設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)方案

第五章旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指齒輪箱、離心風(fēng)機(jī)、離心泵、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心壓縮機(jī)、水輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，它們廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、機(jī)械、造紙、船舶、航空以及一些軍事工業(yè)部門。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械正朝著大型、高速和自動(dòng)化方向發(fā)展，這對(duì)提高安全性和可靠性，對(duì)發(fā)展先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，提出了迫切的要求。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)是近些年來國內(nèi)外開展廣泛研究，發(fā)展比較成熟的故障診斷技術(shù)，具有一定的代表性，因此書的重點(diǎn)部分，也是難點(diǎn)部分。

第五章旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指齒輪箱、離心風(fēng)機(jī)第五章旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障，如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、共振、機(jī)械松動(dòng)、轉(zhuǎn)子摩擦、滑動(dòng)軸承故障、轉(zhuǎn)軸裂紋、流體動(dòng)力激振、拍頻振動(dòng)等的機(jī)理和特征；掌握滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)、齒輪故障診斷技術(shù)；了解電動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)、皮帶驅(qū)動(dòng)故障診斷技術(shù)；熟悉利用征兆的故障診斷方法。第五章旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征一、轉(zhuǎn)子不平衡不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見的故障。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，制造和安裝誤差，材質(zhì)不均勻，受熱不均勻，運(yùn)行中轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢、零部件的松動(dòng)和脫落等。轉(zhuǎn)子不平衡故障包括：①轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、②轉(zhuǎn)子偏心、③軸彎曲、④轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡、⑤轉(zhuǎn)子部件脫落、⑥轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢、⑦

聯(lián)軸器不平衡等，不同原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡故障規(guī)律相近，但也各有特點(diǎn)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征一、轉(zhuǎn)子不平衡1．轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡力不平衡：不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)幅值在轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速以下隨轉(zhuǎn)速的平方增大。例如，轉(zhuǎn)速升高1倍，則振動(dòng)幅值增大3倍。在轉(zhuǎn)子重心平面內(nèi)只用一個(gè)平衡修正重量便可修正之。力偶不平衡：至少需在兩個(gè)修正平面內(nèi)放置平衡重量才能修正。

動(dòng)不平衡：動(dòng)不平衡是不平衡的最普遍的類型，它是力不平衡和力偶不平衡兩者的組合。懸臂轉(zhuǎn)子不平衡：懸臂轉(zhuǎn)子不平衡包含力不平衡和力偶不平衡兩者?？偸潜匦枰趦蓚€(gè)修正面內(nèi)加以修正重量。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征1．轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．轉(zhuǎn)子偏心：皮帶輪、齒輪、軸承和電動(dòng)機(jī)框架等旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心線偏離時(shí)出現(xiàn)偏心。最大的振動(dòng)出現(xiàn)在兩個(gè)轉(zhuǎn)子中心連線方向上。3．軸彎曲：彎曲的軸引起大的軸向振動(dòng)，如果彎曲接近軸的中部，占優(yōu)勢(shì)的振動(dòng)出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率，如果彎曲接近力偶，則占優(yōu)勢(shì)的振動(dòng)出現(xiàn)在2倍轉(zhuǎn)速頻率。用千分表可以證實(shí)軸的彎曲。在汽輪發(fā)電機(jī)組中，通常是在盤車時(shí)和盤車后測(cè)量晃動(dòng)度的大小來判斷轉(zhuǎn)子是否存在初始彎曲。4．轉(zhuǎn)子熱態(tài)不平衡：在機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)過程中，由于熱交換速度的差異，使轉(zhuǎn)子橫截面產(chǎn)生不均勻的溫度分布，使轉(zhuǎn)子發(fā)生瞬時(shí)熱彎曲，產(chǎn)生較大的不平衡。熱彎曲引起的振動(dòng)一般與負(fù)荷有關(guān)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．轉(zhuǎn)子偏心：皮帶輪、齒輪、軸承和電動(dòng)機(jī)框架等旋轉(zhuǎn)中心與幾何5．轉(zhuǎn)子部件脫落可以將部件脫落失衡現(xiàn)象看作對(duì)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)階躍響應(yīng)，主要特征是振動(dòng)會(huì)突然發(fā)生變化而后趨于穩(wěn)定，振動(dòng)幅值一般會(huì)有較明顯的增大，如果有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的話將能捕捉到這一情況。為了防止脫落部件在慣性力作用下飛出使機(jī)體發(fā)生二次事故，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢修。6．轉(zhuǎn)子部件結(jié)垢由于結(jié)垢需要一定長甚至相當(dāng)長的時(shí)間，所以振動(dòng)是隨著年月逐漸增大的。7．聯(lián)軸器不平衡通常是聯(lián)軸器兩端軸承的振動(dòng)較大。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征轉(zhuǎn)子不平衡的總體振動(dòng)特征：通常是水平方向剛度較小，振動(dòng)幅值較大；軸心軌跡成為橢圓形；Aω穩(wěn)態(tài)振動(dòng)是一個(gè)與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速按振動(dòng)理論中的共振曲線規(guī)律變化，在臨界轉(zhuǎn)速處達(dá)到最大值。因此轉(zhuǎn)子不平衡故障的突出表現(xiàn)為一倍頻振動(dòng)幅值大。同時(shí)會(huì)出現(xiàn)較小的高次諧波，使整個(gè)頻譜呈所謂的“縱樹形”，如下圖所示：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征圖5.1轉(zhuǎn)子不平衡故障譜圖轉(zhuǎn)子不平衡的總體振動(dòng)特征：通常是水平方向剛度較小，振動(dòng)幅值實(shí)例一：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷波形為簡諧波，少毛刺。軸心軌跡為橢圓。1X頻率為主。軸向振動(dòng)不大。振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風(fēng)機(jī)TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小圖5.00風(fēng)機(jī)傳動(dòng)示意圖實(shí)例一：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷波形為簡諧波，少毛刺。透平風(fēng)機(jī)T某化纖公司聚酯裝置一臺(tái)熱媒加熱爐燃燒風(fēng)機(jī)，2002年9月26日采集的徑向速度頻譜圖中轉(zhuǎn)速頻率占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是典型的轉(zhuǎn)子（葉輪）不平衡信息，此時(shí)振動(dòng)幅值相對(duì)不大，無需修理。電機(jī)風(fēng)機(jī)FIMOMIFO實(shí)例二：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷圖5.2燃燒風(fēng)機(jī)傳動(dòng)示意圖某化纖公司聚酯裝置一臺(tái)熱媒加熱爐燃燒風(fēng)熱媒爐燃燒風(fēng)機(jī)振動(dòng)幅值——轉(zhuǎn)速對(duì)照表監(jiān)測(cè)日期9月26日10月22日10月29日11月25日轉(zhuǎn)速頻率(Hz)28.4442.6632.0629.42轉(zhuǎn)速(RPM)1706256019241765振動(dòng)幅值(MM/S)4.75499.53396.18045.1166本案例利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)指導(dǎo)工藝操作，確保了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)它也充分印證了這一理論：不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)幅值在轉(zhuǎn)子第一階臨界轉(zhuǎn)速以下隨轉(zhuǎn)速的平方增大（注：轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力F=MEω2，式中，M—轉(zhuǎn)子質(zhì)量，E—偏心距，ω—旋轉(zhuǎn)角速度）。10月22日振值出現(xiàn)大幅上升，查頻譜圖得知轉(zhuǎn)速被調(diào)高，因此分析這很可能是造成振動(dòng)增大的直接原因；在滿足工藝要求的前提下兩次調(diào)低轉(zhuǎn)速，結(jié)果振值重又回落。實(shí)例二：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷熱媒爐燃燒風(fēng)機(jī)振動(dòng)幅值——轉(zhuǎn)速對(duì)照表監(jiān)測(cè)日期9月26日10在滌綸短纖維生產(chǎn)工藝流程中有這樣一臺(tái)瓶頸設(shè)備——喂入機(jī)，纖維絲束從喂入輪繞過，由于其結(jié)構(gòu)和用途的特殊性，喂入輪不平衡現(xiàn)象頻發(fā)。它們的共同頻譜特征是：喂入輪轉(zhuǎn)速頻率占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。電機(jī)齒輪箱喂入輪實(shí)例三：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷圖5.4喂入機(jī)傳動(dòng)示意圖圖5.5喂入機(jī)輪不平衡速度譜圖在滌綸短纖維生產(chǎn)工藝流程中有這樣一臺(tái)結(jié)合喂入輪實(shí)際特點(diǎn)，引起其不平衡的誘因主要有：制造誤差，銹蝕，表面結(jié)垢，磨損引起的喂入輪軸系配合松動(dòng)等。以前在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于操作人員經(jīng)常用水沖洗喂入輪致其內(nèi)部進(jìn)水，其安裝螺栓已經(jīng)產(chǎn)生了大量銹蝕①

，再加之油劑等產(chǎn)生的工藝雜質(zhì)附著在喂入輪齒形表面越積越厚(結(jié)垢)②

，是造成喂入輪不平衡現(xiàn)象頻發(fā)的主要原因。為此，已將其列為工藝處理注意事項(xiàng)，并要求操作人員利用纏輥等停機(jī)機(jī)會(huì)及時(shí)對(duì)喂入輪表面進(jìn)行清理。如果把上述兩個(gè)案例放在一起來分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象，那就是不管是葉輪還是喂入輪，它們都是懸臂轉(zhuǎn)子，而且又都是盤類零件（注：葉輪也可以看作為盤類零件），即長徑比小的零件，這說明懸臂轉(zhuǎn)子和盤類零件可能更易出現(xiàn)不平衡。實(shí)例三：轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷結(jié)合喂入輪實(shí)際特點(diǎn)，引起其不平衡的誘因二、不對(duì)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常由兩個(gè)軸承支承。由多個(gè)轉(zhuǎn)子串接組成的復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間用聯(lián)軸器聯(lián)接。因此轉(zhuǎn)子不對(duì)中具有兩種含義：一是指轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子間的聯(lián)接不對(duì)中，主要反映在聯(lián)軸器的對(duì)中性上；二是轉(zhuǎn)子軸頸與兩端軸承不對(duì)中。

電機(jī)水泵POMOMIPI有資料表明現(xiàn)有企業(yè)在役設(shè)備30%～50%存在不同程度的不對(duì)中，嚴(yán)重的不對(duì)中會(huì)造成設(shè)備部件的過早損壞，同時(shí)會(huì)造成能源的浪費(fèi)。典型不對(duì)中如圖所示：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征圖5.6典型不對(duì)中示意圖二、不對(duì)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常由兩個(gè)軸承支承。由多個(gè)轉(zhuǎn)子

后者對(duì)滑動(dòng)軸承來說，與軸承是否形成良好的油膜有直接關(guān)系。滾動(dòng)軸承的對(duì)中（如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的軸承對(duì)中），主要是由于兩端軸承座孔不同軸，以及軸承元件損壞，外圈配合松動(dòng)，內(nèi)圈配合松動(dòng)，兩端支座（對(duì)電動(dòng)機(jī)來說是前后端蓋）變形等，都會(huì)引起不對(duì)中。

有的機(jī)器，如汽輪發(fā)電機(jī)之類的設(shè)備，在冷態(tài)（未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)）情況下轉(zhuǎn)子對(duì)中情況是符合要求的，一旦運(yùn)轉(zhuǎn)中溫度升高就可能發(fā)生熱不對(duì)中。

此外，地腳螺栓松動(dòng)，基礎(chǔ)下沉（這一點(diǎn)對(duì)于新安裝的設(shè)備尤其需要注意），聯(lián)軸器銷孔磨損等故障的存在也會(huì)引發(fā)不對(duì)中。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征后者對(duì)滑動(dòng)軸承來說，與軸承是否形成良好的油膜有直接關(guān)系。滾圖5-7轉(zhuǎn)子不對(duì)中的基本形式a)聯(lián)軸器不對(duì)中；b)軸承不對(duì)中；c)帶輪不對(duì)中第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征圖5-7轉(zhuǎn)子不對(duì)中的基本形式第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的1．角向不對(duì)中角向不對(duì)中的特征是軸向振動(dòng)大。典型地出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率和2倍轉(zhuǎn)速頻率大的軸向振動(dòng)。還常見轉(zhuǎn)速頻率、2倍轉(zhuǎn)速頻率和3倍轉(zhuǎn)速頻率都占優(yōu)勢(shì)的情況。如果2倍轉(zhuǎn)速頻率或3倍轉(zhuǎn)速頻率超過轉(zhuǎn)速頻率的30%到50%，則可認(rèn)為是存在角不對(duì)中。這些征兆也指示聯(lián)軸器故障。嚴(yán)重的角向不對(duì)中可激起轉(zhuǎn)速頻率的許多階諧波頻率。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征1．角向不對(duì)中第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．平行不對(duì)中平行不對(duì)中的振動(dòng)征兆類似于角向不對(duì)中，但是，徑向方向振動(dòng)大。2倍轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)往往大于轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)，聯(lián)軸器的類型和結(jié)構(gòu)決定2倍轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)相對(duì)于轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)的高度。角向不對(duì)中或平行不對(duì)中嚴(yán)重時(shí)，可在較高諧振波頻率4倍到8倍轉(zhuǎn)速頻率諧波處出現(xiàn)大的振動(dòng)，甚至出現(xiàn)類似于機(jī)械松動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的完整系列的高頻諧波。3．滾動(dòng)軸承偏斜地固定在軸上不對(duì)中的滾動(dòng)軸承卡在軸上時(shí)，將產(chǎn)生明顯的軸向振動(dòng)。通常，必須卸下軸承并重新正確安裝。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．平行不對(duì)中第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征不對(duì)中的總體振動(dòng)特征：聯(lián)軸器不對(duì)中時(shí)軸向振動(dòng)較大，振動(dòng)幅值和相位穩(wěn)定；軸承不對(duì)中時(shí)徑向振動(dòng)較大，有可能出現(xiàn)高次諧波，振動(dòng)不穩(wěn)定；振動(dòng)對(duì)負(fù)荷變化敏感。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，由聯(lián)軸器傳遞的扭矩立即發(fā)生改變，如果聯(lián)軸器不對(duì)中，則轉(zhuǎn)子的振動(dòng)狀態(tài)也立即發(fā)生變化。由于溫度分布的變化，軸承座的熱膨脹不均勻而引起軸承不對(duì)中，使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也要發(fā)生變化。但由于熱傳導(dǎo)的慣性，振動(dòng)的變化在時(shí)間上要比負(fù)荷的改變滯后一段時(shí)間。轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)出現(xiàn)二倍頻，以一倍頻和二倍頻分量為主，不對(duì)中越嚴(yán)重，二倍頻所占比例越大；相鄰兩軸承的油膜壓力反方向變化，一個(gè)油膜壓力變大，另一個(gè)則變??；典型的軸心軌跡為香蕉形，正進(jìn)動(dòng)；第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征不對(duì)中的總體振動(dòng)特征：聯(lián)軸器不對(duì)中時(shí)軸向振動(dòng)較大，振動(dòng)圖5.8典型不對(duì)中譜圖第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征圖5.8典型不對(duì)中譜圖第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特實(shí)例四：轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的診斷出現(xiàn)2×頻率成分。軸心軌跡成香蕉形或8字形。振動(dòng)有方向性。軸向振動(dòng)一般較大。本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。1X頻率2X頻率葉片通過頻率電機(jī)水泵POPIMOMI實(shí)例四：轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的診斷出現(xiàn)2×頻率成分。1X頻率2X不對(duì)中故障的影響和防治：當(dāng)轉(zhuǎn)子存在不對(duì)中時(shí)，將產(chǎn)生一種附加彎矩，給軸承增加一種附加載荷，致使軸承間的負(fù)荷重新分配，形成附加激勵(lì)，引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致軸承和聯(lián)軸器損壞、地腳螺栓斷裂或扭彎、油膜失穩(wěn)、轉(zhuǎn)軸彎曲、轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生碰磨等嚴(yán)重后果，所以及時(shí)預(yù)測(cè)處理不對(duì)中故障對(duì)確保設(shè)備正常運(yùn)行，減少事故損失十分重要。由于不對(duì)中故障給設(shè)備使用與維修帶來了諸多問題，多年來工程研究人員一直在致力于追求更加科學(xué)合理的聯(lián)軸器找正技術(shù)。目前，激光對(duì)中儀已在一些大型設(shè)備的安裝、檢修過程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征不對(duì)中故障的影響和防治：當(dāng)轉(zhuǎn)子存在不三、共振強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與系統(tǒng)的自然頻率一致時(shí)出現(xiàn)共振，使振動(dòng)幅值急劇放大，導(dǎo)致過早損壞或?yàn)?zāi)難性破壞。這可能是轉(zhuǎn)子的自然頻率，也常常起源于支承框架、基礎(chǔ)、齒輪箱甚至傳動(dòng)皮帶。如果轉(zhuǎn)子處在或接近共振，由于很大的相位漂移，幾乎不可能平衡掉。共振時(shí)相位漂移為90度，通過共振時(shí)相位漂移接近180度。這往往需要提高或降低自然頻率來改變自然頻率。自然頻率通常不隨轉(zhuǎn)速變化，這一點(diǎn)有助于識(shí)別自然頻率，除非在大型平面軸頸軸承機(jī)器或在有明顯懸臂的轉(zhuǎn)子上。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征三、共振強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與系統(tǒng)的自然頻率一致時(shí)出現(xiàn)共振，使振動(dòng)設(shè)備共振案例一——某聚酯圓盤反應(yīng)器升負(fù)荷試驗(yàn)從圖中可以看到，特征頻率均為電機(jī)輸出軸工頻，這一般為電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡信息（后進(jìn)行修理），從轉(zhuǎn)速調(diào)升后出現(xiàn)的振值上升情況也基本可以驗(yàn)證這一判斷。升速測(cè)試結(jié)果如表5-3所示：圖5.9圓盤反應(yīng)器電機(jī)徑向速度譜圖圖5.10圓盤反應(yīng)器電機(jī)徑向位移譜圖設(shè)備共振案例一——某聚酯圓盤反應(yīng)器升負(fù)荷試驗(yàn)從圖中可以看到設(shè)備共振案例一——某聚酯圓盤反應(yīng)器升負(fù)荷試驗(yàn)主軸轉(zhuǎn)速調(diào)至4.95rpm時(shí)，振動(dòng)值非常大；但調(diào)至5rpm時(shí)，振動(dòng)值復(fù)又下降。這說明，4.95rpm時(shí)的特征頻率17.82Hz為機(jī)臺(tái)一共振頻率。后來通過對(duì)電機(jī)基礎(chǔ)支架進(jìn)行改造的方法來改變自然頻率，最終解決了共振的問題。電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)特征頻率主軸轉(zhuǎn)速Rpmμmmm/sHzRpm1035163.3513.56717.254.81069.22802217.824.951080.6208.0916.41618.015表5-3圓盤反應(yīng)器電機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)備共振案例一——某聚酯圓盤反應(yīng)器升負(fù)荷試驗(yàn)主軸轉(zhuǎn)速調(diào)至4設(shè)備共振案例二——某第二酯化反應(yīng)器變速試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置減速箱高速部低速部監(jiān)測(cè)日期電機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）特征頻率（Hz）振動(dòng)幅值（mm/s）振動(dòng)幅值（mm/s）7月24日81113.521.54411.89038月27日106017.664.24313.66839月18日94115.697.47026.80559月23日102617.104.96924.54879月25日111218.534.14093.989510月15日111218.533.89503.609011月4日111218.544.00983.5443測(cè)試結(jié)果如下表所示，表明電機(jī)轉(zhuǎn)速為941rpm時(shí)，存在一共振頻率15.69Hz。電機(jī)轉(zhuǎn)速為1112rpm時(shí)，振動(dòng)值在受控范圍內(nèi)，已避開共振點(diǎn)，故在此狀況下使用。設(shè)備共振案例二——某第二酯化反應(yīng)器變速試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)位置減速箱四、機(jī)械松動(dòng)1．A型機(jī)械松動(dòng)這種頻譜是機(jī)器底腳、底板或基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)松動(dòng)減弱引起的，或者由基礎(chǔ)上惡化的水泥漿、松動(dòng)的地腳螺栓，或者框架，或者基礎(chǔ)變形，即軟腳引起的。A型機(jī)械松動(dòng)第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征四、機(jī)械松動(dòng)1．A型機(jī)械松動(dòng)A型機(jī)械松動(dòng)第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)B型機(jī)械松動(dòng)2．B型機(jī)械松動(dòng)這種頻譜通常是由螺栓松動(dòng)，框架結(jié)構(gòu)或軸承座裂紋引起的。主要以2倍轉(zhuǎn)速頻率為特征，幅值有時(shí)不穩(wěn)定。振動(dòng)只有伴隨其它故障如不平衡或不對(duì)中時(shí)才有表現(xiàn)，此時(shí)要消除平衡或?qū)χ袑⒑芾щy。在間隙達(dá)到出現(xiàn)碰撞前，振動(dòng)主要是1倍轉(zhuǎn)速頻率和2倍轉(zhuǎn)速頻率；出現(xiàn)碰撞后，振動(dòng)將出現(xiàn)大量諧頻。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征B型機(jī)械松動(dòng)第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征3．C型機(jī)械松動(dòng)這種頻譜通常是由零部件之間配合不良引起的。將產(chǎn)生許多諧波頻率，而且往往引起精確的0.5倍或1.5倍轉(zhuǎn)速頻率等亞諧波頻率。C型松動(dòng)往往是由軸承襯套在其蓋內(nèi)松動(dòng)，軸承松動(dòng)和在軸上旋轉(zhuǎn)，滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承間隙過大，葉輪在軸上松動(dòng)等引起的。C型機(jī)械松動(dòng)第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征3．C型機(jī)械松動(dòng)C型機(jī)械松動(dòng)第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)C型機(jī)械松動(dòng)實(shí)例——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動(dòng)故障的診斷波形出現(xiàn)許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現(xiàn)精確2X，3X…等成分，最高可達(dá)16X。松動(dòng)結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。電機(jī)水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分最高可出現(xiàn)16X成分噪聲水平高C型機(jī)械松動(dòng)實(shí)例——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動(dòng)故障的診斷波形出現(xiàn)許多毛刺五、轉(zhuǎn)子摩擦當(dāng)旋轉(zhuǎn)件與靜止件相接觸時(shí)，轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生類似于機(jī)械松動(dòng)產(chǎn)生的頻譜。摩擦可能是局部的，也可能是整個(gè)轉(zhuǎn)子一周都摩擦。通常，產(chǎn)生一系列頻率，往往激起一個(gè)或多個(gè)共振。根據(jù)轉(zhuǎn)子自然頻率的位置，常常激起轉(zhuǎn)速的整分?jǐn)?shù)倍亞諧波頻率0.5，1，1.5，2，…，4.5倍等。轉(zhuǎn)子摩擦可激起許多高頻類似于粉筆在黑板上拖動(dòng)產(chǎn)生的寬帶噪聲，如果軸與巴氏合金相接觸引起摩擦?xí)r，它可能非常嚴(yán)重，非常短促。整個(gè)軸圓周全部角度摩擦可產(chǎn)生“反進(jìn)動(dòng)”，即轉(zhuǎn)子以臨界轉(zhuǎn)速頻率回轉(zhuǎn)，但是，方向與軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，這是一種可導(dǎo)致災(zāi)難性破壞的不穩(wěn)定的振動(dòng)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征五、轉(zhuǎn)子摩擦當(dāng)旋轉(zhuǎn)件與靜止件相接觸時(shí)，轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生類似于機(jī)典型的碰磨故障的波形和頻譜如圖5.15所示。AG（f）

Otf（a）波形（b）頻譜圖5-15轉(zhuǎn)子碰摩的波形和頻譜圖第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征典型的碰磨故障的波形和頻譜如圖5.15所示。轉(zhuǎn)子摩擦的總體振動(dòng)特征轉(zhuǎn)子失穩(wěn)前頻譜豐富，波形畸變，軸心軌跡不規(guī)則變化，正進(jìn)動(dòng)；轉(zhuǎn)子失穩(wěn)后波形嚴(yán)重畸變或削波，軸心軌跡發(fā)散，反進(jìn)動(dòng)；輕微摩擦?xí)r同頻幅值波動(dòng)，軸心軌跡帶有小圓環(huán)；碰摩嚴(yán)重時(shí)，各頻率成分幅值迅速增大；系統(tǒng)的剛度增加，臨界轉(zhuǎn)速區(qū)展寬，各階振動(dòng)的相位發(fā)生變化；工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生的輕微摩擦振動(dòng)，其振幅隨時(shí)間緩慢變化，相位逆轉(zhuǎn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征轉(zhuǎn)子摩擦的總體振動(dòng)特征轉(zhuǎn)子失穩(wěn)前頻譜豐富，波形畸變，軸心六、滑動(dòng)軸承故障1．磨損或間隙等故障如圖5.16所示?；瑒?dòng)軸承磨損后期的證據(jù)通常是出現(xiàn)一個(gè)完整的系列的轉(zhuǎn)速頻率諧波直到10階～20階，破碎的滑動(dòng)軸承常產(chǎn)生比水平方向振動(dòng)大的垂直方向的振動(dòng)，也可能只有轉(zhuǎn)速頻率一個(gè)明顯的尖峰。間隙過大的滑動(dòng)軸承可讓小的不平衡、不對(duì)中引起大的振動(dòng)，如果軸承間隙調(diào)整達(dá)到規(guī)定的要求，則振動(dòng)很小。

滑動(dòng)軸承松動(dòng)會(huì)產(chǎn)生1/2倍、1/3倍等成分，并且隨負(fù)荷變化較大。烏金脫落會(huì)產(chǎn)生1/2倍及其諧頻，幅值小于松動(dòng)譜。瓦塊損壞會(huì)產(chǎn)生1/3倍渦動(dòng)，調(diào)節(jié)油溫有預(yù)防效果。圖5.16滑動(dòng)軸承磨損/間隙過大頻譜（噪聲水平說明間隙過大/松動(dòng)）第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征六、滑動(dòng)軸承故障1．磨損或間隙等故障可能只有轉(zhuǎn)速頻率一個(gè)明顯2．油膜渦動(dòng)和油膜振蕩當(dāng)轉(zhuǎn)子在滑動(dòng)軸承軸瓦中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子與軸瓦之間的間隙中形成油膜，不但避免了轉(zhuǎn)子表面與軸瓦表面之間的直接接觸，減少了兩表面間的摩擦和動(dòng)耗，而且同時(shí)油膜的流體動(dòng)壓力又使油膜具有承載能力。當(dāng)油膜的承載力與外載荷平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子處于平衡位置；當(dāng)轉(zhuǎn)子受到某種外來擾動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子中心就會(huì)在靜平衡位置附近發(fā)生渦動(dòng)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．油膜渦動(dòng)和油膜振蕩當(dāng)轉(zhuǎn)子在滑動(dòng)軸承軸瓦中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子

對(duì)于轉(zhuǎn)子在外界偶然擾動(dòng)下所發(fā)生的任一偏移，軸承油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復(fù)力以保持和外載荷平衡外，還要產(chǎn)生一垂直于偏移方向的切向失穩(wěn)分力，這個(gè)失穩(wěn)分力會(huì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子作渦動(dòng)運(yùn)動(dòng):當(dāng)阻尼力大于切向失穩(wěn)分力時(shí)，這種渦動(dòng)是收斂的，即轉(zhuǎn)子在軸承內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)是穩(wěn)定的。當(dāng)切向分力大于阻尼力時(shí)，渦動(dòng)是發(fā)散的，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的，產(chǎn)生油膜振蕩。介于兩者之間的是渦動(dòng)軌跡為封閉曲線，油膜渦動(dòng)就是這種情況。油膜渦動(dòng)是轉(zhuǎn)子中心繞軸承中心轉(zhuǎn)動(dòng)的亞同步現(xiàn)象，其回轉(zhuǎn)頻率即振動(dòng)頻率約為轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率的一半，所以常稱為半速渦動(dòng)或半頻渦動(dòng)。產(chǎn)生原因：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征對(duì)于轉(zhuǎn)子在外界偶然擾動(dòng)下所發(fā)生的任一偏移由于在大多數(shù)情況下，軸瓦不旋轉(zhuǎn)，軸瓦表面的油膜速度為零，轉(zhuǎn)子軸頸表面的油膜速度與軸頸表面的速度相同。因此，在層流假設(shè)下，油膜的平均周向速度為軸頸表面速度的一半，即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，油膜將以軸頸表面速度之半的平均速度環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，由于軸頸表面比軸瓦表面光滑及軸瓦與軸頸之間潤滑油的端泄等因素的影響，一般渦動(dòng)頻率略小于轉(zhuǎn)速的一半，約為轉(zhuǎn)速的0.40~0.48倍（編者按：有些文獻(xiàn)記載為0.42~0.46倍），如下圖所示。圖5.17油膜渦動(dòng)不穩(wěn)定第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征由于在大多數(shù)情況下，軸瓦不旋轉(zhuǎn)，軸瓦表面的油膜速度為零，轉(zhuǎn)實(shí)際產(chǎn)生渦動(dòng)頻率約為：流入B側(cè)的流量分成3部分：

A側(cè)流出部分軸承兩端泄露部分油膜下不由于渦動(dòng)增加部分。——半速渦動(dòng)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征實(shí)際產(chǎn)生渦動(dòng)頻率約為：流入B側(cè)的流量分——半速渦動(dòng)。第一般說，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在失穩(wěn)轉(zhuǎn)速以前轉(zhuǎn)動(dòng)是平穩(wěn)的，當(dāng)達(dá)到失穩(wěn)轉(zhuǎn)速后即發(fā)生油膜渦動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，油膜渦動(dòng)的頻率也提高，兩者保持一個(gè)近乎不變的恒定比，即約為2。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率約為其一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時(shí)，由于此時(shí)油膜渦動(dòng)的渦動(dòng)速度與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速相重合即產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振動(dòng)現(xiàn)象，油膜可能不再具有支承能力，稱為油膜振蕩。油膜振蕩一旦發(fā)生之后，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，渦動(dòng)頻率就將保持不變，而且等于該轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生以轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率的橫向正進(jìn)動(dòng)亞諧波振動(dòng)。這是一種可導(dǎo)致災(zāi)難性破壞的固有的不穩(wěn)定的振動(dòng)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征一般說，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在失穩(wěn)轉(zhuǎn)速以前轉(zhuǎn)動(dòng)是平穩(wěn)的，當(dāng)達(dá)到失穩(wěn)轉(zhuǎn)速油膜振蕩的轉(zhuǎn)速特性如圖5.18所示。（a）圖表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速之前。（b）圖表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速之后，這兩種情形的油膜振蕩都在稍高于二倍臨界轉(zhuǎn)速的某一轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生。（c）圖表示失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在二倍臨界轉(zhuǎn)速之后，轉(zhuǎn)速在稍高于二倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子并沒有失穩(wěn)，直到比二倍臨界轉(zhuǎn)速高出較多時(shí)，轉(zhuǎn)子才失穩(wěn)；而降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速要比升速時(shí)發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速低，表現(xiàn)出油膜振蕩的一種“慣性”現(xiàn)象。圖5.18油膜振蕩的轉(zhuǎn)速特性第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障

的機(jī)理和特征油膜振蕩的轉(zhuǎn)速特性如圖5.18所示。圖5.18油膜振蕩的轉(zhuǎn)油膜振蕩的振動(dòng)特征：油膜振蕩總是發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍以上；油膜振蕩的頻率接近轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，即使轉(zhuǎn)速再升高，其頻率基本不變；油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)子的撓曲呈一階振型；油膜振蕩時(shí)，振動(dòng)的波形發(fā)生畸變，在工頻的基波上疊加了低頻成分，有時(shí)低頻分量占主導(dǎo)地位，低頻振動(dòng)的幅值，軸承座振動(dòng)可達(dá)40μm以上，軸振動(dòng)可達(dá)100—150μm以上，且振幅不穩(wěn)，軸心軌跡發(fā)散；油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)子渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，軸心軌跡呈花瓣形，正進(jìn)動(dòng)；第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征油膜振蕩的振動(dòng)特征：油膜振蕩總是發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一階油膜振蕩的發(fā)生和消失具有突然性，并具有慣性效應(yīng)，即升速時(shí)產(chǎn)生振蕩的轉(zhuǎn)速比降速時(shí)振蕩消失的轉(zhuǎn)速要大；油膜振蕩劇烈時(shí)，隨著油膜的破壞，振蕩停止，油膜恢復(fù)后，振蕩再次發(fā)生，這樣持續(xù)下去，軸頸與軸承不斷碰摩，產(chǎn)生撞擊聲，軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動(dòng)；油膜振蕩對(duì)轉(zhuǎn)速和油溫的變化較敏感，一般當(dāng)機(jī)組發(fā)生油膜振蕩時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，振動(dòng)不下降，隨著轉(zhuǎn)速的降低，振動(dòng)也不立即消失，稱為滯后現(xiàn)象；提高進(jìn)油溫度，振動(dòng)一般有所降低；軸承載荷越小或偏心率越小，越易發(fā)生油膜振蕩。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征油膜振蕩的預(yù)防和消除對(duì)于石化企業(yè)，油膜振蕩是空氣壓縮機(jī)等大型機(jī)組需要重點(diǎn)防范的問題。為了預(yù)防和消除油膜振蕩，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的實(shí)際情況采取以下若干措施：消除油膜振蕩的誘發(fā)因素：

改善轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)，限制振幅放大因子；

消除轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障，限制低次諧波分量；

保證軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，防止軸承工作狀態(tài)惡化；

消除動(dòng)靜間隙不均勻，限制非線性激振力。改變軸承參數(shù)：

提高軸承比壓；

降低潤滑油粘度；

使軸承相對(duì)間隙處于最佳范圍。改變軸承型號(hào)：根據(jù)軸承類型和結(jié)構(gòu)尺寸的不同，每種軸承都有其穩(wěn)定工作的范圍。增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)剛度，提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子固有頻率越高，發(fā)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速也越高。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征油膜振蕩的預(yù)防和消除對(duì)于石化企業(yè)，油膜實(shí)例：帶滑動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不對(duì)中松動(dòng)引起的諧波不平衡油膜渦動(dòng)、碰摩02468101214FREQUENCYINORDER實(shí)例：帶滑動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不對(duì)中松動(dòng)引起的諧波不平衡油七、轉(zhuǎn)軸裂紋（轉(zhuǎn)軸裂紋的總體振動(dòng)特征）

各階臨界轉(zhuǎn)速較正常時(shí)要小，尤其在裂紋嚴(yán)重時(shí)；由于裂紋造成剛度變化且不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子的共振轉(zhuǎn)速擴(kuò)展為一個(gè)區(qū)；裂紋轉(zhuǎn)子軸系在強(qiáng)迫響應(yīng)時(shí)，一次分量的分散度比無裂紋時(shí)大；轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速后，一般各高階諧波振幅較未超過時(shí)小；恒定轉(zhuǎn)速下，各階諧波幅值1倍，2倍和3倍及其相位不穩(wěn)定，且尤以2倍突出；裂紋引起剛度不對(duì)稱，使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡發(fā)生困難，往往多次試重也達(dá)不到所要求的平衡精度。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征七、轉(zhuǎn)軸裂紋（轉(zhuǎn)軸裂紋的總體振動(dòng)特征）各階臨界轉(zhuǎn)速較正常時(shí)八、流體動(dòng)力激振

泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)統(tǒng)稱為流體動(dòng)力機(jī)械，它們?cè)谕ㄓ迷O(shè)備中占有重要地位，因此有必要對(duì)其異常的振動(dòng)形式——流體動(dòng)力激振作一討論。在流體動(dòng)力機(jī)械中，葉片通過頻率（轉(zhuǎn)子葉片通過頻率或靜子葉片通過頻率）總是有的，通常不成為故障。然而，如果泵中旋轉(zhuǎn)葉片和靜止的擴(kuò)壓器之間的間隙在圓周方向上不均勻，那么可能產(chǎn)生大幅值的葉片通過頻率及其諧波頻率，如圖所示。圖5.19流體動(dòng)力激振第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征八、流體動(dòng)力激振泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)統(tǒng)

而且，有時(shí)葉片通過頻率或其諧波頻率與系統(tǒng)的某自然頻率一致，即產(chǎn)生大的振動(dòng)。如果葉輪摩擦環(huán)卡住軸承，或者焊接固定的擴(kuò)壓器葉片損壞，則可能產(chǎn)生大的葉片通過頻率振動(dòng)。管道的突然彎曲、妨礙流體流動(dòng)的障礙物、阻尼器或者如果泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與其殼體中心不重合都會(huì)引起葉片通過頻率的大的振動(dòng)。圖5.19流體動(dòng)力激振第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征而且，有時(shí)葉片通過頻率或其諧波頻率與系統(tǒng)的某自然頻率一1．紊流（又稱旋轉(zhuǎn)失速）

紊流時(shí)壓縮機(jī)葉片受到一種周期性的激振力，如紊流的頻率與葉片的固有頻率相吻合，則將引起強(qiáng)烈振動(dòng)，使葉片疲勞損壞造成事故。幾種特別的流體動(dòng)力激振形式：紊流、喘振、氣穴、渦動(dòng)等圖5.20紊流第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征1．紊流（又稱旋轉(zhuǎn)失速）紊流時(shí)壓縮機(jī)葉片受到旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生在壓氣機(jī)上；振動(dòng)幅值隨出口壓力的增加而增加；振動(dòng)發(fā)生在流量減小時(shí)，且隨著流量的減小而增大；振動(dòng)頻率與工頻之比為小于1的常值；轉(zhuǎn)子的軸向振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速和流量十分敏感；一般排氣端的振動(dòng)較大；排氣壓力有波動(dòng)現(xiàn)象；機(jī)組的壓比有所下降，嚴(yán)重時(shí)壓比突降。紊流的振動(dòng)特征：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生在壓氣機(jī)上；紊流的振動(dòng)特征：第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械2．喘振紊流使壓氣機(jī)中的流動(dòng)情況惡化，壓比下降，流量及壓力隨時(shí)間波動(dòng)。在一定轉(zhuǎn)速下，當(dāng)入口流量減少到某一值Qmin時(shí)，機(jī)組會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流。強(qiáng)烈的紊流會(huì)進(jìn)一步引起整個(gè)壓縮機(jī)組系統(tǒng)的一種危險(xiǎn)性更大的不穩(wěn)定的氣動(dòng)現(xiàn)象，即喘振。

第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征2．喘振紊流使壓氣機(jī)中的流動(dòng)情況惡化，壓比下降，流量及壓力

壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)聯(lián)合工作的。為了保證一定的流量通過管網(wǎng)，必須維持一定壓力，用來克服管網(wǎng)的阻力。機(jī)組正常工作時(shí)的出口壓力是與管網(wǎng)阻力相平衡的。但當(dāng)壓縮機(jī)的流量減少到某一值Qmin時(shí)，出口壓力會(huì)很快下降，然而由于慣性作用，管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，于是，管網(wǎng)中的氣體壓力反而大于壓縮機(jī)的出口壓力，因此，管網(wǎng)中的氣體就倒流回壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力為止。這時(shí)，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，壓縮機(jī)的流量增大，恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力又回到原來的壓力時(shí)，壓縮機(jī)的流量又減少，系統(tǒng)中的流體又倒流。如此周而復(fù)始產(chǎn)生了氣體強(qiáng)烈的低頻脈動(dòng)現(xiàn)象——喘振。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)聯(lián)合工作的。為了保證一定喘

振

的

振

動(dòng)

特

征

診斷對(duì)象為壓氣機(jī)組或其它帶長導(dǎo)管、容器的流體動(dòng)力機(jī)械；振動(dòng)發(fā)生時(shí)，機(jī)組的入口流量小于相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的最小流量；振動(dòng)的頻率一般在0-10Hz之內(nèi)，也可能出現(xiàn)隨機(jī)的寬帶高頻振動(dòng)（見圖5-20）；機(jī)組及與之相連的管道都發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)；有倒流現(xiàn)象；出口壓力（壓力表）呈大幅度的波動(dòng)；機(jī)組的功率（表指針）呈周期性的變化；振動(dòng)前有失速現(xiàn)象；振動(dòng)時(shí)有周期性的吼叫聲；機(jī)組的工作點(diǎn)在喘振區(qū)（或附近）。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征喘

振

的

振

動(dòng)

特

征診斷對(duì)象為壓氣機(jī)3．氣穴氣穴通常指示進(jìn)口壓力不夠、缺乏流體的現(xiàn)象。如果不采取措施排除，氣穴對(duì)泵內(nèi)部可能十分有害，它可能局部侵蝕葉輪的葉片。存在氣穴時(shí)，常常發(fā)出象“卵石”通過泵時(shí)的聲音。氣穴通常是進(jìn)口流量不夠引起的，可能這次測(cè)量時(shí)出現(xiàn)，下次測(cè)量時(shí)沒有了，如果改變進(jìn)口閥門的設(shè)定的話。氣穴通常產(chǎn)生隨機(jī)的較高頻率寬帶能量，有時(shí)疊加葉片通過頻率的諧波頻率。如圖所示：

圖5.21氣穴頻譜第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征3．氣穴氣穴通常指示進(jìn)口壓力不夠、缺乏流體的現(xiàn)象。如果不采迷宮密封是一種常見的密封形式。當(dāng)轉(zhuǎn)子因撓曲、偏磨、安裝偏心或旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密封腔內(nèi)周向的間隙不均勻，即使密封腔內(nèi)入口處的壓力周向分布是均勻的，在該腔的出口處卻形成了不均勻的周向壓力分布形成了一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子上的合力，此力在與轉(zhuǎn)子偏心位移相垂直方向上的切向分力相互作用，就將激勵(lì)轉(zhuǎn)子作進(jìn)一步的渦動(dòng)，成為轉(zhuǎn)子一個(gè)不穩(wěn)定的激勵(lì)力，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的頻率因不同的氣體狀態(tài)及迷宮幾何形狀而不相同。4．迷宮密封氣流激振（渦動(dòng)）第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征迷宮密封是一種常見的密封形式。當(dāng)轉(zhuǎn)子因撓曲、偏磨、安裝偏心或迷宮密封氣流渦動(dòng)的振動(dòng)特征：渦動(dòng)頻率一般為0.6～0.9倍工頻；軸心軌跡呈橢圓形，正進(jìn)動(dòng)；強(qiáng)振時(shí)有可能激發(fā)轉(zhuǎn)子的一階自振頻率，表現(xiàn)為自激振動(dòng)；轉(zhuǎn)速存在一個(gè)“閥門值”，在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈振動(dòng)；負(fù)荷也存在一個(gè)“閥門值”，在其值附近可導(dǎo)致強(qiáng)烈振動(dòng)；強(qiáng)振時(shí)的主頻為轉(zhuǎn)子的一階固有頻率，頻帶較寬；振動(dòng)的再現(xiàn)性強(qiáng)；一般在轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中、偏心時(shí)易發(fā)生。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征迷宮密封氣流渦動(dòng)的振動(dòng)特征：渦動(dòng)頻率一般為0.6～振動(dòng)頻率為0.6~0.9倍工頻；轉(zhuǎn)子有偏心彎曲造成的間隙不均；振動(dòng)對(duì)氣流壓力、流量的改變非常敏感；負(fù)荷存在一個(gè)“閥門值”，在其值附近可導(dǎo)致劇烈振動(dòng)；在一個(gè)由多個(gè)轉(zhuǎn)子組成的軸系中，氣流渦動(dòng)常發(fā)生在氣流壓力高的轉(zhuǎn)子上，如在汽輪發(fā)電機(jī)組中，蒸汽振蕩主要發(fā)生于高壓轉(zhuǎn)子。5．不均勻氣流渦動(dòng)（不均勻氣流渦動(dòng)的振動(dòng)特征）第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征振動(dòng)頻率為0.6~0.9倍工頻；5．不均勻氣流渦動(dòng)（不均勻氣九、拍頻振動(dòng)

拍頻振動(dòng)簡稱拍振，是兩個(gè)頻率非常接近、振幅近似相同的簡諧波疊加時(shí)，彼此同步進(jìn)入和退出的結(jié)果。寬帶頻譜通常將表示為一個(gè)尖峰脈沖幅值上下波動(dòng)。當(dāng)對(duì)這個(gè)尖峰進(jìn)行細(xì)化譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際上有兩個(gè)很靠近的尖峰，這兩個(gè)尖峰頻率之差就是拍振。在平常頻率范圍的測(cè)量中常?？床坏竭@個(gè)拍頻，因?yàn)榕念l都是低頻的。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征九、拍頻振動(dòng)拍頻振動(dòng)簡稱拍振，是兩右圖中，兩簡諧波的合成包絡(luò)波形即拍振，其振幅隨時(shí)間作周期性的緩慢變化，在寬帶頻譜中顯示其本身，并且當(dāng)一個(gè)頻率的時(shí)域波形與另一個(gè)頻率的時(shí)域波形同相位進(jìn)入時(shí)產(chǎn)生最大振動(dòng)，而當(dāng)這兩個(gè)頻率相位差180度時(shí)產(chǎn)生最小振動(dòng)。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征右圖中，兩簡諧波的合成包絡(luò)波形即拍振，其振幅揚(yáng)州某石油化工廠主壓縮機(jī)組在超負(fù)荷20%工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整體出現(xiàn)較強(qiáng)噪音，噪音體現(xiàn)為低頻的“嗡—嗡”聲和高頻的連續(xù)噪音。測(cè)點(diǎn)布置如圖5.23所示：實(shí)例：拍頻振動(dòng)

P1P4P6P9P12P15P18P2P3P5P7P8P10P11P13P14P16P17P19P20

電機(jī)增速器壓縮機(jī)圖5-23揚(yáng)州某石油化工廠主風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖揚(yáng)州某石油化工廠主壓縮機(jī)組在超負(fù)荷2

P4測(cè)點(diǎn)的時(shí)/頻域波形如圖所示。

從電機(jī)機(jī)身水平及垂直方向拾取的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，“嗡—嗡”噪音的振動(dòng)頻率應(yīng)為1Hz，其振動(dòng)是由于電機(jī)的電磁力矩頻率（99.9Hz）與電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的二倍頻（98.9Hz）之間形成的一種拍頻振動(dòng)現(xiàn)象。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征P4測(cè)點(diǎn)的時(shí)/頻域波形如圖所示。

從電機(jī)機(jī)分析引起拍頻的原因，一是電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間氣隙不均勻、磁場(chǎng)中心偏移、定子繞組松動(dòng)、轉(zhuǎn)子斷條等造成磁場(chǎng)不平衡，引起電磁力矩加大，二是轉(zhuǎn)子的不平衡、不對(duì)中、彎曲引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的二倍頻成分振動(dòng)增大。

解決方案一是對(duì)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡、矯直，調(diào)整對(duì)中，二是檢查定子繞組及轉(zhuǎn)子鼠籠條，調(diào)整定子、轉(zhuǎn)子同心等。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征分析引起拍頻的原因，一是電機(jī)轉(zhuǎn)子與定十、機(jī)器軟腳及與之相關(guān)的共振1．軟腳固定螺栓松動(dòng)到可以用手動(dòng)擰緊程度，機(jī)器的底腳大大翹曲，這時(shí)便出現(xiàn)軟腳。這不總是會(huì)引起大的振動(dòng)增大。然而，如果軟腳影響了對(duì)中或電動(dòng)機(jī)氣隙、同心度，則會(huì)引起明顯的振動(dòng)增大。2．彈性腳彈性腳會(huì)引起大的框架變形，導(dǎo)致振動(dòng)和力增大，框架中軸承座等應(yīng)力增大。在試圖調(diào)整底腳水平度時(shí)，強(qiáng)制把彈性腳的固定螺栓向下擰緊，會(huì)出現(xiàn)這種情況。3．相關(guān)腳與把固定螺栓或螺栓組合松開到可手動(dòng)擰緊程度時(shí)相比較，相關(guān)腳的共振可以使振動(dòng)幅值劇烈增大五倍到十倍甚至更大。擰緊時(shí)，這個(gè)固定螺栓可明顯改變?cè)摰啄_或機(jī)器框架本身的自然頻率。第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型故障的機(jī)理和特征十、機(jī)器軟腳及與之相關(guān)的共振1．軟腳第一節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械典型第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)有資料顯示僅有10%～20%的軸承達(dá)到或接近設(shè)計(jì)壽命。其余部分因?yàn)槿缦赂鞣N原因達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命：潤滑不當(dāng)，使用錯(cuò)誤的潤滑劑；潤滑劑或軸承內(nèi)混入贓物或雜質(zhì)；運(yùn)輸或存放不當(dāng)；選型不當(dāng)、安裝錯(cuò)誤等?？傮w來講，滾動(dòng)軸承異常的基本形式有六種。一、滾動(dòng)軸承異常的基本形式

第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)有1．疲勞剝落在滾動(dòng)軸承中，滾道和滾動(dòng)體表面既承受載荷，又相對(duì)滾動(dòng)。由于交變載荷的作用，首先在表面一定深度處形成裂紋，繼而擴(kuò)展到使表層形成剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落。這種疲勞剝落現(xiàn)象造成了運(yùn)行時(shí)的沖擊載荷，使振動(dòng)和噪聲加劇。

2．磨損滾道和滾動(dòng)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及雜質(zhì)異物的侵入都引起表面磨損，潤滑不良加劇了磨損。磨損導(dǎo)致軸承游隙增大，表面粗糙，降低了機(jī)器運(yùn)行精度，增大了振動(dòng)和噪聲。3．塑性變形軸承因受到過大的沖擊載荷、靜載荷、落入硬質(zhì)異物等在滾道表面上形成凹痕或劃痕，而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)進(jìn)一步使鄰近表面剝落。由載荷的累積作用或短時(shí)超載會(huì)引起軸承的塑性變形。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)1．疲勞剝落第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)4．腐蝕潤滑油、水或空氣中水分引起表面銹蝕，軸承內(nèi)部有較大電流通過造成的電腐蝕，以及軸承套圈在座孔中或軸頸上微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的微振腐蝕。5．?dāng)嗔殉Ｒ蜉d荷過大或疲勞引起軸承零件破裂。熱處理、裝配引起的殘余應(yīng)力，運(yùn)行時(shí)的熱應(yīng)力過大也會(huì)引起斷裂。6．膠合在潤滑不良，高速重載下，由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面燒傷，或某處表面上的金屬粘附到另一表面上。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)4．腐蝕第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)二、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)診斷方法1．有效值和峰值判別法——有效值適用于磨損這類異常，但不宜用于剝落、壓痕這類具有瞬變沖擊振動(dòng)的異常，此時(shí)峰值比有效值適用。2．峰值因數(shù)法——優(yōu)點(diǎn)是不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的影響，也不受振動(dòng)信號(hào)絕對(duì)水平的影響，但這種方法對(duì)磨損這類異常幾乎無檢出能力。3．概率密度分析法——軸承由于磨損、疲勞、腐蝕、斷裂、壓痕、膠合等因素會(huì)使軸承振幅增大，振動(dòng)諧波增多，高密度區(qū)增高，而兩旁的低密度區(qū)向外擴(kuò)展。此時(shí)利用峭度作為診斷特征量將很有效。4．低頻信號(hào)接收法——直接測(cè)量因精加工表面形狀誤差或疲勞剝落而出現(xiàn)的脈沖頻率。由于很難發(fā)現(xiàn)軸承早期故障，僅在簡單機(jī)器中采用。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)二、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)診斷方法1．有效值和峰值判別法——有效值5．中頻帶通濾波法——設(shè)定相應(yīng)帶通濾波頻帶，檢測(cè)軸承外環(huán)一階徑向固有振動(dòng)頻率，根據(jù)其出現(xiàn)與否作出診斷。6．諧振動(dòng)信號(hào)接收法——此法以（30—40）kHz作為監(jiān)測(cè)頻帶，捕捉軸承其它元件的固有振動(dòng)信號(hào)作為診斷依據(jù)。此法對(duì)傳感器頻響特性要求很高。值得一提的是，合理利用加速度傳感器系統(tǒng)的一階諧振頻率作為監(jiān)測(cè)頻帶，同樣可以達(dá)到診斷滾動(dòng)軸承故障的目的。7．包絡(luò)法——美國ENTEK公司開發(fā)的g/SE技術(shù)即采用包絡(luò)法。8．高通絕對(duì)值頻率分析法——將1kHz高通濾波后的波形作絕對(duì)值處理，再進(jìn)行頻率分析，即可判明各種故障原因。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)5．中頻帶通濾波法——設(shè)定相應(yīng)帶通濾波頻帶，檢測(cè)軸承外環(huán)一階三、滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的四個(gè)階段1．第一階段滾動(dòng)軸承故障初始階段滾動(dòng)軸承故障的最早的指示出現(xiàn)在從約20K到60K赫茲頻率范圍內(nèi)的超聲頻率，后來，滾動(dòng)軸承磨損增大時(shí)，通常頻率下降到約1K到8K赫茲，這些可以用振動(dòng)尖峰能量g/SE、高頻加速度（HFD）g和沖擊脈沖SPM來評(píng)定這些頻率。例如，在滾動(dòng)軸承故障第一階段中，振動(dòng)尖峰能量值首先出現(xiàn)為0.25g/SE，實(shí)際的值與測(cè)量位置和機(jī)器的轉(zhuǎn)速有關(guān)。采集g/SE譜可揭示和證實(shí)滾動(dòng)軸承是否處于滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的第一階段中。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)三、滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的四個(gè)階段1．第一階段滾動(dòng)軸承故障2．第二階段滾動(dòng)軸承輕微故障階段輕微的滾動(dòng)軸承故障開始“瞬態(tài)擾動(dòng)”滾動(dòng)軸承的零件的自然頻率，這些自然頻率主要出現(xiàn)在500到2K赫茲頻率范圍內(nèi)。這些自然頻率也可能是滾動(dòng)軸承支承結(jié)構(gòu)的自然頻率。在滾動(dòng)軸承故障的第二階段末期，在自然頻率的左側(cè)和右側(cè)出現(xiàn)邊帶頻率。振動(dòng)尖峰能量的總量值增大，例如，從0.25g/SE增大到0.5g/SE。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)2．第二階段滾動(dòng)軸承輕微故障階段在滾動(dòng)軸承故障的第二階段3．第三階段滾動(dòng)軸承宏觀故障階段在滾動(dòng)軸承故障的第三階段中，出現(xiàn)滾動(dòng)軸承故障頻率及其諧波頻率。當(dāng)滾動(dòng)軸承的磨損擴(kuò)展時(shí)，出現(xiàn)更多階次的滾動(dòng)軸承故障頻率的諧波頻率，邊帶頻率數(shù)量增多，在軸承故障頻率的諧波頻率和軸承零件的自然頻率的兩側(cè)的邊帶數(shù)量都增多，振動(dòng)尖峰能量的總量值繼續(xù)增大。例如從0.5g/SE增大到5g/SE，這時(shí)，已經(jīng)可以看到滾動(dòng)軸承的磨損，并且，磨損擴(kuò)展到滾動(dòng)軸承的周圍，尤其是伴隨在軸承故障頻率兩側(cè)有許多清晰的邊帶時(shí)。g/SE譜、高頻解調(diào)和包絡(luò)頻譜幫助證實(shí)滾動(dòng)軸承故障的第三階段。這時(shí)，應(yīng)該更換滾動(dòng)軸承了，與振動(dòng)頻譜中滾動(dòng)軸承的故障頻率的幅值無關(guān)。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)3．第三階段滾動(dòng)軸承宏觀故障階段例如從0.5g/SE增大4．第四階段滾動(dòng)軸承故障最后階段朝著滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的最后階段發(fā)展，甚至影響轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)幅值。該頻率的幅值增大，通常還引起轉(zhuǎn)速頻率的許多諧波頻率的幅值增大。離散的滾動(dòng)軸承故障頻率和軸承零件自然頻率實(shí)際上開始“消失”，被隨機(jī)的寬帶高頻“噪聲地平”代替。此外，高頻噪聲地平和振動(dòng)尖峰能量兩者的幅值事實(shí)上可能減小，但是，恰好到損壞之前，振動(dòng)尖峰能量和高頻加速度值通常增大到過大的幅值。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)4．第四階段滾動(dòng)軸承故障最后階段此外，高頻噪聲地平和振動(dòng)案例一滾動(dòng)軸承故障的診斷軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。隨著故障發(fā)展，它的幅值增加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調(diào)。電機(jī)離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個(gè)諧波案例一滾動(dòng)軸承故障的診斷軸承每一種零件有其特殊的故障頻帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不平衡不對(duì)中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不平衡不對(duì)中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率四、g/SE技術(shù)在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用1．基本原理美國ENTEK公司開發(fā)的g/SE技術(shù)提供了滾動(dòng)軸承故障診斷的一個(gè)便捷平臺(tái)，首先簡單介紹一下其基本原理：由于軸承元件的缺陷，滾動(dòng)體依次滾過工作面缺陷受到反復(fù)沖擊而產(chǎn)生的低頻脈動(dòng)，稱為軸承的“通過振動(dòng)”，滾動(dòng)軸承異常而在運(yùn)行中產(chǎn)生脈動(dòng)時(shí)，不但引起高頻沖擊振動(dòng)，而且此高頻振動(dòng)的幅值還受到脈動(dòng)激發(fā)力的調(diào)制；第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)四、g/SE技術(shù)在滾動(dòng)軸承故障診斷中的應(yīng)用1．基本原理第二g/SE實(shí)際是一種濾波器，它運(yùn)用包絡(luò)法將上述經(jīng)調(diào)制的高頻分量拾取，經(jīng)放大，濾波后送入解調(diào)器，即可得到原來的低頻脈動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)快速傅立葉變換（FFT）即可獲得g/SE譜；包絡(luò)法把與滾動(dòng)軸承故障有關(guān)的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中解調(diào)出來，從而避免與其它如不平衡、不對(duì)中等低頻干擾的混淆，故有很高的診斷可靠性和靈敏度，可根據(jù)包絡(luò)信號(hào)的頻率成份識(shí)別出產(chǎn)生故障的元件（如內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體）來。因此，當(dāng)測(cè)試滾動(dòng)軸承時(shí)，我們使用g/SE濾波器測(cè)量g/SE總值和頻譜，可以發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的早期故障并跟蹤其發(fā)展趨勢(shì)。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)g/SE實(shí)際是一種濾波器，它運(yùn)用包絡(luò)法將上述經(jīng)調(diào)制的高頻分量2．軸承故障頻率計(jì)算

從軸承頻率項(xiàng)數(shù)據(jù)庫中查詢出案例中各軸承的故障頻率，見下表。軸承號(hào)軸承型號(hào)轉(zhuǎn)速基頻滾動(dòng)體外環(huán)內(nèi)環(huán)1#SKF2318489rpm1.485.8813.6617.452#SKF63261308rpm21.8047.8768.28106.083#NSK6309Z1752rpm29.2058.4289.23144.35第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)2．軸承故障頻率計(jì)算軸承號(hào)軸承型號(hào)轉(zhuǎn)速基頻滾動(dòng)體外環(huán)內(nèi)環(huán)1#案例二軸承綜合（內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體）故障左圖可見清晰的內(nèi)環(huán)故障頻率17.98Hz諧頻成份、外環(huán)故障頻率13.47Hz成份及滾動(dòng)體故障頻率5.46Hz成份，說明1#軸承存在嚴(yán)重故障。右圖則是更換軸承后的gSE譜，可見故障已排除。1#軸承g(shù)/SE故障譜圖

更換1#軸承后g/SE譜圖案例二軸承綜合（內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體）故障左圖可見清晰的1#軸承實(shí)際損壞情況見下圖，其內(nèi)環(huán)已產(chǎn)生一貫穿裂紋，且外滾道沿圓周方向約120°范圍存在大量疲勞剝落。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)1#軸承實(shí)際損壞情況見下圖，其內(nèi)環(huán)已產(chǎn)生一案例三軸承外環(huán)故障經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其g/SE譜（左圖）中外環(huán)故障頻率68.51Hz成份占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，說明2#軸承外環(huán)存在故障癥狀。這一故障隱患自發(fā)生以來，分別于2004年3月5日給軸承加注潤滑脂，于3月19日對(duì)該處聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行找正，每次處理后振動(dòng)幅值均有明顯下降，但很快便即復(fù)升，觀察右圖中的狀態(tài)趨勢(shì)線已可以得出這樣的結(jié)論：其趨勢(shì)峭度越來越大，該設(shè)備故障的最終表現(xiàn)形式——軸承故障已發(fā)展至后期。3月24日，我們對(duì)該軸承成功進(jìn)行了更換，修后恢復(fù)正常。案例三軸承外環(huán)故障經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試軸承損傷情況主要表現(xiàn)為外滾道、內(nèi)滾道表面產(chǎn)生一圈凹痕，其中外滾道損傷情況尤為嚴(yán)重，凹痕最深處約0.3mm左右。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)軸承損傷情況主要表現(xiàn)為外滾道、內(nèi)滾道表面產(chǎn)案例四軸承滾動(dòng)體故障3#(P71)軸承存在滾動(dòng)體故障頻率57.86Hz成份，判斷可能是滾動(dòng)體產(chǎn)生磨損。潤滑脂發(fā)黑失效是引起滾動(dòng)體磨損的主要原因。

案例四軸承滾動(dòng)體故障3#(P71)軸承存在滾動(dòng)體故障頻五、采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承故障沖擊脈沖法是瑞典SPM公司的專利技術(shù)。從20世紀(jì)80年代起，我國企業(yè)廣泛應(yīng)用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承故障，取得顯著的成效。由于采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承簡便有效，最受企業(yè)歡迎。即使到了跨入21世紀(jì)的今天，沖擊脈沖法仍然是用于現(xiàn)場(chǎng)簡易診斷的有效手段之一。1．沖擊脈沖法的基本原理沖擊脈沖法從本質(zhì)上來說仍屬于振動(dòng)診斷的范圍，但它又與一般的振動(dòng)診斷在實(shí)施步驟和判別方法上都有很大的差別。

第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)五、采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承故障處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的滾動(dòng)軸承，承受著整個(gè)轉(zhuǎn)子的動(dòng)、靜負(fù)荷，工作條件極其嚴(yán)酷，因此，對(duì)軸承的質(zhì)量、運(yùn)轉(zhuǎn)條件都有很高的要求。軸承上的每一點(diǎn)缺陷，如滾動(dòng)體疲勞剝蝕、滾道磨損，保持架變形或者斷裂，內(nèi)外圈與軸、孔配合松動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，以及缺乏潤滑油或油中混入雜質(zhì)等，都會(huì)在軸承振動(dòng)信號(hào)中反映出來。滾動(dòng)體的沖擊會(huì)產(chǎn)生寬帶高頻沖擊脈沖振動(dòng)，沖擊脈沖形成高頻壓縮波在金屬內(nèi)部傳遞給軸承座。這種高頻壓縮波一旦被安置在軸承座上的傳感器所接收，經(jīng)測(cè)量儀器處理后，顯示出軸承的高頻沖擊脈沖，就可以據(jù)此判斷軸承處于何種狀態(tài)。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的滾動(dòng)軸承，承受著整個(gè)轉(zhuǎn)子的動(dòng)、靜負(fù)荷，工作條

沖擊脈沖計(jì)是沖擊脈沖法原理診斷滾動(dòng)軸承的專用儀器。其加速度傳感器（即沖擊脈沖探頭）對(duì)輸出信號(hào)的處理有別于一般的振動(dòng)法。它對(duì)振動(dòng)信號(hào)不作寬頻帶測(cè)量，而只是在傳感器的固有頻率上測(cè)量。圖5-38CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)結(jié)構(gòu)簡圖1—?dú)んw2—揚(yáng)聲器3—發(fā)光二極管4—預(yù)置撥盤5—工作撥盤6—探頭（加速度傳感器）軸承的沖擊振動(dòng)經(jīng)軸承座傳播到加速度傳感器上，激起其固有頻率的減幅振蕩，這個(gè)振動(dòng)的幅度與軸承故障的嚴(yán)重程度成正比。在我國企業(yè)得到廣泛應(yīng)用的國產(chǎn)CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)就屬于這類儀器，圖5-38就是它的結(jié)構(gòu)示意圖。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)沖擊脈沖計(jì)是沖擊脈沖法原理診斷滾動(dòng)軸承的專用由于這種沖擊脈沖計(jì)把軸承轉(zhuǎn)速和軸承大?。▋?nèi)徑）兩個(gè)因素在儀器中歸一到同一個(gè)尺度上，使得儀器的指示值僅與軸承損傷程度有關(guān)，各種類型、各種尺寸的滾動(dòng)軸承只要憑沖擊脈沖值（即地毯值dBc和標(biāo)準(zhǔn)值dBN）就可以直接判斷被測(cè)軸承是否存在故障以及故障和程度。即使在測(cè)試前不掌握被測(cè)軸承的運(yùn)行檔案，也只需知道軸承轉(zhuǎn)速和內(nèi)徑就可以實(shí)行診斷了。而了解軸承的轉(zhuǎn)速和內(nèi)徑是比較容易做到的。到了20世紀(jì)90年代，雖然又有電腦軸承分析儀之類的儀器問世，但操作條件都比CMJ-1沖擊脈沖計(jì)繁瑣得多，僅了解軸承各項(xiàng)參數(shù)這一條在現(xiàn)場(chǎng)就難于作到，因而給現(xiàn)場(chǎng)使用帶來很大的麻煩，遠(yuǎn)沒有操作CMJ-1型脈沖計(jì)簡便。

第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)由于這種沖擊脈沖計(jì)把軸承轉(zhuǎn)速和軸承大小（內(nèi)徑）兩個(gè)因素在儀器應(yīng)當(dāng)指出，采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承，只能判明軸承的總體狀態(tài)是正常還是異常，以及損傷的嚴(yán)重程度，但不能如頻譜分析一樣確定其中哪個(gè)元件損壞。不過，這在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維修中能做到這一點(diǎn)也已經(jīng)夠了。因?yàn)閷?duì)滾動(dòng)軸承這樣的易損件，只要其中任何一個(gè)元件損壞，都得進(jìn)行整個(gè)軸承更換，從來沒有修復(fù)的先例，所以無需將故障定位到某個(gè)元件上。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)應(yīng)當(dāng)指出，采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承，只能判明軸承的總體狀態(tài)2．沖擊脈沖法實(shí)施要點(diǎn)采用沖擊脈沖法診斷滾動(dòng)軸承，為取得最佳效果，必須掌握幾個(gè)要點(diǎn)：⑴選擇測(cè)點(diǎn)為了準(zhǔn)確地判斷軸承的狀態(tài)，必須掌握準(zhǔn)確的信息。因此在選擇軸承測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)遵守以下幾條原則：①測(cè)點(diǎn)要選在軸承的承載區(qū)，一般為軸承的下部，對(duì)著軸的轉(zhuǎn)向位置，如圖5-40所示。

第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)2．沖擊脈沖法實(shí)施要點(diǎn)第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)沖擊脈沖計(jì)的傳感器探頭抵住軸承座的不同部位，其檢測(cè)的靈敏度差別很大，如圖5-41所示。如果在承載區(qū)內(nèi)靈敏度為100%，那么在偏離承載區(qū)方向±45°的部位處則下降為95%，而在軸向則降為22%～25%。所以測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡可能選在承載區(qū)±45°的區(qū)間內(nèi)。圖5-40使用CMJ-1測(cè)點(diǎn)位置示意圖1—滾動(dòng)軸承2—軸承座3—沖擊脈沖探頭n—軸承轉(zhuǎn)速d—軸承內(nèi)徑A—測(cè)點(diǎn)圖5-41滾動(dòng)軸承不同測(cè)量部位脈沖衰減情況第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)沖擊脈沖計(jì)的傳感器探頭抵住軸承座的不同部位，其檢測(cè)的靈敏度差②選擇測(cè)點(diǎn)必須考慮傳遞通道對(duì)信號(hào)的影響。滾動(dòng)軸承引起的沖擊振動(dòng)，由沖擊點(diǎn)以半球面波的方式向外傳播，通過軸承零件、軸承座傳遞到箱體或機(jī)架。應(yīng)該保證在軸承和探頭間有直線傳遞路徑，且測(cè)點(diǎn)離軸承外圈的距離越短、越直越好，其距離一般不超過75mm。振動(dòng)信號(hào)每通過一次零件界面，其能量損失達(dá)80%。因此，要盡量減少傳遞通道上的中間界面，只有一個(gè)界面最理想，如圖5-40中之測(cè)點(diǎn)A即是理想測(cè)量部位。此外，在信號(hào)傳遞途中，還應(yīng)該盡量避開空腔、水套、填料、螺栓之類的中間介質(zhì)或機(jī)器零件，以防止信號(hào)衰減。從左圖所舉例子中，我們可以得到這方面的啟示。

另外，凡設(shè)置有防護(hù)罩遮蓋的測(cè)點(diǎn)位置，測(cè)量時(shí)應(yīng)拆離防護(hù)罩（如測(cè)量電動(dòng)機(jī)尾部軸承時(shí)），或者事先在測(cè)點(diǎn)處將防護(hù)罩開一個(gè)能安置傳感器探頭的圓孔。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)②選擇測(cè)點(diǎn)必須考慮傳遞通道對(duì)信號(hào)的影響。滾動(dòng)軸承引起的沖擊振③探頭抵住軸承部位的曲率半徑（r）要大于探頭頂端的球面半徑（對(duì)于CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)r>8mm）。這樣，才能夠保證探頭與被測(cè)面有良好的接觸，如右圖所示。④被測(cè)面要光潔，去掉厚實(shí)的油漆表層或其他綁涂物，讓探頭與金屬直接接觸，防止壓縮波受阻尼衰減。圖5-42沖擊脈沖測(cè)試測(cè)點(diǎn)選擇正誤舉例a)脈沖波應(yīng)直線傳播；b)傳遞通道界面越少越好圖5-43探頭接觸面正誤舉例第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)③探頭抵住軸承部位的曲率半徑（r）要大于探頭頂端的球面半徑（⑵注意測(cè)試條件

在測(cè)試過程中，應(yīng)使軸承有充分的潤滑，并使之承受一定的載荷，以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而且每次測(cè)試都在大致相同的工況條件下，使用相同的儀器進(jìn)行，以保證測(cè)值的真實(shí)性和可比性。⑶排除沖擊干擾

強(qiáng)烈的外來沖擊干擾源的存在，是實(shí)施沖擊脈沖法的最大障礙，會(huì)使測(cè)值嚴(yán)重失真，造成誤判誤診。因此要善于識(shí)別和排除干擾：①作用于軸承的沖擊干擾的來源：沖擊干擾主要是由機(jī)器本身的機(jī)械故障或自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起的，有時(shí)還會(huì)受到流體動(dòng)力噪聲的干擾。轉(zhuǎn)動(dòng)部件與定子間的碰擦、連接部位松動(dòng)、聯(lián)軸器不對(duì)中、水泵汽蝕等均會(huì)產(chǎn)生沖擊干擾，直接或間接地改變測(cè)值的真實(shí)性。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)⑵注意測(cè)試條件第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)②判斷和尋找沖擊干擾源的方法：判斷和尋找沖擊干擾源的簡易方法，可在軸承附近的非測(cè)區(qū)選幾個(gè)測(cè)點(diǎn)（最好是先有界面隔開的地方），測(cè)取其脈沖值，如測(cè)值等于甚至大于軸承測(cè)點(diǎn)部位的沖擊脈沖值，很可能有干擾源存在，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步確認(rèn)，必要時(shí)須借助其他方法進(jìn)行測(cè)定分析，并予以排除，然后再實(shí)施沖擊脈沖法診斷。應(yīng)當(dāng)注意，有的沖擊干擾源并非由設(shè)備故障產(chǎn)生，而是機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所固有的特性表現(xiàn)。比如有些精度不高的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，都是形成沖擊的發(fā)源地。每碰到這種情況，就不能采用常規(guī)的判別方法了。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)②判斷和尋找沖擊干擾源的方法：判斷和尋找沖擊干擾源的簡易方法⑷準(zhǔn)確判讀dBc和dBN

采用CMJ-1沖擊脈沖計(jì)測(cè)取沖擊脈沖值（dBc和dBN），都不是數(shù)字顯示，要靠辨別聲光信號(hào)去判讀，測(cè)量時(shí)，通過調(diào)節(jié)工作撥盤：如果從揚(yáng)聲器里聽到的是連續(xù)聲與間斷之間的欲斷而未斷的聲音，其時(shí)測(cè)得的值為dBc值；如果從揚(yáng)聲器里聽到的是間斷聲，相隔約10s才能聽到一次發(fā)聲，其時(shí)發(fā)光二極管與聲音同步閃爍，這時(shí)測(cè)得的就是dBN值，聲音間隔不規(guī)則也不要緊。參看圖5-44。圖5-44判讀dBc和dBN第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)⑷準(zhǔn)確判讀dBc和dBN圖5-44判讀dBc和dB⑸建立判別標(biāo)準(zhǔn)

采用CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)診斷滾動(dòng)軸承，首先要調(diào)節(jié)預(yù)置撥盤，使軸承內(nèi)徑和轉(zhuǎn)速兩個(gè)刻度值對(duì)齊，其時(shí)讀出軸承的初始值dBi，然后測(cè)取軸承的地毯值dBc和標(biāo)準(zhǔn)值dBN，據(jù)此二值即可按下列判別準(zhǔn)則判斷軸承的狀態(tài)：①當(dāng)dBc≤10dB，dBN≤20dB，軸承狀態(tài)良好。②當(dāng)20dB＜dBN≤35dB時(shí)，軸承有早期損傷，要密切監(jiān)視。③當(dāng)dBN＞50dB時(shí)，軸承損傷嚴(yán)重，應(yīng)檢查更換。第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)⑸建立判別標(biāo)準(zhǔn)

采用CMJ-1型沖擊脈沖計(jì)診斷滾動(dòng)軸承脈沖值dBN與軸承壽命關(guān)系如圖5-45所示。圖5-45沖擊脈沖值與軸承壽命的關(guān)系第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)脈沖值dBN與軸承壽命關(guān)系如圖5-45所示。圖5-45沖④軸承潤滑不良（如缺乏潤滑油或油中混有雜質(zhì)等），雖然不屬于軸承本身的故障，但卻與軸承故障有著密切的聯(lián)系。事實(shí)上，許多軸承故障就是由潤滑不良引發(fā)的。所以在現(xiàn)場(chǎng)診斷中，常常把對(duì)軸承潤滑狀況的檢測(cè)也當(dāng)作對(duì)軸承診斷的內(nèi)容之一。利用CMJ-1沖擊脈沖計(jì)，通過測(cè)量地毯值dBc和標(biāo)準(zhǔn)值dBN，從兩者的數(shù)值大小和相互比較中可以作如下判別：如果dBc和dBN增大（一般dBC＞20dB），且兩者數(shù)值比較接近，dBN稍大于dBc，那么可判軸承潤滑不良。當(dāng)軸承潤滑不良時(shí)，dBc和dBN的關(guān)系可參看圖5-46。圖5-46軸承潤滑不良時(shí)dBc和dBN值比較第二節(jié)滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)④軸承潤滑不良（如缺乏潤滑油或油中混有雜質(zhì)等），雖然不屬3．診斷實(shí)例沖擊脈沖法廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)滾動(dòng)軸承的故障診斷，特別適用于那些運(yùn)行平穩(wěn)的機(jī)電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、離心式水泵、離心式風(fēng)機(jī)等類設(shè)備。只要操作方法得當(dāng)，確診率可達(dá)到90%以上。下