第5章旋转机械的监测诊断10年.ppt
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1、第5章旋转机械的监测诊断10年 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容5.1 旋转机械的结构5.2 转子振动的测量5.3 转子振动评估标准5.4 转子振动监测特征参数5.5 旋转机械故障原因5.6 转子的常见分析方法5.7 转子典型故障机理与特征5.1 旋转机械的结构旋转机械-由转动部件和非转动部件构成的(汽轮机、发电机、压缩机组、电动机、水轮机、航空发动机等设备)主要构成部件有转子、支承转子的轴承(滑动轴承)、定子或机器壳体、连轴器等转速范围一般为几
2、千r/min到几万r/min之间(水轮机组只在100r/min)旋转机械的关键部件-运动部件(转子)轴流压缩机多级汽轮机转子转子是由合金钢锻件整体精加工,并且在装配上叶片后,进行全速转动试验和精确动平衡 滑动轴承主要由轴承座1(或壳体)和轴瓦2组成滑动轴承结构向心轴承向心推力轴承整体式向心轴承剖分式向心推力轴承1、轴承座2、轴承盖3、4轴瓦常见的剖分式轴瓦结构有油孔、油槽;用于输送和分布润滑油,其中油槽不应开在油膜承载区,否则会破坏油膜的承载能力,造成滑动表面的严重磨损为提高轴瓦的使用寿命,通常在一般材料制成的轴瓦内贴一层减摩材料(即轴衬)轴瓦和轴衬的主要要求:具有良好的减摩、抗摩性;一定的强
3、度;易于加工等。常用的材料:青铜、轴承合金、粉末冶金(含油轴承)和非金属材料(塑料、尼龙)等5.1.1 转子振动的类型由于旋转机械的结构、零部件加工、安装方面的缺陷,使得机器在运行时引起振动。横向振动过大的横向振动往往是机器损坏主要原因,所以成了振动监测的主要对象,也是机组状态判断的主要依据刚性转子运行转速低于一阶横向(固有)频率,如常见的电动机转子柔性转子运行转速高于一阶横向(固有)频率,如常见的燃气轮机转子、压缩机转子轴向振动扭转振动5.1.1 转子振动的类型转子振动的类型强迫振动凡在外力激励下强迫发生的振动,如不平衡、不对中、碰摩其主要特征是振动频率等于简谐驱动力的频率在诊断中,其振动频
4、率为转子的回转频率及其倍频强迫振动的长期行为与初始状态无关振动幅值在临界转速以下时,随着转速的增加而增大,超过临界转速,则随转速的增加而减小,在临界转速处,有共振峰值。其激励原因主要是由转子不平衡(转子的质心与回转轴线偏离)产生的离心力,其大小取决于不平衡程度5.1.1 转子振动的类型转子振动的类型自激振动由外部条件变化(如喘振、流体激励等)引发的自身振动,其振动频率为系统自身的固有振动频率。自激振动的形成却依赖于初始振动的存在,若没有初始振动,就没有可以反馈的信号,系统不能“起振”这种振动常常在某个转速下突然发生,因此对旋转机械具有极大的危害性。对环境条件的变化十分敏感,机器的微小差异,其稳
5、定性可能具有极大的差异油膜振荡 机床切削颤振 琴弦的振动(提琴、胡琴)摩擦引起上满发条的钟5.1.2 转子的临界转速旋转机械在起停车过程中,转子的振幅随转速增大而增大,到某一转速(或某几个)时振幅达到最大值(共振),超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减小,且稳定在某一范围内,这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。5.1.2 转子的临界转速在无阻尼的情况下转子的临界转速等于其横向固有频率,因此转子的临界转速个数与转子的自由度相等,对于实际转子来说,理论上有无穷多个临界转速,但由于转子的转速限制,往往只能遇到有限个临界转速。在有阻尼的情况下升速时,转子的临界转速略高于其横向固有频率;在降速时,测
6、量所得到的临界转速略小于横向固有频率;根据转子的转速 n 与其第一阶临界转速 ncr1间的关系,可划分n0.5ncr1 刚性转子0.5ncr1n0.7ncr1 准刚性转子n0.7ncr1 柔性转子动力学特性不同动平衡时区别对待5.2 转子振动的测量1、常常 用用 的的 测测 量量 仪仪 器器频 谱 分 析 仪数 据 采 集 器振振 动动 传传 感感 器器示 波 器2、测测 量量 单单 位位 及及 检检 测测 类类 型型 位移(Pk-Pk):适合于低频范围 速度(Rms,Pk):适合于中频段 加 速 度(Pk):适合于高频段5.2.1 测振传感器(一次仪表)分类1.测振传感器的作用把被测对象的机
7、械振动量(d,v,a)在要求的范围内准确地接收下来,并把它们转变成电信号输出。2.测振传感器的分类(按所测参数形式分)位移传感器速度传感器加速度传感器5.2.2 测振传感器性能3.三类传感器的频率特性与动态范围比较(1)加速度传感器的频响特性与动态范围最宽(10-20KHz)(2)速度传感器一般在101000Hz(3)位移传感器从理论上可到0.1 10000Hz,一般在2kHz以下5.2.3 测振传感器位移传感器4.电涡流式位移传感器1)特点:非接触2)适用范围:旋转机械的振动监测(具有表面线速度的转子的振动)3)优点:a.线性度好、频率范围宽(DC-10000Hz);c.线性范围内灵敏度不随
8、初始间隙的大小改变;d.能长时间连续可靠的工作;e.长距离传输抗干扰能力强;f.能在油、气及某些化学成分介质中工作。4)结构类型a.变间隙型电涡流传感器;b.变面积型电涡流传感器。5.2.3 测振传感器位移传感器5)原理:在传感器的端部有一线圈,线圈通以高频(一般12MHz)的交变电流。当线圈平面靠近一导体面时,穿过导体的磁通量随时间而变化,在导体表面感应出电涡流,涡流产生的磁通又穿过原线圈。所以原线圈与产生涡流的导体相当于两个具有互感的线圈,互感的大小与线圈离导体表面的间隙有关。5.2.3 测振传感器位移传感器6)被测物体尺寸及材料对测量性能的影响a尺寸的影响当被测物体为圆柱,且传感器中心线
9、垂直于被测物体轴线,要求:D3d(d为探头头部直径)如果Dd,灵敏度会下降70左右。b.表面加工质量的影响不规则的表面会给实际测量造成附加误差。一般被测表面的粗糙度Ra要求在0.40.8m之间(磨或抛光)c.材料的影响当被测物体为导磁材料(如普通钢)时,由于磁效应和涡流效应同时存在,且磁效应与涡流效应相反,会抵消一部分涡流效应,使灵敏度变低。5.2.3 测振传感器位移传感器7)涡流传感器的安装a.探头间的距离b.探头与安装面的距离5.2.3 测振传感器位移传感器5.2.3 测振传感器位移传感器9)使用时的注意事项安装时要注意平均间隙的选取,即平均间隙加上振动间隙(总间隙)应处于传感器的线性范围
10、内,否则会引起测量误差及波形失真。一般平均间隙选在线性中点。选用传感器时要注意传感器的动态特性、频率范围。测 绝 对 振 动 测 相 对 振 动振振 动动 的的 测测 试试 方方 式式测测 点点 位位 置置 的的 选选 取取 三三个个方方向向 设设测测点点 给测点位置作记号给测点位置作记号 设备表面的处理设备表面的处理 尽尽量量靠靠近近轴轴承承 测量部位应选在设备上对振动敏感的部分。一般都把轴承处选为主要测点,把机壳、箱体、基础的部位选作辅助测点对于低频振动,一般应在水平、垂直和轴向三个方向测量;对于高频振动,只需在一个方向(径向)测量。其原因在于低频信号的方向性较强,而高频信号方向不敏感数字
11、序列从驱动器非驱动侧的轴承座开始,赋予其数字001,朝着被驱动设备进行数字排列,直到第一根轴线的最后一个轴承测测 点点 编编号号原原则则武钢大型厂加热助燃风机机组 该机组由直流电机和风机两部分组成,其中风机为单轴悬臂结构,支撑部位采用滚动轴承,与电机采用直连方式 5.3、旋转机械振动评定标准旋转机械振动评定标准目前最常采用的是通频振幅来衡量机械运行状态,根据所使用的传感器种类分为:轴承振动评定:利用接触式传感器(如压电式振动加速度传感器)放置在轴承座上进行测量轴振动评定:利用非接触式(如涡流式传感器)测量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对振动值。评定参数可用振动位移峰峰值和振动烈度(即均方根值,它
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