1、设备状态监测与 故障诊断技术及应用,旋转设备常见故障分析知识讲座,内容:一、旋转设备的基础知识；二、旋转设备常见故障及分析判断手段；三、旋转设备运行状态监测和维护；四、转子动平衡相关知识；,旋转设备的基础知识,旋转设备：旋转机械是指那些主要功能是由旋转运动完成的机械，尤其是指那些转速较高的机械，如电动机、离心式压缩机、汽轮发电机组，以及离心式鼓风机、离心式水泵、真空泵以及轧机等，都属于旋转机械范围。旋转机械在各行各业中应用十分广泛，其中许多设备都是生产流程上重点关键设备，是企业开展设备诊断的主要对象。加强对这类设备的监测诊断，为确保设备安全高效运转，增加产量，提高产品质量，改善企业的经济效益都
2、具有重要意义。,旋转设备常见故障,旋转设备常见故障： 一、电机(电气)电源品质、电机绕组故障（匝间、相间短路，断路，三相阻抗不平衡，绝缘损坏等） 二、机械1、转子不平衡；2、轴系不对中；3、机械松动；4、滚动轴承故障；5、滑动轴承故障；6、齿轮故障等；,常见故障的分析判断手段,一、电机(电气)多年来设备状态监测与故障诊断技术基本上以设备的机械系统为主，如振动、油液、无损检测等；而作为设备组成系统的另一个重要方面即电气设备检测方法和手段，则少之又少，无论技术、产品，还是科研和手段，电气检测技术，都大大落后于机械检测。电气设备的检测基本上还停留在万用表、示波器、兆欧表时代，在面对国内外先进电气设备
3、和过程控制装置的故障时，只能凭经验处理。目前成熟应用新的主要监测手段主要有：1、红外监测与热成像分析；该方法主要应用温度来表征设备状态。,常见故障的分析判断手段,一、电机(电气)多年来设备状态监测与故障诊断技术基本上以设备的机械系统为主，如振动、油液、无损检测等；而作为设备组成系统的另一个重要方面即电气设备检测方法和手段，则少之又少，无论技术、产品，还是科研和手段，电气检测技术，都大大落后于机械检测。电气设备的检测基本上还停留在万用表、示波器、兆欧表时代，在面对国内外先进电气设备和过程控制装置的故障时，只能凭经验处理。目前成熟应用新的主要监测手段主要有：1、红外监测与热成像分析；该方法主要应用
4、温度来表征设备状态。,2、电流、电压的FFT分析（频谱分析）利用互感器的原理，将电流、电压信号引入专业的测试分析仪中，进行相关的分析，该种方法是一各评估电气系统各方面状况的分析方法。该种方法主要用于对电源品质（过电压或低电压，或者电压与铭牌的偏差，电压不平衡等）和转子故障分析（ 转子短条、匝间相间短路、断路，动态、静态偏心）等。 目前我公司拥有的AT-PALL电机在线监测诊断系统就能对以上故障进行分析和诊断;该种检测方式可在不停机的状态下进行检测;,二、机械 1、转子不平衡（1）定义转子不平衡是由于部件质量偏心或者转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械有一半以上
5、的故障与转子不平衡有关。（2）分类不平衡的分类：力不平衡、偶不平衡、动不平衡（3）诊断力不平衡诊断当转子质量中心偏离转动中心时出现不平衡。造成不平衡的原因通常是：装配不适当、转子上有附加物生成、转子质量磨损、转子破裂或丢失部件。1）振动波形接近正弦波；2）轴心轨迹近似圆形；3）振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向的幅值；4）振动大小与转速平方成正比；5）振动频率以1X转频振动为主；6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近。同一轴承水平方向和垂直方向的相位相差接近90 度。,偶不平衡诊断1）振动波形接近正弦波；2）轴心轨迹近似圆形；3）在两个轴承处均产生较大的振动，不平衡严重时，还会产生较大
6、的轴向振动；4）振动大小与转速平方成正比；5）振动频率以1X转频振动为主，有时也有2X,3X等谱线；6）振动相位稳定，两个轴承处相位相差180度。动不平衡诊断1）振动波形接近正弦波；2）轴心轨迹近似圆形；3）振动以径向为主；4）振动大小与转速平方成正比；5）振动频率以1X转频振动为主；6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近。悬臂转子的不平衡诊断1）振动波形接近正弦波；2）在轴向和径向均出现较大振动；3）振动频率以1X转频振动为主；4）轴向相位稳定，两支承处轴向振动相位接近，而径向相位会有变化,转子不平衡的典型频谱 从上图转子不平衡的典型频谱中可见： 1）力不平衡相位稳定，在一阶临界转速下，失衡引
7、起的振幅与速度的平方成正比。较高是1RPM下的频谱。同一设备的两个轴承处相位接近。水平方向和垂直方向的相位相差90度。 2）力耦不平衡在同一转动轴上有180相位差。通常为1RPM频谱，随速度平方的增加而变化，可以引起轴向及径向的较大振动。校正时需要在至少2个水平面上放置平衡物。 3）动不平衡是前两种不平衡的合成结果。仍以1RPM频谱占主导，相位稳定。两支承处同方向振动相位差接近。 4）转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1RPM振动。轴向相位稳定，而径向相位会有变化。往往是力不平衡和力耦不平衡同时出现。,不平衡的典型特征及频谱,2、轴系不对中资料表明，3050的设备存在不对中问题。不对中既可产生
8、径向振动，又会产生轴向振动；既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易产生2X振动，严重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动。相位是判断不对中的重要判据之一。不对中也有多种情况，有平行不对中、角度不对中和平行与角度不对中等。 平行不对中诊断 1）平行不对中产生较大的轴向振动，但径向振动也较大； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主， 2X 转频振动往往超过1X； 3）不对中严重时，也会产生高阶谐波振动； 4）联轴器两侧相位相差0度。 角度不对中诊断 1）角不对中产生较大的轴向振动； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主；但往往存在3X以上转频振动； 3）如果
9、2X 或3X转频振动超过1X的30到50，则可认为是存在角不对中； 4）联轴器两侧轴向振动相位相差180度。,平行与角度不对中诊断 1）产生较大的轴向振动，但径向振动也较大； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主；但往往存在高次谐波振动； 3）联轴器两侧轴向振动相位相差在0到180度之间。,角度不对中的典型频谱,平行度不对中的典型频谱,4、机械松动松动既可能导致机器的其它故障也可能因其它故障所引起，机械部件的磨损变形、轴系的不对中、不平衡等与松动相互影响。因松动引发的振动多为中低频振动，一般在1000Hz以下，振动频率通常为转频或转频的分数谐波及高次谐波，但有时也可能在中高频段有特征表示。常见
10、部件松动时振动频率下表：,A结构框架或底座松动 B轴承座松动 C 轴承等部件配合松动,轴承部件松动时的频谱,3、滚动轴承滚动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入。产生原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。,滚动轴承频谱,1）径向振动在轴承故障特征频率（见下面说明部分）及其低倍频处有峰。若有多个同类故障（内滚道、外滚道、滚子），则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰。 2）内滚道故障特征频率处有边带，边带间隔为1RPM。 3）滚动体故障特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率。 4）在加速度频谱的中高频
11、区域若有峰群突然生出（图4-17），表明有疲劳故障。 5）径向振动时域波形有重复冲击迹象（有轴向负载时，轴向振动波形与径向相同），或者其波峰系数（见说明部分）大于5，表明故障产生了高频冲击现象。,滚动轴承故障频率阶次图,滚动轴承故障 （外环）,滚动轴承故障：外环和不平衡,滚动轴承故障：内环 (带径向负载),滚动轴承故障 转动部件 （带有径向负载）,滚动轴承故障:保持架,轴承疲劳时的加速度频谱a正常轴承；b外圈疲劳； c钢球疲劳；d内圈疲劳,故障分析 （1）频域 确认故障特征频率处有峰，表明存在该种故障，若还有明显的倍频成分，表明故障严重。 确认内滚道特征频率处不但有峰，还有间隔为1RPM的边频，表明有内滚道故障。 确认滚子特征频率处不但有峰，还有边频，表明有滚子故障。 确认高频区域有峰群出现，表明轴承有疲劳故障。 若轴向有负载，则可注意轴向滚动。与径向振动有类似特征。 （2）时域 可能有重复冲击现象，但很小。重复率等于故障特征频率。,4、滑动轴承 滑动轴承可能有多种故障，其中包括间隙过大，油膜涡动和油膜振荡以及摩擦。造成这些故障的原因是装配不当，润滑不良，负荷欠妥，长久磨损及轴承设计不当。,
