325921142 3444弹性支承1936147020141002 2678轴系的各阶临界转速高高于相应
14、的单转子的临界转速。弹性支承转子的临界转速低低于刚性支承转子的临界转速。25振动基本知识及其故障诊断综述n振动的频率等于外激励的频率。n振型为各阶振型的叠加。n各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。n激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。n共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。n作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。六、多自由度系统的强迫振动26振动基本知识及其故障诊断综述正峰值负峰值平均绝对值平均绝对值有效值平均值峰峰值简谐振动各幅值参数是常数，彼此间有确定关系n峰值峰值 xp=A;峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均绝对值平均绝对值 x
15、av=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值中篇：振动测试 一、振动基本量的测量 1.振动幅值测量位移、速度和加速度0 x27振动基本知识及其故障诊断综述简谐振动位移、速度、加速度之间的关系简谐振动位移、速度、加速度之间的关系)2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinn振动位移振动位移(Displacement)n速度速度(Velocity)n加速度加速度(Acceleration)l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者的幅值相应为A、A、A 2。l相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。xvaxva28振动基本知识及其故障
16、诊断综述复杂振动的幅值参数复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms29振动基本知识及其故障诊断综述若干幅值参数的定义若干幅值参数的定义 n瞬时值瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时的数值。n峰值峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。n平均绝对值平均绝对值(Average absolute value)n均值均值(Mean value)又称平均值或直流分量。n有效值有效值(Root mean square value)TtxTx0avd 1TtxTx0d 1TtxTx02rmsd 1xpx=x(t)30振动基本知识及其故障
17、诊断综述常用的幅值参数及其单位常用的幅值参数及其单位 n位移位移 峰峰值。峰峰值。单位为微米微米（m）n速度速度 有效值。有效值。单位为毫米毫米/秒秒（mm/s）n加速度加速度 峰值。峰值。单位为米米/秒平方秒平方（m/s2）31振动基本知识及其故障诊断综述2.振动信号的频率分析n把振动信号中所包含的各种频率成分各种频率成分分别分解出来的方法。n频率分析的数学基础是傅里叶变换傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。n频率分析可用频率分析仪频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。n频率分析的结果得到各种频谱图频谱图，这是故障诊断的有力工具。32振动基本知识及其故障诊断综述时间域 频率域FFT
18、IFFT33振动基本知识及其故障诊断综述各种振动的频谱图各种振动的频谱图名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱34振动基本知识及其故障诊断综述n基频是转速频率。n基频分量的幅值和转子的不平衡大小不平衡大小有关。n基频分量的相位和不平衡在转子上的方位不平衡在转子上的方位有直接对应关系。n在转子上布置键相标记K，在轴承座上布置键相传感器K（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。n参考脉冲是测量相位的基准。n参考脉冲也可用于测量转子的转速。3.旋转机械振动的基频分量的幅值和相位的测量35振动基本知识及其故障诊断综述 振动相位测量原理振动相位测量原理n从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位
19、。n振动相位与转子的转动角度一一对应。在平衡和故障诊断中有重要作用。振动信号参考脉冲36振动基本知识及其故障诊断综述n波形图波形图(Wave)时间域内的振动波形n频谱图频谱图(Spectrum)组成振动的各谐波成分n轴心轨迹轴心轨迹(Orbit)转轴中心的振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成二、旋转机械的振动测量分析图示 1.定转速图示37振动基本知识及其故障诊断综述波形图、频谱图及轴心轨迹波形图、频谱图及轴心轨迹38振动基本知识及其故障诊断综述轴心轨迹的测定轴心轨迹的测定n轴心轨迹(Orbit)是诊断旋转机械故障的有力工具。n轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。39振动基
20、本知识及其故障诊断综述n波德图与极坐标图波德图与极坐标图(Bode&Polar Plot)升（降）速时，基频幅值和相位的变化n三维频谱图三维频谱图(Cascade)n轴心轨迹阵轴心轨迹阵n轴心位置轴心位置 判定轴颈静态工作点轴颈静态工作点和油膜厚度油膜厚度2.变转速图示40振动基本知识及其故障诊断综述波德图和极坐标图波德图和极坐标图n波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。41振动基本知识及其故障诊断综述n三维频谱图是频频谱的集合谱的集合。n本图的第三个坐标是转速转速。n本图表明在升、降速过程中振动频谱的变
21、化。n第三坐标也可是时间、工艺参数等。三维频谱图三维频谱图（谱阵图）（谱阵图）42振动基本知识及其故障诊断综述轴心轨迹阵图轴心轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵43振动基本知识及其故障诊断综述轴心位置的测定轴心位置的测定n轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。涡流传感器的输出信号动态部分静态部分轴心轨迹轴心位置间隙变化平均间隙44振动基本知识及其故障诊断综述轴心位置的变化轴心位置的变化汽轮发电机中压缸轴承汽轮发电机中压缸轴承n升速时轴心位置逐渐升高。n到工作转速时，偏心率为0.66；偏位角32。属正常。n以后数月，轴承基础下沉，导致轴心上浮，偏心率减少，偏位角接近90。n发生了
22、油膜振荡。n监测轴心位置有助于发现机器的故障。45振动基本知识及其故障诊断综述磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图仪测量电路基频检测仪记录仪数据采集和分析系统汽轮机齿轮增速箱压缩机涡流传感器速度传感器加速度传感器键相传感器三、旋转机械振动测量系统及仪器46振动基本知识及其故障诊断综述磁电速度传感器磁电速度传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz1000Hz典型线性范围：02mm典型灵敏度：20mV/mm/sn测量非转动部件的绝对绝对振动振动的速度。n不适于测量瞬态振动瞬态振动和很快的变速过程变速过程。n输出阻抗低，抗干扰力强。n传感器质量较大，对小型对象有影响。n在传感
23、器固有频率附近有较大的相移。47振动基本知识及其故障诊断综述涡流位移传感器涡流位移传感器n不接触测量不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。n有零频率响应零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。n灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。n相移很小。接收形式：相对式变换形式：电涡流典型频率范围：020kHz典型线性范围：02mm典型灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)48振动基本知识及其故障诊断综述涡流传感器的工作原理涡流传感器的工作原理输出电压 u 正比于间隙 d且于测量对象的材质有关49振动基本知识及其故障诊断综述压电加速度传感器压电加速度传感器接收形式：惯性式变换形式：压电效应典
24、型频率范围：0.2Hz10kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。n测量非转动部件的绝对振绝对振动动的加速度。n适应高频振动高频振动和瞬态振动瞬态振动的测量。n传感器质量小，可测很高振级。n现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。50振动基本知识及其故障诊断综述轴承振动的测点布置轴承振动的测点布置51振动基本知识及其故障诊断综述 轴振动的测点布置轴振动的测点布置52振动基本知识及其故障诊断综述轴承振动与轴振动的比较轴承振动与轴振动的比较轴 承 振 动轴 振 动测量设备 传感器易于安装、拆卸 测定振动容易 测量设备价格较低 传感器安装受限制 测定振动较轴承困难 测量设备价格高
25、性能特点 测振灵敏度小（当轴轻而本体刚度大时，对振动变化反映迟钝）有关参考资料丰富，掌握的限值范围广 测量设备可靠性高 测振灵敏度高（在任何情况下，对振动变化反映较灵敏）可直接测得基本界限值（如不平衡，轴内应力等）界限值不通用 测量设备（特别是传感器）可靠性低环境影响 测量结果受周围环境的影响小 测量结果受周围环境的影响大应用场合 监测机械的所有各种振动 能得到更详细的关于转子的振动信息，可作高精度现场平衡数据53振动基本知识及其故障诊断综述四、振动标准（一）轴承座振动标准（一）轴承座振动标准（GB/T6075.2-2007)GB/T6075.2-2007)准则一：振动幅值的标准 1.1.评价
26、区域和区域边界评价区域和区域边界 50MW以上汽轮机和发电机轴承座以上汽轮机和发电机轴承座区域区域A:新投产的机器通常在此区域内新投产的机器通常在此区域内 振动速度评价区域边界的推荐值振动速度评价区域边界的推荐值区域区域B:可长期运行可长期运行 单位：振动速度均方根值单位：振动速度均方根值/(mm/s)区域区域C:不适宜长期连续运行，不适宜长期连续运行，有适当机会采取补救有适当机会采取补救区域区域D:一般认为足以引起机器损坏一般认为足以引起机器损坏注：适用于额定转速正常稳态运行工况注：适用于额定转速正常稳态运行工况区域边界区域边界1500或或1800r/min3000或或3600r/min A
27、/B 2.8 3.8 B/C 5.3 7.5 C/D 8.5 11.854振动基本知识及其故障诊断综述2.2.稳态运行的限值稳态运行的限值报警的设定报警的设定n报警值设定高出基线值，高出的量为报警值设定高出基线值，高出的量为B/C值得值得25%n推荐报警值一般不超过区域边界推荐报警值一般不超过区域边界B/C值的值的1.25倍倍停机的设定停机的设定n一般来说，停机限值在一般来说，停机限值在C或或D内内n推荐停机限值应不超过区域边界推荐停机限值应不超过区域边界C/D值的值的1.25倍倍3.3.瞬态运行的振动幅值瞬态运行的振动幅值 1)额定转速下瞬态运行时额定转速下瞬态运行时 通常振动应不超过区域边
28、界通常振动应不超过区域边界C/D值值 2)升降速和超速时升降速和超速时n报警值设定高出基线值，高出的量为报警值设定高出基线值，高出的量为B/C值得值得25%n推荐报警值一般不超过区域边界推荐报警值一般不超过区域边界C/D值的值的1.25倍倍n此时一般不设定停机值此时一般不设定停机值准则二：振动幅值变化的标准 在稳态工况下，如果振动变化量明显，达到在稳态工况下，如果振动变化量明显，达到B/C值的值的25%，要查明原因和确，要查明原因和确定措施定措施55振动基本知识及其故障诊断综述（二）转轴振动标准（二）转轴振动标准（GB/T6075.2-2007)GB/T6075.2-2007)准则一：振动幅值
29、的标准 1.1.评价区域和区域边界评价区域和区域边界 50MW以上以上3000r/min汽轮机和发电机转轴汽轮机和发电机转轴区域区域A:新投产的机器通常在此区域内新投产的机器通常在此区域内 振动位移评价区域边界的推荐值振动位移评价区域边界的推荐值区域区域B:可长期运行可长期运行 单位：振动位移峰单位：振动位移峰-峰值峰值/微米微米(um)区域区域C:不适宜长期连续运行，不适宜长期连续运行，有适当机会采取补救有适当机会采取补救区域区域D:一般认为足以引起机器损坏一般认为足以引起机器损坏注：适用于额定转速正常稳态运行工况注：适用于额定转速正常稳态运行工况区域边界区域边界相对相对轴振轴振绝对绝对轴振
30、轴振 A/B 80 100 B/C120165150200 C/D18026025032056振动基本知识及其故障诊断综述2.2.稳态运行的限值稳态运行的限值报警的设定报警的设定n报警值设定高出基线值，高出的量为报警值设定高出基线值，高出的量为B/C值得值得25%n推荐报警值一般不超过区域边界推荐报警值一般不超过区域边界B/C值的值的1.25倍倍停机的设定停机的设定n一般来说，停机限值在一般来说，停机限值在C或或D内内n推荐停机限值应不超过区域边界推荐停机限值应不超过区域边界C/D值的值的1.25倍倍3.3.瞬态运行的振动幅值瞬态运行的振动幅值 1)额定转速下瞬态运行时额定转速下瞬态运行时 通
31、常振动应不超过区域边界通常振动应不超过区域边界C/D值值 2)升降速和超速时升降速和超速时n报警值设定高出基线值，高出的量为报警值设定高出基线值，高出的量为B/C值得值得25%n转速大于转速大于0.9倍的额定转速，推荐报警值不宜大于区域边界倍的额定转速，推荐报警值不宜大于区域边界C/D值值n转速小于转速小于0.9倍的额定转速，推荐报警值不宜大于区域边界倍的额定转速，推荐报警值不宜大于区域边界C/D值的值的1.5倍倍准则二：振动幅值变化的标准 在稳态工况下，如果轴振动变化量明显，达到在稳态工况下，如果轴振动变化量明显，达到B/C值的值的25%，要查明原因和，要查明原因和确定措施确定措施57振动基
32、本知识及其故障诊断综述下篇：故障诊断概述 机械振动产生的原因和性质机械振动产生的原因和性质自激振动 机械系统（质量（质量M、刚度、刚度K、阻尼、阻尼C构成）构成）强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始激励恒定能源激激 励励响响 应应58振动基本知识及其故障诊断综述简易诊断和精密诊断简易诊断和精密诊断状态监测（简易诊断）状态监测（简易诊断）内容：n识别有无故障n明确故障严重程度n作出故障趋势分析由设备维修人员在现场进行故障诊断（精密诊断）故障诊断（精密诊断）内容：n确定故障部位n确定故障原因n提出维修建议由设备诊断人员在现场或中心进行59振动基本知识及其故障诊断综述 精密诊断的方法精密诊断的方法n
33、频谱分析法n趋势分析法 通频值趋势分析、频谱趋势分析n时域分析法 波形分析、相关函数分析n倒频谱分析法n模态分析法n随机减量法其他数学方法 模式识别法 模糊诊断法 故障树诊断法 神经网络法 小波分析法 灰色系统法 分形几何法60振动基本知识及其故障诊断综述故障诊断的专家系统框图故障诊断的专家系统框图n专家系统是一个故障诊断的专用程序。n用户可以把其中积累的诊断专家的知识用于诊断工作。结果及解释征兆事实库知识获取征兆获取推理机诊断知识库设备参数库工作存贮器人机对话故障对策传感器信号领域专家用 户61振动基本知识及其故障诊断综述转动机械常见故障的频率特征转动机械常见故障的频率特征强迫振动类故障强迫
34、振动类故障自激振动类故障自激振动类故障X:转动频率62振动基本知识及其故障诊断综述强迫振动故障类 转子不平衡故障的特征转子不平衡故障的特征n振幅随转速变化而变化，过临界转速有共振峰n相位随转速变化而变化，过临界转速时变化大n振动1X频率为主n波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。n轴向振动不大。63振动基本知识及其故障诊断综述转子不平衡的类型转子不平衡的类型64振动基本知识及其故障诊断综述转子不对中的类型及对振动的影响转子不对中的类型及对振动的影响正确对中 e=0,=0平行不对中 e 0,=0角度不对中 e=0,0综合不对中 e 0,065振动基本知识及其故障诊断综述自激振动故障类（失稳
35、振动类）造成失稳的因素造成失稳的因素n滑动轴承的油膜力n密封中的流体力n定、转子间径向间隙不均匀n转轴的材料内阻和结构内阻n转子内腔部分充液n转子和定子的碰摩n转子质量和刚性在各径向不对称失稳的危害失稳的危害n突发性一般无明显的先兆。n失稳运动一般规模很大。n低周涡动，转轴受交变应力。引起疲劳破坏。66振动基本知识及其故障诊断综述油膜轴承工作原理油膜轴承工作原理oo1eW发散楔收敛楔最小油膜间隙最大油膜间隙油膜压力分布67振动基本知识及其故障诊断综述油膜失稳的机理油膜失稳的机理ycxcykxkfycxcykxkfyyyxyyyxyxyxxxyxxx油膜力油膜力轴颈涡动轨迹轴颈涡动轨迹 油膜力做
36、的功油膜力做的功)sin(sintbytaxcos)()(sin)(22yxxyyyxxxyyxccabbcackkabW常大于零恒小于零较小可不计如W0，就可能会失稳。弹性力 阻尼力失oxykyy cyykxx cxxkxy cxykyx cyx68振动基本知识及其故障诊断综述 半速涡动下的运动形态半速涡动下的运动形态 公转（涡动）速度为自转速度 的一半。转子上轴向的各纤维受交变力，交变的频率为-。自转公转70振动基本知识及其故障诊断综述 正常情况下的转子同步正进动正常情况下的转子同步正进动 定转速时，转子作 刚体弓形回转刚体弓形回转（同步正进动），转子上轴向的各纤维不受交变力。轴心线形状决
37、定于不平衡分布、转子转速和临界转速的分布。变转速时，轴心线形状、弯曲大小和相位均变化。自转公转71振动基本知识及其故障诊断综述 油膜振荡的特征油膜振荡的特征升速降速t2cc0涡动振幅转子转速升速降速tc2c0涡动频率转子转速突发性突发性：到达阈速 t 时，突然发生。阈速大于2 倍固有频率。破坏性破坏性：振幅一般很大。涡动频率锁住在 c；低周正向进动，轴纤维受交变应力。惯性惯性：消失滞后于发生。72振动基本知识及其故障诊断综述从油膜涡动发展到油膜振荡从油膜涡动发展到油膜振荡涡动频率 c/min转子转速r/min73振动基本知识及其故障诊断综述油膜涡动的波形和轴心轨迹油膜涡动的波形和轴心轨迹 涡动
38、频率约为转子转速的一半，并随转速变化。涡动方向为正向进动。轴心轨迹出现双内环。涡动的幅度并不很大。74振动基本知识及其故障诊断综述油膜振荡的波形和轴心轨迹油膜振荡的波形和轴心轨迹 到达阈速时突然发生，幅度一般很大。涡动频率锁定在转子的固有频率，不再随转速变化。涡动方向为正向进动。轴心轨迹为多重椭圆。一旦发生不易消失，有惯性效应。75振动基本知识及其故障诊断综述油膜振荡的防治措施油膜振荡的防治措施 临时措施临时措施 增加油温。更换粘度较低的油。减小轴承的宽度，以增 加比压。抬高失稳轴承的标高，增加轴承的负载。减小轴承的间隙。根本措施根本措施 改变轴瓦的结构。增加预负荷，开油槽，改变供油方式等 改
39、用稳定性较好的轴承。圆瓦椭圆瓦多油叶瓦多油楔瓦可倾瓦 改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速的一半以上。76振动基本知识及其故障诊断综述油膜失稳的实例油膜失稳的实例50010001500200025003000020406080100120140 改瓦 前 改瓦 后第 6瓦 的 振 幅 m机组转 速 r/min轴承状态轴瓦宽度mm比压N/cm2阈速r/min最大振幅m#6、#7原瓦41013.52500128第一次缩#6、#7瓦35015.7250040第二次缩#6瓦33016.8_ 某电厂某电厂 1号机组号机组200MW 77振动基本知识及其故障诊断综述 汽流激振故障机理汽流激振故障机理（
40、1）叶顶间隙激振力）叶顶间隙激振力 间隙不均，动叶气动力不等，形成涡动激振力，如图。（2）汽封蒸汽激振力）汽封蒸汽激振力 动叶顶部汽封中蒸汽受挤压而对转子产生反作用力，从而对转子产生蒸汽激振力；同样在隔板汽封及轴端汽封中也存在蒸汽激振力。（3）不对称的蒸汽力和力矩）不对称的蒸汽力和力矩 喷嘴调节的汽轮机,调节级进汽的非对称性引起不对称的蒸汽力作用在转子上；汽缸跑偏,转子径向位移等引起蒸汽在转子上力矩径向分布不平衡。78振动基本知识及其故障诊断综述 汽流激振故障特征汽流激振故障特征（1）对负荷变化较敏感）对负荷变化较敏感 通常出现在机组带负荷过程中，且一般发生在高负荷区。振动与负 荷之间有一定的
41、重复性。（2）与调节阀门开启顺序和开度有一定关联）与调节阀门开启顺序和开度有一定关联（3）振动频率）振动频率 大多数情况下以0.5X分量为主，有时也等于转子固有频率。（4）具有突发性）具有突发性 振动可能会在几秒钟内被激发出来，而且激发后的振动幅值较大。（5）与蒸汽参数相关）与蒸汽参数相关 蒸汽参数越高，汽流激振力越大。汽流激振故障通常发生在高参 数、大容量机组的高、中压转子上。超临界机组和超超临界机组由于蒸汽参数高，发生汽流激振故障的可能性比亚临界机组大。79振动基本知识及其故障诊断综述 汽流激振故障治理方法汽流激振故障治理方法 n改进叶顶汽封、隔板汽封和高压转子前后轴封的间隙、结构，减少漏
42、汽，减小汽流激振力，增加阻尼。n改变调节阀的开启顺序或开度,避免转子在单侧蒸汽力作用下发生明显的径向偏移和在转子上产生不平衡力矩。n调整汽缸和转子中心,调整转子在汽缸中的位置,使圆周方向的动静间隙尽量均匀,消除汽缸跑偏,避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移。n提高系统稳定性，主要从轴承着手。轴承改进措施与油膜振荡治理措施相同。n增大汽轮机高压转子轴承的载荷,如上抬标高,来增大轴承的比压,对减小蒸汽振荡的负面影响有一定作用。80振动基本知识及其故障诊断综述 转子内腔充液引起的失稳转子内腔充液引起的失稳n由于内阻，液体偏向前面一个角度。n液体离心力有一分力F Ft。n最后，切向力F Ft 推动转子
43、绕 O 点作正向涡动。81振动基本知识及其故障诊断综述转子与定子碰摩引起的失稳转子与定子碰摩引起的失稳n转子与定子相碰时，有摩擦力F Ft。n切向力F Ft 推动转子绕 O 点作反向涡动。82振动基本知识及其故障诊断综述 标高变化对振动的影响标高变化对振动的影响 汽轮发电机组的故障中不平衡、不对中、轴瓦烧伤、动静碰摩、汽流激振、油膜失稳等许多故障与标高变化及轴承负荷特性有直接关系。n改变轴承载荷分配改变轴承载荷分配 载荷过大时，会使乌金温度升高；载荷过小时，会使轴承失稳发生轴承自激振动。n改变动静间隙改变动静间隙 改变转子在汽缸中的相对位置、转子与汽封、油档等部件之间的间隙,严重时将会导致动静部件间的摩擦，使转子产生热弯曲。n改变转子改变转子-轴承系统动态特性轴承系统动态特性 轴承动态特性可以用刚度系数和阻尼系数来表示,这两个系数受转子在轴承中偏心位置的影响较大，影响不平衡响应和稳定性n改变转子系统挠曲线改变转子系统挠曲线 当转子挠曲线变化时，其振动特性也会发生变化。83振动基本知识及其故障诊断综述强迫振动和自激振动的比较强迫振动和自激振动的比较84振动基本知识及其故障诊断综述
