故障模式：转子不平衡

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转子不平衡是最常见的故障模式之一。同时，转子不平衡也是相对比较容易监控的。

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转子不平衡是必然的

旋转机械的回转体，是设备最重要的部件。电机转子将电能转化为机械能，发电机转子将机械能转化为电能。而风机和泵等的转子叶轮，将机械能转化为流体的动能。还有其它许多例子。旋转机械的身影总是出现在我们周围。

通常，设计的非对称性，材料不均匀，加工和装配误差等等，会在原始状态就给转子带来不平衡。随着目前制造业水平的提高，平衡精度要求也提高了，转子在出厂时存在明显不平衡的现象越来越少。

随着设备使用，转子叶轮表面粉尘堆积结垢，机械刮擦，流体摩擦磨损，介质腐蚀等等，这些导致的不均匀性，都会使转子渐渐不平衡。这种最常见的故障形式，可以通过振动监测的方法，进行非常好的控制。甚至可以利用振动方法，实施现场动平衡，消除这类故障。

还有一种极端的情况，就是转子叶轮上零件飞出，或有杂物撞击并黏附在转子叶轮上。这类突发事故，往往是致命的。但仅仅从振动技术入手，是无法完全控制的。可以单独列出这个话题进行讨论。

所以，不平衡存在是必然的。没有转子可以完全平衡。只要控制好平衡精度，加强监测，转子的平衡问题可控。

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驱动外力模型

转子不平衡定义为转子的质量中心与转动中心偏移。大部分情况下，我们用单面平衡的方式来衡量。只有细长的轴，如汽轮机的轴，会按照多面平衡方式来考量。

转子质量中心与转动中心的偏移距离为r的话，离心力的大小为：

而加速度传感器所测的是离心加速度在其测量方向的投影。

角速度ω就是转子转动频率转化而来的。所以，测量不平衡，会得到一个以转子转动频率规律变化的正弦波。

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故障后果

转子不平衡产生离心力，给转子带来附加载荷。随着不平衡的进一步发展，振动值逐渐增大，产生噪音，导致轴承磨损，影响机械寿命。许多其它故障会伴生，如松动、摩擦，刮蹭等等。

如果产生突发性不平衡，如零部件脱落或叶轮流道有异物等，设备振动值会突然增大然后后稳定在一定水平上；但也可能导致灾难性后果，如叶片断裂。

因此，在设计和生产阶段，就必要严格控制不平衡测量精度，对转子进行严格地平衡，将振动幅值限定在允许的范围内。运行期间，加强监控，进行趋势分析和预判，安排合理的维修，控制不平衡量。

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故障判断

通过振动分析，转子不平衡故障有以下突出特点：

  · 测量径向振动，时域波形和频谱图中，呈现的是稳定的转速频率成份。时域波形为正弦波。频谱图中，转速频率幅值突出。
  · 如果开机或停机时候测试振动，会观测到振动幅值随转速变化而变化，呈线性关系，并且稳定。
  · 轴向振动相对较小。

由于转子不平衡是常态，或多或少总有一些。当有其它因素干扰的时候，需要优先处理。

  · 通常测试时，会针对每个轴承位置，测量水平、垂直、和轴向三个方向的振动。水平安装的设备，如果垂直振动幅值最大，需要怀疑是“基础松动”；如果轴向振动幅值最大，需要怀疑是对中问题。先将这些问题处理完，再回过来看平衡问题是否存在。
  · 如果转速2倍频、3倍频等等整数倍转速频率普遍出现时，预示着可能有对中问题、松动问题、轴弯、轴承安装问题。需要先将这些问题处理后，再回过来看平衡问题是否存在。
  · 如果速度有一些变化，导致转速频率振动幅值有巨大变化，需要怀疑存在“共振”。