機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷

機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第1頁在工程上，咱們也把對應于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。當代大型轉(zhuǎn)動機械，為了提升單位體積做功效力，普通均將轉(zhuǎn)動部件做成高速運轉(zhuǎn)柔性轉(zhuǎn)子(工作轉(zhuǎn)速高于其固有頻率對應轉(zhuǎn)速)，采取滑動軸承支撐。因為滑動軸承含有彈性和阻尼，所以，它作用遠不止是作為轉(zhuǎn)子承載元件，而且已成為轉(zhuǎn)子動力系統(tǒng)一個別。在考慮到滑動軸承作用后，轉(zhuǎn)子——軸承系統(tǒng)固有振動、強迫振動和穩(wěn)定特征就和單個振動體不一樣了。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第2頁柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速因為柔性轉(zhuǎn)子在高于其固有頻率轉(zhuǎn)速下工作，所以在起、停車過程中，它必定要經(jīng)過固有頻率這個位置。此時機組將因共振而發(fā)生強烈振動，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，機組振動是普通強迫振動，幅值都不會太大，共振點是一個臨界點。故此，機組發(fā)生共振時轉(zhuǎn)速也被稱之為臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個，它與系統(tǒng)自由度數(shù)目相關(guān)。實際情況表明：帶有一個轉(zhuǎn)子軸系，可簡化成含有一個自由度彈性系統(tǒng)，有一個臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸上帶有二個轉(zhuǎn)子，可簡化成二個自由度系統(tǒng)，對應有二個臨界轉(zhuǎn)速，依次類推。其中轉(zhuǎn)速最小那個臨界轉(zhuǎn)速稱為一階臨界轉(zhuǎn)速nc1，比之大依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速nc2、三階臨界轉(zhuǎn)速nc3。工程上有實際意義主要是前幾階，過高臨界轉(zhuǎn)速已超出了轉(zhuǎn)子可達工作轉(zhuǎn)速范圍。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第3頁臨界轉(zhuǎn)速變動為了確保大機組能夠安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，軸系轉(zhuǎn)速應處于該軸系各臨界轉(zhuǎn)速一定范圍之外，普通要求：剛性轉(zhuǎn)子n<0.75nc1柔性轉(zhuǎn)子1.4nc1<n<0.7nc2式中，nc1、nc2分別為軸系一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。機組臨界轉(zhuǎn)速可由產(chǎn)品樣本查到或在起停車過程中由振動測試獲取。需指出是，樣本提供臨界轉(zhuǎn)速和機組實際臨界轉(zhuǎn)速可能不一樣，因為系統(tǒng)固有頻率受到種種原因影響會發(fā)生改變。設備故障診療人員應該了解影響臨界轉(zhuǎn)速改變可能原因。普通地說，一臺給定設備，除非受到損壞，其結(jié)構(gòu)不會有太大改變，因而其質(zhì)量分布、軸系剛度系數(shù)都是固定，其固有頻率也應是一定。但實際上，現(xiàn)場設備結(jié)構(gòu)變動情況還是很多，最常碰到是換瓦，有時是更換轉(zhuǎn)子，不可防止是設備維修安裝后未能準確復位等等，都會影響到臨界轉(zhuǎn)速改變。多數(shù)情況下，這種臨界轉(zhuǎn)速改變量不大，處于要求必須避開轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，因而被忽略。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第4頁6．1．2轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定與失穩(wěn)：轉(zhuǎn)子——軸承系統(tǒng)穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種小干擾擾動后能否隨時間推移而恢復原來狀態(tài)能力，也就是說擾動響應能否隨時間增加而消失。 假如響應隨時間增加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定。 若響應隨時問增加，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)了。油膜渦動與油膜振蕩：

在瓦隙較大情況下，轉(zhuǎn)子常會因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動中心，致使油膜協(xié)力與載荷不能平衡，就會引發(fā)油膜渦動。油膜渦動是一個比較經(jīng)典失穩(wěn)。機組穩(wěn)定性能在很大程度上取決于滑動軸承剛度和阻尼。當系統(tǒng)含有正阻尼時，系統(tǒng)含有抑制作用，振動逐步衰減。反之系統(tǒng)含有負阻尼時，油膜渦動就會發(fā)展為油膜振蕩。油膜渦動與油膜振蕩都是油膜承載壓力波動反應，表現(xiàn)為軸振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第5頁（1）油膜渦動與油膜振蕩發(fā)生條件①只發(fā)生在使用壓力油潤滑滑動軸承上。在半潤滑軸承上不發(fā)生。②油膜振蕩只發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速設備上。

（2）油膜渦動與油膜振蕩信號特征①油膜渦動振動頻率隨轉(zhuǎn)速改變，與轉(zhuǎn)頻保持f=（0.43～0.48）fn。②油膜振蕩振動頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對應固有頻率附近，不隨轉(zhuǎn)速改變。③二者振動隨油溫改變顯著。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第6頁（3）油膜渦動與油膜振蕩振動特點①油膜渦動軸心軌跡是由基頻與半速渦動頻率疊加成雙橢圓，較穩(wěn)定。②油膜振蕩是自激振蕩，維持振動能量是轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)中供給，含有慣性效應。因為有失穩(wěn)趨勢，造成摩擦與碰撞，所以軸心軌跡不規(guī)則，波形幅度不穩(wěn)定，相位突變。

（4）消除辦法①設計時使轉(zhuǎn)子避開油膜共振區(qū)；②增大軸承比壓，減小承壓面；③減小軸承間隙；④控制軸瓦預負荷，降低供油壓力；⑤選取抗振性好軸承結(jié)構(gòu)；⑥適當調(diào)整潤滑油溫；⑦從多方面分析并消除產(chǎn)生原因。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第7頁6.1.3轉(zhuǎn)子不平衡振動機理 旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子因為受材料質(zhì)量分布、加工誤差、裝配原因以及運行中沖蝕和沉積等原因影響，致使其質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心存在一定程度偏心距。靜不平衡：偏心距較大時，靜態(tài)下，所產(chǎn)生偏心力矩大于摩擦阻力矩，表現(xiàn)為某一點一直恢復到水平放置轉(zhuǎn)子下部，其偏心力矩小于摩擦阻力矩區(qū)域內(nèi)，稱之為靜不平衡。動不平衡：偏心距較小時，不能表現(xiàn)出靜不平衡特征，不過在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，表現(xiàn)為一個與轉(zhuǎn)動頻率同時離心力矢量，離心力F=Meω2，從而激發(fā)轉(zhuǎn)子振動。這種現(xiàn)象稱之為動不平衡。特點：靜不平衡轉(zhuǎn)子，因為偏心距e較大，表現(xiàn)出更為強烈動不平衡振動。要求：即使作不到質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心絕對重合，但為了設備安全運行，必需將偏心所激發(fā)振動幅度控制在許可范圍內(nèi)。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第8頁（1）不平衡故障信號特征①時域波形為近似等幅正弦波。②軸心軌跡為比較穩(wěn)定圓或橢圓，這是因為軸承座及

基礎(chǔ)水平剛度與垂直剛度不一樣所造成。③頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率處振幅。④在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻振幅橢圓較大，其它成份較小。

（2）敏感參數(shù)特征①振幅隨轉(zhuǎn)速改變顯著，這是因為，激振力與角速度ω是指數(shù)關(guān)系。②當轉(zhuǎn)子上部件破損時，振幅突然變大。比如某燒結(jié)

廠抽風機轉(zhuǎn)子焊接合金耐磨層突然脫落，造成振幅

突然增大。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第9頁6.1.4轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)不對中振動機理

轉(zhuǎn)子不對中包含軸承不對中和軸系不對中兩類。軸承不對中本身不引發(fā)振動，它影響軸承載荷分布、油膜形態(tài)等運行情況。普通情況下，轉(zhuǎn)子不對中都是指軸系不對中，故障原因在聯(lián)軸節(jié)處。

引發(fā)軸系不對中原因：①安裝施工中對中超差；②冷態(tài)對中時沒有正確預計各個轉(zhuǎn)子中心線熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動態(tài)對中不良；③軸承座熱膨脹不均勻；④機殼變形或移位；⑤地基不均勻下沉；⑥轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第10頁

軸系不對中可分為三種情況：

①軸線平行不對中②軸線交叉不對中③軸線綜合不對中在實際情況中，都存在著綜合不對中。只是其中平行不對中和交叉不對中所占比重不一樣而已。因為兩半聯(lián)軸節(jié)存在不對中，因而產(chǎn)生了附加彎曲力。因為轉(zhuǎn)動，這個附加彎曲力方向和作用點也被強迫發(fā)生改變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻2倍、4倍等偶數(shù)倍頻振動。其主要激振量以2倍頻為主，一些情況下4倍頻激振量也占有較高份量。更高倍頻成份因所占比重極少，通常顯示不出來。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第11頁

軸系不對中故障特征：①時域波形在基頻正弦波上附加了2倍頻諧波。②軸心軌跡圖呈香蕉形或8字形。③頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向2倍頻、4倍頻振動成份，有角度不對中時，還伴伴隨以回轉(zhuǎn)頻率軸向振動。④在全息圖中2、4倍頻橢圓較扁，而且二者長軸近似垂直。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第12頁

不對中故障甄別：

①不對中譜特征和裂紋譜特征類似，均以兩倍頻為主，二者區(qū)分主要是振動幅值穩(wěn)定性，不對中振動比較穩(wěn)定。用全息譜技術(shù)則輕易區(qū)分，不對中為單向約束力，二倍頻橢圓較扁。軸橫向裂紋則是旋轉(zhuǎn)矢量，二倍頻全息譜比較圓。②帶滾動軸承和齒輪箱機組，不對中故障可能引發(fā)出經(jīng)過頻率或嚙合頻率高頻振動，這些高頻成份出現(xiàn)可能掩蓋真正振源。如高頻振動在軸向上占優(yōu)勢，而聯(lián)軸器相聯(lián)部位軸向工頻亦對應較大，則齒輪振動可能只是不對中故障所產(chǎn)生過大軸向力響應。③軸向工頻有可能是角度不對中，也有可能是軸承不對中。普通情況，角度不對中，軸向工頻振值比徑向為大；而軸承不對中恰好相反，因為后者是由不平衡引發(fā)，它只是對不平衡力一個響應。通頻振動：表示振動原始波形振動幅值。 選頻振動：表示所選定某一頻率正弦振動幅值。工頻振動：表示與所測機器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率相同正弦振動幅值?；l振動：工頻振動又叫基頻振動。例：對于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min機器，工頻振動頻率是100HZ。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第13頁6．1．5轉(zhuǎn)軸彎曲故障機理

設備停用一段較長時間后重新開機時，經(jīng)常會碰到振動過大甚至無法開機情況。這多半是設備停用后產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子軸彎曲故障。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和臨（暫）時性彎曲兩種情況。永久性彎曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形。造成永久彎曲原因有設計制造缺點(轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻)、長久停放方法不妥、熱態(tài)停機時未及時盤車或遭涼水急冷所致。暫時性彎曲指可恢復彎曲。造成暫時性彎曲原因有預負荷過大、開機運行時暖機不充分、升速過快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。軸彎曲振動機理和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都要產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似旋轉(zhuǎn)矢量激振力，與質(zhì)心偏離不一樣點是軸彎曲會使軸兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大工頻振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第14頁

轉(zhuǎn)軸彎曲故障振動信號特征：（軸彎曲故障振動信號與不平衡基礎(chǔ)相同。）

①時域波形為近似等幅正弦波；②軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定圓或偏心率較小橢圓，因為軸彎曲常陪同某種程度軸瓦摩擦，故軸心軌跡有時會有摩擦特征；③頻譜成份以轉(zhuǎn)動頻率為主，伴有高次諧波成份。與不平衡故障區(qū)分在于：彎曲在軸向方面產(chǎn)生較大振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第15頁6．1．6轉(zhuǎn)軸橫向裂紋故障機理轉(zhuǎn)軸橫向裂紋振動響應與所在位置、裂紋深度及受力情況等原因有極大關(guān)系，所以所表現(xiàn)出形式也是多樣。在普通情況下，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周，裂紋總會發(fā)生張合。轉(zhuǎn)軸剛度不對稱，從而引發(fā)非線性振動，能識別振動主要是1X、2X、3X倍頻分量。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第16頁

轉(zhuǎn)軸橫向裂紋振動信號特征：①振動帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率l×、2×、3×…·等高倍分量，隨裂紋擴展，剛度深入下降，l×、2×……等頻率幅值隨之增大，相位角則發(fā)生不規(guī)則波動，與不平衡相角穩(wěn)定有差異。②開停機過程中，因為非線性諧頻關(guān)系，會出現(xiàn)分頻共振，即轉(zhuǎn)子在經(jīng)過1／2、1／3……臨界轉(zhuǎn)速時，對應高倍頻(2×、3×)恰好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動響應會出現(xiàn)峰值。③裂紋擴展速度隨深度增大而加速，對應l×、2×（倍頻）振動也會隨裂紋擴展而快速上升，同時1×、2×相位角出現(xiàn)異常波動。④全息譜表現(xiàn)為2倍頻橢圓形狀，與軸系不對中扁圓形狀有顯著差異。

故障甄別

穩(wěn)態(tài)運行時，應能與不對中故障區(qū)分。全息譜是最好區(qū)分方法。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第17頁6.1.7連接松動故障機理松動振動異?；A(chǔ)原因：振動幅值由激振力和機械阻抗共同決定，松動使連接剛度下降，這是松動振動異?；A(chǔ)原因。支承系統(tǒng)松動引發(fā)異常振動機理：從以下兩個側(cè)面加以說明。1)當軸承套與軸承座配合含有較大間隙或緊固力不足時，軸承套受轉(zhuǎn)子離心力作用，沿圓周方向發(fā)生周期性變形，改變軸承幾何參數(shù)。進而影響油膜穩(wěn)定性。2)當軸承座螺栓緊固不牢時，因為結(jié)合面上存在間隙，使系統(tǒng)發(fā)生不連續(xù)位移。上述兩頂原因改變，都屬于非線性剛度改變，改變程度與激振力相聯(lián)絡，因而使松動振動顯示出非線性特征。松動經(jīng)典特征是產(chǎn)生2×及3×、4×、5×等高倍頻振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第18頁連接松動故障振動特征：

①軸心軌跡混亂，重心飄移。②頻譜圖中，含有3×、5×、7×等高階奇次倍頻分量，也有偶次分量。③松動方向振幅大。當高次諧波振幅值大于轉(zhuǎn)動頻率振幅1/2時，應懷疑有松動故障。6．1．8碰摩故障機理

動靜件之間輕微摩擦，開始時故障癥狀可能并不十分顯著，尤其是滑動軸承輕微碰摩，因為潤滑油緩沖作用，總振值改變是很微弱，主要靠油液分析發(fā)覺這種早期隱患；有經(jīng)驗診療人員，由軸心軌跡也能做出較為準確診療。當動靜碰摩發(fā)展到一定程度后，機組將發(fā)生碰撞式大面積摩擦，碰摩特征就將轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y狀。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第19頁動靜碰摩特點分析：動靜碰摩與部件松動含有類似特點。動靜碰摩是當間隙過小時發(fā)生動靜件接觸再彈開，改變構(gòu)件動態(tài)剛度；松動是連接件緊固不牢、受交變力(不平衡力、對中不良激勵等)作用，周期性地脫離再接觸，一樣是改變構(gòu)件動態(tài)剛度。不一樣點是，前者還有一個切向摩擦力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動。轉(zhuǎn)子強迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動運動疊加到一起，產(chǎn)生出復雜、特有振動響應頻率。因為碰摩力是不穩(wěn)定接觸正壓力，時間上和空間位置上都是改變，因而摩擦力含有顯著非線性特征(普通表現(xiàn)為豐富超諧波)。所以，動靜碰摩與松動相比，動靜碰摩振動成份周期性相對較弱，而非線性更為突出。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第20頁

碰摩故障振動特征：

1)時域波形存在“削頂”現(xiàn)象，或振動遠離平衡位置時出現(xiàn)高頻小幅振蕩。2)頻譜上除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在非常豐富高次諧波成份(經(jīng)常出

現(xiàn)在氣封摩擦時)。3)嚴重摩擦時，還會出現(xiàn)1／2×、l／3×、1/N×等準確分頻成分(經(jīng)常出現(xiàn)在軸瓦磨損時)。4)全息譜上出現(xiàn)較多、較大高頻橢圓，且偏心率較大。5)提純軸心軌跡(1×、2×、3×、4×合成)存在“尖角”。6)軸瓦磨損時，還伴有軸瓦溫度升高、油溫上升等特征，氣封摩

擦時，在機組起停過程中，可聽到金屬摩擦時聲音。7)軸瓦磨損時，對潤滑油樣進行鐵譜分析，可發(fā)覺以下特征：

①譜片上磁性磨粒在譜片入口沿磁力線方向呈長鏈密集狀排列，且存在超出20μm金屬磨粒；

②非磁性磨粒隨機地分布在譜片上，其尺寸超出20μm；

③譜片上測試光密度值較上次測試有顯著增大。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第21頁碰摩故障故障甄別：1)因為故障機理與松動類似，二者不輕易加以區(qū)分。據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗：松

動a.松動時以高次諧波為特征；b.松動振動起源于不平衡力，故松動振動隨轉(zhuǎn)速改變比較顯著；c.在波形表現(xiàn)形式上：松動則不存在削頂問題。碰

摩a.摩擦時以分諧波為特征；b.碰摩受間隙大小控制，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不甚親密；c.在波形表現(xiàn)形式上：摩擦常可見到削頂波形。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第22頁2)局部碰摩與全弧碰摩區(qū)分全弧碰摩分頻顯著，超諧波消失，局部輕摩擦極少有分頻出現(xiàn)，諧波幅值小但階次多，局部嚴重摩擦介于二者之間，有分頻也有低次諧波，且諧波幅值比基頻還大?；l則由未碰撞前較大值變?yōu)檩^小值。在軌跡上，局部摩擦軌跡亂而不放大，正進動；連續(xù)全弧摩擦則隨時間逐步擴散，進動方向為反進動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第23頁6.1.9喘振機理

喘振是一個很危險振動，經(jīng)常造成設備內(nèi)部密封件、葉輪導流扳、軸承等損壞，甚至造成轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器及齒輪箱等機構(gòu)損壞。它也是流體機械特有振動故障之一。

喘振是壓縮機組嚴重失速和管網(wǎng)相互作用結(jié)果。它既能夠是管網(wǎng)負荷急劇改變所引發(fā)，也能夠是壓縮機工作情況改變所引發(fā)。

當進入葉輪氣體流量降低到某一最小值時，氣流分離區(qū)擴充到整個葉道，使氣流無法經(jīng)過。這時葉輪沒有氣量甩出，壓縮機出口壓力突然下降。因為壓縮機總是和管網(wǎng)連在一起，含有較高背壓管網(wǎng)氣體就會倒流到葉輪里來。瞬間倒流來氣流使葉輪暫時填補了氣體流量不足，葉輪因而恢復正常工作，重新又把倒回來氣流壓出去，但過后又使葉輪番量降低，氣流分離又重新發(fā)生。如此周而復始。壓縮機和其連接管路中便產(chǎn)生出一個低頻率高振幅壓力脈動，造成機組強烈振動。

喘振是壓力波在管網(wǎng)和壓縮機之間往返振蕩現(xiàn)象，其強度和頻率不但和壓縮機中嚴重旋轉(zhuǎn)脫離相關(guān)，還和管網(wǎng)容量相關(guān)；管網(wǎng)容量越大，則喘振振幅愈大，頻率愈低；管網(wǎng)容量小，則喘振振幅小，喘振頻率也較高，普通為0.5～20Hz。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第24頁6．2不平衡分析案例

例6-1：某廠芳烴車間一臺離心式氫氣壓縮機是該廠生產(chǎn)關(guān)鍵設備之一。驅(qū)動電動機功率為610KW，壓縮機軸功率550KW，主機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速15300r／min，屬4級離心式回轉(zhuǎn)壓縮機，工作介質(zhì)是氫氣，氣體流量38066m3／h，出口壓力1.132MPa，氣體溫度200℃，該壓縮機配有本特利企業(yè)7200系列振動監(jiān)測系統(tǒng)；測點有7個，測點A、B、C、D為壓縮機主軸徑向位移傳感器，測點E、F分別為齒輪增速箱高速軸和低速軸軸瓦徑向位移傳感器，測點G為壓縮機主軸軸向位移傳感器。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第25頁該機組于5月中旬開始停車大檢修，6月初經(jīng)檢修各項靜態(tài)指標均到達要求標準。6月10日下午開啟后投入催化劑再生工作。再生工作要連續(xù)運行一周左右。再生過程中工作介質(zhì)為氮氣。壓縮機開啟后，各項動態(tài)參數(shù)，如流量、壓力、氣溫、電流振動值都在要求范圍內(nèi)，機器工作正常。運行不到兩整天，于6月12日早晨振動報警：測點D振動值越過報警限，高達60～80μm之間波動；測點C振動值也偏大，在50～60μm之間波動；其它測點振動沒有顯著改變。當初，7200系統(tǒng)儀表只指示出各測點振動位移峰—峰值，它說明設備有故障，不過什么故障就不得而知了。依照通例，設備應馬上停下來，解體檢修，尋找并排除故障，但這要使再生工作停下來，進而拖延全廠開車時間。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第26頁故障分析利用計算機進行了頻譜分析，見圖6-1，并與故障前5月21日對應測點頻譜圖6-2進行對比，發(fā)覺：圖6-16月12日D點頻譜圖圖6-25月21日D點頻譜圖機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第27頁1倍頻幅值顯著增加，C點增大到5月21日1.9倍，D點增大1.73倍。其它倍頻成份幅值幾乎沒改變。依據(jù)以上特征，可作出以下結(jié)論：1)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了顯著不平衡，可能是因轉(zhuǎn)子結(jié)垢所致；2)振動即使大，但屬于受迫振動，不是自激振動。并不可怕。諧波頻率HZ21/5日，振幅12/6日，振幅改變量1×254.88170.93295.621252×510.8038.0238.8203×764.6534.4035.3814×1021.5323.3826.723機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第28頁采取辦法與事后復查

依據(jù)前述結(jié)論，所以做以下處理：1)能夠不停機，再維持運行4～5天，直到催化劑再生工作完成；2)親密注意振動狀態(tài)，再生工作完成后有停機機會，做解體檢驗。6月18日催化劑再生工作圓滿完成，壓縮機停頓運行。6月20日對機組進行解體檢驗，發(fā)覺機殼氣體流道上結(jié)垢十分嚴重，結(jié)垢最厚處達20mm左右。轉(zhuǎn)子上結(jié)垢較輕，垢主要成份是燒蝕下來催化劑，第一節(jié)吸入口處約3／4流道被堵，只剩一條窄縫。所以檢修主要是清垢，其它部位如軸承、密封等處都未動，然后安裝復原，總共只用了兩天時間。6月25日壓縮機再次起動，壓縮機工作一切正常。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第29頁6．3軸彎曲分析案例例6-2，某企業(yè)一臺200MW汽輪發(fā)電機組，型號為C145／N200／130／535／535，型式為超高壓、中間再熱單抽冷凝式。1982年11月投產(chǎn)，1994年首次大修，至高壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎軸故障前，已運行近6年，共進行過7次小修。 在長久運行中，該機高壓轉(zhuǎn)子振動一直保持在很好范圍，軸承振動小于10μm，軸振動小于100μm。1998年在一次熱態(tài)起動時#2、#3軸、#1、和#2軸承振動出現(xiàn)短時突增，被迫緊急關(guān)小閘門；再次開大蒸汽閘門，使轉(zhuǎn)子快速加速，沖過臨界轉(zhuǎn)速（稱為沖車）后并網(wǎng)運行。 并網(wǎng)后，#2軸和#1、#2軸承振動即使仍處于良好范圍，但其振動有顯著增大趨勢，經(jīng)連續(xù)觀察運行近一月，也未能恢復至以前運行時振動水平。 為此，結(jié)合該機歷史振動數(shù)據(jù)、停機前后振動數(shù)據(jù)及運行參數(shù)進行診療分析。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第30頁

(1)振動趨勢歷史數(shù)據(jù)

在長久運行中，該機l#、2#軸承振動分別為小于2μm及小于10μm，2#軸振幅為80～90μm。為便于突出比較，停機前振動數(shù)據(jù)選取4月2～5日，熱態(tài)起動后數(shù)據(jù)選取4月6～9日，作該期間振動趨勢統(tǒng)計曲線。見圖6-3。該趨勢統(tǒng)計曲線表明長久運行時高壓轉(zhuǎn)子軸及軸承振動均處于優(yōu)異范圍，熱態(tài)起動后高壓轉(zhuǎn)子軸承及軸振動依然在正常范圍以內(nèi)。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第31頁圖6—3振動歷史歷程曲線1——停機前1#軸承振動≤2μm，熱態(tài)開啟后，為6μm曲線2——停機前2#軸承振動≤10μm，熱態(tài)開啟后，為16～18μm曲線3——停機前軸Ⅱ振幅≤80μm，熱態(tài)開啟后，為120～140μm機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第32頁(2)

停機前后數(shù)據(jù)1998年4月5日因處理鍋爐隱患而停機，停機時主要參數(shù)及振動數(shù)以下：1)停機前各軸承和軸振動數(shù)據(jù)如表6-2(略）所表示，停機前各軸承和軸振動均在良好范圍，其中，1#、2#軸及軸承振動均處于優(yōu)異標準以內(nèi)，反應高壓轉(zhuǎn)子停機前狀態(tài)良好。2)停機時臨界振動數(shù)據(jù)。查一周振動趨勢統(tǒng)計，2#、3#軸停機臨界振動值均未超出230μm，處于良好范圍。

3)停機主要參數(shù)(4月5日)：停機過程電流、各點振動、溫度等均屬正常。4)熱起動(4月6日)主要參數(shù)與振動數(shù)據(jù)：

主要動力蒸汽參數(shù)：壓力2.2MPa，溫度412℃，再熱汽溫度392℃，真空77kPa，大軸撓度值30μm，主機潤滑油溫40℃。

4：25 沖車：低速(500r／min)、10min，摩擦檢驗。4：25

升速至1600r／min，此時1#軸承振動達120μm，2#軸承振動達65μm，2#、3#軸振動到達監(jiān)測表滿量程（即軸振動值已大于400μm），運行人員采取緊急關(guān)閘辦法停機。

機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第33頁

5：05轉(zhuǎn)子靜止投盤車，大軸撓度值增大為120μm，盤車電流32A。6：40再次起動，快速沖車至3000r／min定速，然后并入電網(wǎng)。

從熱態(tài)開啟數(shù)據(jù)知：在起動過程中，機組1#、2#軸承及2#、3#軸振動異常增大，緊急關(guān)閘停機后，電動盤車時機組大軸撓度值增加較大，盤車電流略有增加。5)熱態(tài)起動運行后振動數(shù)據(jù)自再次起動并網(wǎng)后，機組高壓轉(zhuǎn)子軸和軸承振動均未能恢復歷史振動水平，盡管1#、2#軸承振動均小于20μm，仍處于優(yōu)異振動標準表5-7范圍內(nèi)，但與歷史數(shù)據(jù)比較都有所增大。尤其是2#軸振動增大顯著。從頻率成份來看，主要是一倍頻成份增加，其余頻率振動成份無改變，見表6-3（略）。6)運行近一月后，停機時臨界振動數(shù)據(jù)4月30日，該機因電網(wǎng)調(diào)峰轉(zhuǎn)為備用而停機。在機組停機惰走降速過程中，2#軸和l#、2#軸承臨界振動值比歷史數(shù)據(jù)有成倍增加，其振動成份是1倍頻，機組停機時臨界振動數(shù)據(jù)見表6-4。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第34頁(3)數(shù)據(jù)分析綜合圖6一3、表6—2至表6—4數(shù)據(jù)及起動前后運行參數(shù)分析，可得出以下分析結(jié)論：

1)探頭所在處轉(zhuǎn)子跳動值從30μm增加至120μm，比起動前增大了4倍，反應出高壓轉(zhuǎn)子撓曲程度加劇，提醒可能已產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲。2)從振動頻率以及振值隨轉(zhuǎn)速改變情況來看。其癥狀和轉(zhuǎn)子失衡極為相同。但停機前運行一直很正常，只是在機組停車后再次起動中振動異常，且在并網(wǎng)后一直維持較大振值，缺乏造成轉(zhuǎn)子失衡理由或轉(zhuǎn)子零部件飛脫原因，故可排除轉(zhuǎn)子失衡可能。3)綜合二次起動及并網(wǎng)運行一個月后停機惰走振動情況，表明機組在第一次起動時即存在較大熱彎曲，而停車后間隔l.5h再次起動，盤車時間不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第35頁①在第一次熱態(tài)起動時，高壓轉(zhuǎn)子軸及軸承振動急劇增加(轉(zhuǎn)速高達1600r／min時，軸振幅即已超滿量程值，即最少已大于400μm，表明在第一次起動時，轉(zhuǎn)子存在較大熱彎曲，而停車1.5h后再次起動，盤車時間嚴重不足，極易造成轉(zhuǎn)子永久性彎曲。②機組起動并網(wǎng)連續(xù)運行近一月，其振動一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。1#、2#軸承和2#軸振幅在熱態(tài)起動后比歷史數(shù)據(jù)有顯著增大。而且振幅增大主要原因是一倍頻振幅增大。工頻振幅增大反應出轉(zhuǎn)子彎曲程度增大，振幅穩(wěn)定反應出彎曲量大小基礎(chǔ)恒定。③查起動后運行近一月頻譜圖，除1倍頻振動和2#軸處少許2倍頻振動成份外，無其它振動頻率成份。少許2倍頻振動成份產(chǎn)生，則分析認為是高壓轉(zhuǎn)子彎曲后與中壓轉(zhuǎn)子對中性變差所造成。④中、低壓轉(zhuǎn)子各軸承及各軸振動與歷史數(shù)據(jù)相比基礎(chǔ)無改變，反應出故障發(fā)生部位主要是在高壓轉(zhuǎn)子。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第36頁診療結(jié)論盡管該機組高壓轉(zhuǎn)子振動仍在良好范圍以內(nèi)，但從各種參數(shù)綜合分析來看，均表明高壓轉(zhuǎn)子上已發(fā)生了轉(zhuǎn)子彎曲故障。而不論是轉(zhuǎn)子彎曲引發(fā)機組過臨界振動過大或是存在圍帶損傷等事故隱患，均對該機組安全運行組成極大威脅。所以，診療分析結(jié)論是：該機馬上進行提前大修，解體查明故障并給予消除。

解體大修檢驗情況：5月4日，該機提前轉(zhuǎn)入大修。經(jīng)揭缸解體檢驗證實，高壓轉(zhuǎn)子前汽封在距調(diào)速級180mm處彎曲0.08mm，中壓轉(zhuǎn)子在19級處彎曲0.055mm，高壓汽封、圍帶、隔板汽封和中壓汽封、隔板汽封及圍帶都有不一樣程度摩擦損傷，其中，中壓19級近半圈圍帶前緣已磨壞，為此，高壓轉(zhuǎn)子采取直軸、中壓轉(zhuǎn)子采取低速動平衡處理，同時對損傷圍帶也進行了對應處理，經(jīng)大修處理后高壓轉(zhuǎn)子振動重新恢復到優(yōu)異標準內(nèi)。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第37頁6．4不對中分析案例例1：主風機對中不妥造成故障某冶煉廠一臺新上煙機一主風機組于1997年5月中旬投用。機組配置及測點如圖6—4所表示。

首先，該機組在不帶負荷情況下試運了3天，振幅約50μm，5月20日2:05開始帶負荷運行，各測點振值都有所上升，尤其是2#測點振動由原來55μm上升至70μm以上，運行至16：54機組發(fā)生突發(fā)性強振，現(xiàn)場本特利監(jiān)測儀表指示振動滿量程，同時機組因為潤滑油壓低而聯(lián)鎖停機。停機后，惰走時間很短，大約只l～2min，停車后盤不動車。電動機增速箱風機煙機654321圖6—4機組配置及測點圖機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第38頁機組事故停機前振動特點以下：1)20日16：54之前，各測點通頻振值基礎(chǔ)穩(wěn)定，其中煙機2#軸承振動大于其余各測點振動。20日16；54前后，機組振值突然增大，主要表現(xiàn)為聯(lián)軸器兩側(cè)軸承,即2#、3#軸承振值顯著增大，如表6—4所表示。

表6—4強振前后各軸承振動比較

注意：2#軸承與3#軸承改變最大，說明最靠近故障點。2)20日14:31之前，各測點振動均以轉(zhuǎn)子工頻、2倍頻為主，同時存在較小3×、4×、5×、6×等高次諧波分量，2#測點合成軸心軌跡很不穩(wěn)定，有時呈香蕉形，有時呈“8”字形，圖6-5是其中一個時刻時域波形和合成軸心軌跡(1×、2×)。部位1#軸承2#軸承3#軸承4#軸承強振前振值26762820強振時振值502327322機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第39頁圖6-52#測點合成軸心軌跡圖(1倍頻、2倍頻)a)軸心軌跡 b)徑向振動波形3)20日14：31時，機組振動狀態(tài)發(fā)生顯著改變。從時域波形上看，機組振動發(fā)生跳變，其中2#、3#軸承振動由大變?。ㄈ?，煙機后水平方向由65.8μm降至26.3μm，如圖6-6所表示），而1#與4#振動則由小變大（如煙機前垂直方向由14.6μm升至43.8μm，如圖6-7所表示），說明此時各軸承載荷分配發(fā)生了顯著改變，很有可能是因為聯(lián)軸器工作情況改變所致。同時，2#軸承V方向出現(xiàn)很大0.5×成份，并超出工頻幅值，H方向除有很大0.5×成份外，還存在突出78Hz成份及其它一些非整數(shù)倍頻率分量，如圖6—8所表示。煙機前78Hz成份也非常突出。這說明此時機組動靜碰摩加劇。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第40頁圖6—82#軸承振動頻譜圖4)機組運行至20日16：54前后，機組振值突然急劇上升，煙機后V方向和H方向振值分別由45μm、71μm上升至153μm和232μm，其中工頻幅值上升最多。且占據(jù)絕對優(yōu)勢（V方向和H方向工頻幅值分別為120μm和215μm），同時0.5倍頻及高次諧波幅值也有不一樣程度上升。這說明，此時煙機轉(zhuǎn)子已出現(xiàn)嚴重轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象。5)開機以來，風機軸向振動一直較大，普通均在80μm以上，煙機軸向振幅也在30～50μm之間。20日16：54達最大值115μm，其頻譜以1×為主，軸向振動如此之大，這也是很不正常。不對中故障特征之一就是引發(fā)1X倍頻軸向竄動。頻譜圖及故障現(xiàn)象機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第41頁故障分析結(jié)論總而言之，可得出以下結(jié)論：1)機組投用以來，風機與煙機間存在顯著不對中現(xiàn)象，且聯(lián)軸器工作情況不穩(wěn)定。2)20日14：31左右，一聯(lián)軸器工作情況發(fā)生突變，呈咬死狀態(tài)，煙機氣封與軸套碰摩加劇。其直接原因是對中不良，或聯(lián)軸器制造缺點。3)20日16：54，因為煙機氣封與軸套發(fā)展為不穩(wěn)定全周摩擦，產(chǎn)生大量熱量，引發(fā)氣封齒與軸套熔化，造成煙機轉(zhuǎn)子突然嚴重失衡，振值嚴重超標。所以分析認為造成此次事故主要原因是機組對正曲線確定不妥。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第42頁解體檢驗情況事故后解體發(fā)覺：1)煙機前瓦(1#測點)瓦溫探頭導線破裂；2)副推力瓦有磨損，但主推力瓦正常；3)二級葉輪輪盤裝配槽部位法蘭過熱，有熔化痕跡及裂紋；4)氣封套熔化、嚴重磨損，熔渣達數(shù)千克之多；5)上氣封體拆不下來；6)煙機——主風機聯(lián)軸器咬死，煙機側(cè)有損傷。機組修復后，在8月底煙機進行單機試運時，經(jīng)測量發(fā)覺煙機軸承箱中分面向上膨脹0.80mm，遠高于設計給出膨脹量0.37mm。而冷態(tài)下當初現(xiàn)場找正時煙機比風機反而高0.396mm，實際風機出口端軸承箱中分面僅上脹0.50mm，故熱態(tài)下煙機比風機高了：0.80＋0.396—0.50=0.696mm，從而造成了機組在嚴重不一樣軸情況下運行，加重下聯(lián)軸器咬合負荷，引發(fā)聯(lián)軸器相互咬死，煙機發(fā)生劇振。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第43頁例2：復合不對中故障診療圖6-9機組簡圖和測點布置

年4月上旬某廠催化主風機檢修后，開機運行，電動機軸承溫度和振值都較正常(振值為9μm)。不過，半小時后電動機聯(lián)軸器端軸承溫度連續(xù)增加，振值從原9μm一直升到53μm，已經(jīng)超出電動機制造廠出廠標準。

年4月17日和18日對該機組進行了全方面測試。鑒于故障發(fā)生位置主要在電動機側(cè)，所以測試主要集中在電動機側(cè)。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第44頁聯(lián)機后，在正常載荷情況下，測試結(jié)果分別如圖6-10～圖6-16所表示，各點振幅見表6-7。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第45頁從以上測試結(jié)果中能夠看出，電動機測點1軸向振幅偏高，已經(jīng)超該機組出廠振動標準（小于50μm），表現(xiàn)出故障頻率主要為工頻。同時，從電動機測點2垂直方向頻譜圖上不難看出，其2倍頻振幅遠高于工頻對應振幅。電動機水平方向振幅較小，主要是工頻成份。對比圖6-10、圖6-11，聯(lián)機狀態(tài)下軸向振幅53.0μm是脫機狀態(tài)下軸向振幅25.4μm和2倍，這是角度不對中特征。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第46頁測點頻譜圖圖6-12測點2#垂直方向頻譜圖圖6-14測點2#水平方向頻譜圖圖6-13測點3#垂直方向頻譜圖圖6-15測點3#水平方向頻譜圖

圖6—12到圖6—15都是在聯(lián)機狀態(tài)下，圖6—12中1階轉(zhuǎn)頻振幅很低，2X頻振幅最高，對應3#點垂直方向（圖6—13）1X、2X、3X倍頻幅值都存在。水平方向2#、3#點主要振動都是1X、2X倍頻振幅（圖6-14、圖6-15）。這是不對中特征。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第47頁對比圖6-12與圖6-16，圖6-16主要振動是1倍頻振動，圖6-12主要振動是2倍頻振動。從對圖6-10～圖6-16綜合分析中能夠看出：電動機軸和增速齒輪箱輸入軸在垂直方向存在著嚴重不對中。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第48頁解體后發(fā)覺：1)電動機軸和齒輪箱低速軸在垂直方向，相差100μm，已大大超出維修規(guī)范所要求限值。2)電動機軸承室原刷鍍層（修復部位）發(fā)生變形，使軸承室產(chǎn)生了一定錐度，嚴重地破壞了原有配合精度。這說明，在加載運行初始階段，電動機軸與其軸承維修時正確位置并沒有被破壞。所以，其殼體軸向振動并不大。不過，電動機軸和齒輪箱低速軸在垂直方向存在嚴重平行不對中，引發(fā)動載荷迫使電動機滾動軸承逐步離開原始位置，發(fā)生了偏斜。這么，就造成了電動機軸和齒輪箱低速軸之間，又產(chǎn)生了角度不對中故障。所以，它最終是一個復合型不對中，既包含了平行不對中特點，又存在角度不對中特征。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第49頁6．5熱變形分析案例汽輪機、高溫氣體透平機、航空發(fā)動機等機器，需要引入高溫、高壓氣體將整個缸體或殼體加熱，介是缸體不均勻，上缸溫度大于下缸，反應在轉(zhuǎn)子上是上半側(cè)熱傳導量大，下半側(cè)熱傳導量小，假如轉(zhuǎn)子在熱態(tài)下靜止不動，則很快會發(fā)生彎曲變形。對于空壓機而言，因為空氣被壓縮發(fā)燒，而缸體上、下結(jié)構(gòu)并不對稱，儲熱容量相差大，一樣也能造成缸體、轉(zhuǎn)子不均勻熱變形。所以，對于這種轉(zhuǎn)子在起動之前必須充分盤車，防止起動后引發(fā)過大振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第50頁例6-5轉(zhuǎn)子熱膨脹階段彎曲振動

某煉油廠催化車間一臺離心式空壓機，開車后軸振幅逐步上升，開啟約40min，振幅抵達90μm，往后在操作參數(shù)不變狀態(tài)下，振幅會自動逐步下降，最終軸振幅穩(wěn)定在35μm左右，這是該機每次開車振動規(guī)律。機器在開車階段振幅較大原因，是因為空壓機抵達額定壓力后溫度上升，轉(zhuǎn)子裝配零件首先受熱膨脹。因為軸上零件(葉輪、軸套、平衡盤、密封套和止推盤等)軸向接觸端面彼此不平行，熱膨脹時迫使轉(zhuǎn)軸強制彎曲，產(chǎn)生不停增大不平衡振動。往后伴隨轉(zhuǎn)子溫度逐步趨于均勻，軸也取得充分伸長，消除了軸上裝配零件對軸施加熱彎曲應力，所以轉(zhuǎn)子因彎曲產(chǎn)生不平衡振動就慢慢自動消失。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第51頁例6-6

殼體非均勻膨脹造成振動

某煉油廠主風機開啟兩個小時，帶上負荷后，風機出口側(cè)振值急劇上升，最大達164μm，機組振動頻譜上，轉(zhuǎn)子工頻振動占絕對憂勢；鐵譜分析亦未發(fā)覺顯著磨損，紅外測試表明，主風機外殼溫度分布不均勻，外殼上對稱位置溫度差最大達30℃。分析認為造成強強振原因是：風機開機因為負荷上升過快造成殼體熱膨脹不均，致使轉(zhuǎn)子與殼體不一樣心。一旦殼體抵達熱平衡，振值應會下降。兩天后機組振值降至89μm（一級報警值為90μm），恢復正常。以后該機組開機時，注意遲緩提升負荷，再未發(fā)生類似情況。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第52頁圖6-17鍋爐引風機示意圖6．6支承松動分析案例例6-7某發(fā)電廠一臺大型鍋爐引風機。由一臺轉(zhuǎn)速840r／min電動機直聯(lián)驅(qū)動。該機組運轉(zhuǎn)時振動很大，測量結(jié)果顯示電動機工作很平穩(wěn)?？傉穹怀?.5mm／s，但在風機上振幅很高，前后軸承在水平和垂直方向上振幅卻很大。AFV=150μm，AFH=250μm，ARV=87μm，ARH=105μm。風機軸向振幅小于50μm。頻率分析指出，振動頻率主要是轉(zhuǎn)速頻率成份。這些數(shù)據(jù)表明，風機振動并不是聯(lián)軸節(jié)不對中或軸發(fā)生彎曲，應診療為轉(zhuǎn)子不平衡故障。不過對風機振動最大外側(cè)軸承在水平和垂直方向上相位進行分析，發(fā)覺兩個方向上相位是準確地同相，說明是“定向振動”問題，而不是單純不平衡。然后對外側(cè)軸承、軸承架和基礎(chǔ)各個別位置進行振動測量，檢驗出軸承架一邊安裝螺釘松動了，使整個軸承架以另一邊為支點進行擺振。用一樣方法檢驗了內(nèi)側(cè)軸承架安裝螺釘，也發(fā)覺有輕微松動。當全部安裝螺釘被緊固以后，風機振值就大大下降，達到可接收水平。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第53頁例6-8支承松動故障實例某廠一臺離心式壓縮機，轉(zhuǎn)速為7000r／min，經(jīng)過齒輪增速器，由一臺功率為1470kW，轉(zhuǎn)速為3600r／min電動機驅(qū)動。機組運行中測得電動機和壓縮機振動很小，振幅不超出2.5mm／s，不過齒輪增速器卻振動很大，水平方向振幅為12.5mm／s，垂直方向振幅為10mm／s，振動頻率為低速齒輪轉(zhuǎn)速頻率(60Hz)，軸向振幅很低。停機后打開齒輪箱，檢驗了齒輪和軸承，并沒有發(fā)覺任何問題，懷疑是不平衡引發(fā)振動。把低速齒輪送到維修車間進行了平衡和偏擺量檢驗，在安裝過程中又對電動機和齒輪箱進行了重新對中，不過這一切方法對于改進齒輪箱振動毫無效果。為了對齒輪箱振動作深入分析，測量水平和垂直方向上相位，發(fā)覺兩個方向上相位是準確地同相，顯示是一個“定向振動”，然后又對齒輪箱殼體安裝底腳和底板進行測振和檢驗，底腳螺釘是緊固，但從底板振動形態(tài)中發(fā)覺一邊撓曲得很厲害。移去底板，就看到底板撓曲個別下面水泥漿已經(jīng)破碎，減弱了該處支承剛度。處理底板局部松動處理方法是把混凝土基礎(chǔ)進行刮削，在底板下重新澆灌了混凝土，當機組放回到原處安裝后，齒輪箱振幅就下降到2.5mm／s以下。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第54頁圖6—18聯(lián)機運轉(zhuǎn)時地基振動頻譜圖例6-9支承松動故障

某鋼鐵企業(yè)氧氣廠三車間壓縮機建成以來長久因振動過大，不能投入生產(chǎn)。該機組由一臺2500KW，轉(zhuǎn)速2985r/min電動機經(jīng)增速齒輪箱后，壓縮機轉(zhuǎn)子為9098r/min?，F(xiàn)場調(diào)查表明：因遲遲不能投產(chǎn)，廠方已分別對電動機、壓縮機轉(zhuǎn)子作過動平衡校正，也對聯(lián)軸節(jié)進行屢次找正、找同心。但依然未能降低振動。依據(jù)調(diào)查情況，采取頻譜分析技術(shù)，期望能從振動成份頻率分布中分析振動原因。１．測得廠房大地基礎(chǔ)振動：0.1Hz，振幅5.6mv。２．測得地基固有頻率：7Hz(10.14mv)；二階頻率：19Hz；三階頻率：29Hz；四階頻率：38Hz；３．測得在聯(lián)機運轉(zhuǎn)時，地基振動主頻0.15Hz；振幅：110～151mv。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第55頁分析與結(jié)論：1振動以低頻振動為主要矛盾，地基是0.15Hz；電機是50Hz。二者不一致。2地基振動振幅151mv(頻譜圖中）遠大于電機振幅62mv。說明地基振動是主要矛盾。地基偏軟，剛度不足。但與地基固有頻率7Hz相矛盾，因而問題應在電機與地基連接部位。3依據(jù)電修廠方面提供信息：安裝后電機垂直振動大于水平振動。這與通常狀態(tài)相矛盾，即垂直剛度小于水平剛度，也證實地基存在問題。正常狀態(tài)是垂直剛度大于水平剛度。4造成地基垂直剛度不足可能原因：1）安裝墊板與地基接觸面積不夠，空洞面積大，造成彈性變形大。2）地腳螺絲與地基聯(lián)結(jié)剛度不足。3）地腳螺絲直徑偏小，剛度不足。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第56頁例6-10

離心泵葉輪松動

一臺懸臂式單級離心泵，運轉(zhuǎn)了幾個月后發(fā)生了葉輪松動。在泵側(cè)兩個軸承上檢測振動信號，經(jīng)頻譜分析，顯示有很多旋轉(zhuǎn)頻率諧波成份(見圖6—19)，這些很強諧波預示泵轉(zhuǎn)子零件存在松動問題。另外，從圖中還能夠看出，頻譜噪聲底線很高，譜線連續(xù)表明松動零件對軸施加了一個不穩(wěn)定隨機性沖擊力。圖6—19離心泵葉輪松動頻譜圖機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第57頁例6-11氯氣鼓風機轉(zhuǎn)子葉輪松動一臺4級離心式氯氣鼓風機，轉(zhuǎn)速為2796r/min，由一臺3000r/min電動機用帶拖動。這臺鼓風機運轉(zhuǎn)時振動很大，到達50mm/s，振動特點是機器開車后幾分鐘內(nèi)振幅增大，不過當整臺鼓風機預熱幾小時以后，振幅又降下來。預熱方法是將機殼隔熱，并將熱空氣鼓進風機入口。圖6-20所表示為開車后30min這段時間內(nèi)，在鼓風機上測得振幅與相位隨時間改變曲線。從圖中看出，振動最大峰值出現(xiàn)在開車約4min時候，隨即振幅下降，但在運轉(zhuǎn)20~30min后，又開始增大。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第58頁振動分析表明，鼓風機旋轉(zhuǎn)頻率是引發(fā)振動主要原因。從相位上觀察，在試驗30min時間內(nèi)，轉(zhuǎn)子上不平衡矢量轉(zhuǎn)動了360°，從這故障現(xiàn)象中能夠判斷葉輪發(fā)生了松動。葉輪在軸上即使用鍵固定，不過間隙較大，葉輪輪殼內(nèi)孔只要稍微出現(xiàn)一點間隙，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)偏心，破壞了預先平衡狀態(tài)。因為旋轉(zhuǎn)偏心方向在連續(xù)地改變，所以，不平衡矢量相位也跟著改變。當偏心方向與原先不平衡方向一致時，振動就增大，反相時振動就降低，這么就清楚地解釋了上面所說這些現(xiàn)象。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第59頁圖6-21故障前a與故障后b頻譜圖6．7油膜渦動及振蕩分析案例例6-12

某化肥廠二氧化碳壓縮機組，在檢修后，運行了140多天，高壓缸振動突然升到報警值而被迫停車。在機組運行過程中及故障發(fā)生前后，在線監(jiān)測系統(tǒng)均作了數(shù)據(jù)統(tǒng)計。高壓缸轉(zhuǎn)子徑向振動頻譜圖見圖6-21，a圖是故障前振動頻譜，振動信號只有轉(zhuǎn)頻幅值。b圖是故障發(fā)生時振動頻譜，振動信號除轉(zhuǎn)頻外，還有約為1/2轉(zhuǎn)頻振幅，這是經(jīng)典油膜渦動特征。據(jù)此判定高壓缸轉(zhuǎn)子軸承發(fā)生油膜渦動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第60頁例6-13油膜渦動及振蕩實例某企業(yè)國產(chǎn)30萬噸合成氨裝置，其中一臺ALS—16000離心式氨壓縮機組，在試車中曾碰到軸承油膜振蕩。圖6—22(a)表示高壓缸軸振動剛出現(xiàn)油膜振蕩時頻譜。從圖中可見，140.5Hz(8430/min)是軸轉(zhuǎn)速頻率ω，由軸不平衡振動引發(fā)。55Hz為油膜振蕩頻率Ω。當轉(zhuǎn)速升至8760r／min(146Hz)時，油膜振蕩頻率Ω幅值巳超出轉(zhuǎn)速頻率幅值，見圖6—22(b)，這是一幅經(jīng)典油膜振蕩頻譜圖，從圖(b)中可見，頻率成份除了ω(146Hz)和Ω(56.5Hz)之外，還存在其它頻率成份；這些成份是；主軸振動頻率ω和油膜振蕩頻率Ω一系列和差組合頻率。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第61頁圖6—22高壓缸油膜振蕩早期及發(fā)展振動頻譜比較機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第62頁例6-14油膜渦動及振蕩實例

某企業(yè)一臺空氣壓縮機，由高壓缸和低壓缸組成。低壓缸在一次大修后，轉(zhuǎn)子兩端軸振動連續(xù)上升，振幅達50~55μm，大大超出允許值33μm，但低壓缸前端增速箱和后端高壓缸振動較小。低壓缸前、后軸承上振動測點信號頻譜圖如圖6—23(a)、(b)所表示，圖中主要振動頻率為91.2Hz，其幅值為工頻（190Hz）振幅3倍多，另外還有2倍頻和4倍頻成份，值得注意是，圖中除了非常突出低頻91.2Hz之外，4倍頻成份也非常顯著。對該機組振動信號分析認為：①低頻成份突出，它與工頻成份比值為0.48，可認為是軸承油膜不穩(wěn)定半速渦動；②油膜不穩(wěn)定起因可能是低壓缸兩端聯(lián)軸節(jié)對中不良，改變了軸承上負荷大小和方向。停機檢驗，發(fā)覺以下問題：①軸承間隙超出允許值(設計最大允許間隙為0.18mm，實測為0.21mm)；②5塊可傾瓦厚度不均勻，同一瓦塊最薄與最厚處相差0.03mm，超出設計允許值。瓦塊內(nèi)表面預負荷處于負值狀態(tài)[PR值(單位面積上預加載荷力值）原設計為0.027，現(xiàn)降為－0.135]，降低了軸承工作穩(wěn)定性。③兩端聯(lián)軸節(jié)對中不符合要求，平行對中量超差，角度對中張口方向相反，使機器在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生附加不對中力。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第63頁圖6—23低壓缸前、后軸承上振動測點信號頻譜比較對上述發(fā)覺問題分別作了修正，機器投運后恢復正常，低壓缸兩端軸承總振值下降到20μm，檢修前原頻譜圖上反應軸承油膜不穩(wěn)定91.2Hz低頻成份和反應對中不良4倍頻成份均已消失[圖6—23(c)、(d)]。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第64頁例6-15油膜渦動及振蕩實例1997年11月，某鋼鐵企業(yè)空壓站一臺高速空壓機開機很快，發(fā)生陣發(fā)性強烈呼嘯聲，最大振值達17mm/s（正常運行時小于2mm/s），嚴重威脅機組正常運行。對振動信號作頻譜分析。正常時，機組振動以轉(zhuǎn)頻為主。陣發(fā)性強烈呼嘯時，振動頻譜圖中出現(xiàn)很大振幅0.5×轉(zhuǎn)頻成份，轉(zhuǎn)頻振幅增加不大?；谶@個分析，判定機組振動超標是軸承油膜渦動所引發(fā)，并造成了動靜件摩擦觸碰?，F(xiàn)場工程技術(shù)人員依據(jù)這個結(jié)論，調(diào)整潤滑油油溫，使供油油溫從30℃提到38℃后，機組強烈振動消失，恢復正常運行。事后，為深入驗證這個辦法有效性。還屢次調(diào)整油溫，考查機組振動改變，證實油溫在30℃～38℃左右時，可顯著降低機組振動。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第65頁圖6－24煙機強振時頻譜

a)北瓦b)南瓦6．8碰摩分析案例例6-16某煉油廠煙氣輪機正常運行時，軸承座振動不超出6mm/s。1993年11月，該機組經(jīng)檢修后剛投入運行即發(fā)生強烈振動。殼體上測得振動頻譜如圖6—24所表示。除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在大量低倍頻諧波成份，如2×、3×、4×、5×等，南瓦5倍頻振動尤其突出。時域波形存在顯著削波現(xiàn)象。

分析認為煙機發(fā)生嚴重碰摩故障，主要部位應為軸瓦（徑向軸承和推力軸承均由5塊瓦塊組成）。拆開檢驗，發(fā)覺南北瓦都有顯著磨損痕跡，南瓦有一徑向裂紋，并有巴氏合金呈塊狀脫落，主推力瓦有三個瓦塊已出現(xiàn)裂紋。更換軸瓦，經(jīng)仔細安裝調(diào)整，開機恢復正常。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第66頁例6-17碰摩故障實例1996年7月26日，某廠一臺主風機運行過程中突然出現(xiàn)強振現(xiàn)象，風機出口最大振值達159μm，遠遠超出其二級報警值(90μm)，嚴重威脅著風機安全生產(chǎn)。圖6－25、圖6—26分別是風機運行正常時和強振發(fā)生時時域波形和頻譜。圖6-25風機運行正常時波形和頻譜機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第67頁由圖可見，風機正常運行時，其主要振動頻率為轉(zhuǎn)子工頻101Hz及其低次諧波，且振幅較小，峰—峰值約23μm。而強振時，一個最突出特點就是產(chǎn)生一振幅極高0.5×(50.5Hz)成份，其幅值占到通頻幅值89％，同時伴有1.5×(151.5Hz)、2.5×(252.5Hz)等非整數(shù)倍頻，另外，工頻及其諧波幅值也都有所增加。結(jié)合現(xiàn)場一些其它情況分析認為，機組振動存在很強烈非線性，極有可能是因為殼體膨脹受阻，造成轉(zhuǎn)子與殼體不一樣心，造成動靜件摩擦而引發(fā)。隨即停機揭蓋檢驗表明，風機第一級葉輪口環(huán)磨損非常嚴重，因為承受到巨大摩擦力整個葉輪也已經(jīng)扭曲變形，假如再繼續(xù)運行下去，其后果將不堪構(gòu)想。及時分析診療和停機處理，防止了設備故障深入擴充和可能給生產(chǎn)造成更大損失。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第68頁6．9喘振例6-18：某大型化肥廠二氧化碳壓縮機組由汽輪機和壓縮機組成。壓縮機分為2缸、4段、13級。高壓缸為2段共6級葉輪，低壓缸為2段共7級葉輪。低壓缸工作轉(zhuǎn)速6546r/min，高壓缸工作轉(zhuǎn)速13234r/min，中間經(jīng)過增速齒輪連接。正常出口流量應為9400m3/h。但投產(chǎn)后很快，因生產(chǎn)原因，將流量下降至額定流量66%左右，機器第4段軸振幅達58μm，而且高壓缸機殼和第4段出口管道振動猛烈，甚至把高壓導淋管振裂。當開大“四回一”防喘閥以后，振幅可下降至50μm，然而機器猛烈振動現(xiàn)象還難以消除。頻譜分析顯示，一個55Hz及其倍頻成份占有顯著地位，其幅值隨通頻振幅增大而增大，轉(zhuǎn)速頻率成份振幅則基礎(chǔ)保持不變。從頻譜圖（圖6-27c）上看出，55Hz低頻成份是引發(fā)機器振動主要原因，但屬何種原因尚不很清楚。分析4段軸振動信號和4段出口氣流壓力脈動信號隨工況改變過程，可得到該機故障原因信息。機械故障診斷技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障診斷第69頁圖6—27高壓缸4段軸振動和氣壓脈動頻譜圖6—27為高壓缸4段軸振動和氣流壓力脈動頻譜圖(壓力脈動信號直接從4段出口管線上用壓力傳感器測取)。當4段出口壓力為11MPa時，振動測點測得通頻振幅為37μm，頻譜圖上除了轉(zhuǎn)速頻率219Hz成份外，無顯著低頻成份出現(xiàn)，壓力脈動信號也比較小，見圖6—27中(a)和(b)。在升壓過程中，當測點通頻振幅增至47μm時，軸振動頻譜圖和壓力脈動信號頻譜圖上均突然出現(xiàn)55Hz低頻及其倍頻成份，見圖6—27中(c)和(d)。繼而在小流量區(qū)域出口壓力升到14MPa以上時，通頻振幅達60μm，55Hz低頻及其倍頻成份