轉動設備常見振動故障頻譜特征及案例分析

1、轉動設備常見振動故障頻譜特征及案例分析1、 不平衡轉子不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現(xiàn)缺損造成的故障，它是旋轉機械最常見的故障。結構設計不合理，制造和安裝誤差，材質不均勻造成的質量偏心，以及轉子運行過程中由于腐蝕、結垢、交變應力作用等造成的零部件局部損壞、脫落等，都會使轉子在轉動過程中受到旋轉離心力的作用，發(fā)生異常振動。轉子不平衡的主要振動特征：1、振動方向以徑向為主，懸臂式轉子不平衡可能會表現(xiàn)出軸向振動；2、波形為典型的正弦波；3、振動頻率為工頻，水平與垂直方向振動的相位差接近90度。案例：某裝置泵軸承箱靠聯(lián)軸器側振動烈度水平13.2 mms，垂直11.8mms，軸向12.0 mm

2、s。各方向振動都為工頻成分，水平、垂直波形為正弦波，水平振動頻譜如圖1所示，水平振動波形如圖2所示。再對水平和垂直振動進行雙通道相位差測量，顯示相位差接近90度。診斷為不平衡故障，并且不平衡很可能出現(xiàn)在聯(lián)軸器部位。解體檢查未見零部件的明顯磨損，但聯(lián)軸器經檢測存在質量偏心，動平衡操作時對聯(lián)軸器相應部位進行打磨校正后振動降至2.4 mms。2、 不對中轉子不對中包括軸系不對中和軸承不對中兩種情況。軸系不對中是指轉子聯(lián)接后各轉子的軸線不在同一條直線上。軸承不對中是指軸頸在軸承中偏斜，軸頸與軸承孔軸線相互不平行。通常所講不對中多指軸系不對中。不對中的振動特征：1、最大振動往往在不對中聯(lián)軸器兩側的軸承上

3、，振動值隨負荷的增大而增高；2、平行不對中主要引起徑向振動，振動頻率為2倍工頻，同時也存在工頻和多倍頻，但以工頻和2倍工頻為主；3、平行不對中在聯(lián)軸節(jié)兩端徑向振動的相位差接近180度；4、角度不對中時，軸向振動較大，振動頻率為工頻，聯(lián)軸器兩端軸向振動相位差接近180度。案例：某臥式高速泵振動達16.0 mms，由振動頻譜圖(圖3)可以看出，50 Hz（電機工頻）及其2倍頻幅值顯著，且2倍頻振幅明顯高于工頻，初步判定為不對中故障。再測量泵軸承箱與電機軸承座對應部位的相位差，發(fā)現(xiàn)接近180度。解體檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器有2根聯(lián)接螺栓斷裂，高速軸上部徑向軸瓦有金屬脫落現(xiàn)象，軸瓦間隙偏大；高速軸止推面磨損，推

4、力瓦及惰性軸軸瓦的間隙偏大。檢修更換高速軸軸瓦、惰性軸軸瓦及聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓后，振動降到A區(qū)。3、 松動機械存在松動時，極小的不平衡或不對中都會導致很大的振動。通常有三種類型的機械松動，第一種類型的松動是指機器的底座、臺板和基礎存在結構松動，或水泥灌漿不實以及結構或基礎的變形，此類松動表現(xiàn)出的振動頻譜主要為1x。第二種類型的松動主要是由于機器底座固定螺栓的松動或軸承座出現(xiàn)裂紋引起，其振動頻譜除1X外，還存在相當大的2X分量，有時還激發(fā)出12X和3X振動分量。第三種類型的松動是由于部件間不合適的配合引起的，產生許多振動諧波分量，如1X、2X、，nX，有時也會產生12X、13X、等分數(shù)諧波分量。這時

5、的松動通常是軸承蓋里軸瓦的松動、過大的軸承間隙、或者轉軸上零部件存在松動。案例：某引風機振動增大，軸承箱最大振動16.9 mms。該機為懸臂式離心式風機，最大振動在軸承箱靠葉輪側，倍頻豐富，初步判斷存在松動。監(jiān)測4個地腳，發(fā)現(xiàn)其中一個地腳03（靠葉輪側）振動較大，約9 mms，其余三個地腳振動分別為0.5 mms、1.8 mms和2.0 mms，很明顯03地腳有松動。由引風機地腳03垂直振動頻譜（圖4）可以看出，1X、2X較大，還有較多的諧波成分。緊固地腳螺栓后軸承箱最大振動降至4.2 mms，仍偏大，分析應該還存在軸承或軸上零件配合松動。2012年8月解體檢查引風機，發(fā)現(xiàn)軸承與壓蓋緊力不足，

6、加銅墊片調整壓蓋緊力后振動降到2.7 mms。案例：某雙支撐離心式風機非聯(lián)軸器端軸承箱振動大幅上升，最大振動軸向方向為14.8mm/s。現(xiàn)場監(jiān)測記錄列于表1。水平、垂直、軸向振動均表現(xiàn)出2倍工頻顯著，且垂直、軸向2倍工頻幅值大于工頻成分。風機軸向振動頻譜如圖5所示。因軸支承為滑動軸承，據(jù)相關振動分析理論，軸瓦松動將使轉子產生很大的振動，振動頻率一般為12或2倍轉速頻率，初步分析可能存在軸承壓蓋緊力不足，建議先檢查軸承壓蓋緊力。檢查驗證確實存在壓蓋緊力不足，調整后振動降至B區(qū)。4、 流體擾動高速離心泵中的流體，從葉輪的流道中流出，進入擴壓器或蝸殼時，如果流體的流動方向與葉片角度不一致，流道中就產

7、生很大的邊界層分離、混流和逆向流動，流體對擴壓器葉片和蝸殼隔舌的沖擊，將使流體在管道中引起很大的壓力脈動和不穩(wěn)定流動，這種壓力波又可能反射到葉輪上，激發(fā)轉子振動，振動頻率為葉輪葉片數(shù)乘以轉速（稱葉片過流頻率）或其倍數(shù)。在工藝流量與泵額定流量偏差較大或葉輪出口與蝸殼對正不良時，過流頻率振動明顯，稱流體擾動。一般把葉輪外緣和開始卷曲處的距離拉大，能夠緩和壓力脈動并減小振幅。案例：某泵振動超標，管線振動也大。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)前軸承最大振動19.4 mms，4倍工頻振幅最大，此成分系泵過流頻率，泵振動頻譜如圖6所示。經過核算，該泵選型過大，解體切削葉輪后，振動降到標準之內。5、 動靜碰摩在旋轉機械中，由于軸彎

8、曲、轉子不對中等引起軸心嚴重變形，或非旋轉件彎曲變形，都可能引起轉子與固定件的碰摩而引起異常振動。動靜碰摩的振動特征：頻譜圖上以工頻分量為主，存在少量低頻或倍頻，碰摩嚴重時，低頻和倍頻分量都有較明顯的反映。波形圖上可出現(xiàn)單邊削頂現(xiàn)象或在接近最大振幅處出現(xiàn)鋸齒形。案例：監(jiān)測發(fā)現(xiàn)進料泵振動偏大，監(jiān)測數(shù)據(jù)列于表2。前軸承水平振動波形如圖7所示，垂直方向振動波形如圖8所示。該泵各測點振動值與該泵歷史良好狀況（2 mmS以內）相比增加較大，倍頻成分豐富，且波形圖較多波折，尤其是垂直方向存在單邊鋸齒狀，分析存在松動和輕微碰摩。對該泵跟蹤監(jiān)測，振動值較穩(wěn)定，運行到2012年4月焦化裝置停工檢修時，對該泵解體

9、大修，發(fā)現(xiàn)后軸瓦巴氏合金層磨損嚴重，泵軸在喉部襯套部位有磨損痕跡，檢修后振動降到1.7 mmS。6、 滾動軸承故障有關振動分析理論，出現(xiàn)滾動軸承損傷或磨損時，高頻解調值一般會增大，并且往往可見軸承外圈、內圈等部件的故障特征頻率。當軸承磨損到后期時，軸承故障特征頻率可能消失，但振動值通常會加大，振動頻譜圖變成一系列譜線。案例：氣分裝置泵振動達18.2 mms，由前軸承水平振動頻譜圖圖9可以看出，除工頻外，存在密集的高頻成分。由前軸承水平解調譜圖（圖10）可以看出，突出的頻譜成分只有工頻，但譜線底線較高。分析該泵軸承磨損嚴重，已發(fā)展到軸承故障特征頻率消失。解體檢修發(fā)現(xiàn)靠聯(lián)軸器側的軸承保持架已斷裂，更換軸承后振動降到B區(qū)。案例：引風機振動增大，最大振動8.