航空发动机振动检测与诊断.ppt

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1、第五章航空发动机振动监测与诊断航空发动机的主要激振源转子激振源转子不平衡（振动频率与转速相等）单圆盘转子临界转速：旋转机械在启停升降速过程中，往往在某个(或某几个)转速下出现振动急剧增大的现象。原因往往是由于转子系统处于临界转速附近产生共振。转子的临界转速个数与转子的自由度相等。支承不对中（振动频率为转子转速两倍）航空发动机的主要激振源航空发动机的主要激振源气动激振力轴承激振源齿轮激振源转子系统常见故障机理分析转子系统、转子振动与转子故障的关系振动广泛存在。设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动。振动监测具有有效性。当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化，

2、一般表现为振幅加大。振动具有可识别性。由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特征。振动识别具有复杂性。振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。转子系统、转子振动和转子故障之间的分类转子振动分类横向振动——发生在包括转轴的横向平面内（xoy）轴向振动——发生在转轴的轴线方向上（x轴）扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振转子系统模型转子系统常见故障机理分析转子系统分类刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界以下的转子系统。目前大多数低速（工作频率<100Hz）机械均属于刚性转子系统。柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界以上的转

3、子系统。例如一些大型高速（工作频率>100Hz）旋转机械均属于柔性转子系统。转子系统常见故障机理分析转子故障分类转子系统常见故障机理分析监测参数动态参数振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速度表示振动烈度：近年来国际上已统一使用振动烈度作为描述机器振动状态的特征量相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义转子系统常见故障机理分析静态参数轴心位置：在稳定情况下，轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置轴向位置差胀：转子与静子之间轴向间隙的变化值对中度：轴系转子之间的连接对中程度温度：轴瓦温度反映轴承运行情况润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况转子系统常见

4、故障机理分析旋转机械振动故障分析常用方法时间波形法——通过观察振动波形的特征来获取诊断信息转子系统常见故障机理分析含有周期成分及随机噪声的振动波形经平滑处理后的振动波形转子系统常见故障机理分析径向点触摩擦时的振动波形在正常的状态下，波形图应为较平滑的正弦波，且重复性好。（1）动不平衡时，在一个周期内为典型的正弦波；（2）对中不良时，在一个周期内为波峰翻倍，波形光滑、稳定、重复性好；（3）摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、或有削波；（4）自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时，波形杂乱、重复性差、波动性大。转子系统常见故障机理分析频谱分析法幅值谱及相位谱转子系统常见故障

5、机理分析幅值谱正常运转状态下，一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。一倍频——转子不平衡、轴承工作不良、对中不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。二倍频——转子对中不良、轴弯曲、松动等，主要是对中不良。0.5倍频——油膜失稳；轴承工作不良（如间隙、接触、摇摆等）；旋转失速（喘振的先兆）的频率为(0.4~0.8)倍工频，也有可能。转子系统常见故障机理分析DDDD阶比幅值谱转子系统常见故障机理分析阶比幅值谱转子系统常见故障机理分析自功率谱图滚动轴承的功率谱图优点：它可以把能量集中的谱峰更

6、加突出地表现出来。它不仅可以表现某些特征频率值的能量集中状况，而且可以研究某一段频带范围内能量分布的水平。它比幅值谱有更加广泛的用途。轴心轨迹图轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。转子系统常见故障机理分析轴心轨迹的合成转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析不平衡轴心轨迹的形状不对中油膜涡动转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析转子与静止部件的碰撞和摩擦转子系统常见故障机理分析轴心轨迹的旋转方向若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致，称为正向进动。反之，称为反向进动。当转子具有不平衡、不对中、油膜涡动等故障时表现为正向进动；当转子

7、与定子发生摩擦时，表现为反向进动。轴心轨迹的稳定性一般情况下，轴心轨迹保持稳定。一旦发生形状大小的变化或轨迹紊乱，则揭示机器运行状态已发生变化或进入异常。转轴随转速变化时的工频振动矢量图转速跟踪法奈奎斯特图分析法（极坐标图）转子系统常见故障机理分析波特图——振幅与频率，相位与频率的关系曲线010203040506070809001020304050振幅/mm频率/Hz01020304050607080903033027021015090相位角/度频率/Hz从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、转子系统阻尼大小和共

8、振放大系数、综合转子系统